Cosa sono gli edifici ad energia quasi zero?

Sia per via della crisi sia per il crescente sentimento ecologico delle persone si riscontra oggi una crescente sensibilità al risparmio energetico degli edifici, i tecnici più attenti ed addetti ai lavori cominciano ad interessarsi alla nuova Direttiva Europea per l’Efficienza

Se tutti gli edifici fossero in grado di produrre tutta l’energia che consumano si risparmierebbe oltre il 40% dell’energia consumata nel mondo. Oggi esistono materiali e tecniche per riuscirci.

Energetica degli Edifici che ha introdotto la necessità di trasformare tutti gli edifici ad energia quasi zero, da qui al 2020.

EDIFICI AD ENERGIA QUASI ZERO

La nozione di “edificio a energia quasi zero” è stato introdotto dalla direttiva europea 201 0/31/UE in vigore dal 1 gennaio 2012 in tutti gli stati membri della comunità europea.

La nuova direttiva sulle prestazioni energetiche degli edifici, che di fatto aggiorna e sostituisce la precedente direttiva 2002/91/CE, prevede che dal 2020 tutte le nuove costruzioni siano “edifici a energia quasi zero”, ovvero edifici costruiti con un “fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo“.

Consumo residuo che in ogni caso “dovrebbe essere coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili, compresa l’energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze”.

La nuova direttiva europea sul consumo energetico degli edifici sottolinea ancora una volta come il settore dell’edilizia rappresenti un settore chiave per il raggiungimento degli obiettivi di risparmio energetico, e di riduzione delle emissioni di CO2 e altri gas serra.

Si stima che il 40% del consumo globale di energia nell’Unione sia infatti dovuto proprio dagli edifici.

Diviene perciò fondamentale normare ed intervenire con misure efficaci di contenimento dei consumi, che si concretizzano nell’incremento dell’efficienza energetica degli edifici e di tutti gli impianti ad essi collegati.

RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI ESISTENTI e EDIFICI AD ENERGIA QUASI ZERO

La riqualificazione energetica degli edifici esistenti può essere più economica se si parte con l’idea di rendere prima gli edifici ad energia quasi zero in pratica rendendo prima una l’edivicio il più possibile simile ad una  passivhaus ed abbinandogli poi una produzione di energie da fonti rinnovabili per la copertura dell’energia necessaria residua.

casa passiva + edifici a energia quasi zero: Realizzare edifici a energia quasi zero è già possibile oggi è solo una questione di progettazione e accurata costruzione.

Ad esempio, quando un edificio esistente è ben orientato rispetto al sole, ovvero se ha almeno una falda orientata a sud, risulterà certamente meno difficile e dispendioso applicargli i principi fondamentali delle passivhaus e non resterà che provvedere all’ approvvigionamento delle risorse energetiche rinnovabili con ad esempio un impianto fotovoltaico e/o termico di ridotte dimensioni, dovendo soddisfare meno richiesta.

In sostanza in una ristrutturazione secondo i criteri finalizzati al raggiungimento delle caratteristiche di una passivhaus, può comportare ad esempio un notevole risparmio sulla pompa di calore da installare e ad una minore estensione dell’impianto fotovoltaico sulla casa passiva.

Anche pensando ad esempio di triplicare il costo dell’isolamento termico dell’involucro e della tenuta all’aria dei serramenti, aggiungendo infissi in legno certificati ad alta tenuta, si poi spendere molto meno sugli impianti.

Trattandosi di un bilancio termico se io riduco le dispersioni al massimo posso avere impianti almentati con energia rinnovabile molto piccoli riducendo così i costi dell’impianto che bilanciano i costi dovuti al maggiore isolamento ed ai dispositivi schermanti necessari.

NUOVI EDIFICI PIÙ ECONOMICI CON L’APPROCCIO PROGETTUALE AGLI EDIFICI AD ENERGIA QUASI ZERO

Volendo sintetizzare come si dovrebbe procedere per ottenere edifici che non consumano nulla (o quasi) lo si può fare con la seguente formula:

Edifici ad Energia Quasi Zero = Casa Passiva + Fotovoltaico

Se ben progettati e costruiti gli edifici possono produrre più energia di quanta ne consumano. Molto dipende dalla progettazione integrata edificio – impianto.

Pur nella voluta semplificazione la formula ci dice subito come operare, la potenza di picco di un impianto fotovoltaico richiesto per coprire il fabbisogno elettrico di una casa passiva (passivhaus) con destinazione d’uso a civile abitazione oscilla mediamente dai 2 kWp ai 4 kWp (ovviamente ogni caso andrà puntualmente analizzato).

In Italia, grazie al buon soleggiamento e temperature relativamente miti, realizzare edifici ad energia quasi zero, in rapporto alle dispersioni energetiche invernali, è sicuramente alquanto facile ed economico rispetto ai paesi del nord Europa.

Occorre comunque far attenzione alla climatizzazione estiva da non trascurare nel bilancio energetico complessivo.

Per una casa passiva potrebbero dunque bastare dai 15 ai 40 mq di tetto per raggiungere l’autonomia energetica.

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Si definisce carico termico di un edificio il flusso di calore che attraversa la struttura del fabbricato durante l’anno ovvero le dispersioni complessive dell’edificio(per conoscere il carico termico si procede co un analisi energetica edificio).

Attraverso il calcolo dei carichi termici si determina l’energia dispersa durante l’anno dall’edificio e di conseguenza la potenza necessaria che l’impianto di riscaldamento deve possedere per portare l’ambiente alla temperatura convenzionale di 20 °C e mantenerla costante, al fine così di garantire agli utenti una situazione di comfort termico. Essendo il carico termico espresso come una potenza, l’unità di misura è Watt/metro quadrato di superficie.

Analisi energetica di un edificio per il miglioramento del risparmio

Attenzione però a non confondere il consumo di riscaldamento con il carico termico. Infatti, benché siano grandezze collegate, il carico termico definisce quali sono le dispersioni e non quanto è il consumo di riscaldamento dell’edificio perché questo dipende dal grado di efficienza del sistema edificio impianti.

Il dato del carico termico è utile, insieme ad altre specifiche tecniche relative ai componenti dell’impianto di riscaldamento, per dimensionare correttamente l’impianto di riscaldamento dell’edificio.

Come si calcola il carico termico di un edificio?

Come si è detto, il carico termico è definito un flusso di calore, quindi caratterizzato da apporti e dispersioni. Gli apporti sono quelli generalmente dovuti alla radiazione solare, mentre le dispersioni sono quelle dovute alla quantità di calore che fuoriesce attraverso l’involucro e dipendono dalla qualità dell’isolamento termico.

In altre parole, il carico termico di un edificio non è altro che la somma di tutte le trasmittanze moltiplicate per le relative superfici, per la differenza di temperatura tra ambiente interno ed esterno.

Chiaramente il carico termico di un edificio nella stagione estiva sarà diverso da quello nella stagione invernale.

In estate, i carichi termici sono dati dalla quantità di radiazione solare che entra nell’ambiente per trasmissione attraverso le pareti opache, da quella che entra attraverso l’involucro trasparente (vetrate) per trasmissione e/o irraggiamento, al calore prodotto dagli utenti presenti nell’ambiente nell’unità di tempo, al calore prodotto dall’impianto di illuminazione e da qualsiasi altra sorgente interna che produce calore.

Nel periodo invernale invece, essendo minimo l’apporto solare, il carico termico si riduce al calore che per trasmissione fuoriesce dalle pareti opache e trasparenti insieme alle dispersioni dovute ai ricambi d’aria e agli apporti della radiazione solare.

Comportamento della radiazione solare (schema). Si veda come non tutta la radiazine solare viene assorbita e arriva sulla terra.

È bene specificare che con il termine radiazione solare si intende il flusso di calore che il sole emette e che viete assorbito dalla crosta terreste. Di qui, non tutta la radiazione emessa e captata arriva sulla terra in quanto, attraverso gli strati dell’atmosfera, solo una parte di questa viene assorbita, mentre una parte viene diffusa in tutte le direzioni e una parte viene riflessa verso lo spazio.

Si consideri che mediamente la superficie terrestre riceve 4 kWh di radiazione solare al mq. L’apporto energetico però non arriva tutto insieme ma in modo incostante nel corso della giornata. Le variabili essenziali che fanno variare questo dato sono la stagione in cui ci si trova e di conseguenza la posizione del sole, la purezza dell’aria e la possibile nuvolosità.

Analisi energetica edificio e sua posizione: oltre alle variabili su indicate, che sono puramente legate alle condizioni ambientali, ci sono le variabili legate strettamente alla posizione e alle caratteristiche del fabbricato. Infatti è determinante per gli apporti solari l’orientamento della superficie captante dell’edificio, la riflettanza delle superfici delle pareti esterne e l’eventuale presenza di ostruzioni.

Come ottimizzare la captazione dell’energia solare ed ottenere un risparmio energetico gratuito

E’ importante che l’edificio venga posizionato e orientato in maniera da garantire la massima captazione di energia solare e di conseguenza e che l’ostruzione da parte di altri edifici o elementi quali alberi sia minima.

Per ciò che riguarda l’orientamento proprio dell’edificio, generalmente le pareti verticaliesposte a nord sono quelle che hanno l’apporto minore di energia solare. Di qui una delle principali regole della buona progettazione prevede di riservare la parte di edificio esposta a nord per l’inserimento di locali meno vissuti quali le camere da letto o i bagni. Si consideri il fatto che in inverno le superfici esposte a nord hanno apporto solare praticamente nullo.

Orientamento ottimale edificio (schema). Si veda a seconda dell’orientamento esterno dell’edificio, quale sia la giusta dislocazione degli ambienti interni

L’orientamento a sud, permette anche in inverno alle pareti verticali, di captare il 93% della radiazione solare. Per questo la parte dell’abitazione esposta a sud è in genere riservata a locali quali soggiorni o cucine.

Vi è poi l’orientamento est e quello ovest che captano la stessa quantità di energia solare, sia in estate che in inverno.

Le situazioni di esposizioni intermedie, cioè quelle sud-est, sud-ovest o nord-est, nord-ovest sono particolari. Infatti, per esempio l’esposizione sud-est e quella sud-ovest si scambiano gli apporti, ovvero dalla nascita del sole fino alle ore 12 vengono irradiate le superfici e sud-est e dalle 12 fino al tramonto quelle sud-ovest.

Oltre a quello delle pareti verticali è importante anche l’apporto delle coperture. Ovviamente la copertura piana è quella che capta il massimo della radiazione.

Nel caso invece di coperture a falde inclinate tutto dipende dall’angolo di inclinazione e chiaramente dall’esposizione delle falde. Generalmente l’angolo superiore a 30° è una buona inclinazione.

Oltre ciò, come prima accennato, il carico termico può variare molto a seconda del sistema costruttivo dell’edificio.

Se l’edificio oltre ad essere orientato nella maniera più opportuna, è isolato nella maniera corretta il carico termico è molto basso così come lo saranno i consumi di riscaldamento.

In un edificio costruito come casa passiva, ovvero come casa che si riscalda solamente con apporti solari e riscaldamento ridotto al minino se non nullo, il carico termico arriva ad un massimo di 10 W/m². Di qui l’etimo del termine casa passiva, cioè senza impianto di riscaldamento tradizionalmente inteso.

Per concludere è bene ribadire come sia importante che il progetto di un edificio venga seguito anche da un tecnico preparato in materia energetica che sappia individuare la posizione e l’orientamento ottimale, i materiali da utilizzare nella costruzione e rediga un corretto progetto di isolamento termico. Solo con questi accorgimenti, è possibile progettare e realizzare un edificio ad alto risparmio energetico.

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Si definisce in generale comfort termico  una circostanza di benessere fisico e mentale che porta l’individuo a dare un parere positivo riguardo l’ambente che lo circonda e in cui si trova.

Essendo una condizione psico-fisica che esprime la soddisfazione di un individuo nei confronti di un luogo, il comfort risulta essere una quantità non misurabile attraverso numeri ma solo su basi statistiche. Si viene così a definire il comfort ambientale dipendente da molte variabili, alcune delle quali di natura soggettiva. In altre parole non tutti sentono caldo o freddo alla stessa meniera.

Le variabili determinanti il comfort ambientale sono:

• Il benessere termico legato alla temperatura dell’ambiente;

• Il benessere igrometrico legato alla presenza di umidità nell’ambiente;

• Il benessere psicologico legato alla sicurezza di un luogo;

•  Il benessere visivo legato all’illuminazione di un luogo;

•  Il benessere olfattivo legato alla qualità dell’aria;

•  Il benessere acustico legato alla rumorosità del luogo;

Il comfort termico: definizione e condizioni necessarie

Le dispersioni di calore dell’ambiente e dell’uomo da prendere in considerazione per garantire il comfort termico

Uno dei sottoinsiemi del comfort ambientale e il comfort termico determinato come già accennato dalla variabile di benessere termico il quale è influenzato da parametri fisici quali la temperatura dell’aria, l’umidità relativa, la velocità dell’aria e della pressione atmosferica, da parametri organici quali l’età, il sesso e le caratteristiche degli individui occupanti il luogo nonché da parametri esterni quali il tipo di attività svolta e l’abbigliamento dell’individuo.

Anche la presenza di superfici disperdenti con diverse caratteristiche di isolamento, possono incidere sul benessere percepito nell’ambiente in cui ci si trova (ad esempio ampie vetrate, pareti più o meno isolate rispetto alle altre, circolazioni dell’aria nell’ambiente).

Il comfort termico viene infatti definito come “lo stato psicofisico in cui il soggetto esprime soddisfazione nei riguardi dell’ambiente termico“. Detto in altre parole il raggiungimento della situazione di comfort coincide con quella in cui l’individuo non lamenta né di avere caldo né di avere freddo.

Quindi, lo studio del benessere termico parte dallo studio del comportamento del corpo umano e alla considerazione che sono in condizione di bilancio energetico quando si ha una stessa quantità di energia prodotta dal metabolismo e di energia scambiata con l’ambiente.

Il bilancio termico e il carico termico necessario

Per mantenere il bilancio termico come sopra definito, necessario a garantire la condizione di comfort termico, è indispensabile che all’interno di un ambiente vi sia un impianto di riscaldamento/raffrescamento adeguato.

L’impianto di riscaldamento/raffrescamento deve essere adeguato nel senso che deve avere una potenza tale da essere in grado di fornire (nel caso del riscaldamento) o sottrarre (nel caso del raffrescamento), tanto calore per mantenere le condizioni di comfort termico all’interno dell’ambiente. Questa potenza prende il nome di carico termico.

Carichi termici e risparmio energetico: i sistemi passivi

La determinazione dei carichi termici è necessaria in modo particolare in fase di progetto dell’edificio, in modo da progettare un edificio che necessiti del minor carico termico possibile.

La giusta progettazione di un edificio comporta l’avere minori carichi termici e conseguentemente ad avere un edificio

Confrontro tra una casa convenzionale non energeticamente efficiente e una casa passiva energeticamente efficiente

qualitativamente migliore sotto l’aspetto del risparmio energetico.

Per raggiungere il giusto compromesso tra benessere termico e minimizzazione dei consumi energetici ci sono piccoli accorgimenti che presi in fase di progetto possono portare a grandi risultati ad edificio finito, anche la riqualificazione enrgetica di un edificio può essere un’occasione per migliorare il comfort termico al suo interno.

Infatti, è possibile sfruttando le caratteristiche climatiche del posto in cui ci si trova, progettare un edificio che per quanto possibile provveda da sé a riscaldare e raffrescare gli ambienti, senza l’utilizzo di sistemi di riscaldamento e/o raffrescamento. Questi vengono chiamati sistemi di climatizzazione passiva e di conseguenza l’edificio progettato con questi sistemi prenderà il nome di casa passiva.

In conclusione, nel caso di progettazione di un edificio sia nuovo sia in previsione di una riqualificazione energetica / ristrutturare è bene affidarsi a tecnici specializzati in materia energetica, attenti quanto più possibile al risparmio energetico e al raggiungimento della condizione di comfort termico ideale anche attraverso la previsione di utilizzo di tecnologie di riscaldamento e raffrescamento di tipo passivo.

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