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Diagnosi energetica (Energy Audit): aspetti generali - criteri e procedure di valutazione LIVIO MAZZARELLA Dipartimento di Energia, Gruppo BEES Politecnico di Milano RIASSUNTO

Si definisce la diagnosi energetica e la si confronta con la certificazione. Si descrivono e analizzano nelle loro differenze i vari livelli di diagnosi definendone gli scopi e i campi di applicazione. Si definiscono e descrivono quindi le varie fasi per la loro applicazione.

Vengono descritti i diversi indicatori energetici impiegati per caratterizzare la prestazione energetica degli edifici, riportando le loro formule di calcolo. Si riportano poi le modalità di definizione dei valori di riferimento (benchmarck) per tali indicatori, diverse per i diversi livelli di diagnosi energetica, così come le modalità di calcolo dei valori attuali, sia derivati da misure sia derivati da stime attraverso modelli.

Si passa quindi alla descrizione della procedura generale per la definizione delle opportunità di risparmio energetico (ORE), introducendo il concetto di analisi multi-criterio, e entrando più nello specifico dell’analisi energetica, ambientale ed economica, elementi base per tale analisi multi obbiettivo finalizzata alla definizione dell’intervento ottimo. 1. INTRODUZIONE

Il termine diagnosi energetica può assumere per soggetti diversi significati differenti; per cui definire in modo chiaro e univoco cosa si intende per diagnosi energetica è elemento essenziale e preliminare ad ogni trattazione dell’argomento. Lo stesso scopo di una diagnosi energetica, la sua complessità, il livello della valutazione economica sono tutti elementi che potrebbero essere trattati da soggetti differenti in modo diverso e andrebbero definiti chiaramente prima di ogni attività di diagnosi in assenza, come si è, di una normativa specifica.

Si vuole qui identificare e descrivere i diversi approcci alla diagnosi energetica e definire un approccio unificato per la sua organizzazione e conduzione.

Una diagnosi energetica può essere definita sinteticamente come un processo che valuti come e dove un edificio o un processo tecnologico utilizza l’energia e identifichi le opportunità di riduzione dei consumi (ECOs = Energy Conservation Opportunities; ORE= opportunità di risparmio energetico).

Il Decreto Legislativo del 30 maggio 2008, n. 115 all’art. 2 lett. N, ripreso dalla Regione Lombardia - DGR VIII 8745 22-12-08 - Art. 2 lett. N, definisce, più estesamente, la diagnosi energetica come “la procedura sistematica volta a fornire

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DIAGNOSI ENERGETICADiagnosi energetica degli edifici esistenti: aspetti relativi a involucro edilizio e impianti, valutazioni tecnico-economiche

Milano, 25 Marzo 2010

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un’adeguata conoscenza del profilo di consumo energetico di un edificio o gruppo di edifici, di una attività o impianto industriale o di servizi pubblici o privati, al fine di individuare e quantificare le opportunità di risparmio energetico sotto il profilo costi- benefici e riferire in merito ai risultati”.

C’è una relazione diretta tra il costo della diagnosi energetica e la quantità dei dati, che devono essere raccolti e analizzati, e il numero delle opportunità di risparmio energetico identificate. Quindi occorre fare una prima distinzione tra i costi accettati o accettabili per la diagnosi, che determineranno il tipo di diagnosi che potrà essere eseguita. Una seconda distinzione è dovuta all’oggetto della diagnosi: la diagnosi energetica di un edificio si focalizza sulle richieste energetiche dovute all’involucro, all’illuminazione, al riscaldamento e raffrescamento ambientale e alla ventilazione; mentre una diagnosi energetica di un impianto o stabilimento industriale si focalizza sulle richieste del processo. 2. DIFFERENZE TRA CERTIFICAZIONE E DIAGNOSI ENERGETICA

La certificazione energetica ha come obbiettivo principale quello di rappresentare in forma più semplice possibile una qualità energetica del sistema edificio/impianto riferita a condizioni standard in modo che sia comprensibile a tutti i soggetti interessati e non solo agli esperti del settore. Solo secondariamente ha anche la finalità di dare delle indicazioni di massima sui possibili interventi di risparmio energetico attuabili; il tutto con costi contenuti. La diagnosi energetica ha invece come obbiettivo l’individuazione di eventuali inefficienze energetiche di un sistema nelle sue attuali condizioni di esercizio, e di proporre soluzioni per ridurle quantificando sia i risparmi conseguenti che la redditività economica di tali interventi. 3. LE TIPOLOGIE DI DIAGNOSI ENERGETICA

Prima di avviare una procedura di diagnosi energetica, è necessario aver ben definito lo scopo che tale azione si deve prefiggere e quale livello di attività sia necessario per soddisfare le aspettative del committente.

Ci sono tre diverse tipologie base o livelli di diagnosi energetica, ognuno dei quali potrebbe soddisfare le necessità precedentemente identificate, che, in ordine di complessità, sono: - I Livello: Diagnosi per ispezione visiva o diagnosi leggera (Walk-Through Audit)

La diagnosi energetica per ispezione visiva o, semplicemente, l’ispezione visiva, come indica lo stesso nome, è una visita al sito oggetto di diagnosi con lo scopo di ispezionare visivamente ciascuno dei sistemi e/o sottosistemi impieganti energia. Tipicamente include una valutazione dei dati di consumo energetico allo scopo di analizzare le quantità e i profili degli usi di energia, così come fornisce dei confronti con valori medi o benckmark di riferimento. È sicuramente la diagnosi meno costosa ma può comunque dare una stima preliminare del potenziale di risparmio e fornisce una lista di opportunità di risparmio a basso costo principalmente attraverso il miglioramento delle

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procedure di gestione e manutenzione. La diagnosi di primo livello è anche un’opportunità per raccogliere informazioni utili ad una successiva più dettagliata analisi (diagnosi), se il potenziale di risparmio preliminare appare garantire il raggiungimento di obbiettivi più ampi per giustificare un’attività di diagnosi più accurata e quindi più costosa. - II Livello: Diagnosi standard (Standard Audit)

La diagnosi standard si propone di quantificare gli impieghi e le perdite di energia tramite una revisione e analisi degli apparati, dei sistemi e delle loro caratteristiche operazionali. Questa analisi può includere anche alcune misure sul posto e verifiche prestazionali per quantificare l’impiego di energia e l’efficienza energetica dei vari sistemi. Per analizzare le efficienze e calcolare il fabbisogno energetico e il risparmio economico legato a miglioramenti e modifiche di ogni sottosistema, si impiegano strumenti di calcolo ingegneristici standard (cioè usuali). La diagnosi energetica standard include pure l’analisi economica delle misure di risparmio energetico raccomandate. - III Livello: Diagnosi dettagliata (Detailed Audit)

Il terzo livello di diagnosi include un’analisi più dettagliata degli impieghi di energia, specializzata per funzione e/o destinazione d’uso, e una più completa valutazione dei profili d’uso dell’energia. Ciò è realizzato attraverso l’impiego di programmi di calcolo di simulazione dinamica del sistema energetico considerato. L’operatore deve, ad esempio, eseguire delle simulazioni del sistema edificio-impianto che tengano in considerazione la variabilità del clima e tutte le altre variabili legate alle modalità d’uso dell’edificio per prevedere i fabbisogni e gli usi di energia almeno per tutta la durata di un anno. Il suo obbiettivo è quello di creare una base di riferimento per il successivo confronto (baseline) che sia consistente con gli effettivi consumi del sistema. Quando tale “baseline” è stata costruita, si possono modificare parti del sistema per migliorare l’efficienza dei vari sottosistemi e, effettuate nuove simulazioni nelle nuove configurazioni ottenute, misurarne gli effetti confrontando i risultati con la baseline stessa. Questo metodo tiene anche conto delle interazioni tra i diversi sottosistemi, il che aiuta a prevenire la sovrastima dei risparmi. A causa del tempo necessario per la raccolta dei dati necessari per descrivere dettagliatamente ogni apparato, e per l’approntamento di un modello sufficientemente accurato per la simulazione dinamica, tale approccio rappresenta il livello più costoso della diagnosi energetica, ma può essere giustificato da un’elevata complessità dell’edificio o del sistema in esame, non altrimenti trattabile in modo corretto con i livelli precedenti.

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Figura 1 – Comparazione tra i livelli d i diagnosi (Daniel, 2009)

4. IL PROCESSO DI DIAGNOSI

Una volta stabilito il livello di diagnosi che si vuole eseguire, si può iniziare a raccogliere l’informazione sui componenti strutturali e meccanici che condizionano gli impieghi di energia nell’edificio, e sulle modalità di funzionamento e gestione



dell’edificio o dell’impianto produttivo. Molte di queste informazioni possono e dovrebbero essere raccolte prima della visita al sito in esame. Infatti, una valutazione approfondita, sia degli impieghi dell’energia che dei sistemi utilizzatori, prima dell’ispezione sul posto aiuta sicuramente nell’identificazione delle aree di potenziale risparmio energetico e ad ottimizzare la stessa visita in loco.

Un approccio organizzato alla diagnosi energetica aiuta a raccogliere informazioni utili e a ridurre la quantità di tempo da dedicare alla valutazione della struttura in esame. Se si separa il processo di diagnosi in tre parti distinte, attività pre-ispezione, l’ispezione (visita sul posto), e attività post-ispezione, è infatti più facile definire quanto tempo vada allocato ad ogni azione e si perviene alla stesura di un rapporto di diagnosi energetica più esaustivo e utile

Il processo di diagnosi energetica può quindi essere suddiviso in diverse fasi che contemplano le azioni che vengono nel seguito descritte. 4.1 ATTIVITÀ PRE-ISPEZIONE

L’attività da svolgere prima dell’ispezione (visita il loco) è essenziale per ottenere una conoscenza sulle caratteristiche basilari dell’edificio che si vuole esaminare. Tale conoscenza aiuta ad ottimizzare il tempo legato alla visita sul posto (ispezione) e a minimizzare le interruzioni all’attività del personale addetto o dei servizi dell’edificio.

Un’accurata analisi precedente l’ispezione riduce significativamente anche il tempo richiesto per poi completare la stessa attività ispettiva. L’analisi pre-ipezione dei sistemi dell’edificio e delle sue modalità di gestione dovrebbe portare alla creazione di una lista di domande e argomenti specifici che andrebbero discussi con il personale addetto durante la visita sul posto. Azioni pre-ispezione 1) Raccolta e analisi informazione su consumi pregressi; che si attua con:

- raccogliere e analizzare almeno due anni di dati sui consumi di energia della struttura in esame;

- tabulare e riportare in grafico tali dati; - identificare i profili stagionali, i picchi inusuali e l’attendibilità delle

fatturazioni dei consumi energetici. Riportare in grafico consumi e costi aiuta a comprendere come ogni edificio utilizza l’energia. Attraverso la determinazione dei carichi di base e stagionali e l’attribuzione dei consumi energetici tra i diversi sistemi dell’edificio, quali quelli per il riscaldamento, il raffrescamento, l’illuminazione e la produzione di acqua calda sanitaria, diventa più facile identificare le aree a maggiore potenziale di risparmio energetico. Per l’energia elettrica è inoltre importante includere sia la quantità richiesta sia la potenza richiesta e i relativi costi. I grafici a torta dell’impiego di energia e del costo per tipologia di vettore energetico utilizzato possono fornire una documentazione convincente degli impieghi complessivi di energia e delle spese associate.



2) Raccolta dei disegni e delle specifiche tecniche relativi a:

- progetto esecutivo e “as built” dell’architettonico; - progetto esecutivo e “as built” degli impianti meccanici; - progetto esecutivo e “as built” degli impianti elettrici. Progetti, disegni e specifiche tecniche riportate nei capitolati devono essere aggiornate all’effettiva realtà dell’edificio, cioè essere conformi a tutte le varianti in corso d’opera eseguite.

3) Realizzazione di piante dell’edificio su fogli A4 per la raccolta delle note su

posizione degli apparati degli impianti di climatizzazione, dei sistemi di controllo, delle zone climatizzate, dei livelli di illuminazione e di quanto altro sia fonte di consumo di energia che vada rilevato durante l’ispezione.

4) Calcolo delle superfici utili climatizzate lorde dell’edificio utilizzando le dimensioni

esterne e sottraendo le aree non occupate o non climatizzate, e calcolo dei relativi volumi.

5) Precompilare, per quanto possibile, utilizzando i disegni e le specifiche tecniche

disponibili, le schede preordinate per il rilievo, l’organizzazione e la documentazione dei dati, prima di iniziare l’ispezione in loco per risparmiare tempo.

6) Sviluppare una descrizione del profilo dell’edificio che includa l’età, la destinazione

d’uso, la descrizione e le attuali condizioni dei sistemi architettonici, meccanici e elettrici, mettendo in evidenza i sistemi o apparati a maggior consumo di energia.

7) Calcolare i possibili indicatori degli usi energetici (IE) e confrontarli con quelli di

riferimento di tipologie edilizie simili: in generale un basso valore degli indici indica un basso potenziale di risparmio energetico.

8) Sviluppare, già durante questa fase preliminare, una lista delle Opportunità di

Risparmio Energetico (ORE) e delle procedure di Gestione e Manutenzione (PG&M) che risultano potenzialmente interessanti.

Mentre si svolge tale attività preliminare all’ispezione, conviene annotare gli

elementi di maggior interesse emersi durante tale fase e preparare possibili domande da porre a maggior chiarimento e comprensione durante l’ispezione. Domande tipiche sono quelle che possono riguardare la tipologia degli apparati illuminanti e dei sistemi di controllo, il controllo di zona degli impianti di climatizzazione e le modalità di avvio degli impianti. Altre domande tipicamente rilevanti possono riguardare le procedure di manutenzione relative a parti di apparato o di sistema che si è identificato essere soggette a manutenzione programmata.



CHECK LIST per AUDIT ENERGETICO

Dati generali dell’edificio Indirizzo

Città

( ) CAP

Ubicazione:

Foglio Particella

Subalterno

Contesto nel quale è collocato l’edificio: Centro storico

Centro città Periferia Campag

na

Anno di costruzione:

Anno di riqualificazione involucro:

Anno di riqualificazione impianto termico:

Anno di riqualificazione impianto elettrico:

Residenziale

Collegio, luogo di ricovero, caserma, case di pena, convento

Albergo, pensione

Uffici Ospedale,

clinica

Tipo di edificio:

Edificio per attività ricreative, associative,di culto

Attività commerciali Edificio per attività sportive

Edificio per attività scolastiche

Ore d’uso dell’edificio: (h/gg)

Giorni d’uso dell’edificio: (giorni/settimana)

Ore di funzionamento impianto termico: (h/gg)

Periodo di accensione impianto termico:

(giorni)

Numero di piani:

Altezza media interna dei locali:

Numero di alloggi: (solo per edilizia residenziale)

Edifici con muri in pietra o assimilabili Edifici con muri in mattoni pieni o assimilabili Tipologia costruttiva:

Edifici con muri in mattoni forati o assimilabili Edifici con pareti leggere o isolati dall’interno

Note:

Audit energetico 1/11

Figura 2 – Esempio di scheda preordinata per raccolta dati (Daniel, 2009)

Se chi svolge la diagnosi energetica non è il conduttore dell’edificio, occorre chiedere e ottenere le informazioni e dati di cui ai punti precedenti dall’energy manager (se esiste) o al conduttore o operatore e avere conferma da questo delle osservazioni emerse dall’analisi preliminare effettuata, prima dell’ispezione in loco. Occorre appurare inoltre se la committenza sia interessata a particolari interventi di risparmio o a modifiche sostanziali sia sull’edificio che sui sistemi impiantistici, oppure no. Infine conviene cercare di programmare l’ispezione in modo da far coincidere la visita con il periodo in cui lo specifico sistema che si vuole verificare sia in funzione e farsi accompagnare dal conduttore dell’impianto.



Figura 3 – Esempio di disegno del sito per raccolta dati (Daniel, 2009)

Sviluppo di un disegno del sito

Occorre preparare un disegno dell’edificio o del complesso che mostri le seguenti informazioni:

- la collocazione e il contorno dell’edificio/i; - il nome e il numero di ogni edificio; - l’anno di costruzione di ogni edificio e sue dipendenze; - la superficie utile dell’edificio e sue dipendenze; - la posizione, il tipo di vettore energetico, il numero di serie dei misuratori di

energia delle aziende fornitrici; - le aree fornite da ogni misuratore di energia; - la posizione e dislocazione degli apparati e impianti per la climatizzazione

invernale e estiva; - una freccia indicante la posizione del nord.

4.2 L’ISPEZIONE

Quando si è completata l’attività pre-ispettiva, si ha una conoscenza base dell’edificio e dei suoi sistemi. La visita sul posto è quindi finalizzata all’ispezione dei sistemi effettivamente esistenti nelle loro condizioni attuali e al trovare le risposte alle domande che sono state predisposte nella fase di analisi preliminare. Occorre pianificare almeno una intera giornata sul posto per ogni edificio che si intende ispezionare. In



realtà il tempo richiesto varia molto in funzione della completezza dell’informazione disponibile e già raccolta in precedenza, dalla complessità dell’edificio e degli impianti, e dalla eventuale necessità di verificare le prestazioni di alcuni componenti con misure in loco. Normalmente più è piccolo l’edificio minore è il tempo necessario, mentre edifici più grandi necessitano di due o più giorni per l’ispezione.

Perché l’ispezione sia efficace conviene attenersi ai seguenti punti:

- fare in modo da disporre di tutti gli strumenti necessari sul posto, cercando di pensare in anticipo a quali attrezzature e strumenti siano necessari per effettuare un’ispezione accurata; l’attrezzatura minima essenziale è costituita da un blocco note, una calcolatrice, una torcia elettrica, un metro a nastro, un termometro tascabile, un luxmetro, un coltello tascabile, una macchina fotografica, e quant’altro ritenuto utile o necessario;

- prima di iniziare l’ispezione della struttura, conviene rivedere con l’energy manager o il conduttore dell’edificio i profili di consumo energetico definiti nella fase preliminare e discutere quegli aspetti della struttura in esame sui qual non si è avuta informazione, quali, ad esempio, i profili di occupazione, le procedure di gestione e manutenzione e eventuali piani futuri che possano avere un qualche impatto sui consumi energetici;

- avere conferma della correttezza delle piante sui disegni predisposti ed eventualmente annotare le differenze più significative;

- annotare su più copie di tali piante la posizione di apparati quali le caldaie, i refrigeratori, i riscaldatori di ACS, gli apparati di cucina, i ventilatori di estrazione, ecc., così come i tipi di apparati di illuminazione, i livelli, gli interruttori, la posizione dei sensori fotometrici, le temperature degli ambienti, condizioni generali e altre osservazioni ritenute significative;

- riempire le schede predefinite per i dati da rilevare e parzialmente precompilate, organizzandole in modo da rappresentare la linea guida per l’ispezione e da evidenziare i dati mancanti non riportati nella documentazione ricevuta preliminarmente all’ispezione;

- ispezionare in particolare i sistemi correlati alle ORE e PG&M individuate nell’analisi preliminare, rivedendo la possibilità di applicazione di tali raccomandazioni e annotando tutti i possibili problemi che ne conseguono;

- aggiungere alla lista di cui al punto precedente ogni altra ORE che si renda evidente dall’ispezione in situ;

- fare fotografie di quanto ispezionato, inclusi gli apparati meccanici, luminosi, gli spazi di lavoro interni, le aree comuni e gli atrii, e l’esterno dell’edificio incluso il tetto; tale documentazione è essenziale per definire lo stato attuale, discutere problemi con terzi, così come per avere memento di quanto già ispezionato.

4.3 ATTIVITÀ POST-ISPEZIONE

L’attività post-ispezione è un passo importante e necessario per assicurare che la diagnosi energetica risulti in uno strumento di pianificazione veramente utile. L’operatore del processo di diagnosi, in tale fase, deve valutare le informazioni acquisite



durante l’ispezione, ricercare le possibili opportunità di risparmio energetico (ORE), organizzare la diagnosi in un rapporto esaustivo e esprimere raccomandazioni sui miglioramenti ai sistemi meccanici, strutturali e architettonici, elettrici e sulle procedure di gestione manutenzione.

L’attività post-ispezione include i seguenti punti:

- riesame degli appunti annotati durante l’ispezione, chiarendo subito i dubbi rimasti irrisolti e completando quelle informazioni che non si è avuto il tempo di appuntare durante la visita; riportare gli appunti rivisti su nuove piante che andranno a fare parte dell’archivio della diagnosi;

- rivedere e rivisitare la lista preliminare di ORE e PG&M, preparata nella fase preliminare l’ispezione, eliminando quelle misure che risultano non efficaci e documentandone il perché;

- SE DIAGNOSI di 1° LIVELLO, condurre una ricerca preliminare sulle ORE e PG&M rimaste e evidenziare le situazioni che richiedono degli approfondimenti specialistici;

- SE DIAGNOSI di 2° LIVELLO, determinare per le ORE e PG&M rimaste il risparmio energetico e i costi associati attraverso strumenti standard, ordinando le misure possibili in funzione del rapporto costi/benefici e evidenziare le situazioni che richiedono degli approfondimenti specialistici, anche con una seconda ispezione sul campo e/o misure strumentali dedicate;

- SE DIAGNOSI di 3° LIVELLO, determinare per le ORE e PG&M rimaste il risparmio energetico e i costi associati attraverso strumenti di simulazione dinamica, ordinando le misure possibili in funzione del rapporto costi/benefici avendo anche analizzato le situazioni che hanno richiesto degli approfondimenti specialistici, anche con una seconda ispezione sul campo e/o misure strumentali dedicate;

- processare le fotografie, importale in un documento che farà parte del rapporto finale, numerarle e annotare sulle piante a quale inquadratura la foto si ricresce; se necessario aggiungere note sotto le fotografie;

- organizzare tutti i grafici, le descrizioni dell’edificio, la tabelle dati ricavate dall’ispezione, le note e le foto in un unico raccoglitore componibile, che consente in ogni momento di aggiungere documentazione essendo la diagnosi energetica un processo dinamico.

5. CONTABILITÀ ENERGETICA E ANALISI

Come detto in precedenza, lo scopo generale della diagnosi energetica è quello di valutare l’efficienza con la quale i sistemi dell’edificio utilizzano l’energia per assicurare un ambiente di lavoro o residenziale confortevole. In questa valutazione, l’operatore della procedura di diagnosi energetica di solito inizia dai contatori dei vettori energetici che servono il sistema in esame per identificare proprio tali vettori. Dopodiché può identificare i flussi di energia associati ad ogni vettore energetico, quantificare tali flussi in un numero finito di funzioni (ad es. riscaldamento, raffrescamento, ecc.), valutare l’efficienza di ognuna di tali funzioni, e identificare le opportunità di risparmio energetico ed economico.



La prima azione è quella di raccogliere e rivedere almeno due anni di dati energetici del sistema in esame relativi a tutti i vettori energetici. Quest’informazione viene usata per analizzare le modalità di gestione, calcolare i benchmark energetici per il confronto con i valori medi di settore, stimare i potenziali risparmi, fissare un obbiettivo di risparmio energetico, e stabilire una baseline per monitorare l’efficacia delle misure implementate.

Per esser sicuri di avere tutte le informazioni necessarie per effettuare un’accurata e completa valutazione dei dati sui consumi di energia, devono essere eseguite diverse azioni, quali:

- assicurarsi di ricevere copie di tutte le bollette mensili e delle fatture relative a vettori energetici che servono il sistema in esame;

- ordinare le bollette per edificio o contatore e organizzarle in blocchi da 12 mesi utilizzando le date delle letture al contatore;

- localizzare con una sigla identificativa tutti i contatori e i sotto-contatori, se se ne ha un certo numero, su una pianta per ogni edificio che si vuole esaminare;

- determinare quale edificio o zona è servito da quale contatore; - calcolare l’area climatizzata per ogni edificio (m2).

5.1 L’ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI

L’elaborazione dell’informazione raccolta deve essere quindi finalizzata tramite:

- il calcolo degli indici di prestazione energetica, - la verifica del dimensionamento dell’impianto tramite, ad esempio, il metodo

della firma energetica, - la valutazione della classe energetica nel sistema certificativo corrente, - l’identificazione delle criticità:

o dell’involucro edilizio; o degli impianti; o delle modalità di gestione.

- l’identificazione delle opportunità di risparmio energetico (ORE) e procedure di Gestione e Manutenzione (PG&M) più adeguate;

- il calcolo dei risparmi energetici per ogni ORE o PG&M. 5.2 INDICI DI PRESTAZIONE ENERGETICA

Si indica con il termine indice di prestazione energetica un parametro numerico che, in funzione della tipologia specifica di sistema analizzato, dia una rappresentazione sintetica del fabbisogno di energia o di energia primaria o di potenza. Nel settore dell’edilizia, per rappresentare la prestazione globale del sistema edificio, sono stati impiegati nel tempo indici diversi, normalizzati rispetto al metro quadro di superficie utile o al metro cubo di volume climatizzato, che si possono riassumere nella elencazione di tabella I.



Tabella I – Indici di prestazione energetica per l’edificio

Indice Descrizione Unità di misura Ip Potenza utile su volume riscaldato lordo (W/m3) EPT Indice Energia Primaria per usi termici (kWht/m3)a o (kWht/m2)a EE Indice Energia Elettrica totale (kWhe/m3)a o (kWhe/m2)a IENt Indice Energetico Normalizzato termico

(specifico per le scuole) (Wht/m3/gg)a

IENe Indice Energetico Normalizzato elettrico (specifico per le scuole)

(kWhe/m2)a

EPX Indice di Prestazione Energetica servizio X (kWht/m2 o m 3) a ETX Indice di Prestazione Termica servizio X (kWht/m2 o m 3) a

Esiste anche la possibilità di introdurre un indicatore specifico per gli impianti di

climatizzazione (più correttamente di riscaldamento) presenti negli edifici. Tale indicatore di prestazione energetica è in generale impiegato in forma di rendimento del sottosistema impiantistico considerato, come riportato in tabella II.

Tabella II – Indici di prestazione energetica per gli impianti

Indice Descrizione e Rendimento di emissione c Rendimento di regolazione d Rendimento di distribuzione p Rendimento di produzione stimato g Rendimento globale medio stagionale stimato gn Rendimento globale medio stagionale stimato e corretto

(contabilizzazione) Potenza termica per unità di volume Ip

L’indice di potenza termica per unità di volume è definito come:

== 3mW

atodo RiscaldVolume Lorree generatormica utilPotenza te

VQ

I g,outp

&

La sua utilità è quella di consentire una verifica semplice e immediata sul

dimensionamento del generatore termico, tramite un confronto diretto con la potenza termica di progetto, definita come:

⋅= 3mW CVQ pg

&

Il confronto si esegue verificando il rapporto:



pg

p

CI⋅

- se risultasse minore dell’unità, generatore risulta sottodimensionato; - se risultasse molto maggiore dell’unità, il generatore risulta surdimensionato.

È comunque più significativo il confronto con la potenza termica effettivamente

richiesta, misurata tramite il metodo della “Firma Energetica” (figura 4).

Figura 4 – Esempio di disegno del sito per raccolta dati (Daniel, 2009)

In questo caso dalla misura delle potenze termiche utili medie giornaliere del generatore diagrammate in funzione della temperatura esterna è possibile ricavare una retta di correlazione statistica (vedi figura 4) tra potenza e temperatura dell’ambiente esterno, che per la temperatura esterna di progetto torna il valore medio della potenza termica utile da confrontare con la potenza termica utile nominale del generatore. Consumo specifico totale di energia primaria per usi termici EPT

Tale indicatore è definito come il rapporto tra la media dei consumi storici di combustibile per la climatizzazione invernale e il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria e l’area della superficie utile riscaldata o del volume lordo riscaldato, cioè:

==anno

2mkWh

caldata Utile RisSuperficiebilei Combustiumi StoricMedia Cons

SQEP

u

CT

oppure:

==anno

3mkWh

atodo RiscaldVolume Lorbilei Combustiumi StoricMedia Cons

VQEP C

T



Consumo specifico totale di energia elettrica EE

Tale indicatore è definito come il rapporto tra media dei consumi storici di energia elettrica forniti con le letture mensili al contatore e l’area della superficie utile riscaldata o del volume lordo riscaldato, cioè:

==anno

2mkWh

caldata Utile RisSuperficieii Elettricumi StoricMedia Cons

SWEE

u

el

oppure:

==anno

3mkWh

atodo RiscaldVolume Lorii Elettricumi StoricMedia Cons

VWEE el

IEN termico ed elettrico normalizzati (specifici per le scuole) [Enea-Fire]

La “Guida per il contenimento della spesa energetica nelle scuole” dell’Enea e del Fire definisce degli indicatori energetici specifici per le scuole, sia per l’apetto termico che per quello elettrico. In particolare definisce: - l’indicatore energetico normalizzato per il riscaldamento

⋅⋅⋅⋅⋅=

anno3 GGmWh

GGVFFQIEN hec

t1000

Dove: Qc rappresenta l’energia relativa ai consumi medi annui di combustibile, valutato su

almeno 3 anni; V è il volume lordo riscaldato; GG sono i gradi giorno della località in cui è situato l’edificio; Fe è il fattore di normalizzazione del consumo per il riscaldamento, funzione del

fattore di forma dell’edificio (S/V) (tabella III); S è la superficie disperdente; Fh è il fattore di normalizzazione del consumo per il riscaldamento, funzione del

numero di ore di funzionamento dell’edificio (tabella IV). - l’indicatore energetico normalizzato per l’energia elettrica

⋅⋅=anno

2mWh

u

hele S

FWIEN 1000

dove:



Wel rappresenta il consumo medio annuo di energia elettrica, valutato su almeno 3 anni;

Su è la superficie utile, misurata come somma delle superfici lorde ai vari piani; Fh è il fattore di normalizzazione del consumo per il riscaldamento, funzione del

numero di ore di funzionamento dell’edificio (tabella IV).

Tabella III – Fattore di normalizzazione Fe in funzione di S/V

Materne Elementari Medie e superiori S/V

m2/m3 Fe S/V

m2/m3 Fe S/V

m2/m3 Fe

< 0.40 1.2 < 0.30 1.2 < 0.25 1.1 0.41 < < 0.50 1.1 0.31 < < 0.35 1.1 0.26 < < 0.30 1.0 0.51 < < 0.60 1.0 0.36 < < 0.40 1.0 > 0.31 0.9 > 0.60 0.9 0.41 < < 0.45 0.9 > 0.46 0.8

Tabella IV – Fattore di normalizzazione Fh in funzione delle ore giornaliere di funzionamento

Tutte le scuole h

ore/giorno3 Fh

< 6 1.2 7 1.1

8 9 1.0 10 11 0.9

> 11 0.8 Indice di Prestazione Energetica EPx

L’indice di prestazione energetica introdotto dalla nuova legislazione sull’efficienza energetica degli edifici e sulla loro certificazione energetica è l’ EPx , che, posto X=H riscaldamento, X= C raffrescamento, X= W ACS ecc., è definito come il fabbisogno annuo di energia primaria, riferito ad un singolo uso energetico dell’edificio (x), rapportato all’unità di superficie utile o al volume lordo, cioè:

==anno

2mkWh

ficio Utile EdiSuperficie Ximaria UsoPr Energia Fabbisogno

SEEP

u

XX

oppure:

==anno

3mkWh

doVolume Lor Ximaria UsoPr Energia Fabbisogno

VEEP

L

XX



dove il termine a numeratore può essere o stimato via procedura di calcolo o “misurato al contatore”. Indice di Prestazione Termica ETx

L’indice di prestazione termica introdotto dalla nuova legislazione sull’efficienza energetica degli edifici e sulla loro certificazione energetica è l’ ETx , che, posto X=H riscaldamento, X= C raffrescamento, X= W ACS ecc., è definito come il fabbisogno annuo di energia termica riferito ad un singolo servizio (x), rapportato all’unità di superficie utile o al volume lordo, cioè:

==anno

2mkWh

ficio Utile EdiSuperficie Xermica Uso Energia TFabbisogno

SQET

u

XX

oppure:

==anno

3mkWh

doVolume Lor Xermica Uso Energia TFabbisogno

VQET

L

XX

dove il termine a numeratore può essere o stimato via procedura di calcolo o “misurato al contatore”. 5.3 CALCOLO INDICI DI PRESTAZIONE ENERGETICA

Come visto nel paragrafo precedente gli indicatori energetici possono essere calcolati sia attraverso una misura “al contatore” del fabbisogno di combustibile o energia elettrica, che attraverso una stima secondo un modello di calcolo adeguato. In particolare tale secondo approccio è essenziale per poter stimare l’incremento di prestazione ottenibile a seguito dell’applicazione di misure di risparmio energetico e quindi quantificare il potenziale risparmio energetico.

In tale caso occorre distinguere tra i vari livelli di analisi, infatti: - se si tratta di una diagnosi energetica di 2° LIVELLO:

- il calcolo del fabbisogno energetico dell’edificio per riscaldamento o climatizzazione invernale e per raffrescamento o climatizzazione estiva avviene tramite strumenti standard (norme UNI-CEN-ISO) con edificio, impianti, occupazione e gestione “reali”;

- se si tratta di una diagnosi energetica di 3° LIVELLO: - il calcolo delle stesse quantità viene fatto con strumenti di tipo dinamico

(simulazione del funzionamento “reale” dell’edificio e degli impianti “reali” durante tutto un anno possibilmente su base oraria).



5.4 DEFINIZIONE DEI VALORI DI BENCHMARK DEGLI INDICI

Indipendentemente dalla tipologia dell’indicatore di efficienza energetica adottato per la quantificazione dei risparmi energetici, è fondamentale, proprio per la loro corretta quantificazione, definire dei valori di riferimento con cui confrontarsi. Tali valori, indicati in inglese con il termine benchmark, possono avere modalità di definizione e significato diverso in relazione ai diversi livelli di diagnosi.

Se si tratta di una diagnosi energetica di 1° LIVELLO, il valore di riferimento o benchmark:

- è rappresentato da valori medi statistici riportati in letteratura o normati; a titolo di esempio in tabella V vi sono i valori di riferimento relativi alla Guida sulle scuole di [ENEA-FIRE], ovvero i valori relativi alla classificazione ai fini della certificazione energetica degli edifici;

Se si tratta di una diagnosi energetica di 2° LIVELLO, il valore di riferimento:

- è definito tramite il calcolo del fabbisogno energetico dell’edificio in termini di energia primaria a partire dai dati di utilizzo dei vettori energetici negli ultimi 2/3 anni con eventuale nomalizzazione/neutralizzazione;

Se si tratta di una diagnosi energetica di 3° LIVELLO:

- è definito in termini di una “baseline” di riferimento realizzata tramite simulazione dinamica calibrata su dati rilevati del funzionamento dell’edificio e degli impianti durante tutto un anno.

Tabella V – Valori di riferimento per i consumi energetici delle scuole

Consumi specifici per riscaldamento Wht /m3 GG Tipologia Buono Sufficiente Insufficiente Materna < 18.5 18.5 23.5 > 23.5 Elementare < 11.0 11.0 17.5 > 17.5 Media, superiore < 11.5 11.5 15.5 > 15.5 Consumi specifici per l’energia elettrica kWhe /m2 Tipologia Buono Sufficiente Insufficiente Materna < 11.0 11.0 16.5 > 16.5 Elementare < 9.0 9.0 12.0 > 12.0 Media, superiore < 12.5 12.5 15.5 > 15.5

5.5 PROCEDURA DI VALUTAZIONE DELLE ORE

Per una corretta valutazione delle opportunità di risparmio energetico, obbiettivo della diagnosi energetica, occorre costruire i diversi possibili di scenari d’intervento e calcolare il conseguente potenziale di risparmio attraverso l’analisi tecnico-economica. In particolare occorre:

- costruire la “baseline”;



- valutare gli indici di prestazione energetica per la baseline; - definire le ORE e PG&M ritenute potenzialmente interessanti; - valutare gi stessi indici della beseline per ogni ORE e PG&M considerati; - effettuare l’analisi economica per ognuna di tali ORE e PG&M; - scegliere la soluzione ottima tramite analisi multi criterio.

Per la definizione delle ORE e PG&M potenzialmente più interessanti si procede

nel seguente modo:

- dall’analisi dei dati e degli indicatori energetici si evidenziano le criticità e si formulano proposte di intervento per ridurre i consumi;

- si creano degli scenari di intervento ad impatto differenziato e applicazione progressiva relativi ad es. a: - gestione degli impianti meccanici, elettrici e dell’edificio; - sostituzione/modifica di componenti degli impianti meccanici; - sostituzione/modifica di componenti degli impianti elettrici; - sostituzione/modifica elementi tecnici costituenti l’involucro edilizio;

- si crea una matrice degli scenari, che diventa la base per l’analisi energetica e economica.

Un intervento per l'efficienza è considerato economicamente conveniente per un

utente, se comporta una riduzione dei costi a parità di servizi finali richiesti, cioè se i risparmi economici che derivano dai minori consumi sono maggiori degli investimenti sostenuti. Per affermare tale convenienza si ricorre all’analisi economica che si esplica attraverso il calcolo di opportuni indicatori economici di significato e valenza differente. Gli indicatori economici normalmente impiegati sono:

- il valore attuale netto (VAN); - l’indice di profitto (IP) - il rapporto Benefici / Costi (B/C); - il tasso interno di rendimento (TIR); - il tempo di ritorno (TR) o "Pay-back Time" (PBT); - il costo dell'energia risparmiata (CER).

Non è però detto che il metro economico sia l’unico elemento per la scelta della

soluzione ottima da punto di vista delle opportunità di risparmio energetico. Altri elementi che possono pesare nella scelta della soluzione ritenuta più interessante possono essere quelli relativi all’impatto ambientale, all’impiego di certe fonti rinnovabili, ecc.. Per avere uno strumento razionale nella definizione di un obbiettivo e nella soluzione di un problema così complesso, si può ricorrere all’”analisi multicriterio per la scelta della soluzione ottima”. Tale metodica di analisi si applica infatti quando esistono obbiettivi diversi con conseguenti differenti investimenti per ogni potenziale soluzione.

Nell’analisi multicriterio ad ogni obbiettivo corrisponde:

- un indicatore di riferimento;



- un criterio di valutazione/confronto; - un eventuale criterio di normalizzazione.

Per la scelta tra le varie alternative possibili, occorre fissare, per ogni obbiettivo,:

- i vincoli; - peso relativo; - o un criterio unificatore dei precedenti.

In figura 5 è riportato un esempio di analisi multicriterio (o multiobbiettivo),

riferita a quattro differenti opzioni valutate su due obbiettivi (risparmio energetico e convenienza economica) considerati paritetici.

Figura 5 – Esempio di analisi multi - obbiettivo

In particolare si prendono come indicatori di riferimento il tempo di ritorno dell’investimento e il fabbisogno energia primaria, si definisce un criterio di normalizzazione dei due indicatori cosicché risultino variare tra 0 e 1 (1 valore ottimo), si definisce il peso relativo dei due indicatori normalizzati (in questo caso ½ per entrambi) e si calcola l’indice unificato media pesata dei due indici, si escludono i casi che non rispettano i vincoli posti (tempo di ritorno minore di 10 anni e fabbisogni inferiori a 8 tep) e si determina dal valore più alto dell’indice unificato la soluzione ottima.



5.6 APPLICAZIONE ANALISI MULTICRITERIO ALLE MISURE DI RISPARMIO ENERGETICO

Per gli interventi di risparmio energetico negli edifici e sugli impianti gli obbiettivi

più comuni sono relativi a:

- valutazione energetica; - valutazione ambientale; - valutazione economica; - immagine.

Per ogni progetto vanno chiaramente identificati tutti questi elementi. Valutazione energetica

Per la valutazione energetica, come già descritto nei paragrafi precedenti, occorre scegliere l’indicatore energetico su cui operare per la valutazione del risparmio, che può essere uno di quelli descritti così come lo stesso fabbisogno di energia primaria. In ogni caso occorre fissare lo scenario di riferimento (baseline o alternativa 0), rispetto al quale si misura il risparmio energetico, e gli scenari alternativi conseguenti alle diverse ipotesi di intervento.

Indipendentemente dall’indicatore di prestazione energetica scelto è comunque interessante caratterizzare i diversi casi riportando nel sinottico dell’analisi i seguenti termini:

- consumi energetici, per fonte [kWh]; - consumo in energia primaria [tep]; - (eventuale) producibilità della fonte rinnovabile [kWh].

Occorre poi prestare sempre molta attenzione alla corretta definizione e calcolo

dei: - rendimenti del sistema; - consumi parassiti (ausiliari);

termini che spesso vengono considerati con sufficienza e sono quindi spesso fonte di stime poco attendibili.

In figura 6 è riportato un esempio di valutazione del risparmio energetico conseguente a tre diverse soluzioni proposte per la sostituzione di un generatore a combustione per la produzione di acqua calda sanitaria.



consumoenergia

risparmiata

elettricocombustibile

fossile biomassa elettrica termicarispetto caso 0

MWh MWh MWh MWh ktep MWh MWh MWh0 30 1200 1265 10.81 400 0 870 7.5 3962 50 500 609 5.2 700 6573 0 1200 1200 10.3 30 65

produciblità (da rinnovabile)

energia primaria -

Figura 6 – Esempio di analisi energetica di ORE

Il caso 1 rappresenta una pompa di calore elettrica , il caso 2 un sistema solare con integrazione termica da combustibile, e il caso 3 sempre il generatore a combustione ma con energia elettrica per gli ausiliari fornita da un sistema solare fotovoltaico, il tutto per circa 1000 unità abitative.

Per ognuna delle soluzioni, compresa quella base, si determina:

- il consumo in energia fossile [kWh] e primaria [tep]; - l’(eventuale) producibilità [kWh] da fonte rinnovabile - per differenza rispetto al caso di riferimento, l’energia risparmiata annualmente,

Erisp , data dalle differenze di energia primaria. Valutazione ambientale

Per la valutazione ambientale, nota l’energia primaria richiesta dalle varie soluzioni, si può utilizzare la matrice dei coefficienti di emissione di tabella 6, che riporta la quantità dei principali gas inquinanti per unità di energia di fonte energetica impiegata, o limitarsi alla sola CO2 come ad esempio riportato nella norma UNI EN 15603.

Tabella VI – Principali gas inquinati per unità di energia primaria

È in ogni caso necessario considerare che nella valutazione dell’impatto ambientale non tutte le soluzioni solo equivalenti a pari inquinanti prodotti per unità di energia resa. Infatti com’è intuitivo c’è una profonda differenza tra soluzioni che



prevedono emissioni locali e soluzioni che prevedono emissioni concentrale in centrali dislocate lontano dall’insediamento abitativo.

In figura 7 è riportata una valutazione della produzione degli inquinanti gassosi correlata ai fabbisogni di energia primaria relativi ai quattro casi dell’esempio precedente.

consumoenergia

risparmiata

elettricocombustibile

fossile biomassa elettrica termicarispetto caso 0 Nox CO Sox CO2

MWh MWh MWh MWh ktep MWh MWh MWh kg kg kg Mg0 30 1200 1265 10.8 498 99 90 3181 400 0 870 7.5 396 240 40 400 2402 50 500 609 5.2 700 657 230 45 75 1553 0 1200 1200 10.3 30 65 480 96 60 300

produciblità (da rinnovabile)

energia primaria -

Figura 7 – Esempio di analisi ambientale di ORE

Si può notare che, già a livello della sola analisi di impatto ambientale da inquinanti gassosi si ricade nella necessità di ricorrere ad un’analisi multicriterio, giacché ci troviamo di fronte a quattro sub-obbiettivi che non è detto vengano considerati tutti paritetici (ad esempio è implicito nella scelta della citata norma UNI EN 15603 di porre peso uno per la CO2 e zero per gli altri inquinanti). Valutazione economica

Il calcolo della redditività di un investimento di risparmio energetico deve essere fatto considerando il costo del denaro e quindi attraverso il metodo del flusso di cassa scontato, che consente anche di tenere conto sia di eventuali variazioni dei prezzi dei diversi vettori energetici, sia della presenza di contribuzioni non sempre presenti nel tempo, come ad esempio gli sgravi IRPEF/IRPEG legati all’adozione di sistemi solari termici.

Nel seguito viene quindi ripreso l’esempio precedente a cui si applica la citata analisi, tenendo costanti i prezzi del combustibile e dell’energia elettrica e per un prefissato interesse reale aggiungendo ai classici parametri di valutazione economica anche il costo dell’energia primaria risparmiata, CER, definito come:

( )[ ]

( )=

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In particolare in figura 8, 9 e 11, sono riportati le analisi per i tre casi senza tener conto di alcuna contribuzione, mentre in figura 10 e 12 vi sono rispettivamente i casi del solare termico con sgravio IRPEF/IRPEG e del fotovoltaico con conto energia.



Figura 8 – Esempio di analisi economica differenziale: pompa di calore

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Figura 9 – Esempio di analisi economica differenziale: solare termico

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Figura 12 – Esempio di analisi economica differenziale: ausiliari alimentati da fotovoltaico con C.E.

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pesi 0.4 0.3 0.3 0.3

Figura 13 – Esempio di analisi multicriterio di ORE

Infine in figura 13 viene riportata l’analisi multicriterio applicata alle tre opportunità di risparmio energetico individuate, e:

- assumendo quale indicatore per il risparmio energetico l’energia primaria

risparmiata; - assumendo quale indicatore per l’impatto ambientale la sola produzione di CO2; - assumendo quale indicatore economico il costo dell’energia primaria

risparmiata, CER; - adottando nell’ordine quali pesi 0.4, 0.3 e 0.3;

si trova che, sia nel caso di assenza di contribuzioni, sia nel caso di presenza di tali contribuzioni, il sistema ottimo è individuato nel sistema solare termico.

Si fa notare che tali conclusioni sono solo un esempio e che quindi la soluzione trovata, al di la della verifica delle ipotesi fatte per l’esecuzione dei calcoli economici, non rappresenta in ogni caso una soluzione generalizzabile e sempre veritiera.

BIBLIOGRAFIA Daniel R. “Audit degli edifici esistenti: problematiche e metodologie operative”, tesi di

laurea, Dipartimento di Energia Politecnico di Milano - ALDAR S.rl. Engineering Efficiecy Milano, 2009.

ENEA – FIRE “Guida per il contenimento della spesa energetica nelle scuole”, Centro Ricerche Casaccia, Roma, doc. non datato.

UNI EN 15603 - Energy performance of buildings - Overall energy use and definition of energy ratings, UNI , Milano, 2008



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