Impatto energetico ed economico della diffusione dello standard Passivhaus agli edifici italiani
Studio dell’applicazione dei nuovi standard di risparmio energetico domestico.


SOMMARIO Il fabbisogno energetico per il riscaldamento degli edifici, siano essi civili o industriali, rappresenta il 33% del fabbisogno energetico totale nazionale che, invece di diminuire come previsto dal protocollo di Kyoto, è aumentato dal 1990 ad oggi del 5.6%. Ciò è dovuto sia all’aumento della volumetria climatizzata sia, nella maggior parte dei casi, alla mancanza di un adeguato spessore di isolamento. La legislazione ha prodotto dei documenti che fissano in maniera assai stringente i requisiti termofisici minimi per gli edifici, in particolare nel centro Europa e nella provincia autonoma di Bolzano. Il presente lavoro valuta quale potrebbe essere l’impatto della combinazione dei diversi sistemi di risparmio termico degli edifici tipici dello standard Passivahaus su edifici siti in zone climatiche E ed F; a livello energetico stimando il possibile risparmio in termini di energia primaria, e a livello economico valutando la convenienza dell’investimento tramite i risparmi generati dall’adozione delle componenti del sistema Passivhaus. Il quadro che emerge da questa analisi è che uno spessore di isolante anche considerevole (almeno più di 16 cm) consente dei risparmi che giustificano sempre l’investimento per il raggiungimento del target Passivhaus, soprattutto se confrontati con edifici tradizionali. Dal punto di vista operativo risulta la coibentazione dell’involucro nel suo complesso è prioritaria rispetto agli altri interventi, mentre un’analisi aggregata degli interventi permette di ottimizzare il Valore Attuale Netto (VAN) dell’investimento.

[30/05/2007]
INTRODUZIONE

Riguardo alle protezioni dell’uomo dalle condizioni esterne, siano esse freddo, caldo, pioggia o vento, nei paesi “evoluti” e/o tecnologicamente più avanzati, tale ruolo è affidato all’involucro edilizio ed ai processi di climatizzazione degli stessi ed agli impianti di sevizio. A tali processi, nello specifico per l’illuminamento artificiale, il riscaldamento e la produzione di acqua calda ad uso igienico sanitario, e sempre più per il condizionamento, è dedicata una buona parte, circa un terzo, del consumo mondiale di energia, per la maggior parte importata dai paesi produttori.
Pertanto il benessere globale degli utenti e il risparmio energetico sono requisiti essenziali per ogni tipologia di edificio, soprattutto quelli carattere residenziale, obiettivi questi da perseguire non solo nelle nuove costruzioni, ma anche nelle ristrutturazioni e pure nell’esistente.
Occorre adottare un atteggiamento di consapevolezza e impegno per riuscire a ridurre i consumi nel settore edilizio, che è responsabile di circa un terzo dei consumi energetici nazionali, è proprio in questo ambito che si potranno ottenere sensibili risparmi di energia in tempi brevi, sia per quel che riguarda il fabbisogno termico per riscaldamento sia soprattutto nell’esigenza, manifestatasi sempre più in espansione negli ultimi anni, del condizionamento estivo.
Nel perseguire risparmi energetici assicurando al contempo benessere agli utenti, non esiste una soluzione ottimale, in quanto occorre conciliare le esigenza contrastanti di qualità globale ambientale e contenimento energetico, ma un “giusto” compromesso.
Per raggiungere questa situazione intermedia occorrono appropriate scelte progettuali sia delle tecnologie costruttive che degli elementi dell’involucro, in primis finestre a bassa dispersione termica ed uso di isolanti termici in forti spessori per gli elementi opachi ed impianti a loro servizio ed integrazione.
A livello internazionale esistono già esempi significativi in tal senso che hanno inteso percorrere questa strada in realizzazioni edilizie esemplari in varie parti del Mondo
In questo lavoro si indaga l’applicazione dello standard Passivhaus alla riqualificazione termica di un edificio esistente e di uno ipotetico rappresentativo della realtà italiana prendendo come caso studio una tipologia edilizia abbastanza diffusa in Italia. Se ne valuta l’impatto economico in funzione del raggiungimento dello standard energetico ed edilizio Passivhaus tramite l’impiego di diversi software presenti in commercio. Si individua lo spessore ottimo di isolante attraverso il calcolo del risparmio di combustibile ottenibile da un sistema di coibentazione proposto confrontandolo con la coibentazione ottimale necessaria per raggiungere il target energetico desiderato.

CONSUMI E RISPARMIO ENERGETICO IN EDILIZIA

Nel complesso, la costruzione, ristrutturazione e la gestione degli edifici costituisce circa il 45% del fabbisogno energetico nazionale, in termini di energia primaria pari a circa 190 MTEP (milioni di tonnellate equivalenti di petrolio). Inoltre, in Italia sul totale dei consumi finali di 195,4 milioni di TEP, il consumo per usi civili è stato di 43,108 milioni di TEP, dei quali il settore residenziale è responsabile del 64,8% per un valore di circa 28 milioni di TEP così suddivisi:
· Usi elettrici obbligati : 16%
· Uso cucina : 5 %
· Produzione di acqua calda sanitaria : 11%
· Riscaldamento ambienti : 68%
Il fabbisogno di energia ad uso riscaldamento rappresenta ancora la quota maggiore del consumo energetico per il settore civile: ognuna delle circa 19 milioni di unità abitative dotate di impianto fisso di riscaldamento consuma in media circa 1 tep all’anno per questa funzione.
Nel corso degli ultimi due decenni, lo studio degli standard di isolamento termico in nuovi edifici europei si è concentrato sullo spessore (mm) dell’isolamento con lane minerali progettato e usato nelle nuove costruzioni. Vi è stato un continuo progresso negli standard di isolamento in vari paesi, soprattutto in Europa centrale. Il Sud continua a restare indietro, nonostante le normative europee richiedano migliori standard per soddisfare gli obiettivi di Kyoto. Lo stesso vale per lo spessore isolante delle pareti e dei tetti.
Le cifre relative ai vari paesi prendono in considerazione la popolazione e i gradi giorno, ovvero il numero di giorni all’anno in cui è necessario usare il riscaldamento. Tutte le prestazioni vengono paragonate ai livelli svedesi, così espressi, i risultati mettono in evidenza il maggiore potenziale di risparmio energetico in alcuni paesi settentrionali, ma indicano chiaramente che gli sforzi principali devono concentrarsi nel Sud e nei paesi aventi una vasta popolazione. Si possono realizzare anche notevoli progressi in quasi tutti i paesi europei aumentando gli standard dello spessore isolante per pareti e tetti.
Ad esempio, se gli standard isolanti svedesi (220 mm)venissero impiegati in Italia (50 mm), si otterrebbero risparmi energetici fino al 90%. Lo stesso vale per l’intera Europa, dove si potrebbero ottenere risparmi superiori al 50%.
I valori U per tetti e pareti, rispettivamente di:
U = 0,15 W/m2K per pareti
U = 0,10 W/m2K per tetti
dovrebbero essere standard per le nuove costruzioni in tutti i paesi europei e possibilmente per gli edifici esistenti.
Sono i paesi con vaste popolazioni, quali l’Italia, che hanno il potenziale più elevato di risparmio energetico. La perdita di energia totale derivante dalle case calcolata nello studio si basa sulle normative attualmente in vigore per nuove costruzioni è stata stimata essere circa 1 164 442 milioni di MJ all’anno.
Tuttavia, molti edifici vecchi hanno un isolamento ridotto o addirittura inesistente ed è qui che si ha un potenziale molto più elevato di risparmio. Per ottenere una cifra più realistica della perdita effettiva, o del potenziale risparmio energetico, imputabile agli edifici, si potrebbe applicare un fattore di moltiplicazione di due a quattro.
Se si presume che gli standard di vita miglioreranno, soprattutto nell’Europa meridionale, si prevede una richiesta di inasprimento dei livelli di isolamento dal momento che il consumo energetico aumenterà per via, ad esempio, del maggior utilizzo dell’aria condizionata. A meno che gli standard non migliorino, il consumo di energia richiesto per avere livelli ottimali nelle case supererà i risparmi energetici ottenuti grazie ai livelli di isolamento esistenti.

L’elevata incidenza dei consumi per riscaldamento rispetto ai consumi totali del residenziale (in Tabella 1) è da attribuire prevalentemente alle caratteristiche degli involucri degli edifici: i due terzi delle nostre abitazioni sono di costruzione anteriore alla legge 373/1976 ed una percentuale analoga non subisce interventi di manutenzione straordinaria da almeno vent’anni. Un contributo al contenimento dei consumi per riscaldamento è dato invece dalla mitezza del clima: le abitazioni italiane, infatti, nonostante la scarsa qualità degli involucri, si caratterizzano fra quelle dei Paesi sviluppati, ad eccezione del Giappone, per il minor consumo energetico per riscaldamento per m2. I medesimi consumi, depurati dalla componente climatica, portano l’Italia ai valori più alti nella graduatoria dei consumi specifici.
STUDIO DELLA DIFFUSIONE

A livello nazionale nel 2001 è stato realizzato il 14° Censimento generale della popolazione e delle abitazioni da parte dell’ISTAT[14], che presenta i dati relativi alle caratteristiche strutturali di abitazioni e di edifici italiani a livello nazionale, regionale e comunale. L’analisi dei dati statistici sulle abitazioni esistenti ha fornito i seguenti risultati:
· Edifici ad uso abitativo: 11 226 595
· Abitazioni in edifici ad uso abitativo: 27 268 880
· Abitazioni occupate in edifici ad uso abitativo: 20 337 224
· Superficie media delle abitazioni: 91.88 mq
Solo il 74% delle abitazioni viene abitualmente usato con continuità, ad incidere su tale dato sono soprattutto le seconde case e gli edifici turistici; in questo studio considereremo solamente quelle abitazioni tramite il cui impiego si giustifichi un intervento economico importante come quello della riqualificazione a target passivhaus.
Si nota come la maggior concentrazione percentuale delle abitazioni italiane, pari al 43.35% del totale, sia relativa alle zone E ed F. È lecito pertanto pensare che la diffusione dello standard Passivhaus in Italia possa essere ben rappresentato dallo studio parametrico di costi e relativi risparmi su un campione nazionale di circa 9 016 508 edifici.
Risulta necessario utilizzare a tale scopo un modello che sia rappresentativo della realtà italiana. Questo edificio prende il nome di edificio “medio”, verrà collocato nelle zone climatiche di interesse e, conoscendone i consumi iniziali, si potranno stimare costi e relativi risparmi dell’adozione dello standard PassivHaus . Per determinare il consumo di questi edifici utilizziamo il Rapporto Energia e Ambiente[10], studio svolto dall’ENEA e presentato nel 2005, nel quale vengono riportati i consumi globali di energia per riscaldamento. Tali consumi, suddivisi per fascia climatica indicano un consumo specifico per la zona E+F di circa 12,5 GTEP/anno i quali, suddivisi a loro volta per il numero di abitazioni occupate in edifici ad uso abitativo fornisce il consumo medio di una abitazione, valore di circa 1,38 TEP/anno
Considerando il valore di 2,43 abitazioni per edificio ad uso abitativo si ricava il consumo di un edificio medio in TEP/anno moltiplicando tale valore per il consumo di una singola abitazione, si ottengono così circa 3,35 TEP/ anno.
E’ ora possibile risalire sperimentalmente ai consumi specifici medi per zona climatica dividendo il consumo di un edificio medio in TEP/anno per il volume riscaldato dell’edificio e i Gradi Giorno della località in cui si trova, nel nostro caso tali dati sono stati assunti pari a 670 m3 e 2550 GG rispettivamente.


Questo edificio è composto da 2 piani fuori terra, per un totale di 2,43 appartamenti:
· Il pianterreno è composto da locali privi di riscaldamento (cantine, autorimesse, ecc..);
· I piani intermedi contengono 1 appartamento ciascuno di superficie netta pari a 91.88 m2
· Ogni appartamento è costituito da 4 ambienti ciascuno con la propria finestra ed un corridoio.
· È presente una mansarda di superficie netta pari a 37 m2
· La base è rettangolare con dimensioni 10.1x13.4 m, l’altezza netta di ogni piano è 3m, quella lorda di 3,3 m
· Le superfici vetrate sono pari a 40,4 m2 di cui 6,3 su locali non riscaldati
· Per quanto riguarda la tipologia costruttiva consideriamo la struttura portante il calcestruzzo armato, pareti verticali in muratura con intercapedine, copertura a falde con solaio non praticabile in cemento armato.
L’interpretazione dei dati così ottenuti ci permette di definire un edificio vero e proprio ,l’uso di questo modello permette di derivare una serie di altri elementi che non è stato possibile estrarre direttamente dall’indagine su Dawinci. Tali dati sono indispensabili alla realizzazione dello studio dell’intervento di riqualificazione dell’edificio “medio”, perché relativi a:
· quantità e posizionamento dei componenti,opachi e trasparenti
· aree, di superfici opache e trasparenti
· volumi
Il modello di edificio realizzato permette di individuare quali interventi si rendano necessari per il raggiungimento del target Passivhaus; la realizzazione di alcuni a scapito di altri è diretta conseguenza dei dati medi statistici, la riqualificazione oggetto di questo studio macroeconomico è pertanto da considerarsi anch’essa indicativa non tanto dal punto di vista tipologico quanto da quello della convenienza economica generalizzata.

STUDIO DELL’APPLICABILITÀ

Per questo lavoro è stato utilizzato un edificio esistente, sito a Schio, in provincia di Vicenza, avente le medesime caratteristiche dell’edificio medio. Esso è disposto su 2 piani, avente una superficie calpestabile di 139 m2, una volumetria complessiva di 495 m3 (di cui 366 riscaldati) e una superficie disperdente di 336 m2. Le condizioni interne sono state fissate in 20°C e 50% UR in inverno e 26°C e 50% UR in estate. Sono state create delle zone termiche per ciascuna stanza e si sono scelte delle logiche di regolazione che prevedono il mantenimento di temperature notturne invernali a 16°C per tutti gli ambienti. Inoltre, si sono tenuti in debito conto i carichi sensibili e latenti legati alla presenza di persone e quelli legati alla presenza di elettrodomestici e illuminazione (secondo uno scheduling settimanale).
Sono state quindi svolte diverse serie di simulazioni per la località di Schio, secondo i dati meteoclimatici dei Test Reference Year, per il calcolo del fabbisogno termico per il riscaldamento invernale e il condizionamento estivo: oltre al “caso base” costituito dall’edificio senza isolamento, si è aumentato progressivamente la complessità dell’analisi introducendo in successione un serie di interventi a partire dalla sostituzione dei serramenti tradizionali con serramenti passivi. Successivamente nella coibentazione dell’edificio per ogni tipo di isolante si sono scelti gli spessori in progressione geometrica da 1 a 32 cm, per ultimo si è sostituito l’impianto di generazione e di distribuzione del calore di tipo tradizionale con un impianto a ventilazione meccanica controllata e unità termica compatta.

STIMA DI RISPARMI: PRESENTAZIONE DEL METODO

A questo punto, assumendo che il rendimento medio di produzione dell’energia elettrica sia in Italia pari al 40%, che il rendimento medio stagionale del generatore di calore domestico sia pari al 75% e che il COP medio della/e unità split installate nelle abitazioni sia pari a 2.5, si può ricavare il valore del fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione annuale.
È stata svolta la valutazione dello spessore di isolante ottimo in una visione di lungo periodo in termini economici. L’idea è quella di valutare i risparmi economici generati dall’isolamento e di metterli in relazione con i rispettivi costi. Pertanto, è necessario “tradurre” i consumi di energia primaria in costi.
Le ipotesi di base sono il costo medio dell’energia elettrica fissato in 0.14 €/kWhe, il costo medio del gas fissato in 0.60 €/ Sm3 e il suo potere calorifico inferiore PCI pari a 34 500 kJ/Sm3.
È stata quindi svolta un’analisi economica su un orizzonte temporale di 30 anni, assumendo un tasso di interesse di riferimento del 7%. Tale analisi inizia con il calcolo del Valore Attuale Netto (VAN) del costo dell’intervento in coibentazione. Il costo d’installazione dell’isolamento viene supposto uguale per tutti i diversi spessori, in quanto si suppone che tale installazione avvenga contestualmente alla riqualificazione dell’edificio, tali valori sono stati presi dal Prezzario Informativo per l’edilizia della provincia di Bolzano[11]. L’analisi prosegue con il calcolo del PBP (Pay Back Period) e dell’Internal Rate of Return (IRR)
In questo studio adottiamo un isolamento termico di tipo “a cappotto” così da poter ipotizzare che la maggior parte dei ponti termici risulti essere efficacemente controllata; restano comunque da risolvere alcuni punti critici dell’edificio quali: l’attacco al suolo, la presenza di balconi ed aggetti in genere nella struttura, la connessione della muratura con il componente finestrato. Per ciò che riguarda quest’ultimo, una soluzione efficace consiste nel porre in opera l’infisso a filo esterno della muratura e di ricoprire il telaio con l’isolante termico. Per quel che concerne al calcolo del fabbisogno termico per riscaldamento invernale consideriamo in questa analisi solo le dispersioni termiche per conduzione attraverso l’involucro esterno dato che l’applicazione della protezione termica “a cappotto” modifica solamente quest’ultime.
Si calcolano pertanto dapprima il calore disperso durante la stagione invernale dall’elemento soggetto all’intervento e successivamente si calcolano i risparmi energetici annui derivanti dall’intervento stesso. Noti il potere calorifico, valore medio ponderato dei combustibili impiegati a livello nazionale, e il rendimento d’impianto si ottiene il risparmio annuo di combustibile in TEP e lo si monetizza conoscendo il costo di una TEP.
Un altro requisito fondamentale del target Passivhaus è un buon livello di ermeticità unito all’impiego di un impianto di ventilazione meccanica. Per tenere in considerazione i risparmi energetici generati dall’adozione di tali elementi in termini di energia primaria viene impiegato un valore calcolato sperimentalmente, riferito ad un impianto di ventilazione meccanica in una abitazione passiva priva di infiltrazioni e avente un ricambio d’aria di 0.4 Vol./h, di valore 0,01783 kWh/m2a pari a 64,188 MJ/m2a.
L’isolamento è sempre conveniente per il risparmio energetico globale ed i vantaggi energetici derivanti dall’isolamento termico si traducono in vantaggi economici all’aumentare dello spessore di isolante fino a raggiungere un punto di ottimo. Per confrontare differenti tipologie di materiali coibenti, è necessario che essi soddisfino la stessa funzione.

L’unità funzionale è la prestazione oggettiva di un prodotto da utilizzare come unità di riferimento in una valutazione nell’arco della vita [3]. Riferendosi ai prodotti termoisolanti, la resistenza termica R pari a 1 m2K/W è generalmente accettata come unità funzionale significativa e operativa. Essa deve essere riferita ad un preciso intervallo temporale: per i materiali termoisolanti si preferisce una fase di utilizzo di 50 anni. Esprimendola in chilogrammi è definita come [4]:

FU=R*l*d*A

dove l è la condutività termica in W/(m K), d è la densità in kg/m3 e A la superficie pari a 1 m2.
Da una parte informa sulla quantità di materiale termoisolante necessario per produrre una certa resistenza termica nella vita utile dell’isolamento; dall’altra permette di valutare gli impatti ambientali nella produzione, installazione e smaltimento dell’isolamento. Per minimizzare il costo globale della gestione energetica dell’abitazione, è necessario scegliere quegli isolanti aventi un basso costo per unità funzionale FU.

Tabella 2. Unità funzionale in chilogrammi necessaria per fornire una resistenza termica di 1 m2K/W per un uso di 50 anni. Dati ricavati da [4] [5] [6].

ANALISI ECONOMICA

È stata svolta la valutazione dell’intervento di riqualificazione termica a target Passivhaus in una visione di lungo periodo in termini economici. Conoscendo i risparmi economici generati dall’isolamento e di mettendoli in relazione con i rispettivi costi si è valutata la convenienza dell’intervento a scapito di un edificio di tipo tradizionale oppure di uno che si limiti a soddisfare il D.L. 192/05.
L’analisi economica si è svolta su un orizzonte temporale di 30 anni, assumendo un tasso di interesse di riferimento del 7%. Tale analisi inizia con il calcolo del Valore Attuale Netto (VAN) semplice del costo aggregato degli interventi, attualizzando le bollette energetiche (elettrica e gas) al costo del materiale isolante. Si è poi calcolato il VAN relativamente alle configurazioni di tipo “tradizionale” ovvero edificio privo di coibentazione, dotato di serramenti tradizionali senza taglio termico, caldaia e radiatori, e alla configurazione “Lg 192”. Tale analisi è stata implementata su base Excel riuscendo a gestire contemporaneamente la variazione dello spessore nei vari interventi di coibentazione, la variazione della tipologia di materiale coibente impiegato, la sostituzione dei serramenti e quella dell’impianto di generazione e distribuzione del calore.

LE SIMULAZIONI

Per il calcolo dei carichi termici estivo ed invernale relativi all’edificio preso in esame , è stato utilizzato il programma di calcolo TRNSYS16 [7] ed i programmi inclusi nello stesso pacchetto software quali TRNBuild e TRNSYS Studio.
TRNSYS è un programma di simulazione per sistemi in regime transitorio ovvero dipendenti dal tempo. La struttura modulare, costituita principalmente da subroutines chiamate TYPE e scritte in linguaggio FORTRAN, lo rendono estremamente flessibile consentendo l’inserimento di nuovi modelli matematici, non presenti nelle librerie standard, sviluppati dall’utente.
Le types si possono suddividere in tre principali categorie: un primo gruppo comprende le types con funzione generale per lo svolgimento della simulazione , ad esempio con funzione di supporto alla lettura e scrittura dei dati, segue un gruppo per l’elaborazione dei dati,a cui appartiene la Type 56 qui impiegata,ed infine una vasta gamma di types che rappresentano il modello matematico di un componente particolare, ad esempio un collettore solare un serbatoio ecc.. Ognuna di queste subroutine descrive il comportamentoin modo parametrico, specificando per ciascun modulo input, output e valori costanti detti parameter. Nella realizzazione di un progetto, non si deve fare altro che reperire le types relative ad ogni singolo componente, stabilire le varie connessioni secondo la sintassi richiesta e la modalità di funzionamento del sistema da simulare, e fissare i tempi di simulazione. A questo punto risulta intuitivo sfruttare la modularità per ridurre la complessità dei sistemi da simulare suddividendoli in tanti sottoproblemi più semplici. La fase operativa precedentemente descritta si esplica con la stesura del file deck, nel quale vengono specificate le varie connessioni tra i vari componenti costituenti il sistema.
Il carico termico di un edificio è il flusso termico che deve essere fornito allo stesso per mantenere al suo interno una temperatura stabile e confortevole per gli occupanti al variare delle condizioni climatiche esterne e dei guadagni interni.
I metodi di calcolo “tradizionali” riguardano il regime invernale e adottano una serie di ipotesi semplificative che risultano spesso notevolmente cautelative rispetto alle condizioni reali. In particolare il regime termico viene considerato stazionario, ovvero sempre uscente dall’involucro edilizio, dato che la temperatura esterna risulta sempre inferiore a quella presente nel locale riscaldato. In questa fase il parametro climatico necessario è la temperatura esterna invernale di progetto, la quale consente di calcolare la potenza termica massima che l’impianto deve fornire per bilanciare le dispersioni di calore per trasmissione e ventilazione, nell’ipotesi appunto di regime stazionario e guadagni gratuiti termici nulli; tale temperatura è fissata al valore di –5°C.
Per calcolare il fabbisogno energetico nella stagione invernale e quindi il relativo consumo di energia primaria, ci si deve riferire ai valori medi mensili delletemperature medie giornaliere dell’aria esterna definiti per ogni località all’interno della norma UNI 10349.
Il metodo di calcolo normativo considera tale temperatura media mensile costante durante l’arco della giornata, imponendo quindi il regime stazionario, contrariamente al programma TRNSYS il quale a partire dai dati meteoclimatici del Try genera un profilo delle temperature variabile time step per time step.
Altra ipotesi semplificativa è la monodimensioalità della trasmissione del calore attraverso le pareti, la quale viene però corretta con l’introduzione di ponti termici ovvero parti della struttura in cui si instaura un flusso termico bi/tri-dimensionale causato dalla discontinuità e disuniformità.


I metodi di calcolo tabulati in precedenza, forniscono una stima spesso cautelativa dei carichi termici rispetto alle reali condizioni di funzionamento. Nel nostro caso il valore ottenuto dalla simulazione in condizioni reali per l’edificio in esame in configurazione “Tradizionale” superano il carico previsto, ma c’è da considerare che la simulazione copre un arco temporale molto più elevato di quello normalmente considerato come periodo invernale.
L’output impostato nella Type56 per questa configurazione è denominato SQHEAT e rappresenta la somma del carico sensibile totale estesa a tutte le zone termiche definite; tale valore in kJ/h per essere confrontato con i dati ottenuti in precedenza viene espresso in kWh/m2a: otteniamo così un valore di 144.56 kWh/m2a. Successivamente andiamo ad elevare la complessità dell’analisi, sempre in configurazione “Tradizionale”, inserendo nel deck le Type 34 per tenere in debita considerazione l’influenza dell’ombreggiamento, il valore del fabbisogno stagionale complessivo scende a 108.32 kWh/m2a. Per fare più agevolmente la serie di simulazioni programma te, volte allo studio iterativo della riqualificazione termica dell’edificio tale da garantire il raggiungimento del target energetico Passivhaus, vengono successivamente creati altri deck mantenendo la medesima impostazione; i risultati sono riportati nelle tabelle successive. A partire dell’edificio nella sua configurazione “Tradizionale”priva cioè di un involucro isolato, dotata di serramenti tradizionali e ventilazione naturale, si va ad
intervenire nella definizione del file *.BUI all’interno di TRNBuild; si creano cioè altrettanti file quanti sono i deck necessari a coprire l’intervallo di simulazione. Per la creazione di un nuovo file si procede iterativamente dal precedente, andando ad aggiungere e/o modificare i dati relativi all’intervento programmato. Gli interventi vengono codificati in progressione numerica ad indicare che l’edificio, dalla configurazione tradizionale, evolve iterativamente verso il target Passivhaus attraverso l’adozione di interventi sia additivi si sostitutivi di quelli adottati nella precedente configurazione.
Questo criterio permette di gestire le procedure di simulazione nel modo più agevole possibile, limitando le operazioni alla sola scelta del materiale isolante.

La temperatura dell’ambiente esterno varia durante la giornata, e questa variazione è spesso più sensibile nella stagione estiva che in quella invernale. Di conseguenza è errato, o quantomeno insufficiente, basare il calcolo dei carichi termici esclusivamente sulla trasmittanza K che parte dal presupposto di un teorico ma
inesistente regime stazionario di trasmissione del calore.
Molto più importante è inoltre l’influsso, che può essere più o meno significativo per un edificio tradizionale ma tutt’atro che trascurabile per un edificio passivo, dovuto all’insolazione. Gli
effetti positivi in termini di contributo al risparmio energetico sono chiaramente visibili nella Tabella 3: il fabbisogno di energia per il riscaldamento nella stagione invernale : si riduce proporzionalmente molto di più rispetto all’aumento del fabbisogno di energia per raffrescamento.

La situazione sopraesposta viene riportata anche nel prospetto seguente dove è visibile, in relazione alla tipologia di intervento effettuato, anche la risposta dell’edificio in forma grafica; questi risultati si riferiscono ad un particolare mix di materiali adottati per i vai interventi di isolamento, in particolare:
 XPS : cappotto esterno e primo solaio
 VETRO CELLULARE : pareti contro terreno
 LANA DI ROCCIA : ultimo solaio
Nelle figure sottostanti sono distinguibili due profili, evidenziati rispettivamente dal colore rosso e da quello blu. Il profilo rosso è quello rispondente all’output SQHEAT descritto in precedenza, ovvero l’andamento della somma del carico sensibile per riscaldamento totale estesa a tutte le zone termiche definite; il profilo blu invece risponde all’output SQCOOL, ovvero l’andamento della somma del carico sensibile per raffrescamento totale estesa a tutte le zone termiche definite.
L’indagine è stata svolta per ogni configurazione su spessori in progressione da 0 a 32 cm e su diverse tipologie di materiali.

CONCLUSIONI

Estendere a tutti gli edifici del patrimonio edilizio nazionale la possibilità di ottenere le prestazioni energetiche della passivhaus o degli edifici a basso consumo è solo un’ipotesi del tutto teorica, in questo studio verranno pertanto prese in considerazione soltanto le zone termiche E ed F le cui caratteristiche sono adatte all’applicazione delle attuali tecniche sviluppate per le Case Passive. Infatti, non esistendo una disposizione legislativa che rende obbligatoria la ristrutturazione termica degli immobili, è difficile che sia il privato cittadino ad intraprendere da solo una riqualificazione energetica di edifici esistenti, per vari motivi:
1. Quando si affronta il tema della riqualificazione energetica di un edificio esistente , sia esso a destinazione residenziale, terziaria o scolastica, non è sempre possibile raggiungere i target degli edifici a basso consumo e quello della passivhaus. Difatti, per quanto riguarda l’involucro edilizio, la mancanza di forma compatta richiesta ad un edificio passivo, che ottimizzi il rapporto tra superficie disperdente e volume lordo riscaldato, può essere un primo limite alla ristrutturazione; inoltre deve essere attentamente valutata la presenza e la tipologia delle superfici vetrate; infine, una attenta analisi costo-efficacia della strategia progettuale adottata potrebbe escludere o sconsigliare alcuni interventi rispetto ad altri. Un limite ulteriore alla ristrutturazione è rappresentato dalle componenti impiantistiche: l’integrazione in un edificio esistente di un sistema di controllo microclimatico tipico di una passivhaus non può prescindere dalla collocazione ottimale del sistema aeraulico anche se il cuore del sistema tecnologico, cioè l’aggregato compatto, ha subito oggi un’evoluzione tale da occupare uno spazio molto contenuto.
2. Per intraprendere un’opera di risanamento è necessario un investimento che può rappresentare un peso per il singolo : anche l’investimento potenzialmente più remunerativo senza disponibilità economica è destinato a non essere preso in considerazione.
3. Per raggiungere i livelli di fabbisogno energetico delle passivhaus , attraverso un miglior isolamento, sono necessarie specifiche conoscenze tecniche le quali non sono certamente trascendentali. Tali nozioni dovrebbero essere non solo di esclusivo appannaggio della fase progettuale ma anche e soprattutto della fase operativa, principi questi che restano purtroppo tuttora sconosciuti ai milioni di utenti finali che potrebbero trarne vantaggio .

La situazione sopraesposta viene riportata anche nel prospetto seguente dove è visibile, in relazione alla tipologia di intervento effettuato, anche la risposta dell’edificio in forma grafica; questi risultati si riferiscono ad un particolare mix di materiali adottati per i vai interventi di isolamento, in particolare:
 XPS : cappotto esterno e primo solaio
 VETRO CELLULARE : pareti contro terreno
 LANA DI ROCCIA : ultimo solaio
Nelle figure sottostanti sono distinguibili due profili, evidenziati rispettivamente dal colore rosso e da quello blu. Il profilo rosso è quello rispondente all’output SQHEAT descritto in precedenza, ovvero l’andamento della somma del carico sensibile per riscaldamento totale estesa a tutte le zone termiche definite; il profilo blu invece risponde all’output SQCOOL, ovvero l’andamento della somma del carico sensibile per raffrescamento totale estesa a tutte le zone termiche definite.
L’indagine è stata svolta per ogni configurazione su spessori in progressione da 0 a 32 cm e su diverse tipologie di materiali

4. Gli usi che si fanno dell’energia rispondono ad esigenze primarie da parte dell’utenza e chiaramente non sono flessibili: variazioni anche brusche nel prezzo dell’energia non implicano un altrettanto brusco cambiamento di atteggiamento nel breve periodo. Un contenimento dei consumi o la ricerca di fonti energetiche alternative sono reazioni postume di adattamento ad un nuovo equilibrio in un ottica di lungo termine nella quale tuttavia l’elasticità della curva di domanda di energia risulta migliorata solo di poco.
Finora sono state realizzate case passive soltanto nel clima alpino o comunque nel nord Italia, le simulazioni eseguite su edifici in zone climatiche più miti portano generalmente a valori di trasmittanza molto più alti. Tali valori sono da intendersi a clima normalizzato, lo spessore di isolamento necessario nelle zone più calde è ridotto al di sotto dei 15 cm., la componente climatica gioca un ruolo fondamentale nell’applicazione dei principi fisico-tecnici alla base dello standard Passivhaus. Ridurre il picco del fabbisogno energetico per riscaldamento risulta più agevole, da cui lo spessore modesto, ma risulta molto più elevato anche il rischio di surriscaldamento estivo e assumono peso maggiore la deumidificazione ed il raffrescamento, da cui la grande importanza dell’ombreggiamento. Queste situazioni restano da simulare meglio, costruire e monitorare per ottenere ed analizzare le necessarie esperienze. Attraverso l’impiego dei dati sui costi e relativi risparmi derivati dallo studio dell’edificio medio, si è potuto comprendere come, a livello nazionale, a fronte di un investimento di 278 538 milioni di euro per estendere lo standard Passivhaus al 44,35 % del patrimonio edilizio italiano si ottiene un risparmio monetario annuo di 9 348 milioni euro. Dalla Tabella 4, si può notare che, considerando l’investimento iniziale di 278 538 milioni di euro ed il risparmio monetario annuo di 9348 milioni euro si ottiene una redditività dell’investimento del 3,35%. Dalle Tabella 5 possiamo invece notare nel dettaglio che dai 19,123 MTep/anno iniziali, necessari a scaldare gli edifici ad uso abitativo, si è passati a 8,531 MTep/anno, a fronte della riduzione del fabbisogno energetico per riscaldamento totale del 55,4% ottenuto intervenendo nelle sole zone E ed F, con un’incidenza specifica dell’85,18% passando rispettivamente da un valore di 12 429 950 Tep/anno ad uno di 1 841 813 Tep/anno.
A dimostrazione dell’applicabilità dello standard Passivhaus sono stati riportati i dati ottenuti dallo studio dell’edificio “medio”. Il 51% del consumo medio nazionale relativo a tale edificio si è ridotto dell’86% dopo l’intervento di riqualificazione. È interessante notare come, a consumi invariati nelle restanti zone climatiche, l’influenza dell’intervento sul totale del consumo medio nazionale sia stata quella di capovolgere la situazione rispetto alla precedente, rendendo più gravosi i valori relativi alle zone C e D, più miti rispetto alle zone E ed F considerate nello studio.
I risultati ottenuti, a dimostrazione dell’efficacia degli interventi di riqualificazione termica nel campo del risparmio energetico in edilizia, vanno al di là della riduzione degli sprechi energetici, implicando da un lato una riduzione potenziale delle importazioni di combustibile e quindi un miglioramento dei conti con l’estero a favore di una minore dipendenza energetica del paese e dall’altro un consequenziale miglioramento per l’ambiente sia per la riduzione degli inquinanti che per le migliori condizioni ambientali soprattutto quelle di benessere globale percepito dagli utenti.
L’investimento necessario, sebbene complessivamente di entità rilevante, è caratterizzato da buoni indici di redditività e da una tempistica tutto sommato accettabile per il recupero dl capitale. Si nota come la situazione del punto di vista del fabbisogno energetico si capovolga: una volta tenuti ipoteticamente sotto controllo i consumi delle zone E+F con l’adozione dello standard Passivhaus, zone che prima da sole costituivano la metà del fabbisogno medio totale nazionale, diventino più influenti i consumi energetici medi per le restanti zone termiche.



RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI
1. Castellotti F., Gli isolanti termici come strumento di riduzione del carico estivo degli edifici, in Il condizionamento dell’aria, cap. 3, a cura di Lazzarin R., Dario Flaccovio Editore, Palermo, 2003. ISBN 88-7758-499-8.
2. Renato Lazzarin, Filippo Busato, Francesco Castellotti, Lo Spessore ottimo di isolante Un’analisi Lyfe Cycle Oriented, Int. Journalof Lca, 1, 2006, 27-34.
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6. B. De Benedetti, G. L. Baldo, S. Rossi, Environmentally-conscious design and life cycle assessment, 2003.
7. AA, VV. 1997. TRNSYS: A Transient System Simulation Program. Solar Energy. Madison.
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9. ISTAT, Dawinci datawarehouse, indagine su 14° Censimento delle popolazioni e delle abitazioni, Italia, 2001
10. ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005, Analisi Compendio Dati, 2005.
Elenco prezzi 2006, a cura dell’ufficio Edilizia e Servizio tecnico del Dipartimento dei lavori pubblici della Provincia autonoma di Bolzano.
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