LA SFIDA PROGETTUALE PER UNA RIQUALIFICAZIONE - Prof. Cavallini

LA SFIDA PROGETTUALE PER UNA RIQUALIFICAZIONE
EFFICIENTE – PROPOSTE DI SOLUZIONI SOSTENIBILI IN
TERMINI DI RISPARMIO ENERGETICO ALLA LUCE DELLA
NUOVA DIRETTIVA RES 28/11

Alberto Cavallini
Docente di Energie Rinnovabili
Scuola di Ingegneria dell’Università di Padova

Alla fine del 2008 il Parlamento ed il Consiglio Europeo hanno adottato, nel quadro
della procedura di codecisione, il pacchetto legislativo clima-energia denominato 20-
20-20, che si pone come obiettivo entro il 2020 di:
•Ridurre del 20% le emissioni di gas ad effetto serra
•Portare al 20% il risparmio energetico
•Aumentare al 20% l’apporto delle energie rinnovabili sui consumi finali di energia
Nell’ambito delle sei azioni legislative che compongono il pacchetto clima-energia, il
Parlamento ed il Consiglio Europeo hanno emanato la Direttiva 2009/28/CE del 23
aprile 2009 sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, con l’intendi-
mento di rendere realizzabile il terzo degli obiettivi 20-20-20 più sopra elencati,
contribuendo anche a centrare gli altri due.
A tale scopo, la Direttiva Europea fissa obiettivi nazionali diversificati e cogenti per
garantire che entro il 2020, una media del 20% del consumo finale d’energia della UE
provenga da fonti rinnovabili. All’Italia è stato assegnato l’obiettivo del 17%, a partire
dal 5,2% del 2005.
La Direttiva fissa inoltre al 10% la quota di energia verde nei trasporti (per ogni Stato)
ed i criteri di sostenibilità ambientale per i biocarburanti; detta inoltre norme relative a
progetti comuni tra Stati membri, alle garanzie di origine, alle procedure
amministrative, all’informazione ed alla formazione, nonché alle connessioni alla rete
elettrica relative all’energia da fonti rinnovabili.

L’Italia ha recepito la Direttiva 2009/28/CE attraverso il:

DECRETO LEGISLATIVO 3 marzo 2011 n. 28
“Attuazione della Direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell’uso dell’energia
da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle
direttive 2001/77/CE e 2003/30 /CE

pubblicato nel supplemento ordinario della Gazzetta Ufficiale del 28 marzo 2011,
entrato in vigore il giorno successivo

CONTENUTO DEL D.L. 3 marzo 2011 n. 28
TITOLO I – FINALITÀ E OBIETTIVI TITOLO VI – GARANZIE DI ORIGINE, TRASFE-
RIMENTI STATISTICI E PROGETTI COMUNI
TITOLO II – PROCEDURE AMMINISTRATIVE,
REGOLAMENTAZIONI E CODICI TITOLO VII - SOSTENIBILIT DI BIOCARBU-
RANTI E BIOLIQUIDI
Capo I, Autorizzazioni e Procedure
Amministrative TITOLO VIII – MONITORAGGIO, CONTROLLO E
RELAZIONE
Capo II, Regolamentazione Tecnica
Capo I, Monitoraggio e Relazioni
TITOLO III – INFORMAZIONE E FORMAZIONE
Capo II, Controlli e Sanzioni
TITOLO IV – RETI ENERGETICHE
TITOLO IX – DISPOSIZIONI FINALI
Capo I, Rete elettrica
____________________
Capo II, Rete del gas naturale
Capo III, Reti di Teleriscaldamento e
Teleraffrescamento ALLEGATO 1 (art. 3, comma 4): Procedure di
calcolo degli obiettivi
TITOLO V – REGIMI DI SOSTEGNO
ALLEGATO 2 (art. 10, comma 1): Requisiti e
Capo I, Principi Generali
specifiche tecniche degli impianti alimentati da
Capo II, Regimi di sostegno per la produzione fonti rinnovabili ai fini dell’accesso agli
di energia elettrica da Fonti Rinnovabili incentivi nazionali
Capo III, Regimi di sostegno per la produzione ALLEGATO 3 (art. 11, comma 1): Obblighi per i
di energia termica da Fonti Rinnovabili e per nuovi edifici o gli edifici sottoposti a ristruttu-
l’efficienza energetica razioni rilevanti
Capo IV, Regimi di sostegno per l’utilizzo delle ALLEGATO 4 (art. 15, comma 2): Certificazione
fonti rinnovabili nei trasporti degli installatori

FINALIT DEL D.L. 3 marzo 2011 n. 28

Definisce gli strumenti, i meccanismi, gli incentivi e il quadro istituzionale,
finanziario e giuridico, necessari per il raggiungimento degli obiettivi fino
al 2020 in materia di quota complessiva di energia da fonti rinnovabili sul
consumo finale lordo di energia e di quota di energia da fonti rinnovabili
nei trasporti.
Detta inoltre norme relative ai trasferimenti statistici tra gli Stati membri, ai
progetti comuni tra gli Stati membri e con i paesi terzi, alle garanzie
d’origine, alle procedure amministrative, all’informazione e alla formazione
nonché all’accesso alla rete elettrica per l’energia da fonti rinnovabili e
fissa criteri di sostenibilità per i biocarburanti e i bioliquidi.

NUOVI OBBLIGHI PER GLI EDIFICI
CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI

Il DLgs 19 agosto 2005 n. 192 (Attuazione della Direttiva 2002/91/CE relativa
al rendimento energetico nell’edilizia), all’art. 6, è così integrato:
•Nei contratti di compravendita o di locazione di edifici o di singole unità
immobiliari è inserita apposita clausola con la quale l’acquirente o il
conduttore danno atto di aver ricevuto le informazioni o la documentazione
in ordine alla certificazione energetica degli edifici. Nel caso di locazione, la
disposizione si applica solo agli edifici ed alle unità immobiliari già dotate di
attestato di certificazione energetica.
•Nel caso di offerta di trasferimento a titolo oneroso di edifici o di singole
unità immobiliari, a decorrere dal 1°gennaio 2012 gli an nunci commerciali
di vendita riportano l’indice di prestazione energetica contenuto
nell’attestato di certificazione energetica.

Per edifici nuovi o sottoposti a ristrutturazioni rilevanti, è fatto obbligo ricorrere alle
seguenti coperture dei consumi energetici mediante FER:
ENERGIA ELETTRICA:
La potenza elettrica P [kW] degli impianti alimentati da FER che deve essere
obbligatoriamente installata si calcola con la formula:
1
P= S S [m2]: Superficie in pianta dell’edificio a livello del terreno;
K
•K=80 (pertinente titolo edilizio richiesto dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013)
•K=65 (pertinente titolo edilizio richiesto dal 1°gennaio 2014 al 31 dicembre 2016)
•K=50 (pertinente titolo edilizio richiesto dal 1°gennaio 2017)

In caso d’uso di pannelli solari fotovoltaici disposti sui tetti degli edifici, questi
devono essere aderenti o integrati nei tetti medesimi, con la stessa inclinazione e
lo stesso orientamento della falda.

Edifici Pubblici: obblighi incrementati del 10%.
Soglie dimezzate per edifici in agglomerati urbani che rivestono carattere storico,
artistico o di particolare pregio ambientale (zona A del D.M. 2 aprile 1968, N. 144).


Per edifici nuovi o sottoposti a ristrutturazioni rilevanti, è fatto obbligo ricorrere alle seguenti
coperture dei consumi energetici mediante FER:
ENERGIA TERMICA:
50% dei consumi per acs
e contemporaneamente, rispetto ai consumi totali per acs, riscaldamento e
raffrescamento:
raffrescamento
•20% (pertinente titolo edilizio richiesto dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013)
•35% (pertinente titolo edilizio richiesto dal 1°gennaio 2014 al 31 dicembre 2016)
•50% (pertinente titolo edilizio richiesto dal 1°gennaio 2017)
Bonus volumetrico del 5% se i suddetti valori (anche relativamente alla produzione
elettrica) vengono superati di almeno il 30%.
No impianti da FER che producono solo energia elettrica che alimenti, a propria volta,
impianti o dispositivi di produzione di acs, riscaldamento e raffrescamento.
Non si applica l’obbligo ad edifici collegati a rete di teleriscaldamento che copra totalmente i
fabbisogni energetici per riscaldamento ambientale e acs.
Edifici Pubblici: obblighi incrementati del 10%.
Soglie dimezzate per edifici in agglomerati urbani che rivestono carattere storico, artistico
o di particolare pregio ambientale (zona A del DM 2 aprile 1968, n. 144).


L’impossibilità tecnica di poter ottemperare (in tutto od in parte) ai suddetti
obblighi (relativamente sia all’energia elettrica che a quella termica) deve
essere evidenziata dal progettista nella relazione tecnica (di cui al DPR
59/2009) e dettagliata esaminando la non fattibilità di tutte le diverse opzioni
tecnologiche disponibili.
Nel caso di cui sopra, è fatto obbligo di ottenere un Indice di prestazione
energetica I (rispetto al valore di legge I192), di entità tale che soddisfi a:

 %effettiva Peffettiva  %: percentuale somma dei consumi di energia
 + 
1 %obbligo Pobbligo per acs, riscaldamento e raffrescamento;
I ≤ I192  + 
2 4  P: potenza elettrica degli impianti alimentati da
 
  FER.

Sia per l’energia termica che per l’energia elettrica le soglie d’obbligo
possono essere aumentate da leggi regionali.

Rinnovabili Elettriche e Termiche

Nei piani di qualità dell’aria può essere prescritto che si ricorra, in tutto od in
parte, all’impiego di FER diverse dalle biomasse.

Solo lo sfruttamento di FER eventualmente eccedente le quote d’obbligo può
accedere agli incentivi.

Sia per l’energia termica che per l’energia elettrica le soglie d’obbligo
possono essere aumentate da leggi regionali.

EDIFICI SOTTOPOSTI A RISTRUTTURAZIONI RILEVANTI
(Art. 2 – DEFINIZIONI - Comma m)

Edificio sottoposto a ristrutturazione rilevante: edificio che ricade in una
delle seguenti categorie:
i. Edificio esistente avente superficie utile superiore a 1000 metri quadrati,
soggetto a ristrutturazione integrale degli elementi edilizi costituenti
l’involucro;
ii. Edificio esistente soggetto a demolizione e ricostruzione anche in
manutenzione straordinaria.

D.L. 192/2005 come modificato dal D.L. 311/2006 (1)

Art. 3 – Ambito di intervento
1. Salve le esclusioni di cui al comma 3, il presente decreto si applica, ai fini del
contenimento dei consumi energetici:
a) alla progettazione e realizzazione di edifici di nuova costruzione e degli
impianti in essi installati, di nuovi impianti installati in edifici esistenti, delle
opere di ristrutturazione degli edifici e degli impianti esistenti con le modalità e
le eccezioni previste ai commi 2. e 3.; …(omissis)…
2. Nel caso di ristrutturazione di edifici esistenti, e per quanto riguarda i requisiti
minimi prestazionali di cui all’articolo 4, è prevista un’applicazione graduale in
relazione al tipo di intervento. A tale fine sono previsti diversi gradi di
applicazione:
a) una applicazione integrale a tutto l’edificio nel caso di:
1- ristrutturazione integrale degli elementi edilizi costituenti l’involucro di
edifici esistenti di superficie utile superiore a 1000 metri quadrati;
2- demolizione e ricostruzione in manutenzione straordinaria di edifici
esistenti di superficie utile superiore a 1000 metri quadrati;

D.L. 192/2005 come modificato dal D.L. 311/2006 (2)

(segue) Art. 3 – Ambito di intervento
b) una applicazione integrale, ma limitata al solo ampliamento dell’edificio nel
caso che lo stesso ampliamento risulti volumetricamente superiore al 20 per
cento dell’intero edificio esistente;
c) una applicazione limitata al rispetto di specifici parametri, livelli prestazionali e
prescrizioni, nel caso di interventi su edifici esistenti, quali:
1- ristrutturazioni totali o parziali, manutenzione straordinaria dell’involucro
edilizio e ampliamenti volumetrici all’infuori di quanto già previsto alle lettere
a) e b);
2- nuova installazione di impianti termici in edifici esistenti o ristrutturazione
degli stessi impianti;
3- Sostituzione di generatori di calore.
3. Sono escluse dall’applicazione del presente decreto le seguenti categorie di
edifici e di impianti:
…(omissis)…

NUOVI OBBLIGHI PER GLI EDIFICI. Rinnovabili Termiche
Il testo del DLgs. 3 marzo 2011 n. 28 si riferisce esplicitamente ai “consumi di calore,
di elettricità e per il raffrescamento” (art. 11), e “somma dei consumi previsti per
l’acqua calda sanitaria, il riscaldamento ed il raffrescamento” (Allegato 3). Queste
dizioni non trovano riscontro in nessun documento legislativo o normativo recente
nell’ambito del tema del risparmio energetico negli edifici; riferendosi a quantità
energetiche, si parla piuttosto di “fabbisogni di energia”.
In mancanza di chiarimenti ufficiali l’interpretazione corrente più comune fa coincidere
i consumi energetici con i fabbisogni nell’accezione utilizzata dalla Specifica Tecnica
UNI/TS 11300-1 “Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la
climatizzazione estiva ed invernale”.
L’AiCARR ha fatto propria questa interpretazione, ed ha pubblicato il
documento Posizione di AiCARR sul D. Lgs. 28/11 per gli aspetti
riguardanti le rinnovabili termiche (scaricabile da rete), ove si mettono
in luce le criticità che ne conseguono, proponendo metodi di computo
alternativi per le diverse casistiche incontrate nell’impiantistica HVAC
L’opinione di chi ha preparato questa presentazione è che l’interpretazione
corrente, per le contraddizioni che comporta e per l’incoerenza rispetto all’indirizzo
generale della recente normativa nazionale ed europea sul rendimento energetico
negli edifici, debba essere rivista (riformulata in termini di febbisogni di energia
primaria) nell’ambito di documenti legislativi di successiva emanazione.

NUOVI OBBLIGHI PER GLI EDIFICI. Rinnovabili Termiche
È da considerare infatti che, a seguito dell’evoluzione della normativa europea (con
la necessità del recepimento della nuova direttiva UE 2010/31), il MISE ha dato avvio
nel 2011 alla revisione (nella parte relativa al calcolo delle prestazioni energetiche)
del DPR 59/2009 e di tutti i disposti ad esso collegati. Le previsioni sono di portare a
termine i lavori entro il 2012 e di pubblicare il nuovo testo nel 2013. A quanto è dato
sapere, gli aspetti fondamentali alla base della revisione sono i seguenti:
•Definizione di fattori di conversione dei consumi finali in energia primaria per tutti i
vettori energetici;
•Confronto delle prestazioni energetiche dell’edificio da certificare con quelle
dell’edificio di riferimento (saltano quindi i limiti prescrittivi riferiti all’unità di superficie
o volume). Quest’ultimo è definito come un edificio avente la stessa geometria di
quello in esame, ma con caratteristiche tecniche dei componenti dell’involucro e degli
impianti definiti dal decreto stesso;
•Conferma del riferimento alle UNI/TS 11300 per le procedure di calcolo;
•Definizione dell’edificio ad energia quasi zero.
L’obbligo stabilito dal DLgs. 28/2011 sugli impianti di produzione di energia termica
peraltro, anche se con limiti ridotti, deve trovare applicazione da questi giorni (31
maggio). Allo stato attuale, pur nella sua contraddittorietà, l’unica interpretazione
conentita è quella corrente: ad essa ci si riferisce nel seguito della presentazione.

POMPE DI CALORE
CALCOLO DELL’ENERGIA ERES CONSIDERATA DA FONTE RINNOVABILE

Per Pompe di Calore ad alimentazione elettrica, si devono considerare solo
quelle il cui Fattore di Rendimento Stagionale medio stimato SPF risulta:
1 0 4 2 8 7 5
1 1 5
SPF > , η = , → ( SPF )min = ,
η
ove η: rapporto tra produzione totale lorda di elettricità e corrispondente consumo
di energia primaria (valore medio a livello UE sulla base dei dati Eurostat).
(Per pompe di calore a gas η è provvisoriamente assunto pari ad 1).
1
 1 
ERES = Qusable  − 
 SPF 
Se Qambiente è l’energia termica prelevata stagionalmente dalla sorgente esterna
ambientale, quando si può porre SPF=Qusable/(Qusable-Qambiente), risulta allora:

E RES = Qambiente

Frazione FER della produzione termica stagionale di PdC
1
Pompe di Calore ad
alimentazione elettrica
0.8
Frazione FER

0,652
0.6

0.4
1
ERES  1 
Frazione FER = = − 
Qusable  SPF 
0.2

0
0 2 4 6 8 10
2,875 SPF

Guadagno FER & Risparmio En.Prim. vs valori minimi

Guadagno rel. FER e Risparmio rel. EnP
0.6

0.5
Risparmio EnP
0.4

0.3

0.2 Guadagno FER

0.1
Pompe di Calore ad
0 alimentazione elettrica

-0.1
3 3.5 4 4.5 5 5.5 6
SPF

Coefficiente di prestazione COPh* di una pompa di calore
a trascinamento elettrico corrispondente,
in termini di consumo di energia primaria,
all’alternativa tradizionale di un impianto
con generatore di calore.
Consumo
Perdite rete specifico,
kcal/kWhe

COP *
=
(1 + π R ) ⋅ C s ⋅η t Rendimento generatore
di calore
h
860

πR ηt Cs Riferimento COP h*
0,064 1 1870 Delibera EEN 3/08 (0,187 10 -3 tep/kWh e) 2,31
0,064 1 1898 ENEL, T.E. a gas naturale, 2004 2,35
0,064 1 2125 ENEL, T.e. medio, 2004 2,63
0,064 1 2200 Riferimento statistiche energetiche 2,72
0,064 1 2400 MICA, circolare 219/F – AT o MT 2,97
0,064 1 2500 MICA, circolare 219/F – BT 3,09

COSTI DI PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA DA POMPA DI CALORE E
DA GENERATORE DI CALORE

Costo unitario dell’energia termica da Pompa di Calore (PdC):
ce
CPdC =
COP
ce: costo unitario dell’energia elettrica;
COP: coefficiente di prestazione della PdC.
Costo unitario dell’energia termica da Generatore di calore (GdC):

cc
CGdC =
PCI ⋅ η
cc: costo unitario del combustibile;
PCI: potere calorifico inferiore del combustibile;
η: rendimento termico del GdC.

COSTI DI PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA DA POMPA DI CALORE E
DA GENERATORE DI CALORE

Risulta allora che il valore del Coefficiente di Prestazione della Pompa di
Calore per l’indifferenza economica vale:

PCI ⋅ η
COP = *
R

ove R = cc/ce è il rapporto tra i costi unitari del combustibile e dell’energia
elettrica.

Conviene la
Conviene PdC sotto il
PdC profilo del
consumo di
energia
primaria

Conviene Conviene il
GdC GdC sotto il
profilo del
consumo di
energia
primaria

Pompa di calore elettrica aria-acqua

Pompa di calore aria-
acqua ad alimentazione
elettrica: coefficienti
correttivi misurati per la
resa termica e la
potenza elettrica
assorbita rispetto ai
valori nominali, tenendo
conto delle fasi di
sbrinamento

EDIFICI CHE NON NECESSITANO DELLA CLIMATIZZAZIONE ESTIVA

L’obbligo stabilito dal DLgs. 28/2011 sugli impianti di produzione di energia termica può
in genere essere soddisfatto con tecnologie semplici ormai di uso consolidato; le più
comuni:
•L’utilizzo di pompe di calore ad alimentazione elettrica con sorgente termica di diverso
tipo, naturalmente in abbinamento con terminali interni a bassa temperatura. Vi è in
genere margine, nelle situazioni climatiche più fredde, di abbinare alle PdC con
sorgente termica aria esterna, generatori di calore integrativi (tipicamente caldaie a
condensazione) per un migliore riscontro economico e di fabbisogno di energia
primaria;
•L’utilizzo di pannelli solari piani, sempre in abbinamento a generatori di calore di altro
tipo almeno nel centro-nord del nostro paese; nella gran maggioranza dei casi
l’impianto solare è dedicato alla produzione di acs;
•L’utilizzo di generatori di calore a biomassa (con attenzione ai limiti di emissione): si
impiegano di solito pellets oppure anche (zone collinari o montane) cippato di legno.
Soprattutto nei primi periodi di applicazione degli obblighi di cui al DLgs. 28/2011, può
essere interessante prendere in considerazione il bonus volumetrico per incremento
del 30 % dei limiti imposti.
Le pompe di calore ad alimentazione diversa da quella elettrica (ad assorbimento,
trascinate da motore endotermico) risultano penalizzate nel computo della frazione
convenzionale FER dell’energia resa disponibile. Il loro impiego può comunque
risultare compatibile.

IMPIANTO A POMPA DI CALORE
Valore massimo ELETTRICA
ammissibile
dell’Indice di (copre integralmente il fabbisogno
prestazione
energetica termico invernale)
DL 311 / DPR 59 DIRETTIVA RES
DL 28/11 per
PdC
Fabbisogno
energetico
specifico
Ei=EPi·ηg

Zona S/V EPi Ei EiRES Eacs Eacs da
CITTÀ GG/y ηg SPF R
Climatica [m-1] [kWh m-3 y-1] [kWh m-3 y-1] [kWh m-3 y-1] [kWh m-3 y-1] FER
Palermo 751 B 0,55 6,66 0,84 5,59 5 4,47 6 2/3 0,731
Bari 1185 C 0,55 10,16 0,84 8,53 4,5 6,63 6 2/3 0,732
Roma 1415 D 0,55 11,74 0,84 9,86 4 7,395 6 2/3 0,719
Milano 2404 E 0,55 18,00 0,84 15,12 3,5 10,8 6 2/3 0,698
Milano 2404 E 0,90 25,36 0,84 21,30 3,5 15,21 6 2/3 0,704
Dobbiaco BZ 4503 F 0,55 31.55 0,84 26,50 3 17,67 6 2/3 0,667

Fabbisogno Energetico per Riscaldamento + acs da FER
Rapporto :
Fabbisogno Energetico per Riscaldamento + acs

Ipotesi per acs: fabbisogno energetico di 6 kWh m-3 y-1, per 2/3
prodotta da FER

EDIFICI CHE NON NECESSITANO DELLA CLIMATIZZAZIONE ESTIVA

Ad una recente Conferenza (AiCARR MCE2012) Matteo e Giorgio Bo (Studio
Prodim) hanno presentato un interessante lavoro sull’argomento, confrontando
anche sotto il profilo economico, in differenti zone climatiche italiane le tecnologie
dei Pannelli Solari Termici, delle Pompe di Calore Aria-Acqua e dei Generatori di
Calore a Cippato o Pellets rispetto a due applicazioni: una casa unifamiliare di 170
m2, ed un condominio di 29 appartamenti, di superficie totale 2600 m2, entrambe
senza esigenza di climatizzazione estiva. Le principali conclusioni in sintesi:
•L’applicazione del Decreto non potrà se non comportare rilevanti ripercussioni nel
settore delle costruzioni sia in termini tecnici, sia in termini economici
•Le unità abitative più piccole sono maggiormente sfavorite dal punto di vista
economico per problemi di taglia delle apparecchiature installabili
•Il solare termico specie nel lungo periodo può essere preso in considerazione solo
nel centro e sud Italia dove l’insolazione è maggiore e dove i fabbisogni energetici
sono minori
•Le pompe di calore sono la soluzione più interessante, che diventa di gran lunga
la soluzione base se è previsto anche il raffrescamento estivo
•Sono da approfondire e diffondere le conoscenze relative all’impiego dei sistemi a
biomassa …

EDIFICI CHE NECESSITANO DELLA CLIMATIZZAZIONE ESTIVA

Nell’ambito delle tecnologie tradizionali consolidate, sono escluse soluzioni che
prevedono produzione esclusivamente elettrica da FER, da utilizzare per
generare energia termica da pompe di calore o gruppi refrigeratori elettrici:

DLgs. 28/2011 – Allegato A – comma 2
Gli obblighi di copertura dei consumi termici NON possono essere assolti
tramite impianti da fonti rinnovabili che producano esclusivamente energia
elettrica la quale alimenti, a sua volta, dispositivi o impianti per la produzione di
acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento

Pannello
solare

Compressore
Condensatore

Motore

Evaporatore

Gruppo
refrigeratore a
compressione

SOLUZIONI NON AMMESSE


DLgs. 28/2011 – Allegato A – comma 2
Gli obblighi di copertura dei consumi termici NON possono essere assolti tramite
impianti da fonti rinnovabili che producano esclusivamente energia elettrica la
quale alimenti, a sua volta, dispositivi o impianti per la produzione di acqua calda
sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento

E SE SI IMPIEGANO I COLLETTORI SOLARI COGENERATIVI?


Si può pensare di utilizzare pompe di calore invertibili per soddisfare i
fabbisogni energetici sia di riscaldamento che di raffrescamento, sfruttando la
produzione di energia rinnovabile convenzionale computata secondo il DLgs
28/2011 dall’energia prodotta in riscaldamento (fabbisogno invernale e per
produzione acs) per coprire globalmente gli obblighi di produzione da FER
anche relativamente ai fabbisogni estivi di raffrescamento. Guadagnare cioè in
condizioni di riscaldamento un vantaggio nella produzione convenzionale FER
da coprire la quota d’obbligo anche relativa al regime di raffrescamento.
La situazione, con riferimento all’applicazione di pompe di calore invertibili
elettriche, è esaminata nella proiezione che segue.

IMPIANTO A POMPA DI CALORE
Valore massimo ELETTRICA
ammissibile
dell’Indice di (copre integralmente il fabbisogno
prestazione
energetica termico invernale)
DL 311 / DPR 59 DIRETTIVA RES
DL 28/11 per
PdC
Fabbisogno
energetico
Valore limite
specifico
DPR 59/2009
Ei=EPi·ηg

Zona S/V EPi Ei EiRES Ee
CITTÀ GG/y ηg SPF R1 R2
Climatica [m-1] [kWh m-3 y-1] [kWh m-3 y-1] [kWh m-3 y-1] [kWh m-3 y-1]
Palermo 751 B 0,55 6,66 0,84 5,59 5 4,47 14 0,228 0,331
Bari 1185 C 0,55 10,16 0,84 8,53 4,5 6,63 10 0,358 0,433
Roma 1415 D 0,55 11,74 0,84 9,86 4 7,395 10 0,372 0,441
Milano 2404 E 0,55 18,00 0,84 15,12 3,5 10,8 10 0,430 0,476
Milano 2404 E 0,90 25,36 0,84 21,30 3,5 15,21 10 0,486 0,515
Dobbiaco BZ 4503 F 0,55 31.55 0,84 26,50 3 17,67 10 0,484 0,510

Fabbisogno Energetico per Riscald . + Raffresc. da FER
Rapporti: Fabbisogno Energetico per Riscald . + Raffresc.
Fabbisogno Energetico per Riscald . + Raffresc. + acs da FER
Fabbisogno Energetico per Riscald . + Raffresc. + acs
Ipotesi per acs: fabbisogno energetico di 6 kWh m-3 y-1, per 2/3 prodotta
da FER

Pompa di calore invertibile elettrica + pannelli solari termici per acs

Dai risultati riportati nella precedente tabella si possono trarre le seguenti
conclusioni:
•Nelle regioni del centro-sud d’Italia e per edifici commerciali e del terziario, la
soluzione impiantistica considerata in generale non consente di soddisfare in
toto le prescrizioni del D.Lgs. 28/2011 sulle rinnovabili termiche nella sua
proiezione finale (dopo il 2016). Nelle località del nord-Italia, la situazione è più
favorevole grazie ai maggiori fabbisogni termici invernali; gli eventuali margini
peraltro sono assai ristretti.
•La situazione può essere riguardata con meno pessimismo nel caso di edilizia
residenziale / abitativa non solo per il fatto che computi condotti in analogia a
quanto fatto per la tabella di pagina precedente conducono a risultati
leggermente più favorevoli, ma soprattutto in quanto nell’edilizia residenziale il
condizionamento estivo ha spesso carattere discontinuo, con fabbisogni
energetici largamente inferiori a quelli concessi dal DPR 59/2009, qui assunti a
base di calcolo. Ad ogni modo, per le località del centro-sud Italia la soluzione
appare molto più problematica di quanto non lo sia per le località del nord-Italia.


La particolare strutturazione impiantistica ed i risultati riportati nella precedente
tabella evidenziano la possibilità di attivare meccanismi perversi, che
contraddicono completamente la strategia generale della politica energetica
tendente al massimo risparmio di energia primaria:

•Risulta controproducente ridurre i fabbisogni energetici per il riscaldamento
invernale (e per la produzione di acs) al di sotto dei limiti massimi concessi dalle
prescrizioni sul rendimento energetico nell’edilizia (DLgs. 192/2005 e successive
integrazioni): una riduzione del fabbisogno termico annuo per riscaldamento fa
diminuire la quotaparte di energia rinnovabile da destinare al fabbisogno di energia
termica per il raffrescamento;


•Nel caso di utilizzo di pompe di calore con sorgente termica l’aria dell’ambiente
esterno, si è indotti a farle operare anche con condizioni climatiche esterne nelle
quali risulterebbe più economica, meno energivora (in termini di energia primaria) e
meno inquinante (in termini di emissione globale di CO2) una produzione termica
integrativa quale un generatore di calore a condensazione. L’incremento della
produzione termica annua infatti, nonostante la riduzione del parametro SPF (che
comunque deve risultare non inferiore a SPFmin), porta ad un aumento della energia
rinnovabile convenzionalmente prodotta;
•Per ragioni analoghe, possono risultare più convenienti morfologie d’edificio poco
compatte, ad elevato valore del rapporto S/V. Per la normativa vigente infatti il limite
al fabbisogno di energia per raffrescamento estivo non dipende dal rapporto S/V
dell’unità immobiliare; nel caso di elevata incidenza dei carichi interni, il fabbisogno
di energia per raffrescamento estivo può dipendere solo marginalmente dal rapporto
S/V dell’unità immobiliare.


I provvedimenti che possono aiutare a centrare l’obiettivo sono sostanzial-
mente di due tipi:
soddisfare almeno in parte il fabbisogno energetico estivo per raffresca-
mento con FER;
mettere in atto tutti i provvedimenti possibili per ridurre il fabbisogno
energetico estivo.
A proposito del primo punto, restano delle QUESTIONI APERTE:
Come valutare l’energia di raffrescamento ottenuta gratuitamente (a meno del
consumo dei sistemi ausiliari) per scambio termico diretto od indiretto con mezzi
reperibili direttamente nell’ambiente esterno?

Fabbisogno energetico estivo per raffrescamento da FER

Esempi:
Free-cooling diretto od indiretto
Ventilazione naturale; ventilazione notturna
Utilizzo dell’acqua di falda o altra fonte naturale, quando le condizioni operative lo
consentono, per preraffreddamento nelle unità di trattamento dell’aria, oppure per
raffreddamento in scambiatori di calore dei circuiti idronici di alimentazione di
terminali di raffrescamento ad alta temperatura (pannelli radianti, etc.)
Idem (più raramente) dell’acqua del circuito di sonde geotermiche
Preraffrescamento aria esterna con sonde a terreno
Utilizzo diretto od indiretto del raffrescamento evaporativo
Accumulo notturno dall’aria esterna di energia per raffrescamento diurno


AiCARR Journal

preraffreddamento aria in accumulo notturno di
sonde orizzontali a terreno energia di raffrescamento

- Vantaggio per edifici a
basso consumo (non per
edifici poco isolati)


RAFFRESCAMENTO ADIABATICO

DP = 9 °C


AiCARR Journal
Aria fredda secca espulsione aria
umida
corrente elettrica

aria esterna

RAFFRESCAMENTO
EVAPORATIVO
Aria fredda umida
aria allo spazio
acqua
condizionato
Aria calda secca


L’energia annua di raffrescamento ricavata secondo le modalità esaminate
più sopra non deve essere computata come riduzioni del fabbisogno estivo
di energia di raffrescamento dell’edificio, ma piuttosto come apporto di
energia ottenuta da FER.
DEVE CIOÈ ESSERE ADDIZIONATA AL NUMERATORE DELL’ESPRES-
SIONE DEL RAPPORTO DI COPERTURA DA FER DELLA SOMMA DEI
CONSUMI PREVISTI PER ACS, RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO,
PIUTTOSTO CHE SOTTRATTA AL DENOMINATORE


Resta da stabilire come deve essere considerata l’energia termica (per
riscaldamento o per raffrescamento) recuperata da effluenti destinati ad
essere restituiti all’ambiente esterno; caso tipico il recupero di energia (per
riscaldamento o raffrescamento) con recuperatori diretti termici od entalpici
tra aria di espulsione ed aria di rinnovo.
TRATTANDOSI DI EFFLUENTI ALTRIMENTI RESTITUITI ALL’AMBIENTE
ESTERNO, LA LOGICA IMPONE DI TRATTARE QUESTI CASI COME
PRODUZIONI DI ENERGIA DA FER, ASSIMILABILI AL CASO PRECEDENTE

Resta infine aperta la questione della contemporanea generazione di
energia per riscaldamento e per raffrescamento, quando in tal modo viene
prodotta acs nella stagione estiva o comunque vengono soddisfatti carichi
termici inversi contemporanei (riguarda l’impiego di gruppi refrigeratori con
recupero termico parziale o totale, gli impianti a PdC con anello liquido, i
gruppi polivalenti, le unità VRV –VRF a tre tubi con recupero)
Una soluzione certamente riduttiva e penalizzante è quella di considerare da
FER la frazione di energia termica per riscaldamento prodotta, calcolata
utilizzando la medesima relazione indicata per le PdC operanti rispetto a
sorgenti ambientali. Risulta certamente penalizzato il valore SPF.

GRUPPO POLIVALENTE AD ACQUA PER IMPIANTO A QUATTRO TUBI

ALTRE TECNOLOGIE AMMISSIBILI PER PRODUZIONE DI ENERGIA
PER RAFFRESCAMENTO DA FER

Si tratta di tecnologie con possibile applicazione in situazioni specifiche, a
cui quindi non è possibile pensare con sufficiente generalità, oppure
tecnologie non ancora mature sotto il profilo tecnico e/o del costo
economico; possono anche sussistere entrambe queste osticità.
Tra le prime si possono menzionare:
•impiego di generatori di calore a biomassa, associati a macchine
refrigeratrici ad assorbimento oppure a sistemi ad adsorbimento;
•impianti trigenerativi alimentati da biomassa. Si tratta in genere di impianti di
grande taglia, che alimentano reti di teleriscaldamento e teleraffrescamento:
gli edifici collegati sono esentati dall’obbligo di cui si tratta.
Per quanto riguarda la seconda categoria di tecnologie, si citano:
•alcuni sistemi di raffrescamento solare termico (<solar-cooling>).

RAFFRESCAMENTO SOLARE

Pannelli solari
fotovoltaici
SOLARE ELETTRICO

Raffrescamento e
deumidificazione

Refrigeratore SOLUZIONE NON AMMESSA
elettrico
Accumulo (a compressione)
elettrico
(batterie)

Pannelli solari
termici

SOLARE TERMICO Raffrescamento e/o
deumidificazione

Refrigeratore termico:
Assorbimento
Adsorbimento SOLUZIONI AMMESSE
Accumulo
termico Essiccante liquido
Essiccante solido

RAFFRESCAMENTO SOLARE TERMICO
RAFFRESCAMENTO SOLARE

Pannelli solari termici

Motore termico

Refrigeratore Refrigeratore ad
elettrico assorbimento
(può anche essere
ad adsorbimento )

Raffrescamento

Coefficiente di effetto utile termico di macchine refrigeratrici ad assorbimento

3 effetti

2 effetti

1 effetto
Acqua refrigerata: 7 °
C
Acqua di raffreddamento: 30 °
C

copertura vetro assorbitori tubi vetro evacuati
canali assorbitori

isolamento canali

Temperatura di fornitura calore [°
C]

RAFFRESCAMENTO SOLARE TERMICO - DEUMIDIFICAZIONE
postraffreddatore
espulsione
collettori allo spazio
solari condizionato

Assorbimento su liquido

tubazioni tubazioni
riscaldanti raffreddanti
aria esterna
aria esterna
o di ripresa

RIGENERATORE scambiatore DEUMIDIFICATORE
rigenerativo

I sistemi di raffrescamento e/o collettori solari

deumidificazione solare termici, pur
in continuo progresso ed oggetto di
intensa ricerca, non hanno ancora raffreddatore
evaporativo
espulsione
raggiunto maturità applicativa:
hanno ancora costi molto elevati e, batteria di
aria di ripresa

per i bassi rendimenti, necessitano scambio
termico aria di immissione
ripresa
di superfici di captazione solare
rilevanti. Vi sono alcune applicazioni ruota di scambio
ruota essiccante postraffreddatore
per deumidificazione ad essiccante termico

liquido (assorbimento) e ad Essiccante solido
essiccante solido (adsorbimento).

PROVVEDIMENTI PER RIDURRE I FABBISOGNI PER RAFFRESCAMENTO

Sono provvedimenti che riguardano lo spazio climatizzato. Provvedimenti
che riguardano il miglioramento dell’efficienza di produzione di energia
frigorifera, oppure atti a ridurre le perdite di distribuzione o di regolazione,
paradossalmente non aiutano a soddisfare gli obblighi sulle rinnovabili
termiche imposti dal DLgs. 28/2011, anche se sono essenziali per
soddisfare alle imposizioni del corpo normativo sull’efficienza energetica
in edilizia.


Condizioni di progetto:

Progettare gli impianti di climatizzazione estiva per il normale benessere (ambienti
termicamente moderati) con condizioni interne di umidità relativa fino al 60 %. In
termini di benessere per gli occupanti, rispetto al classico valore di umidità relativa
del 50 %, questa condizione microclimatica può venire compensata con una
modestissima diminuzione della temperatura operante dell’ambiente, con benefici
sui fabbisogni termici per raffrescamento. Nello stesso tempo (ma paradossalmente
non serve ai fini degli obblighi del DLgs. 28/2011) si risparmia nell’energia primaria
di produzione dell’acqua refrigerata per deumidificazione, che può avvenire a
temperature più elevate; anche altri sistemi di deumidificazione traggono vantaggio
energetico da questa condizione progettuale.


Interventi sulle strutture perimetrali dell’edificio:

Isolamento termico della copertura
Isolamento termico delle pareti opache verticali: - all’interno dell’edificio
(correzione dei ponti termici)
- a cappotto esterno
Isolamento termico a livello del primo solaio
Massima attenzione anche alle caratteristiche termiche dinamiche delle strutture
opache (attenuazione e sfasamento dell’onda termica – cfr. UNI EN ISO
13786)
Trasmittanza termica delle superfici vetrate, compreso il contributo degli infissi e
strutture accessorie

Tutti questi punti trovano un riferimento quantitativo nei valori più restrittivi
dei parametri contemplati nel DL 311 e nel DPR 59.


Interventi che riguardano le strutture perimetrali dell’edificio:

Scelta di vetri selettivi ad elevata trasmissione luminosa e basso fattore solare
Formazione di aggetti e/o posa in opera di schermature esterne fisse o (meglio)
mobili a protezione dalla radiazione solare estiva delle pareti trasparenti e
per eventuale controllo dei valori di luminanza interna
Scelta opportuna del colore dell’involucro esterno e degli
eventuali materiali di rivestimento delle superfici
orizzontali limitrofe
Eventuale ombreggiamento estivo dell’edificio con
vegetazione d’alto fusto cedua
Realizzazione di pareti ventilate
Realizzazione di Facciate a Doppia pelle / Facciate Vetrate


Aspirazione preferenziale dell’aria in corrispondenza ai punti di elevato
apporto termico endogeno.
Impiego della ventilazione meccanica controllata (meglio se a flusso
bilanciato con recupero termico) nell’edilizia residenziale:

A flusso semplice A flusso bilanciato


zona non occupata
DISTRIBUZIONE DELL’ARIA
più calda A DISLOCAZIONE
zona occupata

Per ambienti che si prestano a
questa applicazione (ambienti
con prevalente fabbisogno in
raffrescamento, con elevati
AiCARR Journal
carichi interni, di grande
altezza), di solito serviti da
impianti a tutta aria, l’adozione
aria ben miscelata
della distribuzione dell’aria a
dislocazione anziché a
miscelamento tradizionale può
portare a notevoli benefici in
termini di fabbisogno di energia
per raffrescamento, oltre ad una
migliore IAQ.

VENTILAZIONE A DISLOCAZIONE

La prima applicazione della ventilazione a dislocamento riguarda la sede
temporanea del Parlamento Britannico – circa anni 1840 - 1850

Raffrescamento e Riscaldamento e
Attivazione della
deumidificazione, in raffrescamento con
ventilazione mediante
condizioni estreme, con tubazioni percorse
combustione
blocchi di ghiaccio naturale da acqua

LA SFIDA PROGETTUALE PER UNA RIQUALIFICAZIONE - Prof. Cavallini

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