Il ruolo degli impianti termomeccanici negli edifici ad alta efficienza energetica

Quotidianamente, siamo investiti da informazioni provenienti dai media, social-media e testate giornalistiche, relative alla sostenibilità, energia “green”, soluzioni alternative alle principali cause dell’inquinamento e del cambiamento climatico che, lentamente ma non troppo, sta portando al collasso il pianeta che ci ospita. Tra le cause sopra citate, una delle principali è l’immobilismo resosi protagonista nei decenni scorsi in campo edile e termotecnico.  

Il presente articolo è volto a mostrare alcune soluzioni per intervenire in modo diretto e reale contro il problema dell’inquinamento residenziale, con particolare attenzione rivolta agli impianti ad elevata efficienza finalizzati al servizio di edifici ad energia “quasi” o del tutto nulla, definiti nZEB o ZEB (“nearly zero energy building” o “zero energy building”).


Storia e caratteristiche di un nZEB

Un edificio ad elevate prestazioni energetiche può essere definito nZEB quando rispetta dei requisiti specifici relativi ai consumi, fabbisogno termo-energetici ed efficienza delle macchine che servono l’edificio stesso. In particolare, in Italia, il concetto dell’efficienza energetica viene introdotto con il D.Lgs 192/2005. Tale provvedimento diviene, nel 2013, la L.90/2013, che prevede l’integrazione del concetto di energia rinnovabile, prodotta per l’appunto da fonti non fossili. Solo 2 anni dopo, a testimonianza di quanto tumultuoso sia stato lo sviluppo di tecnologie nel campo delle rinnovabili, dettato certamente dall’urgenza di rispondere al cambiamento climatico, entra in vigore il D.M. 26 giugno del 2015 (“Applicazione delle metodologie di calcolo delle prestazioni energetiche e definizione delle prescrizioni e dei requisiti minimi degli edifici”); il presente decreto, che stabilisce i requisiti minimi che un edificio deve avere per ricadere all’interno di una determinata classe energetica, evidenzia quali sono le caratteristiche che un nZEB deve possedere per essere definito come tale.

Dal 1° gennaio 2021, inoltre, gli edifici di nuova costruzione o soggetti a demolizione e ricostruzione, hanno l’obbligo di rispettare i requisiti nZEB: è un passo fondamentale nel contrasto all’inquinamento globale.

Di seguito, un elenco dei principali parametri di riferimento per il calcolo delle prestazioni di un edificio ad elevata efficienza energetica: 

  • Coefficiente medio globale di scambio termico H’T, calcolato con la UNI/TS 11300-1; 
  • Area solare equivalente estiva per unità di superficie utile Asol,est/Asup utile;
  • Indice di prestazione termica per il riscaldamento e per il raffrescamento EPH,nd e EPC,nd;
  • Indice di prestazione energetica globale dell’edificio (EPgl,tot). 

Questi ultimi indici di prestazione necessitano poi di un confronto con quelli di un edificio di riferimento, rispetto ai quali devono essere inferiori. Le tabelle di riferimento per i parametri e le caratteristiche da rispettare sono contenuti nell’Appendice A del D.M. 26 giugno 2015. 

 

Cosa influenza le prestazioni energetiche di un edificio?

Per comprendere cosa vuol dire rendere efficiente un edificio, è necessario chiedersi cosa influisce sulle prestazioni dello stesso. A determinarne l’efficienza energetica concorrono, in primis, geometria e struttura dell’edificio; Se un edificio è caratterizzato, ad esempio, da pareti eccessivamente disperdenti (per nulla o limitatamente coibentate) le prestazioni saranno ovviamente basse. 

Un numero elevato di ponti termici (punti critici soggetti ad attraversamento di picco del flusso termico come innesti tra pareti e balconi, innesti tra serramento e parete, discontinuità di materiali o discontinuità geometriche, ecc.) né incrementano le dispersioni: tali punti, seppur quantitativamente minori rispetto alla totalità dei componenti disperdenti opachi e trasparenti, spesso sono molto problematici e necessitano di particolare attenzione nella loro progettazione. 

Un occhio di riguardo va anche al regime dinamico dell’edificio, caratterizzato dallo sfasamento termico delle pareti che compongono la struttura; esso, infatti, determina in particolare il comportamento estivo dell’edificio e di conseguenza il suo fabbisogno di raffrescamento e relativi consumi.

Meno intuitiva è poi l’influenza della destinazione d’uso dell’edificio: quando si determinano le prestazioni energetiche di un edificio, lo stesso viene sempre rapportato ad un edificio di riferimento che appartiene alla medesima categoria, affinché la classe energetica sia la più veritiera possibile.

In ultimo luogo, l’impianto che serve l’edificio è un ulteriore fattore che ne determina la valenza energetica: un impianto obsoleto, caratterizzato da rendimenti globali scadenti, infatti, abbassa notevolmente le prestazioni di un edificio.

 

Come è possibile intervenire per migliorare le prestazioni di un edificio?

Nella fase di progettazione di un nuovo edificio o durante un intervento di riqualificazione, il progettista può intervenire su ognuno dei punti descritti nel paragrafo antecedente (ad eccezione della destinazione d’uso dell’edificio, qualora non si tratti di riqualifica con cambio di destinazione d’uso), allo scopo di migliorarne l’efficienza energetica. 

Generalmente, sono due le vie che si possono percorrere allo scopo di migliorare l’efficienza energetica di un edificio: la prima soluzione riguarda l’intervento sulle superfici disperdenti dell’involucro opaco e trasparente, la seconda è relativa alla scelta di un impianto efficiente e che possa essere servito interamente (o quasi) da fonti energetiche rinnovabili.

Per ciò che concerne la prima strada, è bene evidenziare che non si tratta soltanto di isolamento termico: l’isolamento dell’involucro opaco e trasparente, attraverso tecniche ormai collaudate come cappotti interni/esterni, insufflaggio oppure tramite la scelta di serramenti con doppi/tripli vetri basso-emissivi, è certamente un’operazione fondamentale per abbattere i consumi nelle stagioni fredde, ma è controproducente, se non si usano materiali idonei, nella stagione estiva, portando ad elevati consumi di picco nelle ore più calde. 

È molto importante, infatti, sia il valore della trasmittanza di una parete disperdente opaca coibentata, ma anche il valore di sfasamento termico, che garantisce un’inerzia termica del componente tale per cui il calore accumulato nelle ore più calde del giorno non sia eccessivo, rilasciandolo la notte, rendendo molto più dispendioso il raffrescamento.

In secondo luogo, come anticipato, gli impianti giocano un ruolo fondamentale: l’utilizzo di generatori performanti ad elevata efficienza, incrementare i rendimenti di emissione e di regolazione è, dunque, uno step necessario per garantire un soddisfacimento dei fabbisogni dell’edificio senza emissioni di gas serra o nocivi. Infine, da quest’ultimo punto, nasce l’interesse di un accoppiamento tra sistemi di generazione, distribuzione e regolazione di un impianto, con sistemi a fonti rinnovabili quali fotovoltaico ed accumuli elettrici per la generazione di energia elettrica direttamente in loco, il micro eolico (sempre di maggior interesse) e collettori solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria o integrazione con riscaldamento a bassa temperatura, che risultano essere sistemi totalmente privi di emissioni. 

 

Il ruolo dell’impianto di climatizzazione e/o produzione di acqua calda sanitaria in un nZEB

Come già accennato, questo testo si pone l’obiettivo particolare di attenzionare l’importanza di un impianto ad elevato rendimento in un edificio ad alte prestazioni energetiche.

Le tipologie di impianto adatte a edifici passivi o nZEB sono molteplici: tra tutte le tipologie di generatori, chiaramente, quelli che trovano maggior impiego sono le pompe di calore, ma ulteriori tipologie di approvvigionamenti energetici interessanti in termini di rendimenti sono la cogenerazione e la trigenerazione, insieme al teleriscaldamento/teleraffrescamento.

 

Le Pompe di calore implementate in un nZEB

È intuitivo pensare come in un edificio passivo, atto a funzionare senza alcun input energetico esterno (né elettrico, né tantomeno termico), sia impossibile pensare ad un impianto a gas naturale di natura fossile e dunque non rinnovabile. Una caldaia a condensazione classica, seppur efficiente, non è sicuramente una scelta progettuale contemplabile, a meno di particolari casi come, ad esempio, produzioni di bio-metano da fattorie o piantagioni apposite. 

Nella stragrande maggioranza dei casi comuni, dunque, il progettista focalizza la sua attenzione sulla possibilità di sfruttare l’aria, l’acqua o il suolo a disposizione per il funzionamento dell’impianto, a seconda della località in cui si trova l’edificio in questione: in questo caso la soluzione migliore è una pompa di calore associata ad un impianto fotovoltaico per la generazione di energia elettrica.  

 Schema del ciclo termodinamico di una pompa di calore a compressione di calore

Figura 1. Schema del ciclo termodinamico di una pompa di calore a compressione di calore

 

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