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Studio Ecotecna, caso 7.
Analisi energetica per la scelta dell’impianto di
riscaldamento più vantaggioso da installare.
Nelle ristrutturazioni e nelle nuove costruzioni assume sempre maggiore importanza l’installazione
di impianti ad alta efficienza energetica. Caldaie a condensazione, radiatori ad alta trasmittanza,
pannelli radianti, riscaldamento a pavimento, pannelli solari termici, ecc. Attualmente gli impianti
per il risparmio energetico sono premiati con incentivi statali come la detrazione del 55% e con un
aumento di cubatura in caso di ricostruzione come annunciato nel piano casa per l’edilizia dal
governo nel 2009.
Nelle pagine seguenti si espongono i vantaggi economici degli impianti con caldaie a
condensazione e radiatori o con riscaldamento a pavimento e integrazione di pannelli solari.
Volendo discutere di un esempio concreto si descrive uno studio comparativo su tre tipologie di
impianto eseguito nel 2006 anno in cui sono iniziati i lavori di installazione. Lo studio è stato
opportunamente riscritto per renderlo a maggiore carattere divulgativo in modo che possa essere di
indirizzo per coloro che vogliono apportare miglioramenti energetici alle nuove abitazioni o a
quelle da ristrutturare.
1. Dati committente
Committente: A. Russo
Luogo dei lavori: città di Caserta
Tipologia abitativa: civile abitazione
Tipologia costruttiva: telaio in cemento armato con pareti in mattoni pieni
Studio Tecnico: Ecotecna, via Consiglio d’Europa 9, S. Maria Capua Vetere (CE)
Consulente termotecnico: Dott. Pellegrino F. cell. 347-6884058
2. Descrizione
Il presente studio è stato commissionato dal cliente che ha in essere una ristrutturazione edilizia per
la riqualificazione architettonica ed energetica di un’unità immobiliare collocata in condominio.
L’appartamento ha una superficie utile interna di 120 mq con locali di altezza di 2,8 m. posizionato
al quarto e ultimo piano di un palazzo (due appartamenti per piano) e copertura costituita dalla
terrazza di proprietà con superficie di 138 mq.
La posizione dell’appartamento incide negativamente sul consumo energetico per il riscaldamento,
a causa della notevole superficie disperdente costituita dalla terrazza superiore. Casi simili di
grande dispendio energetico possono verificarsi anche in case isolate, come le ville o le abitazioni
non inserite in palazzi e comunque in tutte le abitazioni costruite prima del 1995 che hanno una
notevole dispersione termica.
In considerazione dell’elevato fabbisogno energetico dell’abitazione, che è stato dimostrato dagli
elevati costi del gas sopportati dal precedente inquilino, il committente richiede uno studio per la
comparazione e la scelta della soluzione impiantistica più convenite da adottare per il riscaldamento
dell’appartamento e la produzione dell’acqua calda sanitaria.
Ecotecna studio di consulenza, rivendita prodotti e installazione per riscaldamento, condizionamento,
detrazioni fiscali e assistenza per la ristrutturazione. – Via Consiglio d’Europa 9, Santa Maria Capua
Vetere (Caserta) – Per appuntamenti cell. 347-6884058. www.caldaie-climatizzatori.com
3. Tipologie di impianto
Sono state prese in considerazione le tre tipologie di impianto tecnologicamente più adeguate al
caso in questione e che offrono un’elevata affidabilità sia per la qualità dei materiali, ma anche
come prestazioni energetiche poiché sono ormai ampiamente collaudate. Le tipologie esaminate
sono presentante nei seguenti 3 casi.
Tipo 1. La prima soluzione è quella più classica, costituita da impianto normale con termosifoni,
caldaia standard e cronotermostato centralizzato.
Tipo 2. La seconda tipologia è attualmente in rapida espansione poiché di semplice realizzazione e
di costi moderati, si tratta di un impianto con termoregolazione puntuale su singolo corpo scaldante
con sistema idromeccanico modulante con Δτ < 40’ e pre-regolazione tramite pannello elettronico
dotato di funzione ECOM compatibile con la caldaia appositamente predisposta. La caldaia è a
condensazione ad alta efficienza 60-80 °C con modulazione in riscaldamento 20-50%. Questo tipo
di intervento consente la detrazione fiscale del 55% delle spese.
Tipo 3. L’ultima soluzione è la più efficiente energeticamente, con una convenienza economica
notevole già dopo i primi cinque anni. Si tratta di un impianto con riscaldamento a pavimento
tramite pannelli radianti isolati, termoregolazione di zona, caldaia a condensazione ad alta
efficienza 30-60 °C modulata a ΔΤ ridotto, centralina di controllo programmabile e dotata di
funzione ECOM compatibile con la caldaia appositamente predisposta, pannello solare termico di
ampia superficie captante, con boiler di accumulo acqua sanitaria ed integrazione a supporto del
riscaldamento. Questo impianto consente la detrazione fiscale del 55% delle spese.
4. Calcoli energetici
4.1.Fattori utilizzati per il calcolo
Per i calcoli energetici sono stati utilizzati i dati caratteristici dell’immobile considerando numerosi
fattori architettonici e ambientali, quali:
1) Ubicazione geografica e zona climatica
2) Anno di costruzione
3) Rivestimento esterno
4) Tipologia costruttiva
5) Altezza interpiano
6) Piani interni all’appartamento
7) Piano appartamento
8) Superficie lorda e netta
9) Dimensioni lineari
10) Ambienti non riscaldati confinanti
11) Posizione rispetto ad altri ambienti
12) Tipo e dimensioni del vano scala
13) Tipo e spessore pareti perimetrali
14) Tipo e spessore copertura
15) Tipo serramenti
16) Orientamento delle finestre
17) Contributi di calore per irraggiamento solare
18) Contributi di calore per altre fonti interne allo stabile
19) Fattori di ombreggiamento per vegetazione e altre costruzioni vicine
20) Documentazione impianto precedente e consumi
4.2.Condizioni di riferimento
Con i fattori sopra elencati e tramite l’uso di specifici programmi di calcolo per la diagnostica del
fabbisogno energetico degli edifici (convalidati da istituti di certificazione universitari, di cui si
evita la divulgazione del nome per soli motivi commerciali) è stato stimato con un’incertezza del
4% il consumo energetico dell’abitazione con le tre tipologie di impianto in esame. Per i calcoli
sono stati assunti come riferimenti:
1. Una temperatura interna all’abitazione di 20,4 °C nei sei mesi più freddi dell’anno.
2. Una produzione di acqua calda di 630 litri alla settimana, quantità che corrisponde ad una
media di 90 litri al giorno, per consentire un consumo minimo di circa 40 litri/giorno con
punte di consumo massime di 215 litri/giorno.
4.3.Valori di energia richiesta
I calcoli forniscono i valori di energia consumati annualmente e misurati in Kwh/anno, questa è
l’unità di misura che si utilizza a livello internazionale, in seguito i valori saranno convertiti in
metri cubi di gas metano che ci consentono di eseguire i conti economici.
Per brevità, la parte più significativa dei calcoli è riportata nell’allegato B. In tabella 1 invece
riassumiamo i valori di energia richiesti per il funzionamento dell’impanato e per garantire le
condizioni di riferimento del punto 4.2.
Tabella 1. Tipologia impianto Tipo 1 caldaia normale standard Tipo 2 caldaia a condensazione + valvole termostatiche.
Tipo 3 riscaldamento a pavimento bassa temperatura + pannelli solari termici
Kwh/anno richiesti
21350 13800 8900 I valori della precedente tabella sono in linea con le attese, poiché l’abitazione in esame è
svantaggiata energeticamente a causa della copertura costituita dalla terrazza, che può causare spese
di riscaldamento anomale. Per l’abitazione in questione con le tariffe applicate dal 2005, si è avuta
una media di € 250,00/mese con punte nel periodo più freddo (dicembre, gennaio, febbraio) anche
superiori ai 600 €/mese, che nella zona climatica presa in considerazione sono molto alti e più che
doppi rispetto alle attese.
I valori di tabella 1 suggeriscono anche il netto vantaggio economico degli impianti più innovativi,
infatti sono ormai noti gli eccellenti risultati energetici degli impianti con le moderne caldaie a
condensazione e pannelli solari.
Attualmente, un errore molto diffuso e da non fare assolutamente è quello di confrontare
l’efficienza nominale della caldaia standard e di quella a condensazione. Questo
confronto è assolutamente sbagliato perché il consumo di gas non è direttamente
proporzionale alla differenza tra i valori di efficienza. Le caldaie a condensazione oltre ad
avere un’efficienza più alta funzionano anche in modo diverso da quelle standard con
una modulazione della potenza molto più ampia e gli accessori utilizzati per la messa a
punto dell’impianto giocano un ruolo fondamentale.
Anche graficamente (grafico 1) le differenze di energia richiesta sono molto significative e
cancellano ogni dubbio sulla maggiore convenienza delle caldaie a condensazione.
Energia richista per il funzionamento dell'impinato di riscaldamento (Kwh/anno)
Grafico 1. Consumo energetico impianti espresso in Kwh/anno
25000
20000
15000
10000
5000
0
tipo 1 caldaia normale standard
tipo 2 caldaia a condensazione + termoregolazione puntuale + ECOM.
tipo 3 riscaldamento a pavimento bassa temperatura + pannelli solari termici
21350
13800
8900
tipologgia
5. Calcoli economici
Il rapporto di conversione tra il Kwh e il Metro Cubo di gas metano (MCm) è il seguente:
1,00 Kwh = 3,28 MCm.
Il costo medio di un metro cubo di gas metano considerando più di 7 fattori diversi, tra cui la
stagionalità, la tariffa applicata, il gestore della distribuzione, la destinazione d’uso e il tipo di
abitazione, i costi fissi presenti in bolletta primo tra tutti il canone e le imposte, può essere stimato
a circa: 0,7 €/MCm.
Effettuando i calcoli opportuni e tenendo conto del fattore correttivo di trasformazione
KwhÎMCm che si applica per gli impianti a gas (riduzione del 37,1 % dell’energia stimata iniziale
in KWh), è possibile conoscere la spesa energetica relativa ai tre tipi di impianti. La spesa
rappresenta il costo annuo del gas metano consumato in bolletta, per il GPL i costi sono circa il
doppio, ma la percentuale di risparmio rispetto all’impianto con caldaia normale è indipendente dal
tipo di gas, vedere tabella 2 e grafico 2. Come detto in precedenza l’approssimazione di questi
valori e di circa il 4%. Questa percentuale è stata confermata in 8 casi su 10 da studi precedenti con
la misurazione effettiva dei consumi dopo la fine dei lavori e la messa in funzione degli impianti.
Nei 2 casi su 10 residui l’approssimazione della stima è risultata di circa il 7%.
Tabella 2. spesa energia (gas) annua per tipologia impianto
Tipo 1 caldaia normale standard Tipo 2 caldaia a condensazione + valvole termostatiche.
Euro anno Risparmio
2864,00 ‐‐‐‐‐‐‐
1013,00 (‐35%)
1851,00 1671,00 (‐58%)
1193,00 Ecotecna studio di consulenza, rivendita prodotti e installazione per riscaldamento, condizionamento,
Grafico 2. Percentuale di consumo e di risparmio gas
100%
90%
‐ 35%
80%
‐ 58%
70%
60%
50%
100%
40%
65%
30%
42%
20%
10%
0%
tipo 2 caldaia a condensazione tipo 3 riscaldamento a + term. puntuale + ECOM. pavimento bassa temperatura + pannelli solari termici
Consumo gas
Risparmio gas
6. Preventivo costo impianti
Tipo 1 Impianto standard utilizzando n° 6 radiatori alta trasmittanza, con caldaia standard tre stelle
e canna fumaria inferiore a 10 metri, tubazioni in rame coibentato e cronotermostato ambiente
centralizzato. Impianto che non prevede la detrazione fiscale del 55%
Prezzo indicativo materiali e posa in opera: € 5300,00
Tipo 2 Impianto con termoregolazione puntuale su singolo corpo scaldante con sistema
idromeccanico modulante con Δτ < 40’ e pre-regolazione tramite pannello elettronico dotato di
funzione ECOM compatibile con la caldaia appositamente predisposta. Impianto con n° 6 radiatori
ad alta trasmittanza e caldaia a condensazione alta efficienza con canna fumaria inferiore a 10
metri. Impianto che consente la detrazione fiscale del 55%.
Tipo 3 Impianto a pavimento con pannelli radianti isolati con S10, caldaia a condensazione alta
efficienza quattro stelle con canna fumaria inferiore a 10 metri, cronotermostato ambiente
centralizzato, pannello solare termico a circolazione forzata per integrazione all’impianto di
riscaldamento e produzione di acqua sanitaria. Controllo elettronico con funzione ECOM per
caldaia appositamente predisposta. Impianto che consente la detrazione fiscale del 55%.
7. Recupero delle spese e vantaggi economici con il risparmio energetico.
Nelle tabelle seguenti e specialmente nel grafico 3 sono evidenziate le spese e la convenienza
economica dei tre tipi di impianto.
Nella tabella 3 sono riportati i costi di realizzazione dei tre impianti e nella numero 4 gli anni di
recupero dell’investimento economico grazie al risparmio energetico che si realizza ogni anno
rispetto all’impianto di tipo tradizionale (standard).
Differenza costo Costo €
Tabella 3. differenza di costo rispetto all’impianto tipo standard
impianto € Tipo 1 caldaia normale standard 5300,00 ‐‐‐‐‐‐‐
+885,00 (+14%)
Tipo 2 caldaia a condensazione + term. puntuale + ECOM.
6185,00 +4240,00 (+44%)
Tipo 3 riscaldamento a pavimento bassa temperatura + pannelli solari termici 9540,00 Tabella 4. periodo di recupero delle spese con il miglioramento energetico rispetto al Tipo 1 caldaia normale standard Tipo 2 caldaia a condensazione + term. puntuale + ECOM.
Anni di recupero investimento.
0,84 (10 mesi)
2,53 (30 mesi)
Nella tabella 5 si evidenzia il risparmio energetico ottenibile dopo cinque anni e nella numero 6
quello dopo 25 anni, che rappresenta l’aspettativa di vita per un impianto termico tradizionale.
Tabella 5. risparmio economico su un periodo di 5 anni che si può ottenere con il miglioramento energetico
Totale risparmio €
5.065,00
8.355,00
Tabella 6. risparmio economico su un periodo di 25 anni che si può ottenere con il miglioramento energetico
Totale risparmio €
25.325,00
41.775,00
8. Spese di manutenzione
Al fine di stimare in modo completo la convenienza dei diversi tipi di impianto è opportuno valutare
i costi presunti di manutenzione ordinaria e straordinaria dei quali gli stessi necessitano nel tempo.
Estromettiamo dalle spese quelle del controllo dell’efficienza di combustione obbligatorio e
periodico poiché sono equivalenti per i tre tipi di impianti.
Viceversa sono molto diverse quelle collegate all’usura delle apparecchiature. Da un punto di vista
statistico a parità di qualità della caldaia, cuore dell’impianto, la probabilità di un guasto aumenta
con il suo maggiore sfruttamento. Per cui negli impianti con caldaia standard la frequenza di guasti
sarà più elevata poiché questa funzionerà sempre a potenza massima (80-90 °C) ed il periodo medio
del primo intervento di riparazione è di 8 anni con intervalli successivi ogni 3 anni.
La caldaia a condensazione può lavorare anche più ore al giorno ma sicuramente ad una potenza
minore (70 °C) per cui il periodo medio del primo intervento è di 11 anni con intervalli successivi
approssimati di 4 anni. Sostanzialmente diverso è il caso del riscaldamento integrato da pannelli
solari termici (tipo 3), poiché la caldaia funzionerà al minimo nei periodi soleggiati, anche se molto
freddi, e quando maggiormente attiva funzionerà sempre con minima potenza (35-50 °C), per cui
l’usura è molto bassa, ma c’è comunque da considerare la manutenzione dei pannelli solari che in
caso di prodotti di buona qualità possono avere una vita media di circa 30 anni con primo intervento
di manutenzione impegnativa a distanza di 15-18 anni.
Grafico 3. Confronto spsese costo totale impianto, installazione, manutenzione e consumo gas
spesa cumulativa per utilizzo impianto (mille Euro per unità)
60
55
50
45
40
tipo 2 caldaia a condensazione + term. puntuale + ECOM.
35
30
tipo 3 riscaldamento a pavimento bassa temperatura + pannelli solari termici
25
20
15
10
5
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Anni funzionamento impianto
9. Andamento delle spese, costi di istallazione e consumi.
Il grafico 3 mostra le spese cumulative di installazione e di consumo di gas/anno. Le tre linee
rappresentano la somma delle spese anno dopo anno associate ai tre impianti, per cui tenderanno a
crescere con il passare del tempo. Naturalmente per gli impianti più efficienti con minore consumo
la linea di spesa sarà più bassa, mentre sarà più elevata per quelli meno efficienti e consumi
maggiori. In particolare si vede che, già alla fine del primo anno, per quello standard (linea blu) la
spesa complessiva equivale alla medesima spesa dell’impianto con caldaia a condensazione (linea
rossa). Quest’ultimo porterà ad un risparmio già dal secondo anno, per cui la scelta della caldaia a
condensazione appare la più conveniente.
Allo stesso modo, nel quinto anno la spesa complessiva dell’impianto con caldaia a condensazione
e termosifoni equivale a quella dell’impianto con riscaldamento a pavimento e integrazione a
pannelli solari (linea verde), che già dal sesto anno si configura come la più conveniente. Questa
tipologia di impianto però non sempre è di facile realizzazione, dovendo considerare due fattori
indispensabili per la sua installazione, ossia la realizzazione di una nuova pavimentazione e il locale
tecnico per l’alloggiamento delle apparecchiature dei pannelli solari.
10. Scelta dell’impianto da realizzare
In considerazione delle valutazioni economiche sopra esposte e delle possibilità dovute alla
ristrutturazione edilizia già in essere, ossia i lavori di nuova pavimentazione già programmati e la
possibilità di realizzare un piccolo locale tecnico sulla terrazza che ospiterà le apparecchiature
dell’impianto solare. Il committente ha fatto ricadere la sua scelta sull’impianto a pavimento, con
caldaia a condensazione ed integrazione al riscaldamento tramite pannelli solari, che naturalmente
saranno utilizzati anche per produrre acqua calda sanitaria.
L’impianto a pavimento è stato realizzato con materiale multistrato (TF/AL/PVC) con vita media di
50 anni, alloggiato su pannelli termoisolanti in PS S10. Nell’allagato A 1. sono riportate alcune
immagini di repertorio, dove sono illustrate le principali fasi di installazione dell’impianto di
riscaldamento a pavimento. L’impianto solare è stato realizzato con Boiler 400L-3S, circolatore,
vaso di espansione e quadro elettrico, alloggiati in apposito locale tecnico realizzato sulla terrazza
di copertura dell’abitazione e con l’installazione di 5 pannelli per una superficie solare di quattro
metri quadri. Nell’allegato A 2. sono visibili alcune immagini di repertorio che illustrano
l’istallazione dell’impianto solare termico.
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PANNELLI SOLARI
pannelli solari
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Sottofondi per riscaldamento radiante a pavimento
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Riscaldamento
Riscaldamento a pavimento: costi di materiale e posa
ALLEGATO – A
A.1 Realizzazione impianto a pavimento
Figura 1 Fase iniziale, preparazione base
isolante e guarnizione laterale.
Figura 2 Installazione pannelli radianti.
Figura 3 Collegamento circuiti al
collettore di distribuzione.
Figura 4 Collaudo impianto con fluido ad alta
pressione e alta temperatura.
A.2 Realizzazione impianto solare
Figura 5 Schema di impianto solare termico
Figura 6 Realizzazione locale tecnico
impianto solare circolazione forzata.
Figura 7 Installazione boiler impianto
solare nel locale tecnico.
Figura 2 Serie pannelli solari con inclinazione e
orientamento ottimizzato.
ALLEGATO – B
Dati generali
Ubicazione
Indirizzo:
Comune:
Caserta Prov. CE CAP 81100
Anno di costruzione/ristrutturazione: 1980
Soggetto che presenta la domanda:
Anna Russo
In qualità di Proprietario
Tecnico progettista (L.192/2005)
Dott. Pellegrino F.
Dati edificio
Tipo di edificio:
Edificio residenziale
Volume lordo riscaldato
408 m3
Superficie lorda riscaldata
144m2
Superficie media per alloggio 120,8 m2
Struttura edilizia
Edificio con muri in mattoni pieni o assimilabili
Caratteristiche termiche involucro
STRUTTURE OPACHE VERTICALI
Struttura tipo 1:
1,0185
U:
W/m2K
Muratura di mattoni pieni intonacata sulle due facce
Struttura tipo 2:
U: 1 W/m2K
Cassonetto non isolato
Superficie: 3 m2
Superficie: 123 m2
STRUTTURE SU LOCALI NON RISCALDATI
Struttura tipo 1:
U: 1,67 W/m2K
Muratura di mattoni pieni intonacata sulle due facce
Superficie: 11 m2
Ambiente confinante: Corpo scale
COPERTURE
Struttura tipo 1:
U: 1,28 W/m2K
Tetto piano in laterizio non coibentato
Superficie: 130 m2
Ambiente confinante: Esterno
Tipo 1. Caratteristiche impianto termico tradizionale con caldaia standard
IMPIANTO DI RISCALDAMENTO
Generatore di calore:
standard
Terminali scaldanti:
radiatori
Sistema di erogazione: temporizzato
IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI ACQUA CALDA PER USI SANITARI
Produzione
Impianto autonomo
Tipo di Generatore a gas di tipo istantaneo per sola produzione di acqua calda
apparecchio: sanitaria
Versione: Tipo C senza pilota
Impianto di riscaldamento
Q EPH
Fabbisogno di energia primaria per la
climatizzazione invernale
18843 kWh/anno
Produzione di acqua calda per usi sanitari
Q WP
produzione di acqua calda
2481 kWh/anno
Totale energia annua richiesta: 21.324,00 KWh/anno
Tipo 2. Caratteristiche impianto termico con termoregolazione puntuale e caldaia a
condensazione.
a condensazione
radiatori
Sistema di erogazione: di zona con pre-regolazione
Produzione
Impianto autonomo
Tipo di Generatore a gas di tipo istantaneo per sola produzione di acqua calda
apparecchio: sanitaria
Versione: Tipo C senza pilota
Q EPH
11399 kWh/anno
Q
WP
2481 kWh/anno
Tipo 3. Caratteristiche impianto termico con riscaldamento a pavimento integrato
con pannelli solari termici.
a condensazione
pannelli radianti isolati
Sistema di erogazione: per singolo ambiente con pre-regolazione
Produzione
Tramite pannello solare
Fonti energetiche rinnovabili
SOLARE TERMICO
Superficie captante:
4 m2;
Tipologia collettore:
Piano verniciato vetrato
Guadagno energetico stimato: 1234 kWh/anno
COMPONENTI PASSIVI
Tipologia collettore:
Solare termico per riscaldamento
Guadagno energetico stimato: 3500 kWh/anno
Q EPH
8735 kWh/anno
Q
WP
218 kWh/anno
Appendice 01 - Esempi di caldaie a condensazione
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2. 4 stelle di efficienza energetica DPR 660/96, direttiva europea
92/42/CE.
3. Combustione aria–gas, a premiscelazione totale PRE-MIX.
4. Scambiatore sanitario in acciaio inox 316L da 16 piastre.
5. SICUREZZA ANTICALCARE, con un dispositivo elettronico
che abbatte la formazione di incrostazioni calcaree.
6. Sistema antigelo impianto riscaldamento.
7. Programma antibloccaggio del circolatore.
8. Funzione post circolazione.
9. Sistema autoregolazione portata termica all’impianto, per
ridurre la frequenza di accensioni e spegnimenti.
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