Evoluzione della normativa sul contenimento dei consumi energetici

Evoluzione della normativa sul contenimento dei
consumi energetici per il riscaldamento degli edifici
DEA - Dipartimento di Energia e Ambiente - CISM
Premessa
Gli usi civili sono responsabili in Italia di oltre il 31% degli impieghi di fonti primarie ed è evidente, quindi, che qualunque politica volta a limitare i consumi energetici debba occuparsi, in
via prioritaria, della riduzione dei consumi energetici negli edifici. Inoltre, fino a pochi anni fa il
settore civile scontava una situazione di ritardo tecnologico dovuta alla scarsa convenienza dei
costruttori a migliorare isolamenti ed impianti energetici al fine di ridurre i costi di gestione (non
a loro carico). L’aumento dei prezzi dell’energia e l’accresciuta sensibilità ambientale hanno
cambiato il quadro di riferimento. Adesso, grazie anche allo stimolo rappresentato dall’evoluzione normativa, il problema della riduzione dei consumi energetici nell’edilizia è affrontato
correttamente, partendo dal bilancio energetico dell’intero sistema edificio-impianto.
Legge 373/76
A livello normativo, il contenimento dei consumi energetici per il riscaldamento degli edifici
fu regolamentato, per la prima volta, dalla L 373/76 e dai relativi decreti di accompagnamento.
Il criterio seguito fu quello di limitare i flussi termici massimi uscenti dall’edificio, attraverso
l’introduzione di un coefficiente di dispersione volumico
P
P
( Uj Aj bj ) (ti − te )max
Uj Aj bj
qd
=
=
(1)
Cd =
V (ti − te )max
V (ti − te )max
V
e di un coefficiente di ventilazione
Cv =
qv
[(ρcp )/3600]nV (ti − te )max
ρcp
=
=
n
V (ti − te )max
V (ti − te )max
3600
(2)
entrambi espressi in watt per metro cubo e kelvin [W/(m3 K)].
Nella definizione (1), qd è il flusso conduttivo totale, espresso in watt [W], Uj è il coefficiente
globale di scambio termico per la superficie j-sima, espresso in watt per metro quadrato e kelvin
[W/(m2 K)], Aj è l’area della superficie j-sima, espressa in metri quadrati [m2 ], (ti − te ) è la
differenza, espressa in kelvin [K], tra la temperatura interna ti e la temperatura esterna te . Il
coefficiente
ti − t∗e
bj =
(3)
ti − te
è un fattore di correzione, uguale ad 1 quando lo scambio termico ha luogo direttamente con
l’esterno, e minore di 1 quando lo scambio termico ha luogo con assorbitori di calore, come
locali non riscaldati e terreno, che si trovano a temperatura t∗e > te . Analogamente, nella definizione (2) qv è il flusso totale, espresso in watt [W], ρcp è la capacità termica per unità di volume
1
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2
1.2
C dL [W/(m3K)]
1.0
GG = 600
900
1400
2100
3000
0.8
0.6
0.4
0.2
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
S/V [1/m]
Figura 1: Valori limite del coefficiente di dispersione CdL per edifici residenziali [Elaborazione
da DM 30/07/86].
dell’aria, espressa in joule per metro cubo e kelvin [J/(m3 K], V̇j è la portata di ventilazione della
zona j-sima espressa in metri cubi al secondo [m3 /s], V è il volume totale riscaldato, espresso
in metri cubi [m3 ], n è il numero di rinnovi orari dell’aria nel volume considerato e 1/3600
s/h è il fattore di conversione necessario a passare dai rinnovi per ora ai rinnovi per secondo.
Per quanto riguarda il significato fisico delle definizioni, dalla (1) emerge chiaramente che Cd è
legato alle trasmittanze e, quindi, all’isolamento termico dell’involucro, mentre dalla (2) si ha
che Cv dipende unicamente dal numero di ricambi naturali d’aria.
In base alla L 373/76, il coefficiente Cd per gli edifici residenziali doveva essere inferiore ad
un valore limite CdL determinato per interpolazione lineare dai valori diagrammati nella Fig.
1 (a sua volta ricavata per elaborazione dei valori riportati nel DM 30/07/86). In figura, GG
indica i gradi giorno, mentre nel rapporto S/V si intende con V il volume di edificio riscaldato,
espresso in metri cubi, e con S la superficie esterna che delimita il volume V , espressa in metri
quadrati.
Sempre in base alla L 373/76, il valore di CvL veniva determinato ponendo: n = nL nella (2)
ed ottenendo quindi
ρcp
CvL =
nL
(4)
3600
dove nL = 0,5 era il valore limite di stima per il numero di ricambi d’aria naturali all’ora.
La somma dei coefficienti di dispersione e di ventilazione limite, infine, dava luogo ad un
coefficiente globale
CgL = CdL + CvL
(5)
utilizzabile per la determinazione del valore
qmax = CgL V (ti − te )max
che la L 373/76 interpretava come potenza massima consentita per il generatore di calore.
(6)
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3
Legge 10/91
Alla L 373/76 fece seguito la L 10/91, con i relativi decreti di accompagnamento. Nella L
10/91 venne introdotto il criterio di limitare i consumi di energia primaria utilizzati dal sistema
edificio-impianto, e non più la potenza del generatore installato. In coerenza con tale criterio, venne fissato un limite per i consumi di energia primaria: il FEN (Fabbisogno Energetico
Normalizzato), espresso in chilojoule per metro cubo e per grado giorno [kJ/(m3 GG)].
Il FEN effettivo per il sistema edificio-impianto doveva essere inferiore ad un valore limite:
FEN L . Nel calcolo del FEN, si teneva ancora conto dei flussi uscenti per dispersione e ventilazione, ma si consideravano anche i flussi entranti in virtù degli apporti solari e delle generazioni
interne di calore. Inoltre, per passare dal fabbisogno termico al consumo di energia primaria, si teneva conto del rendimento globale medio stagionale dell’impianto η̄g . Il rendimento
medio globale stagionale η̄g , infine, doveva risultare maggiore, od uguale, ad un valore limite
determinato in base alla potenza nominale del generatore installato.
Decreto Ministeriale 26/06/09
Sotto molti aspetti la L 10/91 era in anticipo sui tempi ed, infatti, il suo impianto generale venne
ripreso dalla Direttiva 2002/91/CE sull’efficienza energetica nell’edilizia. La Direttiva Europea
è stata, a sua volta, recepita in Italia dai decreti legislativi Dlgs 192/95, 311/06 e 115/08 e
dal DPR 59/09, ed è stata, successivamente, completata con le “Linee guida nazionali per la
certificazione energetica degli edifici” contenute nel DM 26/06/09.
Poiché, come si è detto, la L 10/91 anticipava la normativa attuale, conviene illustrare direttamente l’approdo a cui la normativa è giunta negli ultimi anni. Innanzitutto, si può osservare
che la normativa attuale, in perfetta analogia con la L 10/91, mantiene il vincolo sul rendimento medio globale stagionale dell’impianto η̄g . Per quanto riguarda, invece, la limitazione dei
consumi di energia primaria, la normativa attuale impone un vincolo “morbido” che si concretizza nell’impiego di un indice di prestazione energetica per il riscaldamento EPi , calcolato a
partire dal fabbisogno termico Q dell’edificio che, a sua volta, è legato al consumo termico Qh
dell’edificio dalla relazione
Qh
(7)
Q=
η̄g
dove con η̄g si indica il rendimento globale medio stagionale dell’impianto.
Una volta noto Q la normativa impone, come si è detto, il calcolo dell’indice di prestazione
energetica EPi . Per gli edifici residenziali tale indice viene determinato mediante la relazione
EPi =
Q
Ap
(8)
dove Ap è l’area del pavimento e, di conseguenza, EPi è misurato in chilowattora per metro
quadrato ed anno [kWh/(m2 a)]. Per tutti gli altri edifici, l’indice di prestazione energetica viene
determinato, invece, mediante la relazione
EPi =
Q
V
(9)
dove V è il volume dell’edificio e, di conseguenza, EPi è misurato in chilowattora per metro
cubo ed anno [kWh/(m3 a)].
L’indice EPi dell’edificio considerato viene poi messo a confronto con un valore limite EPiL
e tale confronto permette di individuare la classe di prestazione energetica alla quale appartiene
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4
120
GG = 600
900
1400
2100
3000
EPiL [kWh/(m2a)]
100
80
60
40
20
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
S/V [1/m]
Figura 2: Valori limite dell’indice di prestazione energetico per il riscaldamento EPiL degli
edifici residenziali [Elaborazione da Dlgs 311/06].
l’edifico stesso. (Ad esempio, EPi = 1 è il valore di confine tra le classi C e D, su una scala
che va da A+ con EPiL < 0,25 a G con EPiL > 2,5). A sua volta, EPiL è ricavato in base alle
indicazioni contenute nell’Allegato C al Dlgs 311/06, partendo dai valori limite in vigore dal 1
gennaio 2010. Dai valori tabulati nell’allegato si ottengono le rappresentazioni di Fig. 2, valide
per gli edifici residenziali, e di Fig. 3, valide per tutti gli altri edifici. Una volta noti S/V e GG
per l’edificio in esame, il valore di EPiL si ottiene, infatti, per interpolazione lineare dai valori
diagrammati in Fig. 2, se l’edificio è di tipo residenziale, od in Fig. 3, in tutti gli altri casi.
Esempio 1 Nell’ipotesi che gli apporti di calore gratuiti compensino le perdite di energia primaria (1 − η̄g )Q dovute ad un rendimento globale medio stagionale η̄g dell’impianto inferiore
all’unità, si esprima l’indice di prestazione energetica EP373 per gli edifici residenziali costruiti
a norma della L 373/76.
Soluzione
Nelle ipotesi poste si ha
Q = Qd + Qv = 0,0024(Cd V + Cv V )GG
con tutta generalità mentre, in base alla relazione
Ap =
V
H
tra altezza dei locali H, area del pavimento Ap e volume V , si può scrivere la (8) nella forma
EPi =
Q
= 0,0024H(Cd + Cv )GG
Ap
Se poi si assumono i valori limite per i coefficienti di dispersione e ventilazione fissati dalla L
373/76, si ottiene
EP373 = 0,0024H(CdL + CvL )GG
con CdL ricavato dalla Fig. 1 e CvL = (ρcp /3600)nL = 0,34 · 0,5 = 0,17 W/(m3 K).
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5
35
EPiL [kWh/(m3a)]
30
25
GG = 600
900
1400
2100
3000
20
15
10
5
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
S/V [1/m]
Figura 3: Valori limite dell’indice di prestazione energetico per il riscaldamento EPiL di tutti
gli altri edifici [Elaborazione da Dlgs 311/06].
Tabella 1: Valori limite dell’indice di prestazione energetica per l’appartamento di cui all’Esempio 2, ricavati in base alla più recente definizione di EPiL ed al corrispondente calcolo di
EP373 basato sulle prescrizioni della L 373/76.
GG [K· d]
EPiL [kWh/(m2 a)]
EP373 [kWh/(m2 a)]
900 2100
22,9 49,4
46,7 86,0
Esempio 2 Ci si riferisca ad un appartamento avente superficie in pianta Ap = 80 m2 , altezza
H = 2,70 m e rapporto S/V = 0,4 m−1 tra superficie disperdente e volume riscaldato (rapporto
tipico dei piani intermedi). Si calcolino, per due diversi valori dei gradi giorno: GG = 900 K·d
e GG = 2100 K·d, i valori di EPiL ed EP373 .
Soluzione
I valori di EPiL , ricavati direttamente dalla Fig. 2, sono riportati nella Tabella 1. Dalla Fig. 1
si ricavano invece i valori di CdL : 0,64 W/(m3 K) per GG = 900 K·d e 0,47 W/(m3 K) per GG =
2100 K·d. Tali valori, insieme con la stima CvL = 0,17 W/(m3 K) ed il dato H = 2,7 m, possono
essere sostituiti nella relazione ricavata nell’esempio precedente
EP373 = 0,0024H(CdL + CvL )GG
ottenendo i risultati riportati nella Tabella 1. Come si vede, la normativa attuale impone vincoli
molto più severi per l’indice di prestazione energetica.
Bibliografia
G. Comini, G. Croce e S. Savino, Energetica Generale, SGEditoriali ([email protected]),
Padova, 2011.