DIAGNOSI ENERGETICA E RIQUALIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI TERMICI 1 Ordine degli Ingegneri di Cagliari Commissione impianti Dott. Ing. Gian Paolo Soddu Cagliari 06.10.2014
DIAGNOSI ENERGETICA E
RIQUALIFICAZIONE DEGLI
IMPIANTI TERMICI
1
Ordine degli Ingegneri di Cagliari Commissione impianti
Dott. Ing. Gian Paolo Soddu
Cagliari 06.10.2014
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Indice degli argomenti
1. STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
2. RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO
ESISTENTE
3. IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
4. DIAGNOSI E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
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Secondo gli scenari degli analisti internazionali, nel
medio termine (fino al 2025) il fabbisogno
energetico crescerà con un tasso del 5% all’anno e
continuerà ad essere soddisfatto in maniera
prevalente dai combustibili fossili.
Il petrolio continua ad essere la fonte
predominante coprendo il 33% della domanda,
seguito dal carbone 27% e gas 21%.
Le fonti rinnovabili sono arrivate a coprire nel
2010, il 13% dell’offerta primaria mentre il
nucleare copre il 6%.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
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Poiché l’uso di combustibili fossili è la
causa primaria delle alterazioni
climatiche in atto nel nostro pianeta
come conseguenza dell’effetto serra
generato dalle emissioni di CO2 in
atmosfera, il tema dell’energia associato
alle alterazioni climatiche è diventato
dominante, per cui è imperativo ridurre
al più presto la produzione di anidride
carbonica da combustione.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
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LA RIPARTIZIONE DEL BISOGNO DI ENERGIA IN ITALIA.
La ripartizione degli impieghi tra i diversi settori è così
articolata:
• usi civili : 34,4 %, • trasporti : 31,5 % • industria : 24,2%.
(fonte ENEA: UTEE - Unità Tecnica Efficienza Energetica )
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La dipendenza del sistema energetico italiano dall’estero risulta di
carattere strutturale e si è stabilizzata al 85,6 %.
La media europea è prossima al 56 % e l’Italia si colloca tra i paesi a più
alta dipendenza energetica.
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RIDURRE IL CONSUMO DI ENERGIA PRODOTTA DA FONTI FOSSILI NON È PIÙ
UNA SCELTA, MA È UNA NECESSITÀ.
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DIAGNOSI E RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
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Per mantenere fede all’impegno del Protocollo di Kioto, il
trattato sottoscritto nel 1997 da più di 180 Paesi per il
contrasto al cambiamento climatico, la Comunità Europea
ha formulato il “pacchetto clima-energia 20-20-20”
(Direttiva 2009/28/UE del 18.12.2008), che ha fissato i
seguenti obiettivi ,da raggiungersi entro il 2020 :
1. ridurre del 20% i consumi energetici
2. ridurre del 20% le emissioni di CO2 rispetto al 1990
3. aumentare al 20% la quota di energia prodotta da fonti rinnovabili
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Dato il peso del settore civile (residenziale e
terziario), l'azione europea si esprime
attraverso tre linee direttrici fondamentali:
1. Riduzione dei consumi energetici degli
edifici
2. Aumento dell'efficienza dei componenti
tecnologici impiantistici
3. Accrescere l'utilizzo delle fonti di energia
rinnovabili (FER)
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
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La prima direttiva europea concernente il
rendimento energetico in edilizia è la Energy
Performance Building Directive (EPBD)
2002/91/CE è stata recepita in Italia dal
DECRETO LEGISLATIVO n. 192 del 19 agosto
2005, legge fondamentale relativa al
rendimento energetico nell'edilizia,
successivamente integrata e corretto dal Dlgs
311/06, che introduce la Certificazione
energetica del sistema edificio-impianto.
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Il D.Lgs. 28/2011 c.d. “Decreto Rinnovabili”, definisce in maniera compiuta i
criteri di dotazione degli edifici di impianti alimentati da fonti rinnovabili.
Dal 31 maggio 2012 è richiesta una copertura del 50%, del fabbisogno di
energia termica per la produzione di acqua calda sanitaria.
Per il riscaldamento ed il raffrescamento, la copertura con fonti rinnovabili
di una quantità di energia calcolata sul fabbisogno complessivo
dell'immobile, valgono le seguenti percentuali:
• il 20% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal
31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013
• il 35% , dal 1° gennaio 2014 al 31 dicembre 2016
• il 50% , dal 1° gennaio 2017
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Energia elettrica da fonti rinnovabili:
Obbligo di installare impianti alimentati da fonti
rinnovabili la cui potenza (P) è proporzionata alla
superficie in pianta dell'edificio al livello del terreno
(S) mediante la relazione P = S/K. Dove:
• K = 80, quando la richiesta del pertinente titolo edilizio
è presentata dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013
• K = 65, quando la richiesta del pertinente titolo edilizio
è presentata dal 1° gennaio 2014 al 31 dicembre 2016
• K = 50, quando la richiesta del pertinente titolo edilizio
è rilasciato dal 1° gennaio 2017
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La direttiva del 2002 è stata integrata dalla nuova Direttiva
2010/31/UE , la quale ha introdotto i seguenti indirizzi per gli Stati
membri:
1. L'adozione di una comune metodologia di calcolo della
prestazione energetica
2. Il calcolo dei livelli ottimali in funzione dei costi per i requisiti
minimi di prestazione energetica.
3. "Edifici a energia quasi zero". Gli Stati membri provvedono
affinché entro il 31 dicembre 2020 tutti i nuovi edifici
costruzione siano “edifici a energia quasi zero” (NZEB);
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4. La riqualificazione energetica immobili esistenti.
Requisiti minimi di efficienza per le ristrutturazioni per almeno
il 25% della superficie o del valore.
5. Il ruolo guida del settore pubblico.
Gli edifici pubblici aventi una metratura totale di oltre 500 mq
e aperti al pubblico dovranno esporre degli attestati di
certificazione energetica. Entro cinque anni la metratura sarà
ridotta a 250 mq.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
La Direttiva 2010/31/UE è stata recepita in Italia
con il DLgs 63/2013, convertito nella legge n. 90
del 3 agosto 2013, (GU n.181 del 3-8-2013)
Il decreto introduce numerose modifiche al testo
di riferimento: il Dlgs 192/2005.
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Edifici NZEB e confine di sistema.
Uno dei punti qualificanti è quello degli Edifici a Energia Quasi
Zero, i c.d. NZEB (Near Zero Energy Buildings), ossia strutture
in grado di utilizzare pochissima energia per il loro
funzionamento.
Viene introdotto il concetto di “confine del sistema”, che
include tutte le aree di pertinenza dell’edificio, interne ed
esterne, dove l’energia è consumata o prodotta: la definizione
è importante perché da essa deriva il concetto di “energia
consegnata” e di “energia esportata”.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Viene introdotto il concetto di “edificio di riferimento
o target per un edificio sottoposto a verifica
progettuale, diagnosi, o altra valutazione energetica” .
Su di esso si basa il nuovo sistema di verifica di
conformità degli interventi edilizi: non più valori
fissi riscontrabili su una scala predefinita, ma valori di
volta in volta definiti sulla base delle caratteristiche
tipo-morfologiche e tecnologiche dell’edificio che si sta
progettando.
L'edificio di riferimento
(reference building) è un
edificio che ha la stessa
geometria, orientamento,
destinazione d'uso
dell'edificio di nuova
costruzione
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Gli edifici NZEB devono costituire lo standard costruttivo
generalizzato a partire dal 2020, con un'anticipazione al
2018 per gli edifici pubblici.
La logica è che per incrementare l'uso di energie rinnovabili
occorre intervenire su edifici intrinsecamente virtuosi da un
punto di vista del fabbisogno di energia primaria, che
richiedano cioè un'integrazione esterna molto bassa.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
edifici a quasi zero energia (NZEB)
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Rilevante integrazione al DLgs 192/05: Art.8 , comma 1-bis. :
“…. in caso di edifici soggetti a ristrutturazione importante,
nell'ambito della relazione di cui al comma 1 (L.10/91) e'
prevista una valutazione della fattibilità tecnica, ambientale
ed economica per l'inserimento di sistemi alternativi ad alta
efficienza, tra i quali sistemi di fornitura di energia
rinnovabile, cogenerazione, teleriscaldamento e tele-
raffrescamento, pompe di calore e sistemi di monitoraggio e
controllo attivo dei consumi. La valutazione della fattibilità
tecnica di sistemi alternativi deve essere documentata e
disponibile a fini di verifica.”
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
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In sintesi ..
Le possibili scelte sulle nuove costruzioni si riassumono così:
• Progettazione Efficiente (esposizione, funzionalità, forma)
• Rendimento energetico edificio con sistemi ad alta efficienza (impianti a bassa temperatura, pompe di calore, caldaie a condensazione)
• Solare Termico per acqua sanitaria
• Solare Fotovoltaico per usi elettrici
• Elettrodomestici in classe A e superiore
• Lampade a risparmio energetico
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
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la sfida è la RIQUALIFICAZIONE
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… ma tutto questo non risolve il problema…
STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
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Più del 90% delle abitazioni oggi esistenti
sono state costruite prima del 1991.
Il 55.4% delle abitazioni esistenti ha più
di 40 anni e non ha subito nel tempo
alcun tipo di intervento di riqualificazione
energetica, né per quanto riguarda
l’involucro edilizio, né per quanto
riguarda l’impianto di generazione e
distribuzione del calore.
( rapporto C.R.E.S.M.E. del 2011).
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IL PATRIMONIO EDILIZIO IN ITALIA
RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
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“PER COSA” CONSUMA IL SETTORE CIVILE?
La quota dei consumi energetici per usi civili
è così ripartita:
• il 68 % è dovuto al riscaldamento,
• il 16 % agli usi elettrici come
l’illuminazione e gli elettrodomestici,
• il 11 % alla produzione di acqua calda
sanitaria
• il rimanente 5 % agli usi cucina.
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IL PATRIMONIO EDILIZIO IN ITALIA
STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
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DECRETO LEGISLATIVO 102/2014
Il 4 luglio 2014 è stato approvato il DLgs n. 102, in "attuazione
della direttiva 2012/27/UE”, nel quale si dettano norme
finalizzate a rimuovere gli ostacoli sul mercato dell'energia e a
superare le carenze che frenano l'efficienza negli usi finali
dell'energia.
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EFFICIENZA ENERGETICA E LEGISLAZIONE ITALIANA
RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
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Termoregolazione e contabilizzatori del calore.
Tra le altre misure contenute nel DLgs 102/2014, con
l'articolo 9 comma 5 si stabilisce l'obbligo dell'installazione
negli immobili condominiali di sistemi di termoregolazione
e contabilizzazione dei consumi e la suddivisione delle
spese in base ai consumi effettivi di ciascun centro di
consumo individuale, entro il 31 dicembre 2016.
Si intende così favorire il contenimento dei consumi
energetici riducendo gli sprechi e attraverso la
responsabilizzazione degli utilizzatori .
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EFFICIENZA ENERGETICA E LEGISLAZIONE ITALIANA
RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
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INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
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La normativa italiana definisce il termine efficienza
energetica come: "Rapporto o altra relazione quantitativa
tra i risultati in termini di prestazioni, servizi, beni, energia
e l’immissione di energia“ (decreto 115 del 30/5/2008 ).
Infatti, di tutta l'energia consumata nel riscaldamento, una
buona parte viene dispersa attraverso l'involucro edilizio (muri,
tetti, finestre), una parte per il ricambio d'aria ed un’altra
dall'impianto termico stesso.
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RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
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Il concetto non è dissimile da quello di rendimento
definito in fisica o nell’ingegneria.
In un processo di utilizzo o trasformazione energetica
l'efficienza è il rapporto tra l’energia utile netta e l’energia
assorbita dal processo:
Efficienza = (Eout / E in) < 1
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Eout Ein Conversione e trasferimento
RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
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L’incremento dell’efficienza del solo sistema di riscaldamento
permetterebbe di ridurre i consumi di almeno il 30%.
Limitando le dispersioni di calore e utilizzando apparecchi e
tecnologie ad alta efficienza ogni famiglia potrebbe risparmiare il
40-50% delle spese per riscaldamento e produzione di ACS.
E' dimostrabile che gli investimenti in interventi di efficienza
energetica nelle nostre abitazioni assicurano (anche in assenza di
incentivi) un ritorno economico positivo sotto forma di risparmio
nelle bollette di luce e gas.
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RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
30
Un sistema edificio/impianto
è caratterizzato dalla sua
“prestazione energetica” Ep,
cioè fabbisogno di energia
primaria all’ingresso del
sistema edificio/impianto.
Si misura in kWh/m² di
energia primaria.
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EP
PRESTAZIONE ENERGETICA
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
31
Il riferimento del vettore energetico per l’energia primaria è il combustibile fossile (energia non rinnovabile) resa disponibile all’impianto
Ep = Qh x f
Dove Qh = energia consegnata dal vettore energetico (consumata) f= fattore di conversione in energia primaria non rinnovabile
Fattori di conversione vettori energetici in energia :
– Energia elettrica: 2,17 (rendimento di produzione alla fonte del 46%) – Combustibile fossili: 1 – Biomasse: 0,3 (il 70% è considerata energia rinnovabile) – Fonti rinnovabili: 0
(Fonte : racc. CTI 14- 2013)
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INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
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L’indice di prestazione energetica globale gli edifici (EPgl è così definito :
EPg= EPi + EPacs + EPe + EPill [kWh/(m2·anno)]
Dove:
- EPi = indice di p.e. per la climatizzazione invernale, - EPacs = indice di p.e. per la produzione di acqua calda sanitaria, - EPe = indice di p.e. per la climatizzazione estiva (non ancora richiesto) - EPill = indice di p.e. per illuminazione artificiale (non ancora richiesto) Attualmente la formula utilizzata è solamente:
Epg=EPi + Epacs
L'indice di prestazione energetica è l'energia totale consumata dall'edificio climatizzato, per metro quadro di superficie, ogni anno.
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INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
33 dott. ing. gian paolo soddu
In base all’Epg sono definite varie classi energetiche, ognuna individuata da una lettera dalla A alla G.
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
In Italia le abitazioni esistenti
consumano mediamente oltre i
150 kWh/mq/anno (circa 12,7 kg
di gasolio/mq/anno), mentre una
casa efficiente, realizzata secondo
i criteri attuali, ne consuma meno
di 50 kWh/mq/anno (circa 4,2 kg
di gasolio/mq/anno).
(PCI = 11,9 kWh/kg) La classificazione energetica varia in base alla zona climatica di appartenenza.
RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
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RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA
AREA INVOLUCRO
Caratteristiche infissi
Apporti solari passivi
Caratteristiche Sup. opache
AREA IMPIANTO
. Rendimento Emissione
. Rendimento di Distribuzione
Generatore di Calore Rend. Produz.
Rendimento di Regolazione
RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
IMPIANTI TERMICI ED
EFFICIENZA ENERGETICA
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Coerentemente con il concetto di efficienza, un
impianto termico e’ caratterizzato dal suo
RENDIMENTO globale g , inteso come rapporto fra
energia utile fornita ed energia consumata
g = Eout/Ein < 1
I rendimenti interessanti ai fini del risparmio energetico
sono i medi stagionali, dai quali dipende il consumo di
energia primaria (combustibile).
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IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
37 dott. ing. gian paolo soddu
L’impianto di riscaldamento
L ’ impianto di riscaldamento , destinato a soddisfare il bilancio
termico invernale degli ambienti e all’eventuale produzione di
acqua calda per usi igienico-sanitari, è costituito da:
1. sistema di produzione (generatore di calore)
2. sistemi di distribuzione (rete di tubazioni)
3. utilizzazione del calore (radiatori, pannelli radianti, etc.)
4. organi di regolazione e controllo (regolazione climatica,
di zona e d’ambiente).
IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
38 dott. ing. gian paolo soddu
e Rendimento di emissione
d Rendimento di distribuzione
p Rendimento di produzione
r Rendimento di regolazione
g = e x d x p x r
IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
Il rendimento globale g di un impianto termico è dato dal prodotto
di quattro rendimenti relativi ad altrettanti sotto-sistemi :
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
39
Il miglioramento delle prestazioni termiche degli impianti
di riscaldamento non può prescindere da un’attenta
analisi dei sotto-sistemi che li compongono e dei relativi
livelli di efficienza..
I quattro rendimenti sono ricollegabili alla tecnica
impiantistica, intesa come sistema tecnologico,
diversificato per tipologia d’impianto e dai relativi
componenti che la caratterizzano.
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IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
40 dott. ing. gian paolo soddu
IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
p
r
d
e
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Il DLgs. 192/05 stabilisce che il valore limite minimo del rendimento
globale medio stagionale di un impianto sotto i 1000,00 kW debba
esse non inferiore a :
ηg = (75 + 3 log Pn) / 100
dove log Pn è il logaritmo in base 10 della potenza utile nominale del
generatore al servizio del singolo impianto termico, espressa in kW.
Pertanto se Pn = 100,00 Kw, il valore limite è ηg = 81%
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IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Valori tipici di Rendimento globale
1. Impianto a radiatori, con regolazione di sola zona, con caldaia a
basamento di almeno 6 anni, bruciatore ad aria soffiata, ed
impianto di distribuzione mediamente isolato
……Rendimento globale = 0,92x0,94x0,96x0,85 = 0,7
2. Impianto a pannelli radianti, con regolazione solo di zona, caldaia
a condensazione, medesimo impianto di distribuzione
….. Rendimento globale = 0,97x0,92x0,96x0,98 = 0,84
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IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Sottosistema di emissione
Il sottosistema di emissione riguarda il trasferimento di calore in
ambiente è ed relativo a tutte le tipologie di terminali.
• Il rendimento di emissione tipico dei radiatori è il 92% (UNI TS
11300 per edifici a carico termico medio annuo >10 W/mc)
• Il rendimento di emissione tipico dei ventilconvettori è il 94%
(UNI TS 11300 per edifici a carico termico medio annuo >10 W/mc)
• Il rendimento di emissione tipico dei pannelli radianti è il 97%
(UNI TS 11300 per edifici a carico termico medio annuo >10 W/mc)
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IL RENDIMENTO DI EMISSIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
44 dott. ing. gian paolo soddu
92%
94%
97%
IL RENDIMENTO DI EMISSIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
45
Ripartizione percentuale fra le tipologie di impianto
esistenti in Italia :
• radiatori : 87%
• radiatori con valvole termostatiche 4%
• termoconvettori o ventiloonvettori ( ad aria) : 4%
• impianti radianti a soffitto e a pavimento : 5%
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IL RENDIMENTO DI EMISSIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
46
COME SI PUÒ MIGLIORARE IL RENDIMENTO DI EMISSIONE ?
• bassa temperatura media di progetto del fluido termovettore
(fan-coils a bassa temperatura, pannelli radianti);
• buon isolamento termico e strato riflettente nella parete
retrostante il corpo scaldante;
• ed inoltre, negli ambienti industriali o locali di grande altezza,
installazione di sistemi di destratificazione di temperatura.
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IL RENDIMENTO DI EMISSIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
47
Sottosistema di distribuzione
Riguarda il trasferimento del calore nell’edificio ed é strettamente
legato al grado i isolamento delle tubazioni che trasportano il fluido
termovettore ed alla temperatura di quest’ultimo.
Per un isolamento medio il rendimento è del 96% (UNI/TS 11300-2).
La loro determinazione può essere effettuata analiticamente, oppure
mediante il ricorso a dati pre-calcolati indicati dalle Norme UNI, ricavati
in base alle principali caratteristiche del sottosistema.
L’isolamento minimo delle tubazioni è imposto per Legge (DPR412/93).
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IL RENDIMENTO DI DISTRIBUZIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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IL RENDIMENTO DI DISTRIBUZIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Sottosistema di generazione
Riguarda la produzione di calore.
Il rendimento di produzione medio stagionale è dovuto al fatto che non
tutta l’energia fornita viene trasferita all’acqua, a causa delle perdite.
Tali perdite dipendono sono fortemente influenzate anche dalle
modalità di inserimento del generatore nell'impianto.
Inoltre, in particolare, dal suo dimensionamento rispetto al fabbisogno
dell'edificio, dalle modalità di installazione e dalla temperatura
dell'acqua (media e/o di ritorno al generatore) nelle condizioni di
esercizio (medie mensili).
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IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Il rendimento medio stagionale di caldaia differisce quindi dai
rendimenti a pieno carico ed a carico parziale ottenuti con prove
di laboratorio secondo le norme di riferimento.
• Generatori con bruciatori ad aria soffiata difficilmente
superano l‘85%.
• Le caldaie a condensazione possono raggiungere valori medi
del 98% .
• Valori ancora migliori, si ottengono con pompe di calore, in
particolare quelle geotermiche (COP >4,0).
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IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
51 dott. ing. gian paolo soddu
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
Le dispersioni principali generate dalla trasformazione dell’energia primaria in caldaia hanno origine da: • calore contenuto nei gas di scarico
(dispersioni QA), • dispersioni dal mantello della caldaia
durante il funzionamento del bruciatore (QS) e a bruciatore spento (QB).
Qu = ( QF – QA – QS)
Qu =potenzautileresaall’acqua
Qf = potenza al focolare
QA = dispersioni per gas di scarico
QS = dispersioni per irraggiamento
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IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
Rendimento e “Fattore di Carico”. Il dimensionamento di una caldaia avviene in modo tale che sia garantito il fabbisogno termico alla temperatura esterna più bassa. Le temperature esterne di progetto vengono però raggiunte solo raramente durante la stagione di riscaldamento, per cui la caldaia solo in questo periodo deve funzionare a temperature elevate. Nel restante periodo sono necessarie soltanto frazioni della potenzialità massima per cui la caldaia è stata dimensionata.
Si definisce “fattore di carico”, il rapporto tra le ore di attività del bruciatore ed il tempo di funzionamento dell’impianto: ϕ = Ta / Tf <1 Ta : tempo di funzionamento del
bruciatore, necessario all’apporto della quantità di calore utile
Tf : intero tempo di funzionamento dell’impianto
il fattore di carico medio delle caldaie osservato nell'arco di tutto l'anno è minore del 40%
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Da una semplice analisi dei rendimenti descritti in precedenza si
vede che il rendimento che ha più peso nel calcolo globale é senza
dubbio il rendimento di produzione.
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Aria soffiata Condensazione Pompa di calore
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
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Oggi l’impiego si sistemi a bassa temperatura (pannelli radianti e
fan-coils) alimentati con caldaie a condensazione e pompe di
calore, vanno imponendosi sul mercato per oggettivi vantaggi in
termini di efficienza, comfort ed economia di gestione.
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IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
55 dott. ing. gian paolo soddu
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
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Sottosistema di regolazione
Decidere quando, dove e quanto calore emettere in ambiente.
Il regolatore teorico perfetto è quello in grado di ridurre
immediatamente l’emissione del corpo scaldante in presenza di un
apporto termico proveniente da fonte diversa dall’impianto di
riscaldamento.
La sola regolazione centrale, anche climatica, non è sufficiente per
garantire un elevato rendimento di regolazione, in quanto non
consente un soddisfacente recupero degli apporti gratuiti.
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IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
57
La regolazione centralizzata dell’impiantopuòseguire
due principi:
• a punto fisso, cioè con temperatura di mandata è
fissata una volta per tutte in funzione delle condizioni
di temperatura esterna più severe;
• climatica, cioè con adeguamento continuo della
temperatura di mandata alla temperatura esterna
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IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
Regolazione climatica di centrale
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IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
Regolazione di zona Regolazione d’ambiente
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Secondo la Norma UNI/TS 11300-2, in presenza di solo termostato
ambiente, il rendimento di regolazione vale:
• Radiatori, convettori, ventilconvettori, strisce radianti ed aria
calda : circa il 94% .
• Pannelli radianti annegati nelle strutture : 92%
E’ inevitabile che a causa dell’alta inerzia termica il rendimento di
regolazione dei pannelli radianti sia inferiore a quello dei radiatori.
IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Termoregolazione e contabilizzazione individuale.
Si è visto che il Decreto legislativo 102/2014 stabilisce per gli
edifici condominiali l'obbligo dell'installazione di sistemi di
termoregolazione e contabilizzazione del consumi
individuali, entro il 31 dicembre 2016.
La termoregolazione si realizza con “Valvole termostatiche”.
Due sono le possibilità di termoregolazione, a seconda degli
schemi impiantistici:
• Contabilizzazione diretta
• Contabilizzazione indiretta
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IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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La contabilizzazione diretta è facilmente utilizzabile negli impianti caratterizzati da un unico circuito di alimentazione per ogni unità immobiliare. Risulta quindi particolarmente adatta per:
• nuovi edifici con impianti a distribuzione orizzontale;
• trasformazione di impianti autonomi esistenti in nuovi impianti con produzione centralizzata del calore.
Contabilizzazione diretta
Distribuzione orizzontale
(Nuove costruzioni)
Contabilizzazione e ripartizione del calore
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Contabilizzazione diretta
Collettore
ultrasuoni
meccanici
Distribuzione orizzontale
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La contabilizzazione indiretta è
utilizzata principalmente negli
impianti a “distribuzione verticale” a
colonne montanti, installando un
ripartitore su ogni corpo scaldante.
In questi impianti la contabilizzazione
diretta sarebbe infatti improponibile
per l’impossibilità di identificare un
circuito relativo all’unità immobiliare. Distribuzione verticale
(Edifici esistenti)
Contabilizzazione indiretta
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
Contabilizzazione e ripartizione del calore
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Contabilizzazione indiretta
Contabilizzazione e ripartizione del calore
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Il ripartitore trasmette informazioni ad un ricevitore sulla
quantità di energia erogata dal corpo scaldante.
Il principio di funzionamento si basa sulla conoscenza della
potenza termica nominale del corpo scaldante e sulla misura
delle sue condizioni di funzionamento (differenza fra
temperatura media superficiale e temperatura ambiente)
dalle quali dipende l’emissione termica, integrandola nel
tempo.
Ripartitore a doppio sensore, in radiofrequenza
Contabilizzazione e ripartizione del calore
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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La normativa di riferimento è la UNI EN 834.
L'unità di ripartizione, rappresenta l’elemento di proporzionalità con l’energia erogata ed è rappresentata da:
)TT(kU at
rR
dove: Ur = unità di ripartizione K = coefficiente che tiene conto di:
• potenza nominale del radiatore Kq • tipologia del radiatore • modalità di montaggio Kc
Tr = temperatura superficiale radiatore Ta = temperatura ambiente
Contabilizzazione e ripartizione del calore
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Sistema evoluto di termoregolazione con valvole elettroniche programmabili e contabilizzazione da remoto
69
Vantaggi.
Un buon sistema di termo-regolazione
dell’impianto di riscaldamento è fondamentale
per il risparmio di energia poiché:
1. assicura una temperatura costante
nell’abitazione, qualunque siano le
condizioni climatiche esterne;
2. consente di sfruttare gli apporti termici
gratuiti evitando i fenomeni di
surriscaldamento della casa;
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IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
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3. Consente di gestire il riscaldamento secondo le proprie
esigenze, garantendo la flessibilità gestionale
caratteristica dell’impianto autonomo, senza rinunziare ai
vantaggi del riscaldamento centralizzato
4. In abbinamento con la contabilizzazione premia il
comportamento virtuoso del singolo utente che può
ottenere una riduzione degli sprechi e quindi dei costi.
5. Consente di ottimizzare in termini di equità la
correlazione tra spesa attribuita e calore effettivamente
prelevato dalla c.t. condominiale.
Contabilizzazione e ripartizione del calore
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
Ogni grado in meno
della temperatura
ambiente consente
un risparmio del
combustibile del 7%
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E’ bene ricordare che :
• La termoregolazione senza contabilizzazione è poco utile
perché l’utente non è motivato ad utilizzarla.
• La contabilizzazione senza termoregolazione è inutile in quanto
l’utente non può decidere i propri consumi.
• La Norma UNI 10200 definisce i criteri di ripartizione della spesa
per l’energia prelevata, sia per il riscaldamento che per l’ACS
• Si può tenere sempre acceso giorno e notte l’impianto
centralizzato in presenza di una regolazione climatica che regoli
la temperatura interna almeno su due livelli;
Contabilizzazione e ripartizione del calore
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
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Contabilizzazione e ripartizione del calore
IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
Importante
Tenendo sempre acceso l’impianto di riscaldamento l’edificio
mantiene una temperatura costante, senza dannosi sbalzi
termici, e permette un ulteriore risparmio energetico.
Effetti sull’impianto esistente
• Forte riduzione della portata totale dell’impianto
• Generazione di sovra-pressione nel circuito di distribuzione
• Abbassamento della temperatura dei radiatori
• Esaltazione degli squilibri fra diverse colonne
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DIAGNOSI ENERGETICA E
VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
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Le opportunità di miglioramento vanno valutate con una DIAGNOSI
ENERGETICA che evidenzi gli interventi più opportuni e prioritari che
interessano sia il sistema tecnologico sia la gestione energetica
dell’edificio.
Per DIAGNOSI ENERGETICA si intende :
« un processo sistematico che evidenzi i bisogni energetici ed i
consumi di un organizzazione sia essa in ambito civile o industriale,
per individuare le possibili azioni mirate a ridurre gli sprechi ovvero
aumentare l’efficienza globale del sistema.»
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DIAGNOSI ENERGETICA
DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
75
Prima fase
Raccolta di informazioni e dati
significativi preliminari al fine di
effettuare un’analisi energetica iniziale;
Seconda fase
Sopralluogo finalizzato all’analisi
energetica sull'attuale utilizzo e la
gestione dell’energia
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DIAGNOSI ENERGETICA
DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
Terza fase
Analisi ed elaborazione dei dati
raccolti e predisposizione del
rapporto finale
Quarta fase
Individuare delle aree di probabile
intervento tecnico di riqualificazione.
Fasi di sviluppo della diagnosi energetica
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DIAGNOSI ENERGETICA
Il DL 63/2013 introduce un’importante integrazione al Dlgs 192/05,
imponendo un nuovo obbligo al tecnici, stabilendo art.4 che :
“… i requisiti minimi (di prestazione energetica) rispettino le
valutazioni tecniche ed economiche di convenienza, fondate
sull’analisi costi-benefici del ciclo di vita economico degli edifici … “
DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
Il beneficio è misurabile dalla riduzione della spesa per energia
primaria impiegata nell’attività.
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I passi necessari per valutare la redditività di un
intervento di miglioramento su un edificio esistente sono i
seguenti :
1. Individuazione dell’intervento
2. Calcolo dell’energia risparmiata
3. Costo dell’energia risparmiata
4. Calcolo costi-benefici
Valutazione degli investimenti
DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
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Il metodo comunemente utilizzato per la valutazione costi-rendimenti
degli investimenti è il ”valore attuale dei flussi di cassa”, valutazione in
cui il valore attuale di un progetto è comparato con il valore attuale di
un investimento alternativo per un presunto tasso di sconto.
Gli indicatori economici più largamente utilizzati sono:
– il periodo di recupero dei capitale
– il Valore Attuale Netto
– il Tasso Interno di Redditività
Valutazione degli investimenti
DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
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Tempo di ritorno semplice (PBS).
Nel caso in cui l'investimento comporti un esborso iniziale I0 ed un risparmio
(o guadagno) annuo netto R costante negli anni, risulta semplicemente:
I0
PBS = [anni]
R
Valutazione degli investimenti
DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
Questo indice ha essenzialmente il pregio dell'immediatezza, ed è sempre considerato
come uno degli indicatori economici più importanti e significativi.
In un’analisi di massima o di “pre-fattibilità”, il PBS è in genere sufficiente per fornire
indicazioni esaurienti. Va comunque confrontato con la vita media della realizzazione.
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Valore Attuale Netto.
Lo strumento matematico più fine che consente di valutare
l’accettabilità di un investimento è il calcolo del V.A.N.
Ciò significa mettere a raffronto l’onere di un esborso iniziale
(che rappresenta una rinuncia ad una disponibilità iniziale)
con il flusso di cassa rappresentato dai proventi che si
presentano negli anni successivi, come conseguenza
dell’investimento.
Valutazione degli investimenti
DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
81 dott. ing. gian paolo soddu
Il VAN è definito dalla relazione:
VAN = Fc x Fa – I Dove :
I= investimento iniziale
Fc : proventi attualizzati (risparmio)
Fa : fattore di annualità [ Σ1nc1/ (1+ì)k] (con indice del periodo
k-esimo da 1 a nc)
ì = tasso % d’interesse (costo del capitale, considerato per semplicità costante)
nc= vita dell’investimento
Valutazione degli investimenti
DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
82 dott. ing. gian paolo soddu
In base al criterio di accettazione del VAN sono accettabili
tutti gli investimenti che garantiscono un VAN maggiore di 0;
cioè dovrà verificarsi un profitto tale che :
Fc x Fa > I
Il flusso di cassa Fc equivale al risparmio conseguito a causa
dell’investimento iniziale I.
DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
Valutazione degli investimenti
83
IN CONCLUSIONE :
… nonostante l’emergenza energetica e climatica e la convenienza
economica degli interventi di miglioramento, in Italia ci si focalizza
poco o niente su come aumentare l’efficienza energetica delle
abitazioni ed in particolare degli edifici condominiali, i luoghi dove
vive circa la metà della popolazione italiana.
Almeno tre sono i potenziali ostacoli :
1. Barriere culturali
2. Barriere tecniche e professionali
3. Barriere finanziarie
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DIAGNOSI ENERGETICA E RIQUALIFICAZIONE DEGLI IMPIANTI
Valutazione degli investimenti