L’analisi energetica della riqualificazione del sistema edificio-impianto

Uno strumento per guidare l’Europa verso il traguardo di un parco edilizio a basso consumo

1. INTRODUZIONE

L’edilizia è un punto focale della politica energetica della UE [1], poiché quasi il 40% del consumo energetico finale (e il 36% delle emissioni di gas serra) deriva dall’apporto di case, uffici, negozi e altri edifici [2,3]. Il miglioramento della prestazione energetica degli edifici europei rappresenta pertanto una necessità non più trascurabile. La direttiva europea 2010/31/UE EPBD ha posto le basi per una politica energetica comune e ha dato le linee guida che permetteranno di realizzare obiettivi di consumo sempre più contenuti. Il concetto di “cost optimal level of Energy performance”, è il motore della politica europea, che mira all’adozione di soluzioni efficienti da un punto di vista energetico ma anche bilanciate dal punto di vista dei costi/benefici; perché al risparmio di energia primaria si accompagni ad un risparmio anche economico, altrimenti la fattibilità degli interventi risulterebbe compromessa e la penetrazione nel mercato limitata.
In questo contesto diventa quindi evidente l’esigenza di ottimizzare il rapporto tra l’edificio e l’impianto, due parti di uno stesso soggetto, mirando ad una sinergia che permetta l’ottenimento del miglior comfort, del risparmio energetico e della massima efficienza funzionale.
Una voce sicuramente importante è rappresentata dagli edifici di nuova costruzione, tuttavia attualmente nell’Europa EU-15 il tasso di incremento del parco edilizio è pari solo all’1%, mentre il tasso di rinnovo risulta ancora inferiore, fermo allo 0.07%; segno che le nuove costruzioni soddisfano l’esigenza di nuovi spazi e raramente sostituiscono le precedenti [4]. Le stime del settore edile mostrano come il 75% del parco edilizio del 2050 sarà composto da edifici attuali. Risulta pertanto evidente che il maggiore potenziale di risparmio energetico del settore risiede nella riqualificazione energetica degli edifici esistenti.
Per poter raggiungere gli obiettivi fissati e ottenere significative diminuzione dei consumi di energia del settore civile, gli Stati Membri devono individuare quali siano gli edifici che per primi devono essere sottoposti ad intervento e devono individuare le azioni che intendono promuovere.
Lo studio condotto si propone di fornire un utile strumento, per le amministrazioni così come per gli utenti finali, per stimare il risparmio di energia conseguibile a seguito di interventi mirati sia sull’involucro sia sugli impianti, sulla base di un campione di edifici analizzati.
I casi studio sono stati individuati attraverso l’analisi del parco edilizio europeo, nel quale gli edifici residenziali rappresentano il 75% del totale, e di questi circa il 64% è composto da abitazioni singole e il 36% da edifici plurifamiliari. L’analisi è stata focalizzata sul settore residenziale, individuando una serie di macro-categorie, e per ogni classe è stato individuato e modellato un caso studio in modo da determinarne il fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti.
L’analisi ha interessato quattro casi studio: un’abitazione singola, una casa a schiera e due palazzine multifamiliari di diversa tipologia; che sono stati modellati includendo diversi livelli di retrofit dell’involucro edilizio e diverse soluzioni per il rifacimento dei sistemi di generazione, distribuzione ed emissione dell’energia termica e frigorifera. L’analisi è stata condotta per quattro località che rispecchiano le condizioni climatiche più diffuse in Europa: Atene (GR), Venezia (IT), Debrecen (HU), Helsinki (FI), per garantire una buona generalizzazione a livello europeo dei risultati ottenuti.
Lo scopo del lavoro è quello di fornire uno strumento flessibile che permetta di affrontare la questione del risparmio energetico negli edifici con una maggiore sensibilità e consapevolezza, fornendo una metodologia e una casistica ben popolata che permetta di stimare i benefici raggiungibili in base alle scelte compiute e generalizzare le stime effettuate sul maggior numero di edifici reali possibili.
I risultati che verranno esposti in seguito rappresentano la prima fase di uno studio tutt’ora in evoluzione, attraverso l’ampliamento della casistica degli edifici e dei sistemi energetici, e che tuttavia si dimostra già sufficiente per valutare l’impatto di alcune scelte rispetto ad altre, avvicinandosi all’obiettivo per cui è stato concepito.

2. METODOLOGIA

Lo studio è diviso in due fasi; la prima parte indaga l’involucro edilizio nel suo stato originario, la baseline, inteso come un involucro che non è stato oggetto di alcun intervento di riqualificazione, nel quale i serramenti sono a singola camera d’aria e di tipo tradizionale e in alcuni casi a singolo vetro.
Diverse soluzioni di retrofit sono confrontate tra loro e rispetto alla baseline per individuare gli interventi aventi gli impatti maggiori.
La seconda parte considera invece gli impianti tecnici dei casi studio, individua una soluzione standardizzata di base per la situazione attuale e introduce diverse configurazioni impiantistiche di rinnovo per poi confrontare i risparmi ottenibili in termici di energia primaria.

2.1 Involucro edilizio – modellazione e analisi de fabbisogni

Sulla base di un’analisi statistica [5], della normativa [6] e della letteratura tecnica disponibile sull’argomento [7-13], sono state individuate quattro classi di edifici sufficientemente rappresentative del parco edilizio europeo. Per ogni categoria è stato definito un edificio campione, che è stato modellato e simulato per mezzo di un codice di calcolo dinamico. I casi studio considerati sono presentati in Tabella 1.
Ogni aspetto che abbia influenza sui fabbisogni di energia per il riscaldamento e il raffrescamento è stato accuratamente analizzato e implementato nel modello di base e nelle azioni di retrofit. Opportune programmazioni sono state introdotte per considerare la presenza o meno degli utenti negli ambienti così come l’accensione dei sistemi di illuminazioni da interno, in base all’occupazione degli ambienti e alla luce naturale. Infiltrazioni d’aria e ventilazione naturale sono stati modellati imponendo un tasso di ricambio d’aria pari a 0,3 h-1 [14,15]. La baseline degli involucri edilizi è stata modellata sulla base delle strutture tipiche di ogni tipologia edilizia, e sono state valutate tre situazioni di retrofit che prevedono un cappotto esterno di spessore variabile da 6, 8 e 10 cm. I serramenti esistenti, a singolo o doppio vetro secondo sono stati sostituiti con serramenti a doppia camera e gas basso emissivo nell’intercapedine. Le azioni di retrofit sono schematizzate in Tabella 2 e le caratteristiche tecniche dei serramenti sono riassunte in Tabella 3.

Michele De Carli è professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Padova.
Samantha Graci è assegnista di ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Padova.