tratto da un FOCUS TECNICO di NOBILI Dr.Ing. SARA Assistenza Logical Soft
La definizione di edificio nZEB (Nearly Zero Energy Building) si affaccia al panorama normativo della efficienza energetica degli edifici con il pacchetto di Direttive Europee definite dall’acronimo EPBD (Energy Performance Building Directions) nel 2010 e in particolare, l’articolo 9 dell’EPBD 31/2010.
Il recepimento in Italia della direttiva europea avviene con il D.L. 63/2013 poi tramutato in Legge 90 il 3 agosto 2013. In estrema sintesi questo significa che quando il professionista si accinge a progettare ad esempio una scuola, di qualsiasi grado, o un ospedale, dovrà porre particolare attenzione al calcolo e alla verifica di alcuni parametri che attestano di avere a che fare con un “edificio ad altissima prestazione energetica […]. Il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo è coperto in misura significativa da energia da fonti rinnovabili prodotta in situ”. Con il D.M. 11/10/2017 le Pubbliche Amministrazioni sono obbligate ad includere nelle gare di appalto il rispetto di alcuni criteri dall’elevata valenza ambientale, denominati Criteri Ambientali Minimi (CAM) che, per quanto concerne le verifiche di prestazione energetica e di approvvigionamento energetico, corrispondono integralmente a quanto richiesto dal Legislatore per un edificio ad energia quasi zero.
CHE COS'E' UN EDIFICIO nZEB E QUALI SONO LE SCADENZE
Il termine nZEB è l’acronimo di nearly Zero Energy Building e vuole indicare un edificio con consumo energetico pari quasi a zero. Gli edifici nZEB quindi per “funzionare” richiedono pochissima energia con un conseguente scarso impatto nocivo sull’ambiente. La direttiva europea 31/2010/UE ha imposto agli stati membri di abbassare i consumi energetici degli edifici e ha fornito la prima definizione di edificio nZEB; in Italia tale direttiva è stata recepita con il DL 63/2013, poi convertito in Legge 90 il 3 agosto 2013. Le scadenze per il territorio italiano sono le medesime previste per l’Europa:
- dal 1° gennaio 2019 gli edifici di nuova costruzione occupati da pubbliche amministrazioni e di proprietà di queste ultime, ivi compresi gli edifici scolastici, devono essere edifici a energia quasi zero
- dal 1° gennaio 2021 la disposizione di cui sopra è estesa a tutti gli edifici di nuova costruzione e agli edifici sottoposti a ristrutturazioni importanti di primo livello, quindi sia pubblici che privati
QUALI VERIFICHE PER IL PROGETTISTA
Il Decreto Ministeriale 26/06/2015 (Decreto Requisiti Minimi, da qui in avanti indicato sinteticamente come D.M.) esplicita quali sono i calcoli e le verifiche da compiere per potere ritenere un edificio ad energia quasi zero. Il D.M. è un decreto attuativo della Legge 90/2013; esso è richiamato dalla Delibera della Regione Emilia Romagna e ripreso dal Decreto 6480 di Regione Lombardia. Le verifiche richieste dal legislatore per avere un edificio ad energia quasi zero; particolare rilievo è dato al concetto di edificio di riferimento, innovativo rispetto al passato e di cruciale importanza per l’esito delle verifiche.......
L'EDIFICIO DI RIFERIMENTO
La verifica dei requisiti di legge di un edificio nZEB si esegue confrontando gli indici di prestazione dell’edificio reale con gli stessi indici valutati per un edificio detto “di riferimento”. Ma che cosa è l’edificio di riferimento? Riprendiamo la definizione fornita nell’APPENDICE A – Decreto Requisiti Minimi 26/06/2015: “Con edificio di riferimento o target si intende un edificio identico in termini di geometria (sagoma, volumi, superficie calpestabile, superfici degli elementi costruttivi e dei componenti), orientamento, ubicazione territoriale, destinazione d’uso e situazione al contorno e avente caratteristiche termiche e parametri energetici predeterminati conformemente alla presente Appendice all’Allegato 1.”
- orientamento, ubicazione
- tipologie degli impiantiper tutte le zone climatiche l’edificio di riferimento assume un valore di trasmissione solare totale ggl+sh per componenti finestrati con orientamento da Est a Ovest passando per Sud pari a 0,35.
- per tutte le zone climatiche l’edificio di riferimento assume un valore di trasmissione solare totale ggl+sh per componenti finestrati con orientamento da Est a Ovest passando per Sud pari a 0,35.
- Nel caso di strutture delimitanti lo spazio riscaldato verso ambienti non climatizzati, si assume come trasmittanza il valore della pertinente tabella diviso per il fattore di correzione dello scambio termico tra ambiente climatizzato e non climatizzato, come indicato nella norma UNI TS 11300-1 in forma tabellare.
- Nel caso di strutture rivolte verso il terreno, i valori delle pertinenti tabelle devono essere confrontati con i valori della trasmittanza termica equivalente calcolati in base alle UNI EN ISO 13370.
- Per le strutture opache verso l’esterno si considera il coefficiente di assorbimento solare dell’edificio reale.
Per quanto riguarda gli impianti tecnici da considerare nell’edificio di riferimento:
- gli impianti di produzione di energia da considerarsi sono gli stessi dell’edificio reale ed in assenza di un servizio energetico nell’edificio reale esso è da considerarsi assente anche nell’edificio di riferimento.
- per i servizi di climatizzazione invernale, climatizzazione estiva e acqua calda sanitaria devono essere utilizzate le efficienze medie ηu del complesso dei sottosistemi di utilizzazione, ossia emissione/regolazione/distribuzione/eventuale accumulo) indicate in TAB.1.
- per i sottosistemi di generazione devono essere usate le efficienze medie indicate in TAB.2.
Per quanto riguarda le trasmittanze degli elementi opachi e trasparenti, l’edificio di riferimento deve essere costruito con i valori indicati nell’Appendice A del D.M., in particolare l’edificio di riferimento da utilizzarsi nelle verifiche nZEB è da costruirsi con le trasmittanze che il D.M. indica nelle tabelle con la dicitura “2019/2021”.......
In presenza di impianti di ventilazione meccanica, nell’edificio di riferimento si considerano le medesime portata di aria dell'edificio reale.
Riassumendo: il calcolo dei fabbisogni energetici minimi non è più svolto a partire da valori tabellari in funzione della zona climatica e del rapporto S/V, come avveniva in passato, ma viene eseguito considerando il fabbisogno energetico di un edificio che ricalca quello reale, ad eccezione di alcuni parametri fissati dal Decreto Ministeriale.
VERIFICHE RELATIVE all'INVOLUCRO
Il D.M. riporta nel nella lettera b), comma 2, par.3.3, Allegato 1 quali sono le verifiche che un edificio nZEB deve rispettare; nel presente paragrafo verranno affrontate le verifiche più specificatamente rivolte all’involucro disperdente, nel paragrafo successivo le verifiche relative all’impianto dell’edificio.
VERIFICHE TERMOIGROMETRICHE DELLE STRUTTURE
Per le strutture opache dovranno essere eseguite le verifiche di condensa superficiale e interstiziale secondo la metodologia descritta nella norma UNI EN ISO 13788. Il 20 dicembre 2018 il Ministero dello Sviluppo Economico ha pubblicato la terza serie di FAQ sul Decreto Requisiti Minimi chiarendo alcuni temi di non facile interpretazione nel D.M.; tra di essi riportiamo qui la FAQ 3.11 riguardante la verifica di condensa interstiziale con risposta ufficiale del Ministero e un breve commento interpretativo.
Coefficiente globale di scambio termico per trasmissione per unità di superficie disperdente (H’T)
Il coefficiente medio globale di scambio termico per trasmissione per unità di superficie disperdente H’T punta l'attenzione sul contenimento dello scambio termico ovvero sulla risposta dell'edificio alla fuoriuscita di calore durante il periodo di riscaldamento.
Esso si calcola come:
H’T = Htr,adj / ΣkAk [W/m2K]
in cui:
Htr,adj [W/K] coefficiente globale di scambio termico per trasmissione dell’involucro calcolato come da UNI/TS 11300-1.
Ak [m2] area del componente dell’involucro k-esimo.
Il parametro H’T deve essere inferiore al valore limite, in funzione della zona climatica e del rapporto Superficie disperdente / Volume............
Verifiche relative all’impianto
Indici di prestazione termica utile per riscaldamento e raffrescamento EPH,nd e EPC,nd e di prestazione globale energetica globale EPgl,tot Gli indici di prestazione EPHnd e EPCnd dell’edificio reale devono essere inferiori rispetto ai corrispondenti valori limite calcolati per l’edificio di riferimento, così come definito dal D.M. Requisiti Minimi 26-06-2015. Nella progettazione sarà necessario tenere presente che in inverno troppe dispersioni per trasmissione e ventilazione sono controproducenti per ottenere una verifica positiva, mentre d’estate, al contrario, risultano favorevoli al calcolo del fabbisogno di energia termica utile per raffrescamento. Efficienza media stagionale degli impianti di riscaldamento, produzione di acqua calda sanitaria e raffrescamento ηH, ηW, ηC l'edificio di progetto deve avere rendimenti maggiori dell'edificio di riferimento nZEB valutato con efficienze di impianto standard definite dal decreto....
Obblighi di integrazioni dalle fonti rinnovabili come da Allegato 3 del D.lgs. 28/2011
Un edificio per definirsi nZEB deve prevedere che un’aliquota consistente dell’energia da consumare venga prodotta in situ, ad esempio tramite solare termico e/o fotovoltaico, pompe di calore, ecc.
Gli edifici nZEB devono rispettare gli obblighi di integrazione delle fonti rinnovabili presenti nell'Allegato 3, paragrafo 1, lettera c), del decreto legislativo 3 marzo 2011, n. 28. In tale sede è richiesto che gli impianti di produzione di energia termica siano progettati e realizzati in modo da coprire, tramite energia prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili:
- una percentuale di almeno il 50% dei consumi previsti per acqua calda sanitaria
- una percentuale di almeno il 50% dei consumi previsti per acqua calda sanitaria, riscaldamento e raffrescamento.
INDICAZIONI PROGETTUALI PER TEALIZZARE UN EDIFICIO nZEB
La realizzazione di un edificio nZEB è sicuramente un obiettivo ambizioso e il progetto deve essere curato in tutti i suoi aspetti, dalla scelta dei materiali da usare per la realizzazione dell’involucro disperdente, alla tipologia di impianti da installare.
Qui di seguito vengono sintetizzati alcuni concetti chiave che sicuramente meritano un’attenta riflessione da parte del progettista incaricato.
- cercare di minimizzare il ricorso a fonti energetiche esterne e rendere l’edificio il più possibile “auto-sufficiente”: la forma geometrica, l’orientamento e le caratteristiche delle strutture (pareti, solai, finestre, ecc.) devono essere valutate in maniera accurata
- la progettazione del comfort estivo è di primaria importanza negli edifici nZEB: superfici vetrate e schermature solari hanno un peso notevole in questa trattazione; in alcuni casi potrebbe essere necessario abbandonare il calcolo mensile proposto dalle norme UNI TS 11300 ed un utilizzare un approccio orario:
- ridurre le perdite per trasmissione prevedendo un elevato isolamento di tutte le strutture disperdenti
- a completamento dell’indicazione precedente, dato che le perdite per trasmissione diventeranno quasi nulle, sarà necessario valutare l’installazione di un sistema di Ventilazione Meccanica Controllata (VMC) con recupero di calore che possa garantire il corretto ricambio d’aria interno agli ambienti
- ridurre le perdite per ventilazione prevedendo un elevato controllo della tenuta all’aria e al vento dell’involucro, raggiungibile con una corretta posa in opera dei serramenti, con la correzione dei ponti termici, ecc.
PROGETTARE IL COMFORT ESTIVO DI UN EDIFICIO mZEB CON IL CALCOLO DINAMICO ORARIO
Nella progettazione degli edifici ad energia quasi zero, data la necessità di ricorrere ad elevati livelli di isolamento dell’involucro edilizio, riveste un ruolo critico la prestazione energetica estiva.
QUALE METODO DI CALCOLO USARE
Il metodo di calcolo previsto dalle UNI TS 11300, l’attuale norma vigente in Italia per il calcolo della prestazione energetica degli edifici, è di tipo mensile in condizioni semi-stazionarie. In pratica presuppone che il valore di temperatura in un certo luogo e nell'arco di un mese, ad esempio luglio, sia sempre lo stesso a prescindere che sia giorno o notte, che sia il 1° o il 31 del mese.
È evidente che questa assunzione può condurre a risultati lontani dalla realtà e soprattutto nel progetto di edifici in regimi estivi si rivela poco efficace.
Il metodo di calcolo alternativo è quello di tipo dinamico orario per cui la norma di riferimento è la UNI EN ISO 52016 in vigore da marzo 2018. Questo approccio si rivela molto efficace nel calcolo dei fabbisogni per raffrescamento per i quali è indispensabile considerare su base oraria le ripercussioni dei fenomeni dinamici nel tempo: con questo metodo è possibile verificare l'effettivo comfort degli occupanti simulando la condizione reale degli ambienti.
LO STUDIO DELLE SCHERMATURE MOBILI CON IL METODO ORARIO
Per rientrare nelle verifiche del fabbisogno energetico utile per il raffrescamento QCnd dell’edificio occorre pensare a soluzioni progettuali che permettano di ridurre gli apporti solari.
Il calcolo mensile semi-stazionario delle UNI TS 11300 è in grado di valutare questo aspetto: un fattore correttivo lavora direttamente sugli apporti solari, riducendoli di una percentuale più o meno significativa in base alla tipologia di schermatura scelta.
Tuttavia, il metodo mensile si avvale di valori medi mensili per la temperatura esterna e l'irradianza, introducendo una forte semplificazione rispetto al comportamento reale dell’edificio. Ad esempio nel comune di Milano, per la redazione di un APE o una Ex-Legge 10, si deve assumere che per tutto il mese di luglio la temperatura esterna è considerata pari a 24,5°C e l'irradiazione solare diffusa è 8,8 MJ/m2 (UNI 10349:2016). Entrambi questi valori sono costanti di giorno e di notte.
LO STUDIO DELLO FASAMENTO TERMICO CON IL METODO ORARIO
Così come avviene per il calcolo degli apporti solari, anche per quanto riguarda gli effetti inerziali giornalieri il metodo semi-stazionario mensile non è in grado di considerare fenomeni reali importanti. L'inerzia termica è la capacità di un materiale o di una struttura di trasferire calore più o meno lentamente in base a determinate condizioni esterne ed è legata sia alla capacità (densità e calore specifico) che alla conduttività dei materiali.
Analizzare l'inerzia termica sul comportamento dell'involucro significa valutare l'effetto combinato di accumulo termico e resistenza termica di una struttura.
Un involucro che si comporti bene anche d'estate deve sfruttare l'effetto dell'inerzia in modo tale che il picco massimo della temperatura interna si registri quando la temperatura esterna si attenua, cioè avvicinandosi alle ore serali.
Per analizzare i tempi di risposta inerziali è necessario avvalersi dell'approccio dinamico orario: con un passo temporale ridotto all'ora (e non più al mese) e un modello che considera la ripercussione dei fenomeni nel tempo (dinamico e non stazionario) la nostra analisi si avvicina sensibilmente al reale comportamento dell'edificio........
LO STUDIO DEL SISTEMA DI VENTILAZIONE NATURALE CON IL METODO ORARIO
I carichi endogeni e quelli per irraggiamento solare vengono normalmente denominati "apporti gratuiti" perché, se ci si riferisce al solo riscaldamento, contribuiscono a diminuire il fabbisogno energetico.
Il termine gratuito è corretto finché le dispersioni termiche sono maggiori dei valori di tali carichi: quando avviene il contrario è necessario smaltire il calore in eccesso altrimenti aumenta in modo fastidioso la temperatura interna.
Una valida alternativa progettuale per il regime estivo risulta essere il free cooling, ovvero il "raffreddamento libero" degli ambienti: è un sistema di ventilazione naturale che non spreca energia perché sfrutta semplicemente la differenza di temperatura tra ambiente interno ed ambiente esterno. Oltre a non incidere negativamente sull'ambiente, proprio grazie al consumo nullo di energia per il suo funzionamento, consente anche un interessante risparmio in termini di costi in bolletta.
IL PROGETTO DEGLI EDIFICI PUBBLICI CON I CAM PER L'EDILIZIA
L'11 ottobre 2017 è stato pubblicato un decreto che ha introdotto importanti novità per le gare di appalto degli edifici pubblici. Il decreto, che riprende il Codice Appalti e modifica l'esistente D.M. 11 gennaio 2017, obbliga le Pubbliche Amministrazioni ad includere nelle gare il rispetto di alcuni criteri dall'elevata valenza ambientale, definiti Criteri Ambientali Minimi.
I CAM riguardano l'affidamento di tutti i servizi di progettazione e i lavori di nuova costruzione, ristrutturazione e manutenzione degli edifici pubblici e il loro scopo è indirizzare la Pubblica Amministrazione verso un uso più razionale dell'energia, riducendo l'impatto ambientale.
CHE COSA SONO I CRITERI AMBIENTALI MINIMI
I Criteri Ambientali Minimi (CAM) sono definiti nell'ambito del PAN GPP "Piano di azione per la sostenibilità ambientale dei consumi della Pubblica Amministrazione" e la loro applicazione ha come scopo quello di favorire, negli appalti pubblici, l'uso di tecnologie e prodotti ambientalmente più sostenibili. I CAM attualmente in vigore sono circa una ventina e riguardano i più svariati campi di acquisto di prodotti, manufatti e servizi.
VERIFICHE RICHIESTE DAL DECRETO CAM IN TEMINI DI PRESTAZIONE ENERGETICA DELL'EDIFICIO
Nella seguente tabella viene riassunto, distinguendo in base al tipo di intervento prescelto, cosa è richiesto dal D.M. nel CAM relativo alla prestazione energetica dell’edificio........
Verifiche richieste dal decreto CAM in termini di approvvigionamento energetico
In caso di nuove costruzioni e ristrutturazioni rilevanti, il D.M. 11 ottobre 2017 (par.2.3.3) richiede di soddisfare il fabbisogno energetico dell'edificio con una copertura percentuale da fonti rinnovabili maggiorata di un ulteriore 10% rispetto ai valori presenti nell'Allegato 3 del D.lgs. 28/2011.
