energia efficiente per l’edificio · energia efficiente per l’edificio normativa e tecnologie a...

Energia efficiente per l’edificioNormativa e tecnologie


2008 ENEA

Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente

Lungotevere Thaon di Revel, 76 - Roma

ISBN 88-8286-170-8


a cura di

Francesco Paolo Vivoli e Michele Zinzi

con il contributo di

E. Canterino, M. Citterio, G. Corallo, L. De Sanctis

G. Fasano, A. Federici, E. Ferrero, G. Giorgiantoni

G. Lai, P. Signoretti, L. Terrinoni

Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente

REGIONE SICILIANAASSESSORATO INDUSTRIA

Presentazione

Il volume viene pubblicato nell’ambito del programma SICENEA, finanziato

dall’Assessorato Industria della Regione Siciliana per promuovere una maggiore con-

sapevolezza riguardo i problemi energetici e ambientali e sensibilizzare all’impiego delle

fonti rinnovabili e all’uso razionale dell’energia nei vari settori produttivi e civili.

Obbiettivo di rilievo del programma è sollecitare l’attenzione di Enti locali, Imprese,

progettisti, installatori e energy manager sulle opportunità di sviluppo e crescita di un

mercato e un’industria locale delle fonti rinnovabili e dell’efficienza energetica, in grado

di incidere sulla crescita di competitività del sistema produttivo regionale.

Il volume inizia con una attenta analisi del parco edilizio nazionale e siciliano in parti-

colare, e delle sue caratteristiche nel contesto energetico coinvolto. Segue un esame

della recente legislazione in materia di efficienza energetica degli edifici e l’esplora-

zione attenta delle tecnologie più innovative e promettenti finalizzate alla progettazio-

ne e ottimizzazione dell’involucro edilizio e dei principali sistemi impiantistici, con alcu-

ne incursioni in temi più specifici di particolare interesse.

L’opera, rivolta a professionisti del settore, tipicamente ingegneri, architetti e diploma-

ti tecnici, vuole costituire uno strumento di aggiornamento tecnico sulla normativa e

sulle tecnologie connesse all’utilizzo dell’energia e al risparmio energetico in edilizia,

e fornire spunti di riflessione cui il progettista possa attingere nell’esercizio della sua

attività.

Premessa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Capitolo UnoIl parco edilizio nazionale e siciliano: caratteristiche e consumi energetici 141.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.2 Il parco edilizio italiano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.2.1 Dati sul parco edilizio in Italia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.2.2 Stato del parco edilizio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.2.3 Il settore delle costruzioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

1.3 Il parco edilizio in Sicilia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221.4 Consumi energetici in Italia e livelli di emissione.

Confronto con i paesi dell’UE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.5 Consumi energetici in Sicilia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

1.5.1 Usi finali di energia (1990-2004) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291.5.2 Usi finali di energia per il riscaldamento – impianti

di riscaldamento per tipo di combustibile o energia e stima dei consumi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

1.5.3 Consumi elettrici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Capitolo DueNormativa sull’efficienza energetica degli edifici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

2.1 Quadro normativo di riferimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372.1.1 Evoluzione della normativa in Italia . . . . . . . . . . . . . . . . 372.1.2 La Direttiva Europea 2002/91/CE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392.1.3 Quadro normativo attuale: Dlgs 192/05 e Dlgs 311/06 41

2.2 Verso la Certificazione Energetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462.2.1 Modalità operative della Certificazione Energetica

previste dal Dlgs 192/05: doveri, oneri e responsabilità delle figure professionali coinvolte . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.2.2 Efficienza energetica dell’involucro edilizio . . . . . . . . . . 492.2.3 Efficienza degli impianti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

2.3 Aggiornamenti al quadro normativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572.4 Il calcolo della prestazione energetica dell’edificio . . . . . . . . . . . 58

Indice

Capitolo TreL’involucro edilizio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613.2 I componenti opachi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3.2.1 Materiali di involucro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 623.2.2 Isolamento dei componenti opachi . . . . . . . . . . . . . . . . 693.2.3 L’inerzia termica dell’involucro edilizio . . . . . . . . . . . . . . 713.2.4 La riflessione e l’assorbimento della radiazione solare 72

3.3 I serramenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 743.3.1 Caratteristiche della radiazione solare . . . . . . . . . . . . . . 753.3.2 Caratteristiche ottiche ed energetiche del vetro . . . . . 773.3.3 Componenti vetrati per edilizia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783.3.4 Materiali trasparenti ad elevata innovazione . . . . . . . . . 833.3.5 Gli infissi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.4 Sistemi schermanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903.4.1 Classificazione dei sistemi schermanti . . . . . . . . . . . . . . 913.4.2 Alcune proprietà ottiche e termiche . . . . . . . . . . . . . . . 94

Capitolo QuattroGli impianti di riscaldamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

4.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 974.2 I rendimenti dell’impianto termico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

4.2.1 Il rndimento di emissione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 984.2.2 Il rendimento di regolazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1004.2.3 Il rendimento di distribuzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024.2.4 Il rendimento di produzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

4.3 Le tecnologie impiantistiche termiche efficienti . . . . . . . . . . . . . . 1064.3.1 Generalità sulle caldaie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1064.3.2 Le caldaie a temperatura scorrevole . . . . . . . . . . . . . . . 1094.3.3 Le caldaie ad alta efficienza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1104.3.4 Le caldaie a condensazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

4.4 Le tecnologie innovative a bassa temperatura lato utilizzazione 1154.4.1 Le valvole termostatiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1154.4.2 I sistemi radianti innovativi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Capitolo CinqueLa ventilazione negli edifici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

5.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1235.2 Definizioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1235.3 Modalità di funzionamento della ventilazione . . . . . . . . . . . . . . . 124

8 Energia efficiente per l’edificio. Normativa e tecnologie

9 Indice

5.4 Modalità di somministrazione della ventilazione . . . . . . . . . . . . . 1255.5 Carichi termici per ventilazione e qualità dell’aria . . . . . . . . . . . . 1265.6 La ventilazione naturale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

5.6.1 Effetto del vento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1285.6.2 Effetto camino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1295.6.3 Combinazione delle diverse forze . . . . . . . . . . . . . . . . . 1305.6.4 Flussi d’aria attraverso le aperture . . . . . . . . . . . . . . . . . 1315.6.5 Portate d’aria per ventilazione naturale . . . . . . . . . . . . . 1315.6.6 Portata d’aria dovuta al vento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1315.6.7 Portata d’aria dovuta ad effetti termici . . . . . . . . . . . . . 1315.6.8 Linee guida per la ventilazione naturale . . . . . . . . . . . . 132

5.7 La ventilazione ibrida. Indicazioni progettuali . . . . . . . . . . . . . . . 1335.8 Sistemi per il raffrescamento passivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

5.8.1 Il reirraggiamento notturno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1355.8.2 Il raffrescamento evaporativo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1375.8.3 Il raffrescamento di spazi esterni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1385.8.4 Raffrescamento con il terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1405.8.5 La ventilazione notturna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

5.9 La ventilazione meccanica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1425.9.1 Configurazioni della ventilazione meccanica . . . . . . . . . 1455.9.2 Sistemi a tutt’aria. Unità di generazione

dei fluidi termovettori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

Capitolo SeiIlluminazione artificiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

6.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1516.2 La fotometria e la visione. Luce e spettro visibile . . . . . . . . . . . . 1526.3 Le grandezze fotometriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1536.4 Le sorgenti luminose artificiali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

6.4.1 Tipi di lampade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1546.4.2 Caratteristiche fotometriche delle sorgenti

di luce artificiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1566.4.3 Efficienza e classificazione delle lampade . . . . . . . . . . . 1576.4.4 Apparecchi di illuminazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1576.4.5 Sistemi di illuminazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1586.4.6 Sistemi di controllo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

6.5 Elementi di progettazione illuminotecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1596.5.1 Curve fotometriche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1596.5.2 Rendimento di un apparecchio di illuminazione . . . . . 1606.5.3 Calcolo illuminotecnico elementare.

Metodo del flusso totale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

6.5.4 Controllo della luminanza della sorgente luminosa . . . 1626.5.5 Controllo della luminanza globale di un ambiente

ai fini dell’abbagliamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1636.6 Schede GreenLight: tipologie e specifiche delle lampade . . . . 164

Capitolo SetteSistemi di controllo degli edifici e domotica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

7.1 I sistemi di controllo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1737.1.1 Funzioni di un sistema di controllo . . . . . . . . . . . . . . . . . 1747.1.2 Schema di Building Energy Management System . . . . 178

7.2 Strategie di controllo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1797.2.1 Strategie a regole fisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1817.2.2 Strategie a regole fuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1827.2.3 Sistemi esperti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1827.2.4 Reti neurali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

7.3 Il concetto di “Casa Intelligente” e le sue funzionalità . . . . . . . . 1847.3.1 I servizi integrabili con la “Casa intelligente” . . . . . . . . 1857.3.2 I componenti di un sistema domotico . . . . . . . . . . . . . . 1877.3.3 Topologia del sistema domotico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1887.3.4 La trasmissione dei dati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1887.3.5 Gli standard domotici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Capitolo OttoLe pompe di calore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

8.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1938.2 Pompa di calore a compressione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1938.3 Pompa di calore ad assorbimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1968.4 Efficienza del ciclo termodinamico e unità di misura . . . . . . . . . 1978.5 Schemi impiantistici e applicazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

8.5.1 Sistemi split a espansione diretta . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2008.5.2 Sistemi VRV – VRF a espansione diretta . . . . . . . . . . . . 2028.5.3 Pompe di calore con sonde geotermiche . . . . . . . . . . . 2048.5.4 Pompe di calore ad assorbimento . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

Capitolo NoveCogenerazione e generazione distribuita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

9.1 Introduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2139.2 La cogenerazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

9.2.1 Definizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2149.2.2 Utilità della cogenerazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215


9.2.3 Tipologie impiantistiche per la cogenerazione . . . . . . . 2169.2.4 Applicazioni: il teleriscaldamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

9.3 La microgenerazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2229.3.1 Definizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2229.3.2 Le tecnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2239.3.3 Applicazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

9.4 La trigenerazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2259.4.1 Definizione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2259.4.2 La tecnologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2269.4.3 Applicazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

9.5 La generazione distribuita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

11 Indice

Gli studi, le strategie e i provvedimenti normativi e legislativi in campo energetico hannoassunto oggi una importanza centrale in tutti i settori produttivi; sulla scia di questi dibat-titi anche la legislazione si è sviluppata, orientandosi verso la definizione di strumentiadeguati alla realizzazione degli obiettivi previsti dal Protocollo di Kyoto e dalle DirettiveEuropee.Il dibattito iniziato con le conferenze del clima, ha portato come risultato alla defini-zione di concetti fondamentali, quale quello di sviluppo sostenibile, che oggi sonoentrati a far parte del nostro quotidiano, e hanno favorito la stipulazione di accordicomuni per cercare di arginare i cambiamenti climatici in atto.Perseguire politiche di efficienza energetica nel settore civile è una strategia adottatain tutti i piani di azione energetica in Europa, nati dal recepimento della Direttiva2002/91/CE inerente le prestazioni energetiche degli edifici e soprattutto della Direttiva2006/32/CE riguardante i servizi energetici. Gli usi finali di energia nel settore civile,residenziale più terziario, ammontano in Italia a circa 80 Mtep (milioni di tonnellate equi-valenti di petrolio) su un fabbisogno nazionale di circa 200 Mtep. Questo significa cheil 40% dell’energia utilizzata in Italia viene spesa essenzialmente per riscaldare, raffre-scare, ventilare ed illuminare gli edifici. Gli usi finali di energia in Italia sono bassi rispet-to ad altri Paesi europei ma la situazione si inverte se il dato è messo in relazione aigradi giorno invernali. Questo significa che, in un continente in cui buona parte del-l’energia negli edifici è spesa per il riscaldamento, il comportamento apparentemen-te virtuoso del nostro sistema è dovuto soprattutto alla mitezza media del clima, piùche ad un parco edilizio energeticamente efficiente. A questo si deve aggiungere l’au-mento incontrollato dei consumi elettrici dovuti alla climatizzazione estiva delle abita-zioni, trend di recente ma intensa crescita, che sta vanificando gli sforzi per ridurre iconsumi invernali. Non a caso i consumi globali di settore non sono in discesa, comeci si attendeva vista l’attuazione di nuove politiche di efficienza energetica.Si usa dire spesso che la migliore energia alternativa è l’energia non consumata. Daquesto punto di vista il settore civile, con la sua enorme potenzialità di risparmio ener-getico, si pone come campo di applicazione di numerose tecnologie in grado di per-seguire questo scopo.Questo volume non ha la presunzione di essere una guida completa ai molteplici aspet-ti che un progettista si trova ad affrontare, vuoi nella progettazione o riqualificazioneenergetica di un edificio, vuoi nella certificazione energetica dello stesso, ma piutto-sto vuole costituire uno strumento di aggiornamento tecnico sulla normativa e sulletecnologie che attengono al mondo dell’energia e del risparmio energetico in edilizia,

Premessa

oltre che all’impiantistica dedicata, e fornire spunti di riflessione cui il progettista possaattingere nell’esercizio del suo lavoro. Si inizia con una attenta analisi del parco edilizio, nazionale e siciliano in particolare, edelle sue caratteristiche nel contesto energetico coinvolto. La chiave di lettura dei datienergetici e delle caratteristiche dell’industria e del parco edilizio non è però quelladi ancorare la conoscenza del lettore a dati specifici che perdono naturalmente di attua-lità con il passare degli anni, ma quella di mettere il lettore nelle condizioni di com-prendere quali siano “i numeri” del problema energetico, focalizzare le dinamiche cheinteresseranno nei decenni futuri i consumi di energia, e fare previsioni ai fini dell’ela-borazione di strategie d’intervento considerando gli scenari appena trascorsi. Vengono poi esaminati nel dettaglio i riferimenti normativi, aggiornati agli ultimi decre-ti, e i principi di applicazione della legislazione, ivi comprese la certificazione energe-tica. È inoltre fatto un cenno alle norme tecniche di recente emanazione.Si procede quindi con l’esplorazione molto attenta delle tecnologie più innovative epromettenti finalizzate alla realizzazione di una edilizia con virtuose connotazioni di uti-lizzo razionale dell’energia, di cui sono affrontati gli aspetti progettuali ed applicativipiù salienti. Le tecnologie rappresentano il corpo principale del volume e riguardanol’involucro edilizio e i principali sistemi impiantistici, con alcune incursioni in temi piùspecifici di particolare interesse.

13 Premessa

Capitolo Uno

Il parco edilizio nazionale e siciliano:caratteristiche e consumi energetici

tiche e gli strumenti di intervento, assicu-rando una cooperazione adeguata per losviluppo di attività di ricerca e di innova-zione tecnologica.Questo capitolo disegna lo scenario delsettore civile in termini di patrimonio edi-lizio e consumi energetici associati. Varràla pena fissare attenzione sulla modestaqualità energetica dei nostri edifici e pen-sare al potenziale ambientale ed econo-mico che la riqualificazione energeticapotrebbe consentire, fermo restando chestretti criteri di controllo e penalitàandranno adottati affinché almeno lenuove costruzioni rispettino gli standardprefissati.

[1.2] Il Parco edilizio italiano

Questo paragrafo intende fare un quadrogenerale sul parco edilizio nazionale.L’obiettivo è duplice: da un lato è neces-sario comprendere la situazione siciliananel contesto nazionale, dall’altro i fruitoridi questo quaderno si troveranno ad ope-rare su scala nazionale. Si ritiene dunqueopportuno fotografare il quadro naziona-le per introdurre gli operatori su un mer-cato probabilmente differente da quellolocale, e mettendoli in condizione di pote-re indirizzare in modo specifico le proprieattività.

[1.1]Introduzione

Il Protocollo di Kyoto assegna all’Italia unobiettivo di riduzione delle emissioni digas serra, da realizzarsi entro il 2012, del6,5% rispetto ai livelli del 1990. In realtà nelnostro Paese le emissioni, invece di dimi-nuire, sono aumentate del 13%, portandoa circa il 20% la riduzione da realizzarsi daoggi al 2012. Gli aumenti più consistentidi emissioni hanno riguardato i trasporti(+27,5%) e la produzione di energia ter-moelettrica (+17%). Va osservato che per conseguire gli obiet-tivi di Kyoto si dovrebbe realizzare unariduzione del consumo di combustibili fos-sili tra il 15 e il 20%, con una conseguen-te riduzione della fattura energetica per ilPaese di circa 5-7 miliardi di euro peranno. Viceversa, il mancato raggiungi-mento dell’obiettivo di riduzione di gasserra fissato nell’ambito del Protocollocomporterebbe per l’Italia, stante la situa-zione attuale, un esborso di 1,5 miliardi dieuro l’anno, fra acquisti di diritti di emis-sioni e progetti di cooperazione per rea-lizzare tali riduzioni all’estero. La comples-sità dei problemi energetico-ambientali,qui brevemente delineati, richiede unapproccio sovrannazionale e impone lanecessità di sviluppare a livello internazio-nale (ed europeo in particolare) azionicongiunte in grado di armonizzare le poli-Pa

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anni

que regioni: Sicilia, Lombardia, Veneto,Puglia e Piemonte. La Sicilia e la Lom-bardia, da sole, raggiungono il 24,52% deltotale delle abitazioni.Il rapporto tra il numero totale di abitazio-ni ed il numero totale dei fabbricati usaticome abitazioni è in media di 2,2 abita-zioni/fabbricati, ovvero ogni fabbricatodestinato all’uso abitativo, contiene circadue abitazioni. I fabbricati ed i complessidi edifici utilizzati sono 12.086.592 milioni,e rappresentano il 94,3% del totale. I fab-bricati destinati all’uso abitativo sono11.226.595 milioni, e 441.070 mila sonoimpiegati per alberghi, uffici, nel settorecommerciale ed industriale e nel settoredelle comunicazioni e dei trasporti. Infine più di 400 mila fabbricati, ospitanoattività ricreative e sportive, scuole, ospe-dali e chiese. I rimanenti 725.936 fabbri-cati risultano non utilizzati, per recuperoedilizio o perché in condizioni precarieper la sicurezza.

[1.2.1]Dati sul parco edilizio in Italia Per la prima volta, con il censimento ISTATdel 2001, sono stati analizzati tutti i fabbri-cati esistenti sul territorio nazionale, a par-tire da quelli presenti nelle città e limitro-fi ai centri urbani. Tra i fabbricati realizza-ti fuori dai contesti urbani, sparsi a mac-chia di leopardo sul territorio nazionale,sono stati identificati solamente quelli adi-biti all’uso abitativo. In figura 1.1 si ripor-tano i dati più significativi del suddettocensimento. Nella figura 1.1 e nella tabella 1.1 sonorappresentati i dati relativi al parco edili-zio italiano raggruppati per le 20 regioni.Dal censimento emerge che, sul territorionazionale, esistono circa 13 milioni di fab-bricati di cui più dell’87% sono destinatial residenziale. Il numero di abitazioni èmaggiore di 27 milioni, di cui l’80% èoccupato da residenti. Circa 13 milioni diqueste abitazioni si concentra in sole cin-


4.000.000

3.500.000

3.000.000

2.500.000

2.000.000

1.500.000

1.000.000

500.000

0

Fabbricati Fabbricati residenziali Abitazioni

Piemonte

LombardiaVeneto

Trentino Alto Adige

Valle d’Aosta

Friuli V

enezia Giulia

Liguria

Emilia Romagna

Toscana

Umbria

Marche

Lazio

AbruzzoMolise

CampaniaPuglia

Basilicata

CalabriaSicil

ia

Sardegna

Fabbricati residenziali e abitazioni occupate da persone residenti, per Regione (censimento 2001)Fig. 1.1

2001 (9% in più del totale). Le abitazioni esi-stenti nel 1991 infatti erano 25,0 milioni. Ulteriori nuovi dati sono emersi dall’inda-gine Istat per il biennio 2003/2004. Nel2003 sono stati ritirati, dai diversi comunidi competenza, i permessi di costruire perla realizzazione di circa 48.507 mila nuovifabbricati, destinati ad un uso prevalente-mente abitativo. La tendenza all’aumentodella dimensione media dei fabbricati èproseguita in questo biennio (tabella 1.2):il volume medio per fabbricato è passatodai 2.101 metri cubi del 2003 ai 2.161 metricubi del 2004. La superficie media dei fab-bricati è aumentata da 666 metri quadrinel 2003 ai 682 metri quadri nel 2004; ilnumero medio delle abitazioni per fabbri-cato è passato da 4,7 nel 2003 a 5 nel2004.Per quanto riguarda la dimensione mediadelle nuove abitazioni, emerge la tenden-za alla diminuzione dei valori, che preva-le da diversi anni: la superficie utile si ridu-ce da 76,5 metri quadri nel 2003 a 74,1metri quadri nel 2004. Continuando conquesta analisi, emerge anche la diminuzio-ne del numero medio delle stanze e quel-lo degli accessori interni all’abitazione,come corridoi, bagni, ingressi, etc. Il numero delle stanze ha come valoremedio 3,5 nel 2003 contro il valore 3,4 del2004, mentre il numero dei vani accesso-ri risulta pari a 3,0 nel 2003 e a 2,9 nel2004. Tra le nuove abitazioni aumenta laquota complessiva di quelle con un minornumero di stanze: le abitazioni con menodi 4 stanze salgono dal 52,3% nel 2003 al55,8% del 2004. Le abitazioni aventi trestanze sono la tipologia più frequente traquelle progettate e il relativo peso passadal 27,9% nel 2003 al 29,0% nel 2004.Risulta in calo l’incidenza delle abitazionicon quattro stanze: pur rimanendo laseconda tipologia per frequenza, subisco-

Dall’analisi del figura 1.2 emerge che lamaggior parte dei fabbricati residenzialisono presenti tra il nord ovest e il nord est(circa il 42% del totale nazionale). La Siciliaè la regione che contiene sulla sua super-ficie il 74% dei fabbricati residenziali tota-li presenti nelle due isole.Dei 27 milioni di abitazioni, 21.653.288milioni di queste sono occupate da per-sone residenti, e 5,2 milioni (19,6% deltotale) non sono occupate o risultanooccupate da non residenti.Confrontando i dati del censimento 2001con i dati del 1991, si riscontra un incre-mento di circa 2 milioni di abitazioni nel

17 Il parco edilizio nazionale e siciliano: caratteristiche e consumi energetici

FabbricatiRegioni italiane Fabbricati residenziali Abitazioni

Piemonte 1.001.863 877.144 2.214.164

Valle d'Aosta 53.524 39.061 100.540

Lombardia 1.534.257 1.339.458 4.143.870

Trentino Alto Adige 213.282 185.960 490.243

Veneto 1.092.500 960.256 2.017.576

Friuli Venezia Giulia 318.077 280.314 601.772

Liguria 277.795 247.712 991.029

Emilia-Romagna 831.313 735.066 1.970.977

Toscana 740.732 667.722 1.667.100

Umbria 196.046 172.017 369.290

Marche 329.639 289.834 672.785

Lazio 798.677 732.567 2.433.815

Abruzzo 392.597 328.278 658.931

Molise 122.380 101.682 173.279

Campania 936.914 822.747 2.193.435

Puglia 1.027.249 893.864 1.845.622

Basilicata 173.350 147.972 284.467

Calabria 698.326 586.832 1.111.680

Sicilia 1.566.659 1.352.838 2.549.269

Sardegna 535.620 465.271 802.149

Italia 12.840.800 11.226.595 27.291.993

Tabella 1.1 – Fabbricati residenziali e abitazioni regione (censimento 2001)

milioni) è costruito in muratura portante,il 24,7% (2.768.205 milioni) in calcestruzzoarmato e il 13,8% (1.554.408 milioni) inmateriali di altro tipo, quali legno, accia-io o strutture miste. Più del 50% dei fab-bricati residenziali (5.955.086 milioni) è iso-lato dagli altri edifici, mentre la restantepercentuale è contigua ad altre strutturesu uno o più lati, contiguo ad altre strut-ture su un solo lato o contiguo ad altrestrutture su due lati.Dall’analisi di figura 1.3 emerge che, circail 20% del patrimonio edilizio nazionale èstato costruito prima del 1919 con unquantitativo di fabbricati residenziali paria 2.150.259 milioni. Nel periodo compre-so tra le due guerre mondiali, si è avutauna contrazione dell’attività edilizia cheha comportato la realizzazione del solo12% dei fabbricati residenziali odierni. Ilperiodo che va dalla fine del secondodopoguerra fino ai primi degli anni ottan-ta, segna un incremento dell’attività edi-lizia che ha determinato la realizzazione dicirca il 50% del parco edilizio odierno.Infine, dai primi degli anni ottanta fino adoggi si è avuta una nuova contrazione del-l’attività edilizia.Questa contrazione risulta più pesante dal‘91 in poi, con una tendenza maggiorenelle attività di recupero edilizio (dati rife-riti al paragrafo successivo: Il settore dellecostruzioni) rispetto all’attività edificatoria. Dall’analisi della figura 1.4 emerge che lamaggior parte della popolazione abita infabbricati realizzati dal dopoguerra in poi.Infatti il 15,5% della popolazione abita infabbricati costruiti tra il ’46 e il ’61, il 21,7%abita in fabbricati realizzati tra il ’62 e il ’71,e il 20,1% abita il edifici realizzati dal ’72in poi. Le percentuali più basse si registra-no nel periodo che va antecedentemen-te al 1919 fino al secondo dopoguerracon valori percentuali rispettivamente del

no una diminuzione, dal 25,7% nel 2003 al24,1% nel 2004.È interessante notare l’evoluzione dellenuove costruzioni rispetto alla localizzazio-ne geografica durante il biennio 2003/04.Il 57% dei nuovi fabbricati è costruito alnord, il 26% al sud e il rimanente nell’Italiacentrale. A livello regionale, la Lombardiaè la regione con la maggiore quota dellevolumetrie per i nuovi fabbricati residen-ziali, con circa il 20% del totale nazionalenel 2003. Essa è seguita dalla regioneVeneto, che rappresenta il 13,6% circa.

[1.2.2] Stato del parco edilizioDal censimento del 2001 emerge che il61,5% dei fabbricati residenziali (6.903.982


3.500.000

3.000.000

2.500.000

2.000.000

1.500.000

1.000.000

500.000

0Nord Ovest Nord Est Centro Sud Isole

Non residenziale Fabbr. residenziali

Confronto tra fabbricati e fabbricati residenziali per ripartizione geograficaFig. 1.2

Volume medio Superficie totale MediaAnni (m3) media (m2) abitazioni

2003 2101 666 4,7

2004 2161 682 5,0

Tabella 1.2 – Permessi di costruire: fabbricati residenziali nuovi, anni 2003-2004

inoltre più della metà dei fabbricati resi-denziali (58,0%) contiene un’unità immo-biliare, dove vive il 22,0% della popolazio-ne residente, mentre il 21,6% degli stes-si contiene due unità, dove vive il 17,6%dei residenti. Infine la restante percen-tuale dei fabbricati residenziali possiededalle 3 alle 15 unità immobiliari, dove viveil restante 60,4% della popolazione resi-dente. Dall’analisi dei dati censiti nel 2001, risul-ta che lo stato di conservazione dellaparte strutturale dei fabbricati residenzia-li (figura 1.5) è ottimo per il 25,6% degliedifici, buono per il 51,8%, mediocre peril 20,3% e pessimo per il 2,3%. Nel 1999 il CENSIS aveva valutato checirca 3.575.000 milioni di fabbricati (circail 27% del totale) erano a rischio di crollo,di cui il 36,5% di questi (corrispondenti acirca 1.103.000 milioni fabbricati) aveva unrischio legato all’età di costruzione e il63,5% aveva un rischio legato alle carat-teristiche strutturali. Così questi fabbrica-ti a rischio di crollo sono stati classificatiin base a: � età:

- costruzioni storiche in città impor-tanti: 2,9%;

- costruzioni storiche nel resto delpaese: 12,1%;

- costruzioni con età maggiore ai 40anni: 21,5%;

� motivi difettosi della costruzione: - costruzioni abusive realizzate alla fine

degli anni sessanta: 19%;- costruzioni abusive realizzate prima

del 1986: 44,5%.Se si fa una considerazione d’insieme, sututti i dati che sono stati analizzati in que-sto paragrafo, emerge che in Italia si viveprettamente in edifici piccoli ed in mura-tura portante, che godono di uno stato dimantenimento strutturale buono.

11,5% e del 8,7%. Da questa analisi emer-ge che, la percentuale maggiore dellapopolazione, vive in edifici realizzati nelperiodo del boom edilizio che va dal ’61al ’72.Più del 50% dei fabbricati residenziali ècostituito da due piani, mentre il 22,6% ècostituito da un solo piano. La rimanente percentuale è rappresenta-ta dalla tipologia di fabbricato residenzia-le costituita da tre piani (17,3%) e quellarealizzata su quattro o più piani (7,2%),


Prima del 1919

1919-1945

1946-1961

1962-1971

1972-1981

1982-1991

Dopo il 1991 7,0

11,5

17,7

17,5

14,8

12.3

19,2

Fabbricati residenziali per epoca di costruzioneFig. 1.3

Prima del 1919

1919-1945

1946-1961

1962-1971

Dopo il 1972

12%19%

9%12%

16%15%

22%18%

36%20%

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%

Popolazione

Fabbricati

Popolazione che abita in fabbricati residenziali suddivisi per anno di costruzioneFig. 1.4

residenziali, mentre gli edifici residenzialipubblici rimangono stabili come presen-za sul territorio nazionale. Il recupero edi-lizio è l'unico settore che mostra unaumento sempre più crescente, principal-mente dovuto all’attività edilizia nel suddell'Italia.Il settore delle costruzioni, dal 2002 sinoad oggi, conferma ancora il suo ruolo fon-damentale per il sistema economico ita-liano offrendo un contributo considerevo-le nei confronti della produzione industria-le e dell’occupazione del paese. Infattidall’analisi delle elaborazioni Ance su datiIstat risulta che, dal 1998 al 2006, gli inve-stimenti nel settore delle costruzionihanno avuto un incremento del 25,5%(tabella 1.5), mentre per lo stesso interval-lo temporale il prodotto interno lordo ècresciuto del solo 11,3%. Nel 2006, gliinvestimenti in questo settore risultanopari al 9,9% del prodotto interno lordonazionale (145.548 milioni di euro). Ad oggi, nel settore delle costruzioni,lavorano circa 1.900.000 milioni di lavora-toti i quali rappresentano il 27,4% dell’oc-cupazione nel settore dell’industria e il8,3% dell’occupazione nel totale dei diver-si settori economici. Infatti dal 1998 al2006, gli addetti al settore delle costruzio-ni sono aumentati del 27,3%, mentre se siconsidera l’insieme dei diversi settori eco-nomici, il numero degli occupati è cre-sciuto dell’11,6%. Da questi dati si capiscecome questo settore abbia sostenuto,dagli anni settanta in poi, i livelli occupa-zionali della nazione.In riferimento al settore residenziale, gliinvestimenti economici che hanno per-messo la realizzazione di nuove abitazio-ni e il recupero di quelle esistenti, ammon-tano a 76.980.000 milioni di euro nel solo2006, con una crescita percentuale deglistessi del 3,6% rispetto agli investimenti

[1.2.3] Il settore delle costruzioniI dati di ANCE (Associazione NazionaleCostruttori Edili) evidenziano che il setto-re delle costruzioni edilizie è importanteper l'economia italiana e particolarmenteper il sud, dove i settori inerenti ai lavoripubblici e residenziali rappresentanoinsieme il 40,7% dell'occupazione totalenell'industria. Al livello nazionale questapercentuale è il 25%, corrispondente acirca l’otto per cento di tutta l'occupazio-ne nazionale. L'occupazione in questo set-tore era circa di 1.675.000 milioni di lavo-ratori nel primo semestre del 2001 ed èaumentato del 2,4% nel 2002, confronta-to con i dati del 2001. I precedenti datisono riportati nella tabella 1.3. Le percentuali di investimento nell’attivi-tà edilizia sono presentati nella tabella1.4. Confrontando i dati del 2001, perquanto riguarda le attività nel settore del-l’edilizia residenziale, si nota nel 2002 c’èstato un aumento del +2,3% dovuto allarealizzazione di nuove costruzioni e dovu-to soprattutto alle attività di recupero edi-lizio. Questi dati sono resi disponibili dalleelaborazioni ANCE sui dati dell’ISTAT.L'aumento delle attività nel campo edili-zio è dovuto principalmente alle iniziativeprivate nella costruzione di nuovi edifici


Ottimo

25,6

Buono

51,8

Mediocre

20,3

Pessimo

2,3

Fabbricati ad uso abitativo per stato di conservazione strutturaleFig. 1.5


Industria Altre attivitàRegione Agricoltura Totale Indu. prod. Costruzione Totale Commercio Totale

Piemonte -6,4% 0,3% 0,5% 0,0% 0,9% 0,4% 0,4%

Valle d'Aosta -13,4% 12,6% 14,1% 12,3% -2,1% 8,7% 0,6%

Lombardia 3,9% 2,1% 1,8% 3,5% 1,2% -1,3% 1,6%

Liguria 4,3% -2,1% -4,7% 4,4% 0,1% -4,0% -0,2%

Trentino-Alto Adige -4,4% 3,1% 0,8% 7,9% 0,7% -8,9% 0,9%

Veneto -3,7% -0,2% -1,2% 6,1% 2,0% 6,6% 0,9%

Friuli-Venezia Giulia -2,2% 4,0% 2,5% 10,3% -0,6% -10,4% 0,8%

Emilia-Romagna -2,6% 0,5% 0,3% 0,0% 2,6% 5,1% 1,6%

Toscana 0,0% -2,8% -4,3% 2,6% 2,3% 4,4% 0,5%

Umbria -3,4% -0,1% 2,8% -6,5% -0,8% -1,2% -0,7%

Marche 3,7% 1,4% 1,7% 1,8% 1,8% 0,8% 1,7%

Lazio -5,8% 4,5% 4,8% 5,7% 3,4% 2,9% 3,3%

Abruzzo -2,8% -4,3% -0,8% -13,9% 3,6% 0,5% 0,5%

Molise -1,4% -2,3% -0,1% -5,4% 1,8% -3,1% 0,2%

Campania -4,0% 3,2% 2,5% 4,7% 3,9% 0,1% 3,2%

Puglia -10,5% 5,0% 6,3% 2,8% 2,9% -0,5% 1,9%

Basilicata -2,0% -2,5% -2,1% -2,2% 4,7% 5,7% 1,5%

Calabria 4,9% 4,9% 7,9% 3,6% 1,2% 10,9% 2,4%

Sicilia -1,7% 3,3% 8,1% -1,4% 0,6% -1,7% 0,9%Sardegna 3,6% 3,3% 6,7% -1,0% 0,3% 7,2% 1,3%

Italia -2,7% 1,3% 1,0% 2,4% 1,9 % 1,2% 1,5%

Tabella 1.3 – Variazione dell’occupazione per settore di attività e per regione (2002)

InvestimentiPeriodo Abitazioni Altre costruzioni Totale PIL

1971-1975 -1,5 2,4 0,1 2,9

1976-1980 -0,2 -0,4 -0,3 4,3

1981-1985 -0,6 -0,2 -0,4 1,7

1986-1990 0,7 4,5 2,4 2,9

1991-1995 0,1 -5,5 -2,4 1,3

1996-1998 -1,6 3,3 0,5 1,6

1999 1,9 3,4 2,6 1,7

2000 5,3 6,7 5,9 3,1

2001 3,0 4,5 3,7 1,8

2002 2,5 2,1 2,3 0,4

Tabella 1.4 – Variazione degli investimenti nell'edilizia dal 1971 al 2002

[1.3] Il parco edilizio in Sicilia

La Sicilia è la prima regione per numero difabbricati (1.566.659, pari al 12,2% del tota-le in Italia) e la seconda regione per nume-ro di abitazioni (2.549.269, pari al 9,3% deltotale nazionale, cfr. figura 1.6). La densi-tà dei fabbricati residenziali per chilome-tro quadrato è pari a 60,8 e il numeromedio di abitazioni per fabbricato residen-ziale è di 1,9, mentre il numero medio dipersone per fabbricato residenziale è paria 3,7. Pertanto, in Sicilia sono presenti inmedia circa due persone per ogni abita-zione, la cui superficie media è di circa 70metri quadri (34,9 metri quadri a persona,secondo i dati del Censimento 2001).Inoltre, il 53,8% dei fabbricati residenziali(728.168) è costruito in muratura portante,il 34,9% (473.195) in calcestruzzo armato eil 11,3% (151.475) in materiali di altro tipoquali legno, acciaio o strutture miste (figu-ra 1.7). La Sicilia si caratterizza per le per-centuali più elevate a livello nazionale diedifici in cemento armato (il 17,1% deltotale in Italia), e di edifici in muratura por-tante (10,5% del totale nazionale). Dall’analisi della figura 1.8 emerge che lamaggior parte dei fabbricati residenzialisono stati realizzati tra il 1962 ed il 1981,periodo durante il quale sono stati realiz-zati oltre 500.000 fabbricati, pari ad oltreil 38% dell’attuale parco edilizio. Prima del 1919 il parco edilizio sicilianocontava 149.826 fabbricati residenziali(circa l’11% del totale odierno), mentretra il 1919 ed il 1961 sono stati costruiticirca 415.000 edifici (poco più del 30%del parco edilizio attuale). Infine, la figu-ra 1.8 evidenzia un calo dell’attività edi-lizia dall’82 sino ad oggi, con una percen-tuale di fabbricati costruiti dall’82 al ’91del 14%, mentre dal ’91 in poi la quota

nel 2005, anno in cui si ebbe un incremen-to quantitativo del 2,2%. Infatti nel 2006l’incremento della produttività nel settoreedilizio si traduce in investimenti per nuoveabitazioni, con tassi di crescita pari al 3,0%,e in investimenti per il recupero edilizio,con tassi del 4,1% (tabella 1.6). Il 2006,quindi, risulta essere l’anno in cui si verifi-cano gli incrementi più alti per gli investi-menti precedentemente citati, in riferimen-to al periodo che va dal 2005 fino al 2007.Infine dall’analisi della tabella 1.6 vieneconfermato, in accordo con le tendenzedel 2001, l’incremento degli investimentipiù verso il recupero edilizio, che rispettola realizzazione di nuove abitazioni.


Variazione % in quantità rispetto all’anno precedentePeriodo Investimenti in costruzioni PIL

1999 2,6 1,9

2000 6,4 3,6

2001 4,1 1,8

2002 4,8 0,3

2003 1,4 0

2004 1,5 1,2

2005 0,3 0,1

2006 2,1 1,9

2006/1998 25,5 11,3

Tabella 1.5 – Investimenti in costruzioni e PIL dal 1998-2006

2006 Variazione % in quantitàCostruzioni (milioni di euro) 2004 2005 2006 2007

Abitazioni: 76.980.000 4,8% 2,2% 3,6% 1,2%

Nuove 37.132.000 4,5% 2,5% 3,0% 0,4%Recuperate 39.848.000 5,0% 2,0% 4,1% 2,0%

Non residenziali: 68.568.000 -1,8% -1,7% 0,4% 0,4%

Private 38.057.000 -5,7% -1,9% 1,5% 2,0%Pubbliche 30.511.000 3,5% -1,5% -1,0% -1,5%

Tabella 1.6 – Investimenti in costruzioni e PIL dal 1998 al 2006

di edifici costruiti rispetto al totale scen-de al 5,9%. Il 43,4% dei fabbricati residen-ziali ha due piani, seguito poi dal 31,7%che ha solo il piano terra, mentre il 17,9%ne ha tre e solo il 6,9% ha 4 o più piani. Il68,2% degli edifici residenziali possiedeuna unità immobiliare e il 17,6% ne pos-siede due di unità. Infine l’8,0% delle abi-tazioni possiede dalle 3 alle 4 unità immo-biliari, il 3,1% possiede 5 o 8 unità, il 1,5%ne possiede 9 o 15, e solo l’1,1% ha piùdi 15 unità immobiliari. Dai dati delCensimento del 2001 risulta che lo statodi conservazione strutturale dei fabbrica-ti residenziali è ottimo per il 15,9% di essi,buono per il 50,0%, mediocre per il 30,0%e pessimo per il restante 4,1% (figura 1.9).Confrontando tali valori con gli omologhia livello nazionale, emerge che le quoteregionali di edifici in uno stato mediocreo pessimo, rispetto al parco edilizio com-plessivo, sono molto più elevate di quel-le osservate a livello nazionale.


Lombardia

16

14

12

10

8

6

4

2

0

15,1

9,3 9,08,2 8,0

7,4 7,2 6,86,0

4,13,6

2,9 2,5 2,4 2,31,4 1,1 1,0 0,7 0,6 0,4

Sicilia Lazio

Piemonte

CampaniaVeneto

Emilia Romagna

Puglia

Toscana

CalabriaLiguria

Sardegna

Marche

Abruzzo

Friuli V

enezia Giulia

UmbriaTrento

Basilicata

Bolzano

Molise

Valle d’Aosta

Ripartizione percentuale delle abitazioni per RegioneFig. 1.6

Fabbricati inaltro tipo di materiale11.3%

Fabbricati inmuratura portante53.8%

Fabbricati incalcestruzzo armato34.9%

Tipologia di materiale per i fabbricati Siciliani. Valori percentualiFig. 1.7

[1.4] Consumi energetici in Italia e livelli di emissione.Confronto con i paesidell’UE

Alla modesta crescita dell’economia italia-na è corrisposto, nel corso del 2005, unlimitato innalzamento della domandacomplessiva d’energia e dell’intensitàenergetica. Il consumo di energia prima-ria per fonti evidenzia un’ulteriore riduzio-ne dei consumi dei prodotti petroliferi,che restano comunque la fonte che con-tribuisce in quota maggiore alla doman-da di energia. La corrispondente crescitadel ricorso al gas naturale conferma d’al-tronde un processo di sostituzione in attogià dalla metà degli anni novanta (figura1.10). Anche il carbone fa segnare un calonel 2005, invertendo in questo caso unatendenza all’aumento che si era verificatanegli anni precedenti.Sostanzialmente stabile nel lungo perio-do il dato dell’energia elettrica importa-ta, che vede nel 2005 una riduzione rispet-to al 2004. In riduzione di quasi 1 puntopercentuale è il contributo delle rinnova-bili che, data la forte prevalenza dellafonte idroelettrica, è condizionato dai fat-tori stagionali. I dati dal 2002 al 2005 met-tono in evidenza un aumento continuodei consumi totali di energia con un tassopiù elevato nel periodo 2002-2003 e unrallentamento nel periodo 2004–2005,mentre l’andamento del PIL nello stessoperiodo è rimasto quasi stazionario, regi-strando una leggera diminuzione nel2005.L’aumento della domanda di energiariguarda soprattutto i settori residenzialee terziario ed è causato essenzialmente dafattori climatici. In particolare, nel 2003, taliconsumi sono aumentati in maniera soste-


Prima del 1919

1919-1945

1946-1961

1962-1971

1972-1981

1982-1991

Dopo il 1991

5%0% 10% 15% 20% 25%

11%

15%

16%

18%

20%

14%

6%

SiciliaItalia

Fabbricati residenziali per epoca di costruzione. Confronto tra Italia e SiciliaFig. 1.8

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%Ottimo Buono Mediocre Pessimo

16%

26%

50%52%

30%

20%

4%2%

SiciliaItalia

Fabbricati residenziali per stato di conservazione.Confronto tra Italia e SiciliaFig. 1.9

nuta con un incremento sia dei consumidi gas per il riscaldamento ambientale siadei consumi elettrici per la climatizzazio-ne estiva. Il trend di crescita si confermanel 2004, anche se ad un ritmo più conte-nuto, e nel 2005. Nell’ultimo anno la cre-scita dei consumi nel settore civile contro-bilancia la leggera diminuzione nel setto-re dell’industria e dei trasporti (figure 1.11e 1.12).L’andamento dei prezzi del greggio hafatto crescere ulteriormente la fatturaenergetica italiana che ha sfiorato, nel2005, i 40 miliardi di euro, una cifra cherappresenta il 2,9% del PIL, facendosegnare uno degli incrementi annuali piùelevati degli ultimi due decenni con unaumento di oltre il 30% rispetto al 2004(figura 1.13). L’aumento della fattura ener-getica riflette un andamento delle impor-tazioni di fonti primarie dall’estero, e quin-di della dipendenza energetica dell’Italia,il cui andamento è in continua crescita apartire dalla fine degli anni novanta.Come evidenziato in figura 1.14, la dipen-denza complessiva dalle importazioni sale,nel 2005, all’85,07% e fa segnare il suomassimo in relazione alle importazioni dipetrolio (92,86%) e il suo minimo per leimportazioni di energia elettrica (16,13%).

Confronto tra Italia e i paesi dell’UEÈ interessante sottolineare i dati pubblica-ti da EURIMA, Associazione dei produtto-ri di materiali isolanti a livello europeo.EURIMA conduce da oltre 20 anni studisugli sviluppi degli standard qualitativi deimateriali utilizzati per l’isolamento termi-co e acustico. Nel 2001 la stessa Associazione ha con-dotto studi sul livello di integrazione deimateriali termoisolanti nei nuovi fabbrica-ti residenziali comunitari, inoltre ha con-dotto studi sulla quantità di CO2 e sul


120

100

80

60

40

20

090 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05

Periodo temporale

Mte

p

Combustibili solidi

Gas naturale

Prodotti petroliferi

Fonti rinnovabili

Importazioni netteenergia elettrica

Consumi di energia per fonte in Italia, trend 1990/2005Fig. 1.10

48

46

44

42

40

38

36

3494 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05

Periodo temporale

Mte

p

Industria

Trasporti

Usi civili

Consumo di energia per settori di uso finale in Italia, trend 1994/2005Fig. 1.11

Usi non energeticie bunkeraggi

8% Residenzialee terziario

32%

Trasporti30%

Agricoltura2%

Industria28%

Quote per settore di uso finale dei consumi di energia in Italia,anno 2005Fig. 1.12

Fonte: elaborazione su dati MSE


di CO2 (17,5% sul totale europeo), impu-tabile agli usi energetici standard legati alsettore residenziale. Infatti da tale indagi-ne emerge che in Italia si emettonoannualmente 86.028 milioni di tonnellatedi CO2, mentre nell’intera comunità euro-pea vengono emessi annualmente551.499 milioni di tonnellate di CO2, sem-pre per gli stessi usi energetici. Dall’analisidai grafici in figura 1.16 e 1.17 emerge chele perdite di energia che si verificano perdispersione, attraverso le pareti e i tettidelle abitazioni italiane, risultano esserepari a 246 MJ/m2 anno. Nello specifico, inItalia viene superato del 73% il livello diconsumo di energia consigliato attraver-so le pareti (52 MJ/m2 anno). Anche senella graduatoria di tali consumi di ener-gia siamo all’ottavo posto con 90 MJ/m2

anno, si deve considerare che i paesi euro-pei che ci precedono sono quelli che sitrovano a latitudini maggiori rispetto aquella nazionale, e che quindi subisconoun clima più freddo rispetto all’Italia (si fac-cia eccezione per la Spagna). Inoltre,emerge il negativo primato dell’Italia nellagraduatoria delle perdite di energia attra-verso i tetti, con 156 MJ/m2 anno. Si ricor-da che per isolamento termico di un edi-ficio si intende l’isolamento integrale del-l’involucro che lo costituisce, il quale com-prende anche la superficie dei tetti.Evidentemente alla maggior parte dei pro-fessionisti italiani sfugge questo “piccolo”particolare, e le conseguenze sono quelleche si leggono in questo paragrafo.Percentualmente in Italia si supera del445% il livello di consumo di energia con-sigliata attraverso i tetti (35 MJ/m2 peranno). In questa graduatoria è possibileapprezzare la lungimiranza nella visionedelle problematiche energetiche e l’at-tuazione di politiche ambientali serieimplementate dai paesi scandinavi, i quali

livello dei consumi energetici imputabiliagli usi energetici standard legati al set-tore residenziale. Da questi studi emergeche i paesi scandinavi, capeggiati dallaSvezia, sono quelli in cui si sono avuti pro-gressi negli standard di isolamento termi-co. I restanti paesi, soprattutto quellidell’Europa meridionale, tra cui l’Italia,rimangono molto indietro rispetto a talisviluppi.Dall’analisi della figura 1.15, emerge chel’Italia è al primo posto per quanto riguar-da la percentuale maggiore di emissioni


40

35

30

25

20

15

10

5

000 01 02 03 04 05

Periodo temporale

Mili

ardi

di e

uro

Totale

Petrolio

Gas naturale

Combustibili solidi

Altre

Andamento della fattura energetica, trend 2000/2005Fig. 1.13

100%

95%

90%

85%

80%

75%00 01 02 03 04 05

Petrolio

Gas

Totale

Combustibilisolidi

82,1%

92,9%

85,8%

85,1%

Andamento della dipendenza energetica per fonte trend 2000/2005Fig. 1.14




20.0

18.0

16.0

14.0

12.0

10.0

8.0

6.0

4.0

2.0

0.0

In %

del

tota

le e

urop

eo

TurchiaGrecia

Irlanda

Regno UnitoAustr

ia

Svizzera

Finlandia

Norvegia

DanimarcaSvezia

Germania

Paesi Bassi

Belgio

Francia

Spagna

Portogallo

Italia

Polonia

Repubblica Ceca

Slovacchia

%

Italia 17.5

Spagna 14.5

Francia 13.2

Germania 10.6

Regno Unito 10.1

Polonia 7.9

Turchia 5.3

Paesi Bassi 3.0

Belgio 2.9

Austria 2.3

Repubb. Ceca 2.1

Svizzera 1.8

Finlandia 1.7

Portogallo 1.5

Svezia 1.3

Grecia 1.3

Slovacchia 1.0

Danimarca 0.9

Norvegia 0.7

Irlanda 0.4

100.0

Ripartizione percentuale delle emissioni di CO2 annuale, imputabile alle abitazioni europeeFig. 1.15

250

200

150

100

50

0

MJ/

m2

TurchiaGrecia

Irlanda

Regno UnitoAustr

ia

Svizzera

Finlandia

Norvegia

DanimarcaSvezia

Germania

Paesi Bassi

Belgio

Francia

Spagna

Portogallo

Italia

Polonia

Repubblica Ceca

Slovacchia

MJ/m2 all’anno

Spagna 180

Austria 133

Belgio 130

Finlandia 121

Slovacchia 119

Repubbl. Ceca 98

Francia 93

Italia 90

Polonia 88

Paesi Bassi 88

Svizzera 87

Portogallo 83

Germania 83

Regno Unito 83

Danimarca 80

Grecia 79

Norvegia 76

Turchia 69

Irlanda 67

Svezia 52Perdita di energia attualeConsumo energetico massimo consigliato

Perdite termiche attraverso le pareti in EuropaFig. 1.16


MJ/

m2

TurchiaGrecia

Irlanda

Regno UnitoAustr

ia

Svizzera

Finlandia

Norvegia

DanimarcaSvezia

Germania

Paesi Bassi

Belgio

Francia

Spagna

Portogallo

Italia

Polonia

Repubblica Ceca

Slovacchia

MJ/m2 all’anno

Italia 156

Belgio 130

Spagna 124

Finlandia 95

Paesi Bassi 88

Polonia 88

Svizzera 81

Repubblica Ceca 78

Slovacchia 78

Austria 73

Portogallo 69

Francia 58

Grecia 53

Norvegia 52

Turchia 43

Danimarca 40

Regno Unito 38

Germania 36

Svezia 35

Irlanda 27Perdita di energia attualeConsumo energetico massimo consigliato

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Perdite termiche attraverso le coperture in EuropaFig. 1.17

Mili

oni M

J

TurchiaGrecia

Irlanda

Regno UnitoAustr

ia

Svizzera

Finlandia

Norvegia

DanimarcaSvezia

Germania

Paesi Bassi

Belgio

Francia

Spagna

Portogallo

Italia

Polonia

Repubblica Ceca

Slovacchia

milioni di MJ all’anno

Italia 1.164.442

Spagna 965.212

Francia 875.361

Germania 703.401

Regno Unito 668.663

Polonia 528.032

Turchia 351.229

Paesi Bassi 197.836

Belgio 193.806

Austria 152.821

Repubb. Ceca 140.849

Svizzera 119.811

Finlandia 114.892

Portogallo 102.008

Svezia 89.016

Grecia 83.540

Slovacchia 66.771

Danimarca 61.590

Norvegia 47.352

Irlanda 26.142

6.652.777

1.400.000

1.200.000

1.000.000

800.000

600.000

400.000

200.000

0

Perdite termiche annuali nelle abitazioni in EuropaFig. 1.18

dei consumi, determinando così unaminore quantità di CO2 emessa nell’aria edeterminando un risparmio economicoapprezzabile sulle bollette energetiche.Tale discorso deve essere affrontato ancheper quanto riguarda il raffrescamento esti-vo, dato che quest’ultimo sta diventandouna problematica energetica rilevantenegli ultimi anni, con l’uso spropositato diimpianti di condizionamento, per far fron-te ad estati sempre più calde.

[1.5] Consumi energetici in Sicilia

Per analizzare i consumi di energia nellaregione Sicilia si è fatto riferimento sia aidati elaborati da Terna Rete ElettricaNazionale, che dal novembre 2005 cura laraccolta dei dati statistici del settore elet-trico nazionale, che ai dati Istat inseriti nelCensimento della Popolazione e delleAbitazioni 2001. Nei seguenti paragrafi siconfronteranno sia i consumi di energiatotali che quelli dovuti agli usi domestici.

[1.5.1] Usi finali di energia (1990 - 2004)Per l’analisi dei consumi energetici inSicilia sono stati presi in esame i dati con-tenuti nel Rapporto Energia Ambiente(REA), pubblicato annualmente dal-l’ENEA. La figura 1.19 confronta l’anda-mento dei consumi energetici finali dellaSicilia con quelli dell’Italia, dal 1990 al2004. Posto pari a 100 il valore osservatoper il 1990, i dati relativi alla Sicilia mostra-no un andamento irregolare ed oscillan-te: al 2004 il livello dei consumi si attestaa 7.568 ktep, circa l’8% in più rispetto alle7.027 ktep registrate nel 1990. L’anda-mento dei dati nazionali è stato invecemolto più regolare, con un incremento dei

si posizionano positivamente negli ultimiposti di tale graduatoria. Dall’analisi della figura 1.18 si ha una con-ferma di quanta energia viene consuma-ta in più in Italia nel settore edilizio, datoche le perdite energetiche derivanti dalloscarso (o nullo) isolamento termico sonosuperiori al milione di Mega Joule(1.164.442 MJ), da confrontare con il valo-re complessivo europeo, che è dell’ordi-ne dei 6.652.777 milioni di MJ.Migliorando solo il livello dell’isolamentotermico delle abitazioni, in Italia si potreb-bero recuperare circa 27,80 Tep/anno.In Italia la cultura dell’isolamento termicodelle abitazioni è stata imposta con lalegge 373/76, ma ancora oggi gli standarddi isolamento termico sono molto bassi.Anche se l’Italia non è un paese partico-larmente freddo, si deve capire che unbuon isolamento dell’involucro ediliziodetermina un comfort termico maggiore,negli spazi controllati termicamente, aparità di fonti energetiche utilizzati negliimpianti tecnologici. Tutto ciò ha comeconseguenza una riduzione importante


125

120

115

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1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Consumi finali Sicilia

Consumi finali Italia

Tendenza (in Sicilia)

Tendenza (in Italia)

Consumi finali di energia in Italia e in Sicilia (1990/2004)Fig. 1.19

consumi finali proporzionalmente moltopiù marcato rispetto a quanto osservatoper la Sicilia: infatti, al 2004 è stato regi-strato un livello di consumi pari a 131.477ktep, circa il 21% in più rispetto alle108.702 ktep osservate nel 1990.I consumi finali di energia elettrica pesa-no in media per il 18% sui consumi finalie si sono mantenuti pressoché costantiper i 14 anni presi in esame rispetto iltotale dei consumi. Dalla figura 1.20emerge che i consumi di energia elettricaimputabili agli usi domestici hanno avutoun andamento dinamico nel periodopreso in esame: dal 1990 al 1994 i consu-mi subivano una forte contrazione, con unvalore percentuale negativo massimo del–5,70% nel 1994, mentre dal 1995 fino al2004 si è osservato un continuo incremen-


1200

1000

800

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0

–200

–400

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

0,0

–4,90% –4,90% –5,70%

–0,30%1,80%

2,49%

2,37%

2,49%

7,36%

6,34%

8,83%

4,00%

13,81%

6,40%

Incrementi percentuali nei consumiConsumi finali di energia nel residenziale

Consumi finali di energia nel residenziale in Sicilia (1990/2004)Fig. 1.20

Consumi finali di energia nel residenziale

1200

1000

800

600

400

200

01990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Consumi finali di energia elettrica nel residenziale

Consumi finali di energia ed energia elettrica nel residenziale in Sicilia (1990/2004)Fig. 1.21

1.7 emerge che soltanto il 48% di esse(1.227.650) dispone di un impianto diriscaldamento.Dall’analisi della tabella 1.7 e della figura1.22 emerge che le abitazioni che hannodisponibilità di acqua calda sanitaria pro-dotta dallo stesso impianto di riscalda-mento sono 493.878, pari a circa il 40% diquelle provviste di impianto di riscalda-mento. Inoltre, le abitazioni che dispongono diacqua calda sanitaria prodotta da unimpianto diverso sono 718.927, cioè circail 59% di quelle provviste di un impiantodi riscaldamento. In particolare, in 4.040abitazioni l’acqua calda sanitaria è pro-dotta grazie ad impianti ad energia sola-re. Il restante 1% delle abitazioni conimpianto di riscaldamento (14.845) nondispone di un impianto che produceacqua calda sanitaria.Nel 64% delle abitazioni, l’impianto diriscaldamento è alimentato con combusti-bile liquido e gassoso, grazie al quale siottiene anche acqua calda sanitaria nel34% delle abitazioni. Inoltre, nel 25% delleabitazioni l’impianto di riscaldamento èalimentato con l’energia elettrica, nel 10%dei casi con combustibile solido, nell’1%da altro tipo di combustibile e solo nello

to che ha portato i consumi a superare nel2004 la soglia dei 1.000 ktep. Tale tendenza è coerente con i dati rela-tivi ai consumi energetici nel settore civi-le a livello nazionale, dai quali emergeche dal 1994 in poi i consumi di gas per ilriscaldamento di interni e di energia elet-trica per il condizionamento estivo hannodeterminato un notevole incremento deiconsumi finali. Dalla figura 1.21 emerge che in Sicilia ilconsumo di energia elettrica pesa media-mente per il 51% sui consumi finali dienergia nel residenziale, mentre il restan-te 49% (441,67 ktep/anno) è da imputareall’uso di gas naturale, prodotti petrolife-ri, combustibili solidi ed energie rinnova-bili. Mediamente i consumi finali di ener-gia elettrica nel residenziale, per i 14 annipresi in esame, sono nell’ordine di 465,13ktep/anno.

[1.5.2]Usi finali di energia per ilriscaldamento - impianti diriscaldamento per tipo dicombustibile o energia e stima dei consumiIn Sicilia il numero di abitazioni è pari a2.549.269 (cfr. paragrafo 1.3): dalla tabella


Tabella 1.7 – Abitazioni occupate da persone residenti con impianto di riscaldamento per tipo di combustibile o energia

Tipi di combustibile o energia per riscaldamentoLiquido Energia Olio Alto

Disponibilità acqua calda e impianto riscaldamento o gassoso Solido elettrica combustibile tipo Totale

Abitazioni con impianto di riscaldamento senza acqua calda 4.984 3.416 6.281 17 147 14.845

Abitazioni con impianto di riscaldamento ed acqua calda prodotta dallo stesso impianto 426.513 13.637 50.242 284 3.202 493.878

Abitazioni con impianto di riscaldamento ed acqua calda prodotta da un impianto diverso 345.849 108.386 254.246 1.140 9.306 718.927

Totale 777.346 125.439 310.769 1.441 12.655 1.227.650

re ai consumi finali di energia elettrica. Dall’analisi della tabella 1.8 emerge che,per il periodo temporale che va dal 2001al 2005, il valore medio del consumo dienergia elettrica per il riscaldamento è dicirca 170,12 GWh/anno. Sapendo che 1tep equivale a 11.400 kWh e che 170,12GWh equivalgono a 170.120 · 103 kWh, sistima che in Sicilia si consumano annual-mente per il riscaldamento 14,93 ktep,ovvero il 3,2% dei 465,13 ktep destinati alconsumo di energia elettrica nel settoreresidenziale. Dalla tabella 1.9 emerge che, per il bien-nio 2004 e 2005, i maggiori consumi di gasmetano per uso domestico (cucina edacqua calda sanitaria) e per riscaldamen-to sono imputabili ai comuni di Enna,Caltanissetta e Ragusa, che superano ilconsumo medio regionale, pari a 121,18m3 per abitante. Considerando che convenzionalmente ilpotere calorifico inferiore del gas metanoè di circa 33,84 MJ/m3 (fonte ENI), e chela popolazione siciliana è pari 4.968.991,si stima che per il biennio 2004-2005 sonostati consumati 486,31 ktep di gas metano. Il consumo di gas metano per uso dome-stico incide soltanto per l’1,5% sul consu-mo totale di gas metano nelle abitazionisiciliane, pertanto il 98,5% dei 486,31 ktepstimati in precedenza è da attribuire alriscaldamento degli appartamenti sicilia-ni durante lo stesso periodo (479 ktep)nel 2004 e 2005.

[1.5.3] Consumi elettriciDall’analisi dei dati forniti da Terna (acro-nimo di Trasmissione Elettricità Rete Na-zionale, ovvero la società che si occupadella trasmissione dell’energia elettrica viarete) e riportati nella tabella 1.10 emer-

0,01% delle abitazioni l’alimentazione èad olio combustibile. Prendendo in esame i dati della tabella1.8 si possono stimare i consumi finali dienergia elettrica per il riscaldamento delleabitazioni. Dai dati precedentementeesposti nel paragrafo precedente, emer-ge che per il periodo temporale che vadal ’90 al ’04, i consumi finali imputabiliall’uso domestico sono dell’ordine dei 900ktep/anno, di cui circa il 50% da imputa-


Abitazioni con impianto diriscaldamento senza acqua

1%

Abitazioni con impiantodi riscaldamento ed

acqua calda prodottada un impianto diverso

59%

Abitazioni con impiantodi riscaldamento ed

acqua calda prodottadallo stesso impianto

40%

Suddivisione delle abitazioni per tipologia di impianto, in SiciliaFig. 1.22

Provincia 2001 2002 2003 2004 2005

Agrigento 13,8 14,1 14,4 14,9 15,3

Caltanissetta 8,1 8,2 8,5 8,7 9,0

Catania 33,4 34,2 35,5 36,4 36,6

Enna 4,6 4,7 5,0 5,1 5,1

Messina 22,1 22,4 23,2 23,5 23,7

Palermo 42,4 43,2 43,6 45,2 46,1

Ragusa 9,9 10,1 10,5 10,7 11,1

Siracusa 12,8 13,1 13,8 14,2 14,7

Trapani 14,9 15,3 15,7 16,8 16,3

Totale 162,0 165,3 170,1 175,4 177,8

Tabella 1.8 – Consumi di energia elettrica per riscaldamento (GWh)

Italia, per il periodo che va dal 1995 al2005 si è avuto un incremento del 22% peri consumi totali e del 14% per quellidomestici: pertanto, la variazione dei con-sumi di energia elettrica per abitanteosservata in Sicilia è risultata essere infe-riore all’andamento nazionale. In particolare, per gli usi domestici è statoregistrato durante il decennio considera-to un tasso medio annuo di incrementopari all’1,1%, inferiore di un punto per-centuale rispetto al valore del mezzogior-no, di cinque punti percentuali rispetto ivalori medi del centro Italia e di tre puntipercentuali rispetto il valore medio delleregioni settentrionali. Per quanto riguarda l’ultimo anno consi-derato, i consumi totali nel 2005 hannoavuto un incremento dell’1,7% rispetto il2004: gli incrementi maggiori sono statiregistrati nel settore terziario (+6,4%) enell’agricoltura (+2,7%); di contro, variazio-ni più contenute si sono avute per i con-sumi domestici (+1,3%), mentre il settoredell’industria ha subito un decremento dicirca l’1%. Nella tabella 1.11 sono riportati i consu-mi di energia elettrica per categoria di uti-lizzatori e province nel biennio 2004/2005.

ge, dal 1995 al 2005, un incremento del21% del consumo di energia elettrica perabitante: dai 3.050 kWh/abitante del 1995ai 3.745 kWh/abitante del 2005. Per quan-to riguarda i consumi domestici, è statoregistrato un incremento di circa l’11%durante il periodo considerato: passandodai 1.062 kWh/abitante del 1995 ai 1.182kWh/abitante del 2005. Inoltre, analizzando i dati inerenti ai con-sumi di energia elettrica per abitante in


Consumo di gas per uso domestico Comuni e riscaldamento (m3 per abitante)

Trapani 48,28

Palermo 56,92

Messina 99,72

Agrigento 76,61

Caltanissetta 223,14

Enna 335,39

Catania 44,15

Ragusa 135,30

Siracusa 71,16

Totale 121,18

Tabella 1.9 – Consumi di gas metano per uso domestico e riscaldamento(2004-2005, m3 per abitante)

Tabella 1.10 – Consumi di energia elettrica per abitante nel periodo 1995/2005

Consumi elettrici in Italia, per ripartizione geografica, e Sicilia - (kWh/abitante)TOTALE DOMESTICO

tasso medio annuo tasso medio annuokWh/abitante di incremento kWh/abitante di incremento

2005 2005/1995 2005 2005/1995

Italia Settentrionale 6.469 2,00% 1.155 1,40%

Italia Centrale 4.994 2,50% 1.242 1,60%

Italia Meridionale 3.931 2,30% 1.071 1,20%

Sicilia 3.745 2,10% 1.182 1,10%

Italia 5.286 2,20% 1.142 1,40%


Agricoltura Industria Terziario DomesticoProvince 2004 2005 2004 2004 2005 2005 2004 2005

Agrigento 20,6 23,7 230,6 323,6 355,2 242,7 323,6 355,2

Caltanissetta 14,2 14,6 1.198,7 204,6 216,5 1.043,5 204,6 216,5

Catania 97,8 106,6 1.044,1 1.056,3 1.110,7 1.081,3 1.056,3 1.110,7

Enna 11,1 9,9 65,7 121,5 128,9 55,6 121,5 128,9

Messina 22,1 23,0 910,5 653,6 694,0 963,8 653,6 694,0

Palermo 27,5 27,9 514,4 1.135,0 1.197,5 501,6 1.135,0 1.197,5

Ragusa 97,3 97,4 479,2 266,9 281,5 485,7 266,9 281,5

Siracusa 81,0 79,4 2.921,6 374,8 407,1 2.893,7 374,8 407,1

Trapani 24,8 24,7 239,4 346,9 383,9 261,5 346,9 383,9

Sicilia 396,3 407,1 7.604,1 4.483,2 4.775,3 7.529,5 4.483,2 4.775,3

Tabella 1.11 – Consumo di energia elettrica secondo categoria di utilizzatori, per provincia (GWh)

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

AgricolturaIndustriaTerziarioDomesticoTotale

Agrigento Caltanissetta Catania Enna Messina Palermo Ragusa Siracusa Trapani

Consumo di energia elettrica secondo categoria di utilizzatori, per provincia (variazioni nel biennio 2004/2005)Fig. 1.23

elettrica in Sicilia sono quelle di Siracusa,Catania, Palermo e Messina. Le province che hanno subito gli incre-menti percentuali più consistenti dei con-sumi totali di energia elettrica, nel bien-nio 2004/2005, sono quelle di Agrigento,Catania, Messina e Trapani. Mentre i valo-ri assoluti aggiornati al 2007, figura 1.23,evidenziano che i centri di maggior con-sumo sono in localizzati nelle provincieprincipali, ovvero Palermo, Catania eMessina, a cui si aggiunge Siracusa per laconsistente attività industriale che haluogo nella provincia.

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Come detto, il settore industriale ha subi-to delle contrazioni rilevanti nei consumi,in particolare nelle province di Caltanis-setta, Enna, Palermo e Siracusa. I maggio-ri incrementi nei consumi si sono verifica-ti per il settore terziario, in particolare perle province di Agrigento, Trapani e Sira-cusa (rispettivamente +10,6%, +9,70% e+8,60%). Per gli usi domestici, gli incre-menti maggiori sono stati osservati per laprovince di Ragusa (+4,2%), Caltanissetta(+3,7%), Siracusa (+3%) e Agrigento(+2,8%). In sintesi, Le province che incido-no di più sui consumi totali di energia


Capitolo Due

Normativa sull’efficienza energeticadegli edifici

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Il secondo riferimento legislativo fonda-mentale è la legge 10/91, con conseguen-te abrogazione della legge 373/76.Questa legge, insieme al D.P.R. 412/93 (esuccessive integrazioni e modifiche), èdiventata il nuovo strumento legislativoprincipale per regolare l’efficienza energe-tica degli edifici, fino al luglio 2005. Lalegge 10/91, ha per oggetto: “Norme perl’attuazione del Piano energetico naziona-le in materia di uso razionale dell’energia,di risparmio energetico e di sviluppo dellefonti rinnovabili di energia”. Questa legge però è stata penalizzatadalla lunga e lenta attuazione del comma1 dell’articolo 4 e del comma 1 dell’arti-colo 30, che risultavano essere importan-ti per il settore residenziale. Infatti l’attuazione del comma 1 dell’art. 4doveva definire i criteri generali tecnico-costruttivi che avrebbero permesso ai pro-fessionisti del settore di progettare e rea-lizzare nuovi edifici, o ristrutturare quelligià esistenti, con un’alta efficienza energe-tica, in modo tale da assolvere gli obiet-tivi che la legge 10/91 si prefiggeva.Inoltre tale comma si proponeva di indi-viduare le diverse tipologie per l’ediliziaconvenzionata, sovvenzionata, pubblica eprivata per poi sviluppare i diversi requi-siti tecnico-costruttivi, da applicare adogni singola categoria edilizia individua-ta. L’attuazione in forte ritardo di questocomma non ha permesso ai professionisti

[2.1] Quadro Normativo diRiferimento

[2.1.1] Evoluzione della normativa in ItaliaCon la legge n. 373 del 30 aprile del 1976,l’Italia muove il suo primo passo verso ilcontenimento dei consumi energeticinegli edifici, sulla spinta delle varie crisienergetiche verificatesi a metà dei settan-ta. Questa legge è stato il primo stru-mento legislativo nazionale che ha intro-dotto il concetto di isolamento termicominimo necessario per ogni edificio. Lalegge 373/76 è diventata operativa colD.P.R. 1052/77, che ha definito i critericon cui applicare la legge, le modalità ei termini per la presentazione della rela-zione tecnica.In concomitanza al D.P.R. 1052/77 è statoemanato il D.M. 10/3/77, che ha stabilitole zone climatiche ed i valori minimi e mas-simi del coefficiente volumico di dispersio-ne termica negli edifici, denominato Cd.Infine con il D.M. 30/7/1986 sono statiaggiornati i valori limite del coefficientevolumico di dispersione termica Cd. La legge n. 373 è stata strutturata in treparti, aventi per oggetto: gli impianti diproduzione del calore e i sistemi di termo-regolazione, l’isolamento dell’involucro ele sanzioni previste in caso di non rispet-to della legge.

delle caratteristiche climatiche della zona,delle caratteristiche termo-fisiche dell’in-volucro e del regime di funzionamentodegli impianti. Una volta analizzati tuttiquesti fattori è possibile arrivare ad unastima del fabbisogno di energia primariadel sistema edificio-impianto, che diven-ta un dato di verifica con i requisiti mini-mi richiesti dalla legge. Tutto questo èinnovativo, in quanto la legge 373/76 nonprevedeva un approccio simile nella veri-fica del fabbisogno di energia primaria,per un impianto di riscaldamento. Successivamente al D.P.R. 421/93 sonostati emanati una serie di decreti chehanno continuato il processo attuativodella legge 10/91. Tra questi decreti sonoriportati i più significativi, qui di seguito.Il D.M. 13/12/1993 è stato il decreto attua-tivo del comma 3 dell’art. 28 della legge10/91. Questo decreto ha permesso l’ap-provazione dei modelli tipo per la compi-lazione della relazione tecnica, attestantela rispondenza alle prescrizioni in materiadi contenimento del consumo energetico,degli edifici. Tale decreto è stato impor-tante perché ha introdotto un modello direlazione tecnica chiara, semplice e ido-nea per valutare il contenimento dei con-sumi energetici nel campo edilizio, nelrispetto degli obiettivi di legge. Il D.P.R. 06/08/1994 è stato il decreto cheha concluso, in parte, i commi attuatividella legge 10/91, infatti ha permesso dimodificare ed integrare la tabella relativaalle zone climatiche di appartenenza deicomuni italiani allegata al D.P.R. 412/93.Tale decreto, inoltre, ha permesso il rece-pimento di norme UNI che regolavano,prima dell’entrata in vigore della legge192/05, il contenimento dei consumi dienergia degli impianti termici degli edifi-ci, e rettificavano il valore limite del fab-bisogno energetico normalizzato.

del settore di valutare pienamente tuttauna serie di fattori e requisiti energetico-ambientali utili per una progettazione chedia soluzioni energeticamente ottimali. Ilrisultato odierno è che la salute del parcoedilizio italiano soffre di eccessivi ed inu-tili sprechi e di una bolletta energetica trale più alte in tutta l’Europa. Infine, l’attuazione del comma 1 dell’art.30 prevedeva l’emanazione di norme cheavrebbero messo in moto un sistemaburocratico per la certificazione energeti-ca degli edifici. Infatti con la legge 10/91si è introdotto per la prima volta in Italiail discorso della certificazione energeticadegli edifici, adottando le linee guidadella direttiva comunitaria 93/76/CEEvolta a limitare le emissioni di anidridecarbonica, migliorando l’efficienza ener-getica degli edifici. Anche in questo casoil discorso si è concluso in un nulla di fatto,dato che i professionisti del settore nonhanno potuto fruire di strumenti normati-vi idonei per poter attivare la certificazio-ne energetica sugli edifici (problemaancora attuale).Il D.P.R. 412/93 ha permesso l’attuazionedel comma 4 dell’articolo 4 della legge10/91, infatti tale decreto ha per oggetto:“Regolamento recante norme per la pro-gettazione, l’installazione, l’esercizio e lamanutenzione degli impianti termici degliedifici ai fini del contenimento dei consu-mi d’energia, in attuazione all’articolo 4comma 4 della legge 10/91”. Questo decreto è importante perché defi-nisce il fabbisogno di energia primaria,cioè la quantità di energia da destinareall’impianto di riscaldamento, che permet-ta di mantenere una temperature costan-te di 20 °C negli ambienti riscaldati, infunzione dei gradi giorno per le diversezone climatiche. Tale fabbisogno energe-tico è un dato da calcolare in funzione


ti normativi quali il D.Lgs. 192/05 e ilD.Lgs. 311/06. Questi due decreti rappre-sentano il recepimento della Direttiva2002/91/CE e dovrebbero colmare defini-tivamente le lacune attuative della 10/91,instaurando una politica energetica effica-ce per risolvere gradualmente le proble-matiche energetiche nazionali attuali efuture.

[2.1.2] La Direttiva Europea 2002/91/CEIl Parlamento europeo emana, il 16 dicem-bre 2002, la Direttiva 2002/91/CE relativaal miglioramento dell’efficienza energeti-ca nel settore edilizio. La sua pubblicazio-ne si è avuta sulla G.U.C.E.L. il 4 gennaio2003. Per quanto riguarda la Direttiva2002/91/CE, il preambolo introduttivo faleva sul rafforzamento, con un adeguatostrumento normativo, di una precedenteDirettiva cioè la 93/76/EEC. Tale Direttivaera nata chiedendo agli stati membri disviluppare ed implementare dei program-mi atti a promuovere l’efficienza energe-tica nel settore edilizio. La Direttiva 2002/91/CE nasce con l’inten-to di rendere il più veloce possibile leazioni di risparmio energetico negli edifi-ci, siti nella Comunità Europea. Per rende-re più veloce il risparmio energetico, laDirettiva si propone di mettere in eviden-za con chiarezza e semplicità i requisitiper determinare i consumi energetici. Si propone l’introduzione di criteri e meto-dologie, condivisibili al livello comunitario,che permettano di determinare le presta-zioni energetiche degli edifici. Inoltre sipropone di implementare i processi ispet-tivi con cadenza temporale sul sistemaedificio-impianto, da parte di tecnici qua-lificati, i quali a loro volta possano contri-buire agli aggiornamenti delle analisi

Dopo questa serie di decreti, nella legge10/91 rimangono delle lacune attuative.Infatti, in riferimento al giugno 2005, man-cava ancora la completa attuazione delcomma 1 dell’art. 4, in riferimento al set-tore edilizio privato e del successivocomma , in riferimento agli edifici pubbli-ci. Inoltre mancava ancora l’attuazionedell’articolo 30, in riferimento alle moda-lità per la certificazione energetica degliedifici.Con la riforma Bassanini e con il D.Lgs.112/98 vengono affidate le competenzeamministrative, per la certificazione ener-getica degli edifici, alle regioni. Il 16dicembre 2002 è stata emanata laDirettiva 2002/91/CE del ParlamentoEuropeo e del Consiglio sul rendimentoenergetico degli edifici. Tale Direttiva sipropone di promuovere il miglioramentodel rendimento energetico degli edificiche si trovano nella Comunità Europea,invitando gli stati membri a recepire taledirettiva entro il 4 gennaio 2006. Con lapubblicazione di questa Direttiva, le regio-ni avevano bisogno di linee guida detta-te dal governo, in modo tale da avere unriferimento standard nazionale su cuimuoversi nell’implementazione della cer-tificazione energetica.Infine il Ministero delle Infrastrutture e deiTrasporti, mediante il D.M. 27/07/2005pubblicato sulla G.U. n. 178 del02/08/2005, presenta una norma che con-tiene il regolamento d’attuazione dellalegge 10/91, in riferimento ai commi 1 e2 dell’articolo 4. Questo decreto ha datola possibilità di definire i criteri generalitecnico-costruttivi e le tipologie edilizie ingrado di incentivare l’uso razionale del-l’energia, e favorire quindi il contenimen-to dei consumi.Attualmente l’Italia, dopo la breve vita delD.M. 27/07/2005, dispone di due strumen-

39 Normativa sull’efficienza energetica degli edifici

te e gli obiettivi da raggiungere e lasciainoltre agli Stati membri il compito diimplementare i suoi principi generali e gliobiettivi con opportune disposizioni legi-slative, prevedendo che gli stessi si impe-gnino a sorvegliare e seguire il processodi applicazione della norma, favorendolocon forme di incentivazioni.

Commento agli Articoli della Direttiva 2002/91/CE La Direttiva si compone di 17 articoli. Diseguito, però, sono commentati quellirelativi ai contenuti principali e che quin-di caratterizzano la filosofia con cui taleDirettiva è nata.

Articolo 1 e 2: La Direttiva si proponel’obiettivo di promuovere il miglioramen-to delle prestazioni energetiche degli edi-fici, migliorando di conseguenza il lororendimento energetico. Si deve raggiun-gere questo obiettivo tenendo contodelle condizioni climatiche esterne localie delle condizioni di benessere all’internodegli edifici, nonché dell’efficacia sotto ilprofilo dei costi. Importante è la letturadell’articolo 2, in quanto vengono defini-te tutte le terminologie tecniche in riferi-mento al sistema edificio-impianto.

Articoli 3 e 4: La Direttiva richiede aglistati membri l’adozione di una metodolo-gia di calcolo per il rendimento energeti-co degli edifici, sulla base di un quadronormativo generale in essa contenuto.Infatti ogni singolo stato membro, rece-pendo la presente Direttiva, deve svilup-pare ed implementare una metodologiaper calcolare il rendimento energeticodegli edifici, in base alle peculiarità clima-tiche nazionali. L’adozione di tale metodo-logia, deve permettere ad ogni singolostato membro di sviluppare dei requisiti

energetiche di ogni singolo stato comu-nitario. Infine si propone di richiedere emigliorare gli standard progettuali di edi-fici di nuova costruzione e degli edifici daristrutturare. La Direttiva esprime la volontà di unapproccio teso al miglioramento delle pre-stazioni energetiche degli edifici. In que-sto modo si può contribuire insieme alraggiungimento degli obiettivi di rispar-mio energetico e di riduzione delle emis-sioni del biossido di carbonio e di altriinquinanti in atmosfera. Inoltre, una miglio-re prestazione energetica di un edificiodetermina un valore aggiunto anche ditipo economico. Questo potrebbe essereun motivo in più per progettare e realizza-re edifici con alte performance energeti-che. In questo conteso, la certificazioneenergetica di un edificio diventa uno stru-mento atto a garantire trasparenza e con-sapevolezza per i proprietari e gli utilizza-tori, nel campo delle prestazioni energeti-che degli edifici realizzati o ristrutturati. La Direttiva inoltre raccomanda che gliedifici pubblici, regolarmente visitati daun elevato numero di persone, sianod’esempio per le misure atte a migliorarele performance energetiche e ambientalie che siano sottoposti alle procedure dicertificazione a intervalli regolari. La Direttiva pone l’attenzione anche sulcrescente impatto dei sistemi di condizio-namento dell’aria. Si deve stabilire unapriorità per le strategie progettuali voltea migliorare le performance energetichedell’edificio nel periodo estivo. A questoscopo ci deve essere un ulteriore svilup-po delle tecniche di raffrescamento pas-sivo, soprattutto quelle che migliorano lecondizioni climatiche e micro-climatichein sito. La Direttiva definisce i principi generaliper un sistema energeticamente efficien-


valutare il rendimento energetico di unedificio, con i valori vigenti a norma dilegge e con i valori di riferimento. Inoltretale attestato deve essere accompagnatoda raccomandazioni che possono miglio-rare il rendimento energetico di un edifi-cio, in termini di costi e benefici.

Articoli 8, 9 e 10: La Direttiva promuovela riduzione dei consumi energetici e delleemissioni di anidride carbonica, regola-mentando le ispezioni periodiche dellecaldaie e dei sistemi di condizionamentodell’aria (con potenza nominale > 12 kW)da parte di personale qualificato.

[2.1.3] Quadro normativo attuale: D.Lgs. 192/05 e D.Lgs. 311/06Il Decreto legislativo n. 192/05 ha comeoggetto: “Attuazione della direttiva2002/91/CE relativa al rendimento energe-tico nell’edilizia”, pubblicato sulla G.U. del23 settembre 2005 n. 222. Tale decretomodifica le modalità di calcolo delledispersioni di energia in un edificio esoprattutto introduce la “CertificazioneEnergetica”. In questo nuovo contestonormativo vi è l’obbligo, entro un annodall’entrata in vigore di tale decreto, delrilascio di un “attestato di certificazioneenergetica” da parte del costruttore. Inquesto attestato di certificazione energe-tica sono portati i livelli di consumo dienergia dei fabbricati. Il Decreto legislativo n. 311/06, pubblica-to sulla G.U. n. 26 del 1 febbraio 2007, hacome oggetto: “Disposizioni correttive edintegrative della direttiva 2002/91/CE rela-tiva al rendimento energetico in edilizia”.Quindi allo stato attuale, la normativaenergetica nazionale è regolamentata dalD.Lgs. 192/05 modificato e integrato dalD.Lgs. 311/06. Resta vigente l’impianto

minimi di rendimento energetico da poterapplicare alle diverse tipologie edilizie, esi-stenti o da realizzare sul proprio territorio.

Articoli 5 e 6: Gli stati membri devonoprovvedere all’applicazione degli articoli 3e 4, in modo tale che gli edifici di nuovacostruzione rispettino i requisiti minimi diprestazione energetica. Inoltre per gli edi-fici di nuova costruzione con superficieutile superiore ai 1000 m2, devono esserefatte valutazioni tecnico-economico-ambientali per l’eventuale installazione diimpianti alternativi che utilizzino fonti rin-novabili, o che sfruttino i principi tecnolo-gici della cogenerazione, teleriscaldamen-to e pompe di calore. Si tiene presenteche questo tipo di valutazione deve esse-re inserita nella fase progettuale.Infine, gli edifici esistenti con superficietotale superiore ai 1000 m2 che subisco-no operazioni di ristrutturazione impor-tanti devono migliorare il loro rendimen-to energetico in riferimento ai requisitiminimi di prestazione energetica (art. 4),per quanto sia possibile tecnicamente,funzionalmente ed economicamente.

Articolo 7: La Direttiva indica disposizionisulla compilazione di un attestato di certi-ficazione energetica al momento dellacostruzione, della compravendita o dellalocazione di un edificio di nuova costruzio-ne o esistente. Nel caso di edifici di nuovacostruzione, è il costruttore a mettere adisposizione del futuro acquirente l’atte-stato di certificazione energetica. Nel casodi compravendita o locazione, è il proprie-tario che mette a dispostone del futuroacquirente o locatario l’attestato di certifi-cazione energetica. L’attestato ha validitàmassima di dieci anni. L’attestato di certi-ficazione energetica, è un documento chepermette al consumatore di confrontare e


Inoltre l’art. 1 disciplina (comma 2):

a. la metodologia per il calcolo delle

prestazioni energetiche integrate

degli edifici;

b. l'applicazione di requisiti minimi in

materia di prestazioni energetiche

degli edifici;

c. i criteri generali per la certificazione

energetica degli edifici;

d. le ispezioni periodiche degli impianti

di climatizzazione;

e. i criteri per garantire la qualificazione

e l’indipendenza degli esperti incari-

cati della certificazione energetica e

delle ispezioni degli impianti;

f. la raccolta delle informazioni e delle

esperienze, delle elaborazioni e degli

studi necessari all’orientamento della

politica energetica del settore;

g. la promozione dell’uso razionale del-

l’energia anche attraverso l’informa-

zione e la sensibilizzazione degli uten-

ti finali, la formazione e l’aggiorna-

mento degli operatori del settore.

Nell’articolo 3 viene definito l’ambito d’in-tervento. Ai fini del contenimento dei con-sumi di energia il Decreto si applica:a. alla progettazione e realizzazione di

edifici di nuova costruzione, nonché adedifici esistenti con superficie utilesuperiore ai 1.000 m2, che subiscanointerventi di ristrutturazione integrale,su elementi edilizi costituenti l’involu-cro, o subiscano interventi di manuten-zione straordinaria quali demolizione oricostruzione dello stesso; all’amplia-mento di un edificio, se interessa unvolume superiore al 20% dell’intero edi-ficio esistente;

b. alla progettazione e realizzazione diimpianti installati in edifici di nuovacostruzione o ad impianti nuovi instal-

normativo della legge 10/91 e dei suidecreti attuativi D.P.R. n. 412/93, D.M.06/08/94 e D.M. 27/06/05, ad eccezionedegli articoli abrogati dall’articolo 16 inte-grato con il D.Lgs. 311/06.Con l’attuazione della Direttiva2002/91/CE tramite il Decreto 192/05 inte-grato dal D.Lgs 311/06 (ne seguito richia-mati con il solo termine “Decreto”), ilgoverno italiano fa un nuovo passo versol’uso razionale dell’energia nell’edilizia,per limitare sprechi inutili e dannosi perl’ambiente, per la salute delle generazio-ni future e per le tasche degli italiani.Senza troppo addentrarsi nel formalismolessicale normativo del Decreto, tramitequesto paragrafo si vuole focalizzare l’at-tenzione sugli articoli più significativi, inmodo tale da comprendere meglio que-sto nuovo strumento normativo e poterloutilizzare nel modo più idoneo. Succes-sivamente si tratteranno in modo appro-fondito i punti salienti della certificazioneenergetica e le specifiche tecniche richie-ste nei metodi di verifica dei requisiti mini-mi, in riferimento alla prestazione energe-tica del sistema edificio-impianto.

Commento ai principali Articoli e Commi Nell’articolo 1 vengono descritte le finali-tà che sono:

... i criteri, le condizioni e le modalità

per migliorare le prestazioni energeti-

che degli edifici al fine di favorire lo svi-

luppo, la valorizzazione e l’integrazione

delle fonti rinnovabili e la diversificazio-

ne energetica, contribuire a conseguire

gli obiettivi nazionali di limitazione delle

emissioni di gas a effetto serra posti dal

protocollo di Kyoto, promuovere la com-

petitività dei comparti più avanzati attra-

verso lo sviluppo tecnologico.


Nell’articolo 4 sono definiti i criteri, lemetodologie di calcolo delle dispersionienergetiche e la definizione di requisitiminimi per valutare la prestazione energe-tica degli edifici. Entro il 5 febbraio 2006(centoventi giorni dall’entrata in vigore delpresente Decreto) con uno o più decretidel Presidente della Repubblica, si dove-vano rendere applicabili i seguenti criteri,metodologie e requisiti:

a. i criteri generali, le metodologie di cal-

colo e i requisiti minimi finalizzati al

contenimento dei consumi di energia

e al raggiungimento degli obiettivi di

cui all’articolo 1, tenendo conto di

quanto riportato nell’allegato B e

della destinazione d’uso degli edifici.

Questi decreti disciplinano la proget-

tazione, l’installazione, l’esercizio, la

manutenzione e l’ispezione degli

impianti termici per la climatizzazione

invernale ed estiva degli edifici, per la

preparazione dell’acqua calda per usi

igienici sanitari e, limitatamente al set-

tore terziario, per l’illuminazione arti-

ficiale degli edifici;

b. i criteri generali di prestazione ener-

getica per l’edilizia sovvenzionata e

convenzionata, nonché per l’edilizia

pubblica e privata, anche riguardo

alla ristrutturazione degli edifici esi-

stenti e sono indicate le metodologie

di calcolo e i requisiti minimi finalizza-

ti al raggiungimento degli obiettivi di

cui all’articolo 1, tenendo conto di

quanto riportato nell’allegato B e

della destinazione d’uso degli edifici;

c. i requisiti professionali e i criteri di

accreditamento per assicurare la qua-

lificazione e l’indipendenza degli

esperti o degli organismi a cui affida-

re la certificazione energetica degli

edifici e l’ispezione degli impianti di

lati in edifici esistenti. Inoltre l’applica-zione si estende all’esercizio, controllo,manutenzione e ispezione degli im-pianti termici installati su tutti gli edifi-ci, anche già esistenti, con le modalitàdescritte dagli articoli 7, 9 e 12;

c. alla certificazione energetica degli edi-fici, secondo quanto previsto dall’arti-colo 6 del medesimo Decreto.

È importante notare che nel caso di edi-fici esistenti sono definite tre modalità diapplicazione: integrale (ristrutturazioneintegrale e demolizione e ricostruzione inmanutenzione straordinaria degli elemen-ti dell’involucro di edifici maggiori di 1000metri quadrati), integrale limitata (al soloampliamento di edifici se il volume inte-ressato è inferiore al 20% del volume tota-le) e parziale (ovvero applicata nel rispet-to di specifici livelli prestazionali e pre-scrittivi per ristrutturazioni dell’involucroedilizio, installazione di nuovi impianti oloro ristrutturazione, sostituzione dei sin-goli generatori di calore).Il decreto, secondo il comma 3, non èapplicato a:d. immobili ricadenti nell’ambito della

disciplina dei beni culturali o ad immo-bili di notevole interesse pubblico, nelcaso in cui si altererebbero i caratteristorici e artistici di questi beni;

e. fabbricati industriali, artigianali ed agri-coli non residenziali, dove gli spaziinterni vengono riscaldati dal calore odai reflui energetici (altrimenti non uti-lizzabili) derivanti da esigenze tecnichedel processo produttivo;

f. fabbricati isolati con superficie utiletotale inferiore ai 50 m2;

g. impianti installati in un edificio, il cuiuso principale è legato al processoproduttivo e l’uso meno preponderan-te è legato agli utilizzi tipici del setto-re civile.


• l’attestato di certificazione energeti-ca di un edificio, un documento checontiene i dati relativi all’efficienzaenergetica propri dell’edificio, i valo-ri vigenti a norma di legge e i valoridi riferimento, che consentono ai cit-tadini di confrontare e valutare la pre-stazione energetica dello stesso,quindi valutare i consumi energeticiannuali; inoltre l’attestato deve esse-re corredato da suggerimenti che,tramite interventi significativi ed eco-nomicamente convenienti, possonorealmente migliorare la prestazioneenergetica dell’edificio, quindi per-mettere consumi ed immissioni piùcontenute (comma 6, art. 6); l’attesta-to ha una validità decennale, e deveessere aggiornato ogni qualvoltavengano eseguiti interventi di ristrut-turazione che modifichino la presta-zione energetica dell’edificio o del-l’impianto (comma 5, art. 6);

• per gli edifici di nuova costruzione eper gli edifici esistenti, in riferimen-to a quelli descritti precedentemen-te nel punto a) dell’articolo 3 (art. 3,comma 2.a), risulta essere a caricodel costruttore la compilazione del-l’attestato di certificazione energeti-ca dell’edificio, redatto secondo ledisposizioni dell’articolo 4, comma 1già citato. (comma 1 e 1 bis, art. 6);

• per tutti gli edifici esistenti, in cui viè il trasferimento a titolo oneroso ola locazione dell’intero immobile odella singola unità abitativa, spetta alproprietario l’onere dell’attestato dicertificazione energetica da allegareall’atto di compravendita o nell’attoche attesta la locazione, con la gra-dualità temporale prevista dai commi3 e 4 del Decreto;

• la certificazione di un appartamento

climatizzazione. I requisiti minimi sono

rivisti ogni cinque anni e aggiornati in

funzione dei progressi della tecnica;

In attesa che vengano emanati i Decretiattuativi e le linee guida ministeriali, perla progettazione degli edifici e degliimpianti si dovrà fare riferimento agli arti-coli presenti nel Titolo II (Norme Tran-sitorie) del Decreto. I riferimenti normati-vi a cui ci si dovrà attenere nel regimetransitorio sono riportati qui di seguito.� per calcolare la prestazione energetica

degli edifici nella climatizzazione inverna-le, in particolare il fabbisogno annuo dienergia primaria, si deve fare riferimen-to alla legge 10/91 con i suoi decretiattuativi modificati (art.16, della 311/06),e alle disposizioni presenti nell’Allega-to I del Decreto (articolo 11, comma 1);

� il contenimento dei consumi energetici,nell’esercizio e nella manutenzione degliimpianti per il riscaldamento invernalegià esistenti, nonché la regolamentazio-ne delle ispezioni periodiche sugli stes-si per la verifica dei requisiti minimi, sonoregolamentati dal D.P.R. 412/93 con suc-cessive modifiche ed integrazioni, dall’ar-ticolo 7, articolo 9 e dall’Allegato L delDecreto (articolo 12, comma 1);

� la regolamentazione della certificazioneenergetica valida per il regime transito-rio, qui richiamata con rapidi cenniriguardanti l’articolo 6, verrà trattata inmodo approfondito nel paragrafo suc-cessivo. Nell’articolo 6 si reintroduce esi evidenzia l’importanza della “certifi-cazione energetica degli edifici”, tema-tica comunque già introdotta dallalegge 10/91 e ribadita con l’entrata invigore della Direttiva 2002/91/CE. Ipunti salienti che caratterizzano la cer-tificazione energetica, con l’entrata invigore del Decreto sono:


Fino alla data di entrata in vigore delle

Linee guida nazionali per la certificazio-

ne energetica degli edifici, di cui all’arti-

colo 6, comma 9, l’attestato di certifica-

zione energetica degli edifici è sostituito

a tutti gli effetti dall’attestato di qualifica-

zione energetica rilasciato ai sensi dell’ar-

ticolo 8, comma 2 o da una equivalente

procedura di certificazione energetica

stabilita dal Comune con proprio regola-

mento antecedente alla data dell’8 otto-

bre 2005 (comma 1 bis). Trascorsi dodici

mesi dall’emanazione delle Linee guida

nazionali di cui all’articolo 6 comma 9,

l’attestato di qualificazione energetica e

la equivalente procedura di certificazio-

ne energetica stabilita dal Comune per-

dono la loro efficacia ai fini di cui al

comma precedente (comma 1 ter).

Nell’articolo 7 vengono date disposizionisull’esercizio e la manutenzione degliimpianti per la climatizzazione invernaleed estiva; il Decreto presenta la novitàdell’estensione della propria regolamen-tazione agli impianti per la climatizzazio-ne estiva.� Il proprietario (il conduttore, l’ammini-

stratore di condominio, o per chi ne fale veci) detiene la responsabilità per ilmantenimento in esercizio degliimpianti e provvede affinché siano ese-guite le operazioni di controllo e dimanutenzione secondo quanto previstodal Decreto.

� L’operatore qualificato ed incaricato peril controllo la manutenzione degliimpianti, esegue dette attività a regolad’arte e nel rispetto della normativavigente, ed al termine delle medesimeoperazioni, ha l’obbligo di redigere esottoscrivere un rapporto di controllotecnico conforme ai modelli previstidagli Allegati F e G del Decreto.

sito in un condominio può essererealizzata valutando i requisiti presta-zionali dell’appartamento stesso,oppure valutando due condizionidiverse. Se l’edificio condominialedispone di un impianto termico cen-tralizzato, allora la certificazione ener-getica dell’appartamento può esse-re realizzata valutando la certificazio-ne dell’intero edificio condominiale,oppure se ogni appartamento dispo-ne di un impianto termico autonomo,la certificazione dell’appartamentopuò essere realizzata valutando lacertificazione di un appartamentodello stesso condominio e della stes-sa tipologia;

• dal 1 gennaio 2007, l’attestato di cer-tificazione energetica di un edificio odella singola unità immobiliare con-forme a quanto prescritto nel comma6 dell’articolo 6, diventa anche unostrumento necessario per poter acce-dere ad incentivi e ad agevolazionisia come sgravi fiscali sia come con-tributi derivanti da fondi pubblici, perinterventi che permettano il migliora-mento delle prestazioni energetichedel sistema edificio-impianto.

Quanto descritto fino ad ora avrà vera-mente valenza giuridica quando ilMinistero delle attività produttive, di con-certo con altri Ministeri, avvalendosi dimetodologie di calcolo definiti dai decre-ti attuativi (non ancora redatti) delDecreto, metterà a disposizione dei pro-gettisti e dei professionisti qualificati(comma 1, art. 4), le Linee Guida Na-zionali per la certificazione energeticadegli edifici. Per colmare queste lacune attuative, si fariferimento al regime transitorio delDecreto, prendendo in esame i commi 1bis, 1 ter dell’articolo 11:


punti salienti del sistema di certificazioneenergetica. Nel primo sottoparagrafosono individuate le figure professionalicoinvolte in tale sistema, nonché i lorodoveri e oneri. Nel secondo sottopara-grafo sono definite le procedure per il rila-scio dell’attestato di certificazione energe-tica e nel terzo ed ultimo sottoparagrafosono descritte le sanzioni che gravanosulle diverse figure professionali coinvol-te, nel momento in cui queste risultinoessere inadempienti verso le procedure. Per quanto attiene alle figure professiona-li coinvolte, sono definite le seguenti con-dizioni:A. ai sensi dell’articolo 6, è previsto che

tutti gli edifici di nuova costruzione enel caso di ristrutturazione integraledegli elementi edilizi costituenti l’invo-lucro e di demolizione e ricostruzione,in manutenzione straordinaria, di edifi-ci esistenti di superficie utile superiorea 1000 m2, al termine della costruzionemedesima il costruttore ha il dovere dirilasciare un attestato di certificazioneenergetica secondo le metodologiedescritte nell’articolo 4 (comma 1), delpresente Decreto. Questo è quantoprevedeva il D.Lgs. 192/05 entro il 5febbraio 2006, con l’attuazione delcomma 1, dell’articolo 4 tramite uno opiù decreti del presidente della repub-blica. In realtà questi decreti attuativinon sono ancora stati redatti, quindiattualmente l’impianto normativo cheregola la certificazione energetica èaffidata alle norme transitorie, introdot-te dal D.Lgs. 311/06. In questo conte-sto normativo, dal 2 febbraio 2007 finoa che il Ministero delle Attività Pro-duttive non disporrà di Linee GuidaNazionali per regolare la certificazioneenergetica degli edifici, l’attestato dicertificazione energetica può essere

[2.2] Verso la CertificazioneEnergetica

Ogni edificio di nuova costruzione dovràgradualmente avere una propria ”cartad’identità energetica”, che ne dichiari qualisiano le prestazioni in termini di efficienzaenergetica. Il parametro di riferimento èl’indice di prestazione energetica (EP) conil quale si esprime la quantità annua dienergia effettivamente consumata o che siprevede possa essere necessaria per sod-disfare i vari bisogni connessi ad un usostandard dell'edificio, compresi la climatiz-zazione invernale e estiva,la preparazionedell’acqua calda per usi igienici sanitari, laventilazione e l'illuminazione. L’attestato dicertificazione energetica di un edificio, o diun alloggio, deve garantire che questo èben progettato e che porta ad un rispar-mio di energia. Fatto questo ragionamen-to, appare corretto che l’attestato di certi-ficazione energetica pesi sulla valutazioneeconomica dell’edificio (sia esso in vendi-ta o in affitto), a garanzia dell’oggettivaqualità dello stesso portata a conoscenzadell’acquirente o dell’affittuario. Di riflesso,una casa avente attestato di certificazioneenergetica, dovrebbe avere un valore dimercato più alto. Questo deve spingere icostruttori a migliorare le prestazioni ener-getiche, in modo tale da rendere più appe-tibile e più conveniente la scelta degli edi-fici costruiti all’acquirente.

[2.2.1] Modalità Operative dellaCertificazione Energetica, previste dal 192/05: doveri, oneri e responsabilità delle figureprofessionali coinvolteIl presente paragrafo è suddiviso in treparti, in modo tale da mettere in risalto i


obbligatoria per accedere agli incentivied alle agevolazioni di qualsiasi natura,sia come sgravi fiscali o contributi a cari-co di fondi pubblici o della generalitàdegli utenti, finalizzati al miglioramentodelle prestazioni energetiche dell’unitàimmobiliare, dell’edificio o degli impian-ti. Nella gestione del periodo transitoriol’attestato di certificazione energetica èsostituito dall’attestato di qualificazioneenergetica.In riferimento alla definizione riportatanell’Allegato A, comma 2 del Decreto, per“attestato di qualificazione energetica” siintende:

il documento predisposto ed assevera-

to da un professionista abilitato, non

necessariamente estraneo alla proprietà,

alla progettazione o alla realizzazione

dell’edificio, nel quale sono riportati i

fabbisogni di energia primaria di calco-

lo, la classe di appartenenza dell’edificio,

o dell’unità immobiliare, in relazione al

sistema di certificazione energetica in

vigore, ed i corrispondenti valori massi-

mi ammissibili fissati dalla normativa in

vigore per il caso specifico o, ove non

siano fissati tali limiti, per un identico

edificio di nuova costruzione.

Per quanto riguarda gli edifici di nuovacostruzione e quelli esistenti descritti pre-cedentemente nel punto A., il progettistao il costruttore devono mettere a dispo-sizione del direttore dei lavori, un attesta-to di qualificazione energetica. Infatti ildirettore dei lavori è tenuto ad assevera-re ed a allegare, insieme alla dichiarazio-ne di fine lavori e alla documentazione diconformità dell’opera realizzata, l’attesta-to di qualificazione energetica. Se l’atte-stato non verrà allegato, si terrà ineffica-ce da parte del comune competente la

sostituito con l’attestato di qualificazio-ne energetica che deve essere rilascia-to o dal progettista o dal direttore deilavori;

B. ai sensi dell’articolo 6, diversamente daquanto già previsto dal comma 1, tutticoloro che intendono trasferire a titolooneroso, od affittare, un edificio o unasingola unità immobiliare si assumonoil dovere e l’onere di farsi rilasciare, daun professionista qualificato, l’attesta-to di certificazione energetica. Taleattestato verrà poi allegato all’atto dicompravendita, o consegnato in copiadichiarata dal proprietario al condutto-re dell’immobile, in caso di affitto(comma 3 e 4, art. 6). Le modalità ope-rative e temporali previste nei commi 3e 4, sono introdotte dal D.Lgs. 311/06e vengono descritte qui di seguito:� a decorrere dal 1 luglio 2007, il ven-

ditore (o affittuario) si assume l’one-re dell’attestato per il trasferimentoa titolo oneroso (o affitto) di edificiaventi superficie utile superiore a1.000 m2;

� a decorrere dal 1 luglio 2008, il ven-ditore (o affittuario) si assume l’one-re dell’attestato per il trasferimentoa titolo oneroso (o affitto) di edificiaventi superficie utile fino a 1.000 m2;in questo caso si fa riferimento al tra-sferimento a titolo oneroso (o affitto)dell’intero immobile, e non della sin-gola unità immobiliare;

� a decorre dal 1 luglio 2009, il vendi-tore (o affittuario) si assume l’oneredell’attestato per il trasferimento atitolo oneroso (o affitto) delle singo-le unità immobiliari.

In riferimento al comma 1 ter dell’artico-lo 6, a decorre dal 1 gennaio 2007 l’atte-stato di certificazione energetica dell’edi-ficio o della singola unità immobiliare è


Nazionali che renderanno operativa la cer-tificazione energetica, l’attestato di quali-ficazione energetica è un documento vali-do per il sistema attuale di certificazione,in regime transitorio. Quindi è un docu-mento:� messo a disposizione sempre dal diret-

tore dei lavori, al termine della realizza-zione di un edificio di nuova costruzio-ne o di lavori che modificano le presta-zioni energetiche di un edificio o di unimpianto;

� necessario per la stipula di atti di com-pravendita o locazione e per la richie-sta di incentivi tramite la consegna alcomune della dichiarazione energetica;

� che dovrà essere fatto valutare da uncertificatore terzo, quando entrerannoin vigore le Linee Guida Nazionali perla certificazione energetica.

In condizioni in cui il fatto costituiscareato, il professionista qualificato che rila-scia un attestato di qualificazione energe-tica (o di certificazione energetica in futu-ro) non veritiero, è punito con una sanzio-ne amministrativa pari al 70% della parcel-la, calcolata secondo le vigenti tariffe pro-fessionali. Inoltre l’autorità che applica talesanzione è tenuta a comunicare all’ordineo al collegio professionale competente lasanzione imputata al professionista incap-pato nel reato, per i provvedimenti disci-plinari conseguenti.Il direttore dei lavori che omette di alle-gare, alla dichiarazione di fine lavori daconsegnare al comune competente, l’as-severazione di conformità delle opere el’attestato di qualificazione energetica(art.8, comma 2) è punito con una sanzio-ne amministrativa pari al 50% della parcel-la calcolata secondo le vigenti tariffe pro-fessionali. Inoltre l’autorità che applica talesanzione è tenuta a comunicare all’ordineo al collegio professionale competente, la

dichiarazione di fine lavori (articolo 8,comma 2). Al di fuori di quanto è previsto nel comma2 dell’articolo 8 del Decreto e per gli edi-fici esistenti descritti precedentemente nelpunto B., l’attestato di qualificazione ener-getica diventa un documento facoltativo.Tale documento viene predisposto dalproprietario di un edificio o di una singo-la unità immobiliare già esistente, avvalen-dosi della consulenza di un professionistaabilitato. In questo caso, nell’attestato diqualificazione energetica devono essereindicati tutti i possibili interventi che pos-sono migliorare la prestazione energeticadell’edificio, e deve essere indicata la clas-se energetica d’appartenenza dello stes-so, in relazione al sistema di certificazio-ne in vigore. Inoltre devono essere indi-cati, sempre nell’attestato, i passaggi diclasse energetica se sull’edificio (o unitàimmobiliare) si sono avuti interventi chehanno migliorato le prestazioni energeti-che dello stesso. Infine si ricorda che l’attestato di qualifi-cazione energetica, per gli edifici descrit-ti sia nel punto A. che B., è un documen-to che il certificatore terzo valuterà per poirilasciare (se lo riterrà conforme alle dispo-sizioni future in materia) l’attestato di cer-tificazione energetica, quando sarannoormai in vigore le Linee Guida Nazionaliche renderanno operativa la certificazioneenergetica. Si ricorda inoltre che trascor-si 12 mesi dall’emanazione delle Lineeguida Nazionali, l’attestato di qualificazio-ne energetica perderà di efficacia, quindispetterà ai soggetti interessati far valuta-re l’attestato di qualificazione energeticada certificatori terzi, in modo tale che l’at-testato di qualificazione possa essere con-vertito poi in quello di certificazione ener-getica (comma 1 ter e 1 bis, articolo 11)Fino all’entrata in vigore delle Linee Guida


decreti attuativi dei commi 1 e 2 dell’arti-colo 4 del Decreto.Per quanto riguarda l’efficienza energeti-ca dell’involucro, nella progettazione diedifici di nuova costruzione e di ristruttu-razione di edifici esistenti (comma 2.a.b),si effettua la verifica qui di seguito ripor-tata, in riferimento all’Allegato I, comma1.c del Decreto.Le trasmittanze termiche U delle diversestrutture opache e delle chiusure traspa-renti costituenti l’involucro edilizio nondevono superare il 30% dei valori limiteriportati nelle pertinenti tabelle relative aipunti 2, 3 e 4 dell’Allegato C, del Decreto.Il Valore di verifica delle trasmittanze Unon deve superare il valore limite di oltreil 30%:

I valori di trasmittanza limite Ulim sonoriportati in tabelle suddivise per tipologiadi strutture, che rappresentano l’involu-cro di un edificio. Quindi le strutture di cuideve essere verificata la trasmittanza Usono quelle: opache verticali, orizzontali oinclinate di copertura, inoltre sono le strut-ture orizzontali di pavimento e quelle chiu-sure trasparenti che costituiscono gli infis-si. Le tabelle dell’Allegato C sono riporta-te di seguito.Per tutte le categorie di edifici classificatiin base alla destinazione d’uso, in riferi-mento all’articolo 3 del D.P.R. 412/93 adeccezione delle categorie E.6 ed E.8, ilprogettista, al fine di limitare i fabbisognienergetici per la climatizzazione estiva edi contenere la temperatura interna degliambienti, nel caso di edifici di nuovacostruzione e nel caso di ristrutturazioni diedifici esistenti di cui all’articolo 3, comma2.a.b (anche per il comma 2.c, numero 1,quest’ultimo limitatamente alle ristruttura-zioni totali):

Valore di Verifica U < 1,3 Ulim

sanzione imputata al professionista incap-pato nel reato, per i provvedimenti disci-plinari conseguenti.In condizioni in cui il fatto costituiscareato, il direttore dei lavori che presentaal comune l’asseverazione prevista dall’ar-ticolo 8, comma 2, nella quale viene atte-stata falsamente la correttezza dell’atte-stato di qualificazione energetica, è puni-to con la sanzione di 5.000 euro.Il costruttore che non consegna al proprie-tario, contestualmente all’immobile, l’ori-ginale dell’attestato di qualificazione ener-getica (o dell’attestato di certificazioneenergetica in futuro) è punito con una san-zione amministrativa non inferiore ai 5.000euro e non superiore ai 30.000 euro.Nel caso in cui il proprietario, il quale tra-sferisce a titolo oneroso il proprio immo-bile, omette il trasferimento dell’attestatodi qualificazione energetica all’acquirente,il contratto di compravendita risulta nullo.La nullità può essere fatta valere dall’ac-quirente.Nel caso in cui il proprietario, il quale tra-sferisce a titolo oneroso l’uso dell’immo-bile tramite affitto, omette il trasferimen-to dell’attestato di qualificazione energe-tica al conduttore, il contratto di affittorisulta nullo. La nullità può essere fattavalere dal conduttore.

[2.2.2] Efficienza energetica dell’involucroedilizioPer quanto riguarda i criteri generali, lemetodologie di calcolo e i requisiti mini-mi finalizzati al contenimento dei consu-mi di energia e al raggiungimento degliobiettivi descritti nell’art. 1, si fa riferimen-to alle “Norme Transitorie” che sono con-tenute nel Titolo II del Decreto, all’artico-lo 11. Tali norme transitorie avranno valen-za giuridica fino all’entrata in vigore dei


esclusione della F, per le località nellequali il valore medio mensile dell’irra-dianza sul piano orizzontale, nel mesedi massima insolazione estiva, Im,s, siamaggiore o uguale a 290 W/m2, che ilvalore della massa superficiale Ms dellepareti opache verticali, orizzontali oinclinate sia superiore a 230 kg/m2;

c. utilizza al meglio le condizioni ambien-tali esterne e le caratteristiche distribu-tive degli spazi per favorire la ventila-zione naturale dell’edificio; nel casoche il ricorso a tale ventilazione non siaefficace, può prevedere l’impiego disistemi di ventilazione meccanica nelrispetto del comma 13, articolo 5,decreto del Presidente della Repub-blica 26 agosto 1993, n. 412;

Gli effetti positivi che si ottengono con ilrispetto dei valori di massa superficialedelle pareti opache previsti alla lettera“b”, possono essere raggiunti, in alterna-tiva, con l’utilizzo di tecniche e materiali,anche innovativi, che permettano di con-tenere le oscillazioni della temperaturadegli ambienti in funzione dell’andamen-to dell’irraggiamento solare. In tal caso deve essere prodotta una ade-guata documentazione e certificazionedelle tecnologie e dei materiali che neattesti l’equivalenza con le predettedisposizioni.Per tutte le categorie di edifici classificatiin base alla destinazione d’uso, in riferi-mento all’articolo 3 del D.P.R. 412/93 adeccezione delle categorie E.1, E.6 ed E.8,con superficie superiore ai 1.000 m2, laschermatura con sistemi esterni deveessere installata obbligatoriamente per gliedifici di nuova costruzione e ristruttura-zioni totali e parziali di edifici esistenti.Nel caso di ristrutturazioni totali o parzia-li e manutenzione straordinaria dell’invo-lucro edilizio, all’infuori di quanto già defi-


Dal 1 gennaio 2006 Dal 1 gennaio 2008 Dal 1 gennaio 2010Zona climatica U, in W/(m2.K) U, in W/(m2.K) U, in W/(m2.K)

A 0,85 0,72 0,62

B 0,64 0,54 0,48

C 0.57 0.46 0.40

D 0,50 0,40 0,36

E 0,46 0,37 0,34

F 0,44 0,35 0,33

Tabella 2.1 – Valori limite della trasmittanza termica U delle strutture opacheverticali, in W/(m2K)


A 0,80 0,42 0,38

B 0,60 0,42 0,38

C 0,55 0.42 0.38

D 0,46 0,35 0,32

E 0,43 0,32 0,30

F 0,41 0,31 0,29

Tabella 2.2 – Valori limite della trasmittanza termica U delle strutture opacheorizzontali o inclinate di copertura, in W/(m2K)


A 0,80 0,74 0,65

B 0,60 0,55 0,49

C 0,55 0,49 0.42

D 0,46 0,41 0,36

E 0,43 0,38 0,33

F 0,41 0,36 0,32

Tabella 2.3 – Valori limite della trasmittanza termica U delle strutture opacheorizzontali di pavimento, in W/(m2K)

a. valuta puntualmente e documenta l’ef-ficacia dei sistemi schermanti dellesuperfici vetrate, esterni o interni, talida ridurre l’apporto di calore per irrag-giamento solare;

b. verifica, in tutte le zone climatiche ad

le strutture opache verticali aventi pontitermici non corretti, si deve prenderein esame la trasmittanza termica media(della struttura in esame e del pontetermico) e verificarla sempre con i valo-ri di trasmittanza riportati nella tabella2.1 al punto 2 dell’Allegato C del De-creto. Infine se su una struttura opacaverticale sono presenti delle piccolesuperfici aventi spessore ridotto (sotto-finestre o altre altri componenti), laverifica della trasmittanza termica Uviene comunque fatta in riferimento aivalori di trasmittanza riportati nellatabella 2.1 al punto 2 dell’Allegato Cdel Decreto, considerando la superficietotale;

� per quanto riguarda le strutture opacheorizzontali, per tutte le categorie di edi-fici, classificati secondo la destinazioned’uso nell’articolo 3 del D.P.R. 412/93 adeccezione di edifici adibiti ad attivitàindustriali, artigianali ed assimilabili(E.8), il valore della trasmittanza termi-ca U delle strutture opache orizzontalio inclinate, confinanti con l’esterno ocon spazi interni non riscaldati, deveessere minore o uguale ai valori di tra-smittanza riportati nelle tabelle relativeal punto 3 dell’Allegato C del Decreto,in funzione della zona climatica e del-l’anno di realizzazione dell’interventosull’edificio. Quanto appena espostovale per la verifica di strutture opacheverticali con ponte termico corretto.Inoltre per le strutture opache orizzon-tali (o inclinate) aventi ponti termici noncorretti, si deve prendere in esame latrasmittanza termica media (della strut-tura in esame e del ponte termico) everificarla sempre con i valori di trasmit-tanza riportati nelle tabelle relative alpunto 3 dell’Allegato C del Decreto.Infine per strutture opache orizzontali

nito nel precedente punto a., si applicaquanto segue:� per quanto riguarda le strutture opache

verticali, per tutte le categorie di edifi-ci, classificati secondo la destinazioned’uso nell’articolo 3 del D.P.R. 412/93,il valore della trasmittanza termica Udelle strutture opache verticali, confi-nanti con l’esterno o con spazi interninon riscaldati, deve essere minore ouguale ai valori di trasmittanza riporta-ti nella tabella 2.1 al punto 2dell’Allegato C del Decreto, in riferi-mento alla zona climatica e all’anno direalizzazione degli interventi sull’edifi-cio. Quanto appena esposto vale perla verifica di strutture opache verticalicon ponte termico corretto. Inoltre per



A 5,5 5,0 4,6

B 4,0 3,6 3,0

C 3,3 3,0 2.6

D 3,1 2,8 2,4

E 2,8 2,4 2,2

F 2,4 2,2 2.0

Tabella 2.4 – Valori limite della trasmittanza termica U delle chiusure trasparenti comprensive degli infissi, in W/(m2K)


A 5,0 4,5 3,7

B 4,0 3,4 2,7

C 3,0 2,3 2,1

D 2,6 2,1 1,9

E 2,4 1,9 1,7

F 2,3 1,7 1,3

Tabella 2.5 – Valori limite della trasmittanza centrale termica U dei vetri, in W/(m2K)

realizzate su di un terreno, si deve ana-lizzare la trasmittanza termica del siste-ma struttura-terreno e verificarla sem-pre con i valori di trasmittanza riportatinelle tabelle relative al punto 3 delDecreto;

� per quanto riguarda le chiusure traspa-renti, per tutte le categorie di edifici,classificati secondo la destinazioned’uso nell’articolo 3 del D.P.R. 412/93ad eccezione di edifici adibiti ad attivi-tà industriali, artigianali ed assimilabili(E.8), il valore della trasmittanza termicaU delle chiusure trasparenti (comprensi-ve di infisso) deve essere minore ouguale ai valori di trasmittanza riportatinelle tabelle relative al punto 4 del-l’Allegato C del Decreto, in funzionedella zona climatica e dell’anno di rea-lizzazione dell’intervento sull’edificio;

� in riferimento a tutte le categorie di edi-fici (ad eccezione della categoria E.8)realizzati in zona climatica C, D, E e F, ilvalore di trasmittanza termica U,dellestrutture di edilizie verticali od orizzon-tali, che dividono un edificio da un altroo da una unità immobiliare confinante(salvo il rispetto del decreto delPresidente del Consiglio dei Ministri del5 dicembre 1997 “Determinazione deirequisiti acustici passivi degli edifici”),deve essere minore o uguale 0,8W/(m2K). Tale valore deve essere verifi-cato anche per tutte quelle struttureopache verticali, orizzontali ed inclina-te che confinano con l’ambiente ester-no, e che delimitano ambienti nonriscaldati;

� inoltre per tutte le categorie di edifici(ad eccezione della categoria E.8) deveessere verificato che sulle superficiinterne, costituenti l’involucro, non visia presenza di condense superficiali eper le condense interstiziali, qualora esi-


stenti, queste devono essere presentinella percentuale rievaporabile confor-memente ai valori limite descritti dallanormativa tecnica vigente. Nel caso incui non si disponga di un sistema per ilcontrollo dell’umidità, per i calcoli sarànecessario considerare l’umidità relati-va interna pari al valore del 65%, allatemperature di 20 °C.

[2.2.3] Efficienza degli impiantiPer gli edifici di nuova costruzione e pergli edifici esistenti che subiscono inter-venti disposti nel comma 2a.b, valgono ledisposizioni qui di seguito riportate, per ilcalcolo del fabbisogno annuo di energiaprimaria. Quindi in sede progettuale:� si deve calcolare l’indice di prestazione

energetica per la climatizzazione inver-nale (EPi), e si deve verificare che talevalore sia inferiore ai valori limite ripor-tati nelle pertinenti tabelle presenti nelpunto 1 dell’Allegato C del Decreto, inrelazione alla classificazione dell’edifi-cio, alla data di realizzazione dell’edifi-cio o dell’intervento, al rapporto diforma S/V e alla zona climatica dell’edi-ficio; l’indice EPi è espresso in kWh/m2

per anno o kWh/m3 per anno;� si deve calcolare il rendimento globale

medio stagionale dell’impianto termi-co, e di deve verificare che tale valoresia maggiore del valore limite calcola-to con la seguente relazione:

ηg = (65 + 3 log Pn) %

dove Pn è la potenza utile nominale delgeneratore o dei generatori espressa inkW; per valori di Pn superiori ai 1.000 kW,la relazione qui sopra espressa non vienepiù utilizzata ma si assume come valorelimite di ηg, un valore pari al 74%;� nel caso in cui il rapporto St/Su (super-

di termoregolazione programmabileper ogni generatore di calore, pre-sente in ogni unità immobiliare, edinoltre siano installati dispositivimodulanti per la regolazione auto-matica della temperatura ambientenei singoli locali o nelle singole zoneche, per loro caratteristiche di uso edesposizione, possono godere, a dif-ferenza di altri ambienti riscaldati, diapporti di calore solari o comunquegratuiti;

d. la temperatura media del fluido ter-movettore, in corrispondenza dellecondizioni di progetto sia inferiore ouguale ai 60° C.

In riferimento ai primi due punti del pre-sente paragrafo, negli edifici di nuovacostruzione e in quelli esistenti che subi-scono interventi descritti nel comma 2.a.b,si deve cercare di ottenere le seguenticondizioni di verifica:� EPi < EPilim, quindi l’indice di prestazio-

ne energetica dell’edificio, in riferimen-to alla climatizzazione invernale, deverisultare inferiore ai valori (EPilim) ripor-tati nelle tabelle 1.1, 1.2 del punto 1dell’Allegato C del Decreto;

� ηg > ηglim, quindi il rendimento globa-le medio stagionale dell’impianto ter-mico deve risultare maggiore del valo-re limite espresso dalla relazione ηglim

= (65 + 3 log Pn).Le tabelle appena citate precedentemen-te possono essere visionate anche qui diseguito. Le tabelle da 2.7 a 2.9 presenta-no i valori di EPilim validi per gli edificiresidenziali di classe E.1, esclusi collegi,conventi, case di pena e caserme. Pertutte le altre categorie di edifici, valgonoi valori di EPilim espressi nelle tabelle 2.10,2.11, 2.12.

ficie trasparente complessiva/superficieutile) di un edificio sia minore del valo-re numerico 0,18, il calcolo del fabbiso-gno annuo di energia primaria puòessere omesso se l’edificio o l’interven-to realizzato rispettano contempora-neamente le disposizioni previste nelpunto B., in riferimento all’efficienzaenergetica dell’involucro, e le seguentiprescrizioni impiantistiche:a. siano installati generatori di calore

con rendimento termico utile, a cari-co pari al 100% della potenza termi-ca utile nominale, maggiore o ugua-le al valore di verifica presente nellatabella 2.6; se Pn risulta maggiore di400 kW, si utilizza il valore calcolatoin corrispondenza a 400 kW;

b. le nuove pompe di calore elettricheinstallate abbiano un rendimentoutile (ηu) in condizioni nominali, inriferimento all’energia primaria,maggiore o uguale al valore limitecalcolato con la formula a (90 + 3log Pn); la verifica è fatta utilizzan-do come fattore di conversione traenergia elettrica ed energia prima-ria 0,36 Wen.elettr/Wen.primaria; il termi-ne log Pn rappresenta il logaritmoin base 10 della potenza utile nomi-nale del generatore, espressa in kW;

c. sia installata almeno una centralina


Zona climatica η > =

AB (90 + 2 log Pn)C

DE (93 + 2 log Pn)F

Tabella 2.6


Zona climaticaA B C D E F

fino a a a a a a a a a oltre600 gg 601 gg 900 gg 901 gg 1400 gg 1401 gg 2100 gg 2101 gg 3000 gg 3000 gg

≤ 0,2 10 10 15 15 25 25 40 40 55 55

≥ 0,9 45 45 60 60 85 85 110 110 145 145

Tabella 2.7 – Valori limite dell’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale, in kWh/m2 per anno

Rapporto diforma

dell’edificioS/V



≤ 0,2 9,5 9,5 14 14 23 23 37 37 52 52

≥ 0,9 41 41 55 55 78 78 100 100 133 133

Tabella 2.8 – Valori limite, applicabili dal 1 gennaio 2008, dell’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale, in kWh/m2 per anno

Rapporto diforma

dell’edificioS/V



≤ 0,2 8,5 8,5 12,8 12,8 21,3 21,3 34 34 46,8 46,8

≥ 0,9 36 36 48 48 68 68 88 88 116 116


Rapporto diforma

dell’edificioS/V

Per gli edifici esistenti che subiscano inter-venti descritti nel comma 2.c (numero 1),in cui si effettui una nuova installazione,ristrutturazione degli impianti termici osostituzione del generatore o dei genera-tori di calore (comma 2.c, numero 2 e 3dell’art. 3), si deve:� calcolare il rendimento globale medio

stagionale e tale valore deve esseresuperiore al valore calcolato con laseguente relazione

ηg = (75 + 3 log Pn) %

per valori di Pn superiori ai 1.000 kW, larelazione qui sopra espressa non vienepiù utilizzata, ma si assume come valo-re limite di ηg, un valore pari all’84%;

� allegare alla relazione tecnica (disposi-zioni previste dal comma 1, articolo 8)una diagnosi energetica dell’edificio edell’impianto, se si effettua una instal-lazione di un nuovo generatore di calo-re con potenza nominale del focolare(Pnf) maggiore o uguale a 100 kW. Intale diagnosi si devono individuare gliinterventi significativi per ridurre la




≤ 0,2 2,5 2,5 4,5 4,5 7,5 7,5 12 12 16 16

≥ 0,9 11 11 17 17 23 23 30 30 41 41

Tabella 2.10 – Valori limite dell’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale, in kWh/m3 per anno

Rapporto diforma

dell’edificioS/V



≤ 0,2 2,5 2,5 4,5 4,5 6,5 6,5 10,5 10,5 14,5 14,5

≥ 0,9 9 9 14 14 20 20 26 26 36 36


Rapporto diforma

dell’edificioS/V



≤ 0,2 2,0 2,0 3,6 3,6 6,0 6,0 9,6 9,6 12,7 12,7

≥ 0,9 8,2 8,2 12,8 12,8 17,3 17,3 22,5 22,5 31 31


Rapporto diforma

dell’edificioS/V

spesa energetica, i tempi di ritornodegli investimenti applicati a tali inter-venti e i possibili miglioramenti dellaclasse energetica dell’edificio sulla basedella quale sono state ponderate lescelte impiantistiche che si sono realiz-zate. Si ricorda che i possibili migliora-menti della classe energetica dell’edifi-cio devono essere valutati in funzionedel sistema di certificazione energeticain vigore;

� allegare alla relazione tecnica una dia-gnosi energetica, con le caratteristiche

precedentemente esposte, a seguitodell’installazione di un impianto termi-co autonomo (derivante dalla decisio-ne autonoma del singolo o dalla volon-tà condominiale di dismettere l’impian-to termico centralizzato) nel caso in cuila somma delle potenze Pnf dei singo-li generatori di calore installati nell’edi-ficio (o dell’impianto termico preesi-stente se con potenza superiore a 100kW) raggiunge o supera il valore di 100kW (Allegato I, punto 3).

Per gli edifici esistenti che subiscano inter-

zione alla tipologia impiantistica e devepossedere almeno i requisiti già previ-sti all’articolo 7 del decreto del Pre-sidente della Repubblica 26 agosto1993, n. 412, nei casi di nuova installa-zione o ristrutturazione di impianti ter-mici. In ogni caso detta centralina deve:• essere pilotata da sonde di rileva-

mento della temperatura interna,supportate eventualmente da unaanaloga centralina per la temperatu-ra esterna, con programmatore checonsenta la regolazione della tempe-ratura ambiente su due livelli di tem-peratura nell’arco delle 24 ore, nelcaso di impianti termici centralizzat,

• consentire la programmazione e laregolazione della temperatura am-biente su due livelli di temperaturanell’arco delle 24 ore, nel caso diimpianti termici per singole unitàimmobiliari;

d. nel caso di installazioni di generatoricon potenza nominale del focolaremaggiore del valore preesistente, l’au-mento di potenza sia motivato con laverifica dimensionale dell’impianto diriscaldamento;

e. nel caso di installazione di generatori dicalore a servizio di più unità immobilia-ri, sia verificata la corretta equilibratu-ra del sistema di distribuzione, al finedi consentire contemporaneamente, inogni unità immobiliare, il rispetto deilimiti minimi di comfort e dei limiti mas-simi di temperatura interna; eventualisquilibri devono essere corretti in occa-sione della sostituzione del generato-re, eventualmente installando un siste-ma di contabilizzazione del calore chepermetta la ripartizione dei consumiper singola unità immobiliare;

f. nel caso di sostituzione dei generatoridi calore di potenza nominale del foco-

venti descritti nel comma 2.c (numero 1),nel caso in cui avvenga la mera sostituzio-ne dei generatori di calore (comma 2.c,numero 3 dell’art. 3) non si applicano ledisposizioni del punto B., se sussistono leseguenti condizioni:a. i nuovi generatori di calore a combu-

stione abbiano rendimento termicoutile, in corrispondenza di un caricopari al 100% della potenza termica utilenominale, maggiore o uguale al valorelimite calcolato con la formula (90 + 2log Pn), dove log Pn è il logaritmo inbase 10 della potenza utile nominaledel generatore, espressa in kW. Pervalori di Pn maggiori di 400 kW si appli-ca il limite massimo corrispondente a400 kW;

b. le nuove pompe di calore elettricheabbiano un rendimento utile in condi-zioni nominali, ηu, riferito all’energiaprimaria, maggiore o uguale al valorelimite calcolato con la formula a (90 +3 log Pn); dove log Pn è il logaritmo inbase 10 della potenza utile nominaledel generatore, espressa in kW; la veri-fica è fatta utilizzando come fattore diconversione tra energia elettrica edenergia primaria 0,36 Wen.elettr/Wen.pri-

maria;c. siano presenti, salvo che ne sia dimo-

strata inequivocabilmente la non fatti-bilità tecnica nel caso specifico, alme-no una centralina di termoregolazioneprogrammabile per ogni generatore dicalore e dispositivi modulanti per laregolazione automatica della tempera-tura ambiente nei singoli locali o nellesingole zone che, per le loro caratteri-stiche di uso ed esposizione possanogodere, a differenza degli altri ambien-ti riscaldati, di apporti di calore solari ocomunque gratuiti. Detta centralina ditermoregolazione si differenzia in rela-


mità, ai sensi della legge n. 46 del 1990,e successive modifiche e integrazioni,correlata all’intervento, qualora le auto-rità locali competenti si avvalgano del-l’opzione di cui alle lettera “f” dell’elen-co precedente.

[2.3] Aggiornamenti al quadronormativo

Il quadro normativo sta subendo diversemodifiche sia a livello nazionale che a livel-lo Regionale e, questo, rende la materiaparticolarmente impegnativa nell’aggior-namento delle norme. Facendo riferimento al decreto Legislativo115/08 che tratta dell’efficienza nei servi-zi energetici, ad esempio, la materia sullacertificazione energetica degli edifici purfacendo riferimento al D.Lgs. 192/05 ripor-ta, nell’allegato, che le norme di riferi-mento per la certificazione energeticasono le UNI TS 11300 che superano alcu-ne delle norme riportate nell’allegato Mal decreto 192/05 e di conseguenza ren-dono non applicabili i SW che non sonoaggiornati con queste nuove norme.Ad Agosto 2008, su proposta del Mi-nistero dello Sviluppo Economico, poi èstato approvato un emendamento al192/05, con il quale sono stati abrogatil’art. 6 commi 3 e 4 relativo alla procedu-ra di rilascio della certificazione/qualifica-zione energetica da allegare ai contratti dicompravendita e locazione degli edifici el’art 12 commi 8 e 9 relativo alle sanzio-ni amministrative. Questi ha comportatouna modificazione della materia moltosignificativa. Anche a livello Regionale sista assistendo ad un forte fermento percui molte regioni, Liguria Piemonte To-scana Sicilia e Marche, stanno promuo-

lare inferiore a 35 kW, con altri dellastessa potenza, è rimessa alle autoritàlocali competenti ogni valutazione sul-l’obbligo di presentazione della rela-zione tecnica di cui la comma 19(Allegato L) e se la medesima può esse-re omessa a fronte dell’obbligo di pre-sentazione della dichiarazione di con-formità ai sensi della legge 5 marzo1990, n. 46 e successive modificazionie integrazioni.

Qualora, nella mera sostituzione del gene-ratore, per garantire la sicurezza non fossepossibile rispettare le condizioni alla let-tera a dell’elenco precedente, in partico-lare nel caso in cui il sistema fumario perl’evacuazione dei prodotti della combu-stione è al servizio di più utenze ed è ditipo collettivo ramificato (e qualora sussi-stano motivi tecnici o regolamenti localiche impediscano di avvalersi della dero-ga prevista all’articolo 2, comma 2 deldecreto Presidente della Repubblica 21dicembre 1999, n. 551), le disposizioni pre-viste nell’elenco precedente applicarsiugualmente, fermo restando il rispetto dialtre condizioni previste, e a condizione di:a. installare generatori di calore che

abbiano rendimento termico utile acarico parziale pari al 30% della poten-za termica utile nominale maggiore ouguale a (85 + 3 log Pn); dove log Pnè il logaritmo in base 10 della potenzautile nominale del generatore o deigeneratori di calore al servizio del sin-golo impianto termico, espressa in kW.Per valori di Pn maggiori di 400 kW siapplica il limite massimo corrisponden-te a 400 kW;

b. predisporre una dettagliata relazioneche attesti i motivi della deroga dalledisposizioni della lettera c dell’elencoprecedente, da allegare alla relazionetecnica o alla dichiarazione di confor-


rio in riferimento ai flussi termici in entra-ta ed uscita. Inoltre viene tenuto contodelle variazioni della temperatura esternaed interna, e attraverso un fattore di uti-lizzazione si tiene conto degli effetti dina-mici dovuti agli apporti solari ed apportitermici gratuiti interni. Nel bilancio ener-getico vengono considerate quindi:� le dispersioni termiche per trasmissio-

ne e ventilazione che si hanno dall’am-biente interno verso quello esterno,

� le dispersioni termiche per trasmissio-ne e ventilazione o gli apporti gratuitidi calore con zone adiacenti,

� gli apporti di calore gratuiti interni,� gli apporti di calore dovuti alla radiazio-

ne solare,� le perdite che si hanno nel sistema di

riscaldamento,� il fabbisogno energetico del sistema di

riscaldamento.Il fabbisogno di energia termica dello spa-zio riscaldato si calcola attraverso la rela-zione (1), che troviamo qui di seguito:

Qh = Ql - ηQg

dove:Qh è il valore mensile del fabbisogno dienergia termica mensile;Ql è il contributo relativo alle dispersionitermiche;Qg è il contributo relativo agli apporti dicalore gratuiti;η è il fattore di utilizzazione degli apportitermici gratuiti, utile a considerare l’effet-to dinamico degli apporti solari ed inter-ni; è un fattore di riduzione introdotto perconsiderare il comportamento dinamicodell’edificio.La determinazione dei consumi a partiredai fabbisogni è definita attraverso lanorma UNI TS 11300-2 “Determinazionedel fabbisogno di energia primaria e deirendimenti per la climatizzazione inverna-

vendo atti e leggi di recepimento che por-teranno probabili differenze di attuazionesul panorama nazionale.

[2.4] Il calcolo della prestazioneenergetica dell’edificio

Il calcolo del fabbisogno termico degliedifici, secondo lo schema fissat0 dallanorma UNI EN ISO 13790, è recepito alivello nazionale con l’emanazione dellanorma UNI TS 11300-1 Determinazionedel fabbisogno di energia termica del-l’edificio per la climatizzazione estiva edinvernale. Il calcolo dell’energia primariae dei rendimenti di impianto in accordocon le varie norme EN approvate è rece-pito secondo la seconda parte della sud-detta norma, avente per titolo “Deter-minazione del fabbisogno di energia pri-maria e dei rendimenti per la climatizza-zione invernale e per la produzione diacqua calda sanitaria”.Lo schema operativo di calcolo è schema-tizzato di seguito, per illustrare i contenu-ti principali delle norme di riferimento, cuisi rimanda per analisi di dettaglio.La norma UNI EN ISO 13790 conferma lametodologia di bilancio mensile della UNIEN ISO 832 estendendola agli edifici nonresidenziali ed integrandola con metodidinamici ed orari. Il recepimento delle UNITS consente di effettuare dei calcoli:� di progetto, edifici di nuova costru-

zione;� di valutazione, tipicamente per la certi-

ficazione energetica in condizioni stan-dard;

� di diagnosi energetica.La norma adotta una metodologia di cal-colo per il fabbisogno energetico annua-le, basata sull’ipotesi del regime staziona-


combustibili fossili posti, almeno attual-mente, pari ad uno, questo valore espri-me il fabbisogno di energia primaria Q,ovvero il valore EP di prestazione energe-tica.In maniera analoga si opera per il fabbi-sogno di energia primaria, il dato di par-tenza sarà in questo caso l’uso di acquacalda sanitaria di un edificio in funzione diuna serie di indicatori (occupanti, metroquadrato, uso dell’edificio, ecc.).Si rimanda infine alla normativa di riferi-mento, in particolare ai riferimenti presen-ti nell’allegato M del decreto legislativo192 e nell’elenco delle norme UNI TS11300 parte 1 e 2, per l’elenco delle nor-me tecniche nazionali che afferiscono allaprestazione energetica dell’edificio.

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le e per la produzione di acqua calda sani-taria”. In poche righe, la norma stabilisceche, definito il fabbisogno di riscaldamen-to è necessario procedere alla determina-zione dei rendimenti/perdite dell’impian-to termico, in particolare ai sottosistemi di:� emissione,� regolazione,� distribuzione,� accumulo,� generazione.Noti i rendimenti/perdite dei suddetti sot-tosistemi, fissate le perdite termiche recu-perabili e i consumi elettrici degli ausilia-ri (opportunamente convertiti da elettriciin fossili), si calcola il fabbisogno energe-tico per il riscaldamento dell’edificio.Essendo i rendimenti di conversione dei


Rappresentazione di tutte le voci che concorrono al calcolo del fabbisogno energetico annualeFig. 2.1

Capitolo Tre

L’involucro edilizio

� flussi termici nei due sensi (variabili nelgiorno e nella stagione) per trasmissio-ne attraverso componenti opachi e tra-sparenti verso l’esterno, verso il terreno,verso altri ambienti;

� guadagni solari attraverso i componen-ti trasparenti;

� flussi per ventilazione naturale o mec-canica (variabili nel giorno e nella sta-gione);

� flussi termici per infiltrazione (variabilinel giorno e nella stagione).

Senza entrare nel dettaglio sull’evoluzio-ne delle tecniche costruttive e gli approc-ci progettuali, vale la pena ricordare chei criteri del buon costruire in accordo conil clima e le funzioni dell’edificio sono notida secoli, se non millenni. Già gli antichigreci, ed ancor più gli antichi romani, ave-vano codificato una sorta di approccioprogettuale secondo il clima. Proteggerele esposizioni fredde, utilizzo della massatermica per ritardare i flussi termici, pre-senza di schermi ed aggetti per la prote-zione e lo schermo del sole nelle stagio-ni calde, l’utilizzo di camini e condotti ver-ticali per sfruttare la ventilazione naturale.Per secoli l’architettura e l’edilizia sonostate caratterizzate da una forte interazio-ne con l’ambiente circostante. Si trattavaspesso di architettura bioclimatica, sebbe-ne il concetto sia stato codificato moltotempo dopo.Con il modernismo e l’industrializzazione

[3.1] Introduzione

L’involucro, chiusura di un edificio, sepa-ra l’ambiente esterno e lo spazio costrui-to, caratterizzati da condizioni microclima-tiche differenti e, al tempo stesso, defini-sce l’immagine dell’edificio nel contestourbano e territoriale.L’involucro edilizio dovrebbe teoricamen-te mantenere separato il regime termicointerno da quello esterno, garantendo lecondizioni di comfort per gli occupanti,obiettivo fisicamente di difficile realizzazio-ne. Praticamente si richiede all’involucrodi:� minimizzare i consumi energetici in edi-

fici climatizzati (riscaldamento e raffre-scamento);

� minimizzare il numero di ore in cui siverificano condizioni di discomfort ter-mico (stagione estiva in edifici non cli-matizzati);

� minimizzare il numero di ore in cui si ènecessario fare ricorso all’illuminazioneartificiale.

Il fabbisogno di energia netta, secondo lenorme attuali è determinato proprio dallacapacità dell’involucro di limitare i flussitermici che lo interessano sia in estate chein inverno. Tali flussi possono essereentranti (apporti), il calore fluisce dal-l’esterno verso l’interno, oppure uscenti(dispersioni). Nel dettaglio si hanno:R

agus

a. R

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anche se incidono in maniera minore e dif-ferente rispetto alle superfici trasparenti.Ai fini della riduzione dei carichi di raffre-scamento, o comunque di un accettabilemicroclima interno, i componenti opachidevono essere adeguatamente progetta-ti in funzione dell’inerzia termica, ovverodello sfasamento temporale del flusso ter-mico entrante dall’esterno verso l’interno.Anche le finiture superficiali estere hannoun ruolo significativo, che si realizza nellacapacità di riflettere la radiazione solareincidente riducendo l’incremento dellatemperatura delle superfici esterne dell’in-volucro.

[3.2.1] Materiali di involucroI materiali più comunemente usati nellecostruzioni, e dunque descritti in questocapitolo, sono: laterizi, mattoni in terracruda, calcestruzzo, legno, malte e mate-riale isolante. La scelta del materiale èinfluenzato da numerosissimi parametriquali: costo, tecnologie costruttive, tradi-zioni tipiche del luogo, caratteristiche cli-matiche, reperibilità del prodotto ed altreancora. Evidentemente si fa riferimento aimateriali più comuni, sia convenzionaliche ad elevate prestazioni. La proprietàfisica che caratterizza il comportamentotermico dei materiali è la conduttività ter-mica λ, espressa in W/(m·K).

LateriziI laterizi sono prodotti da un impasto diargilla acqua e sabbia, modellati per estru-sione o a mano, asciugati e cotti a unatemperatura tra i 900 e 1.200 °C. I prodot-ti ricavati da tale lavorazione sono: matto-ni pieni, semipieni e forati, blocchi, tego-le ecc. I laterizi sono classificati in funzio-ne del grado di foratura che, evidente-mente, influisce anche sulle loro proprie-

sono radicalmente cambiate le tecnologiee l’approccio alla progettazione architet-tonica, così come le esigenze di comfortper gli utenti e delle soluzioni affinchéquesto fosse garantito. Climatizzare edilluminare gli ambienti in modo artificialerende meno stringente il vincolo dell’am-biente esterno. Il contesto climatico diven-ta sempre più labile ed i consumi per gliedifici diventano la voce più importantenegli usi finali di energia. Gli edifici ten-dono a perdere le peculiarità del conte-sto locale e nuovi materiali entrano inscena: acciaio e vetro, specialmente peredifici non residenziali. Le conseguenzeenergetiche ed ambientali sono benenote, ed in parte introdotte nel capitoloprecedente.Questo capitolo presenta le principalicaratteristiche dell’involucro edilizio in ter-mini di: materiali, proprietà, prestazioni,funzioni; ordinate secondo le due tipolo-gie principali di componenti: opachi e tra-sparenti

[3.2] I componenti opachi

Come detto, l’involucro edilizio determi-na la frontiera tra lo spazio costruito el’ambiente esterno.Maggiore sarà la qualità del primo, mino-ri saranno i consumi energetici necessaria garantire le condizioni di comfort per glioccupanti dell’edificio stesso. Ai fini di unacorretta progettazione energetica del-l’edificio è necessario quindi realizzare uninvolucro adeguatamente isolato ai fini dilimitare le dispersioni per perdite termichedurante la fase invernale. Accanto alla principale funzione di isola-mento termico, i componenti opachi sonoimportanti anche durante la fase estiva


li, e con miglioramento delle capacita iso-lanti.

CalcestruzzoMateriale di prestazioni termiche scaden-ti (conduttività compresa tra 1,1 e 2,0W/(m·K)) e notevole densità apparente(1.500-2.000 kg/m3) rappresentava la partedebole delle tamponature dell’involucrodell’edificio, di cui ne costituisce general-mente la struttura portante. Il calcestruz-zo è un materiale composito ottenutoimpastando i leganti idraulici con sabbia,inerti grossi (ghiaie e pietrischi) e acqua.Recentemente il calcestruzzo, opportuna-mente alleggerito, è usato anche nelletamponature grazie a migliori prestazionitermiche. Nel caso del calcestruzzo alleg-gerito l’inerte è costituito per la maggiorparte da argilla espansa i cui granuli sonoottenuti mediante cottura a circa 1.200 °C,in forno rotante, di granuli di argilla dicava. La forma e la disposizione dellecamere d’aria sono studiate per conferirealla muratura ottimi valori di isolamentotermico, acustico, elevata inerzia termica,salubrità ambientale e buone caratteristi-che meccaniche. La conduttività di questoprodotto ha un range piuttosto variabile,compreso tra 0,5 e 2,0 W/(m·K), inversa-mente proporzionale al peso, e funzionedelle caratteristiche delle camere d’aria. Iblocchi in calcestruzzo cellulare autoclava-to sono un altro esempio di calcestruzzoalleggerito.

LegnoIl legno è il materiale ecologico da costru-zione per eccellenza, per le sue caratteri-stiche di resistenza meccanica, coibenzatermica, traspirabilità e neutralità ai campielettrostatici. Il legno subisce molto lenta-mente i fenomeni di invecchiamento e,con le nuove tecnologie, è possibile rea-

tà termiche, infatti la loro conduttività ter-mica cade in un range molto variabile,compreso tra 0,25 e 0,9 W/(m·K). Il rangedelle densità di tale materiale, va dai 700ai 1.600 kg/m3, in riferimento al valore per-centuale della superficie forata che costi-tuisce il mattone.I mattoni pieni e semipieni grazie alla loromaggiore densità ed inerzia termica sonobuoni accumulatori di calore e possiedo-no un elevato potere fono-isolante.Esistono poi i laterizi forati alleggeriti chevengono utilizzati per murature perimetra-li portanti e di tamponamento. Il lateriziodi questo tipo contiene in se una micro-porosità conferisce al mattone un elevatogrado di isolamento termico, elevata per-meabilità al vapore e resistenza al gelo eal fuoco. I blocchi vengono prodotti indiversi formati: lisci e ad incastro per rea-lizzare murature portanti e di tampona-mento; le prestazioni termiche sono otti-me, con valori di conduttività tra 0,1 e 0,4W/(m·K). Inoltre per rendere la struttura del lateri-zio molto poroso, a livello microscopico,vengono impiegate sostanze inorganichecome la perlite espansa. La perlite inglo-bata nella massa di argilla è stabile, nonsubisce quindi cambiamento di statodurante la cottura del laterizio, la cui strut-tura risulta compatta, senza cavità. Questiblocchi si presentano privi di fori superfi-ciali. Tale tipo di mattone composto dallaperlite espansa, è caratterizzato da unnotevole potere isolante, con una condut-tività compresa tra 0,25 e 0,3 W/(m·K).Di grande efficace a livello costruttivosono i blocchi rettificati, ovvero elementicon facce di appoggio superiori ed infe-riori perfette per planarità e parallelismo.Questo permette di eseguire muraturecon giunti di anche di 1 solo mm e consistemi molto più semplici dei tradiziona-

63 L’involucro edilizio

IntonaciL’intonaco deve:� proteggere le strutture sulle quali viene

applicato,� essere traspirabile in modo da regola-

re in parte l’umidità del clima interno,� realizzare una finitura regolare delle

murature su cui viene applicato.Gli intonaci appartengono alla categoriadelle malte, essi sono materiali di finiturautilizzati internamente ed esternamenteagli edifici con il compito di proteggerele murature e di assorbire l’umidità super-ficiale e pertanto devono necessariamen-te essere igroscopici e traspiranti. Lemalte per intonaci presentano di solitouno o più leganti (gesso, calce aerea,calce idraulica) miscelati a secco con gliaggregati. La quantità di acqua aggiuntasarà proporzionale alla quantità di mate-rie prime impiegate in modo da non crea-re danni dovuti al successivo ritiro delmateriale durante il periodo di asciugatu-ra. Gli inerti aggiunti all’impasto possonoessere di diverso tipo: sabbia, polvere dimarmo, pozzolana e coccio pesto (ottenu-to da cocci di mattoni e di tegole frantu-mate). L’omogeneità della miscela è indi-spensabile per garantire al prodotto posa-to gradevolezza estetica, facilità di posa edurabilità. La conduttività termica di circa0,80 W/(m·K) anche se, specialmente pergli intonaci a base di gesso, è possibileottenere delle prestazioni decisamentemigliori.Molto interessanti sono i recenti intonacitermoisolanti, con una nuova funzione, lacui stesura consente di risolvere i pontitermici creati dall’accostamento di mate-riali differenti e conseguentemente conconducibilità diverse. Nella scelta degliinerti, oltre ad una percentuale convenzio-nale di sabbie, sono aggiunti i così dettiinerti leggeri come inerti minerali espan-

lizzare edifici in legno con elevata resisten-za al fuoco, grazie anche all’accoppiamen-to con materiali isolanti incombustibili. Ècosì superato uno dei maggiori problemirelativi all’utilizzo di questo materiale nellapercezione dei non addetti ai lavori.Anche se separato dalle sue radici, conti-nua a vivere e a respirare migliorando laqualità del microclima domestico, compen-sando naturalmente tutte le variazioni diumidità all’interno di un ambiente (assor-be l’umidità in eccesso per restituirla, quan-do l’ambiente è secco). Inoltre il legno è unmateriale “caldo” ha la stessa temperatu-ra del corpo umano, isola dalle correntiindotte, attutisce i suoni, filtra e depural’aria. La scelta dell’essenza deve esserefatta in base all’utilizzo che se ne deve fare:� abete, castagno, cipresso, faggio, lari-

ce, pino larice, pino marittimo, pino sil-vestre sono essenze consigliate per usistrutturali;

� abete (bianco e rosso), castagno, fag-gio, rovere, quercia, larice, noce, pinosilvestre, pino cembro, pioppo, robiniasono essenze consigliate per pavimen-tazioni, infissi e arredamenti.

Dal punto di vista termico il legno ha unottimo comportamento, infatti la sua con-duttività, che dipende ovviamente danumerosi parametri, varia tra 0,10 e 0,25W/(m·K) e la densità tra 400 e 800 kg/m3.Un uso più recente del legno è quello diprodurlo sotto forma di mattone. Questosistema costruttivo si basa su elementistandard in legno massiccio assemblabilie accorpabili ad incastro, ed è adatto perla realizzazione sia di murature perimetra-li che di tramezzature. L’intercapedineinterna può essere riempita con materia-li isolanti sfusi (fibra di cellulosa) al fine diottenere una migliore coibentazione, convalori compresi tra 0,15 e 0,20 W/(m·K) diconduttività.


lante un materiale è la conduttività termi-ca, espressa in W/(m·K). Un materiale èdefinito isolante se la sua conduttività èinferiore a 0,065, è debolmente isolante setale grandezza è compresa tra 0,065 e0,09, se è maggiore non si parla più dimateriale isolante. Gli isolanti sono unacategoria di materiali molto ampia. Unoschema generale è presentato in figura3.1, in cui sono differenziati per origine eprocesso. La scelta del materiale è lega-ta a molteplici parametri di natura econo-mica (costo), prestazionale (in terminienergetici ma anche di altra natura, adesempio meccanica), di durabilità edambientale (in particolare il loro impattoin fase di processo). Nei seguenti sotto-paragrafi ne sono presentati alcuni tra ipiù diffusi e altri tra i più innovativi incampo energetico ambientale.I materiali isolanti organici sintetici sonotra i materiali più usati. Il polistirene espan-so, conosciuto più comunemente con ilnome di polistirolo, è forse l'isolante piùconosciuto e anche quello più discussoper via di presunte "sublimazioni" (pas-saggio dallo stato solido a quello gasso-so) del materiale. Il polistirene espansoinvece, usato negli impieghi idonei e conla sicurezza di qualità garantita, rappre-senta un materiale versatile, di durata illi-mitata e di costo contenuto. Il polistireneespanso può presentarsi commercialmen-te sotto forma di lastre tagliate da bloc-chi o lastre preformate, stampate con pel-licola superficiale. Il polistirene espanso può essere impiega-to per quasi tutti i lavori di coibentazione.Da evitare gli isolamenti in condizioni nonprotette, di forte sollecitazione meccani-ca e di temperature elevate di lavoro. Laconduttività del polistirene espanso puòvariare notevolmente, oltre che con ladensità, anche con il processo di produ-

si che garantiscono all’intonaco una strut-tura microporosa capace di soddisfare irequisiti di isolamento. Questi realizzanoisolamenti termici, del tipo a cappotto, esono in grado di assicurare rivestimentimonolitici, di assoluta stabilità dimensio-nale, fonoassorbenti resistenti al fuoco econ valori di conduttività termica di circa0,20 W/(m·K).Le caratteristiche tecniche di questi pro-dotti sono prevalentemente di natura ter-mica, l’uso è indicato per:� impedire che il calore attraversi per

conduzione la parete; � impedire che la parete perda calore per

irraggiamento; � procurare un isolamento continuo,

senza lasciare ponti termici in corrispon-denza delle solette e dei pilastri;

� ottenere un alto potere di igroscopicitàe idrorepellenza in modo da garantireuna difesa continua contro l’umidità.

Lo spessore minimo per intonaci concaratteristiche termoisolanti varia tra pare-ti interne ed esterne: nel primo caso 10mm, 20 mm nel secondo. I supporti suiquali vengono applicati tali intonacidovranno essere assorbenti, solidi, esentida sali e non soggetti a contrazioni omovimenti.

IsolantiLa grandezza che permette di definire iso-


Classificazione materiali isolantiFig. 3.1

inorganiciorganici

sinteticinaturali sinteticinaturali

isolanti

Altri materiali sintetici largamente usaticome isolanti sono il poliestere in fibre edil polietilene espanso. La loro conduttivi-tà termica di circa 0,06 W/(m·K) e sonospesso accoppiati ad altri materiali. Sonoutilizzati per combinare isolamento termi-co ed acustico al tempo stesso.I materiali isolanti organici naturali sono diorigine vegetale ed a struttura fibrosa.Sono a basso impatto ambientale e conbuone caratteristiche termo-fisiche. Se nedescrivono alcuni tipi. I pannelli di fibra dilegno sono prodotti attraverso la lavora-zione di scarti e residui di legname di coni-fere e latifoglie non trattato chimicamen-te, proveniente da segherie di paesi euro-pei. La materia prima è rigenerabile edisponibile in misura praticamente illimi-tata. I pannelli possiedono buone proprie-tà di isolamento termico e acustico. Lastruttura a pori aperti, permeabile al vapo-re, consente un’ottima traspirabilità; laconduttività dei pannelli in fibra di legnovaria tra 0,04 e 0,06 W/(m·K).La fibra di cellulosa (carta) è una preziosamateria prima, e si adatta particolarmen-te bene come isolante termico per viadella struttura dei suoi pori in grado di rin-chiudere grandi quantità d’aria, riducen-do le perdite di calore. La fibra di cellulo-sa è traspirante ed igroscopica, in gradodi assorbire umidità dall’ambiente ecederla poi successivamente, non contie-ne sostanze tossiche. È un materiale moltoindicato dal punto di vista ecologico, poi-ché la materia prima è carta di giornalericiclata e il dispendio di energia per pro-durla è ridotto. La fibra di cellulosa in pan-nelli trova applicazione in intercapedini distrutture lignee, cappotti ecc. La condut-tività vale all’incirca 0,04 W/(m·K) per lafibra in fiocchi, 0,069 per quella in granu-li e 0,040 per i pannelli.Altre piante largamente usate in altri set-

zione. Per il polistirene espanso sinterizza-to, in lastre ricavate da blocchi, la condut-tività varia da 0,045 W/(m·K), per una den-sità pari a 15 kg/m3, a 0,039 W/(m·K) peruna densità pari a 35 kg/m3. Per il polisti-rene espanso in lastre stampate per ter-mocompressione, la conduttività varia da0,040 W/(m·K), per una densità pari a 20kg/m3, a 0,039 W/(m·K) per una densitàpari a 30 kg/m3. Un’altra tipologia di polistirene è quelloestruso. La massa di tale materiale risultaformata da minutissime celle perfettamen-te chiuse e non comunicanti che permet-tono alle lastre una eccellente tenutaall'acqua. Il polistirene estruso ha un costodecisamente più elevato. Viene commer-cializzato essenzialmente in due versioni:con pelle superficiale di estrusione esenza pelle; il primo si comporta ancorameglio in presenza di acqua. Il polistireneestruso è utile in tutti gli impieghi in cuil'isolante è permanentemente o per lungadurata a contatto con acqua o umidità.Per le due classi di conduttività diffuse, il30 kg/m3 e il 50 kg/m3 la conduttività vale0,041 e 0,034 W/(m·K).Il poliuretano espanso è uno dei materia-li isolanti più noti per via del suo elevatopotere coibente. Il materiale è prodottomediante iniezione di componenti a rapi-da espansione fra i vari rivestimenti (cartabitumata, ecc.) adatti all'impiego finaledell'isolante, fino a formare delle lastrepiane di vario spessore. Il poliuretano puòessere altresì messo in opera direttamen-te mediante spruzzaggio. Da evitare con-tatto ed esposizione ai raggi ultravioletti(luce) e all'acqua. Sono consigliati quinditutti gli impieghi in cui l'isolante risultaprotetto. La conduttività termica dellelastre espanse in continuo è pari a circa0,029 W/(m·K), con densità compresa tra30 e 40 kg/m3.


l’impasto è poi laminato o sfogliato concoltelli meccanici.

La conduttività dipende dal tipo di lavo-razione. Per i pannelli espansi o compres-si varia tra 0,035 e 0,045 W/(m·K), per i gra-nuli il range varia molto, tra 0,035 e 0,1W/(m·K), a seconda che si abbiano granu-li naturali o espansi, sciolti o impastati.Diversi materiali isolanti inorganici natura-li sono utilizzati in edilizia. L’argilla espan-sa è un materiale che si ottiene dalla cot-tura di sferette d’argilla in forni rotativi a1.200° C. La cottura sinterizza (vetrifica) lasuperficie delle sferette conferendo loroun’elevata resistenza alla pressione e con-temporaneamente la sua struttura cellula-re interna le conferisce leggerezza e unbuon potere isolante. È utilizzato in formasfusa all’interno di intercapedini, copertu-re, pavimenti, sottotetti non praticabili,nella produzione di calcestruzzi alleggeri-ti. L’argilla espansa è un materiale isolan-te inalterabile nel tempo, anche in presen-za di temperature e umidità estreme. Laconduttività dipende dalla massa volumi-ca, varia da 0,01 a 0,03 W/(m·K) per massada 300 a 1.400 kg a metro cubo.La perlite è un vetro vulcanico la cui strut-tura è formata da piccole sfere. La perliteespansa si ottiene attraverso un processoche sottopone la perlite, opportunamen-te frantumata, ad alte temperature (850-1.000 °C), e il prodotto finale è un mate-riale di colore sempre bianco. La sua strut-tura cellulare, costituita da microcavitàchiuse non comunicanti tra loro e conl’esterno, ne determina l’impermeabilitàall’acqua e il potere isolante. In formasfusa è utilizzata per il riempimento diintercapedini. La perlite a granulometriafine è impiegata per la realizzazione diintonaci termoisolanti. La conduttività ter-mica è circa 0,05 W/(m·K).La vermiculite è una roccia di origine vul-

tori industriali cominciano a trovare impie-go nell’edilizia grazie al loro basso impat-to ambientale ed alle notevoli capacitàtermoisolanti, ma con costi ancora eleva-ti. Tra le varie piante: canapa, lino, cocco,juta, canna. Il sughero, isolante di origine vegetale maa struttura cellulare, è un materiale rige-nerabile ma di limitata disponibilità; siricava dalla corteccia della quercia dasughero, pianta che cresce nell’area medi-terranea. Può essere prelevato dalla pian-ta solo intorno al 20° anno di età. Il sughe-ro traspirante e permeabile al vapore,inattaccabile dagli agenti acidi, inappeti-bile agli insetti, imputrescibile anche incondizione di elevata umidità. Il sugherogranulare sfuso trova impiego in intercape-dini oppure, se impastato con acqua elegante idraulico vetrificante, come impa-sto per la realizzazione di sottofondi isola-ti praticabili, controsoffitti, sottotetti, sot-topavimenti e solai. I granuli vengono otte-nuti mediante la frantumazione in apposi-ti mulini e la pulitura dalle scorie legnose,vengono poi vagliati con apposite griglieper ottenere diverse granulometrie. Siottiene così il granulato biondo (80-120Kg/m3), In base al tipo di lavorazione siottengono diversi tipi di pannelli:� pannello di sughero agglomerato

espanso autocollato di colore bruno,ottenuto dalla cottura dei granuli inautoclave a circa 350-380 °C, processoattraverso cui la suberina contenuta neigranuli si scioglie saldando i singoli gra-nuli. I granuli si rigonfiano alleggeren-do il prodotto e producendo fenolo. Siottengono blocchi, successivamenteraffreddati e tagliati in lastre;

� pannelli di sughero naturale compres-so, di colore biondo, ad alta densità(200-500 Kg/m3) ottenuti medianteaggiunta ai granuli di collante sintetico;


repellente. La conduttività termica è intor-no a 0,1 W/(m·K).Tra i materiali isolanti inorganici sinteticirientrano alcuni dei più comuni isolanti,caratterizzati da un buon rapporto presta-zione termica/prezzo, ma con impattoambientale non trascurabile. La lana divetro è un materiale costituito da ammas-si fibrosi ottenuti per azione di violentigetti d’aria su colate di vetro. Le fibre chela costituiscono sono piuttosto grossolanee hanno lunghezza e diametro variabili. Lasemplicità del processo di realizzazione, ilbasso costo delle materie prime e le par-ticolari proprietà di cui è dotata (bassaconduttività termica, capacità di catturarel’aria negli interstizi tra fibra e fibra) fannodella lana di vetro un materiale moltousato come isolante termico. La condutti-vità termica dipende soprattutto dal dia-metro medio delle fibre e dalla massavolumica dei manufatti. La conduttività ter-mica varia tra 0,03 e 0,045 W/(m·K). La lana di roccia deve la sua origine al pro-cesso di risolidificazione, sotto forma difibre, della lava fusa, lanciata nell'ariadurante le attività eruttive. È un prodottocompletamente naturale che combina laforza della roccia con le caratteristiche diisolamento termico tipiche della lana. Leprestazioni termiche della lana di rocciasono assimilabili a quelle della lana di vetro.Il vetro cellulare espanso è composto dasabbia di quarzo (silice pura) con una pro-porzione di vetro riciclato del 45-50%, pro-veniente da lampade al neon e da vetri diautovetture usate. Si presenta sotto formadi pannelli, lastre, coppelle, gomiti ed altrielementi di colore scuro. Presenta unastruttura a celle ermeticamente chiuse chegli conferisce una totale impermeabilitàall’acqua che ai gas, è durevole e conser-va nel tempo le sue caratteristiche. Èimpiegato in tutte quelle applicazioni in

canica costituita da silicato di alluminio emagnesio idrato con tracce di ossido diferro, ed è una variazione morfologicadella mica. Il minerale grezzo viene fran-tumato, macinato e sottoposto ad eleva-te temperature (1.000 °C). Da tale proces-so si ottiene così una struttura cellularecostituita da microcavità chiuse noncomunicanti tra loro e con l’esterno, chene determina l’impermeabilità all’acqua eil potere isolante. Si presenta sotto formadi granuli irregolari commercializzati indiverse granulometrie. Impastata conacqua e legante idraulico è impiegatanella realizzazione di sottofondi e masset-ti. La vermiculite a glanulometria fineviene impiegata come inerte per la realiz-zazione di intonaci termoisolanti, fonoas-sorbenti e resistenti al fuoco. La condut-tività termica è intorno a 0,055 W/(m·K).La pomice è una roccia vulcanica effusivacostituita da un silicato naturale comples-so costituito da silice allo stato amorfo incui sono disciolti ossidi di vari elementi. Ècaratterizzata da una struttura alveolarecon pori di grandezza variabile. È unmateriale dalle buone proprietà fonoas-sorbenti, traspirante, incombustibile, privodi sostanze tossiche per la salute, stabilenel tempo, inattaccabile da parassiti. Puòessere impiegata sia sfusa che miscelatacome inerte nei calcestruzzi alleggerititermo-isolanti in: solai interpiano o contro-terra, sottotetti praticabili e coperture.Trova impiego anche nel confezionamen-to di malte di posa che migliorano sensi-bilmente l’isolamento termico delle mura-ture senza influenzare la resistenza mec-canica. La pomice può presentare carat-teristiche diverse nella sua composizionein funzione dall’ubicazione delle cave dacui viene estratta. Macinata per ottenerediverse granulometrie può essere trattatacon sostanze idrofobe per renderla idro-


ni fa le tamponature esterne erano realiz-zate con laterizi o materiali lapidei. Solosuccessivamente, a causa di una maggio-re sensibilizzazione in campo energetico,si è cominciato a porre il problema del-l’isolamento dei componenti opachi, dap-prima realizzando delle intercapedinid’aria tra gli strati di laterizio e poi inse-rendo uno strato di materiale isolante daaccoppiare all’aria o a riempire completa-mente l’intercapedine. La tecnologia attuale, nel caso di nuovecostruzioni, prevede una soluzione comein figura 3.2, in cui l’isolante aderisce allatamponatura esterna, mantenendo un’in-tercapedine d’aria di qualche centimetro.I valori di trasmittanza termica dipendonodallo spessore d’isolante e dovrebberoessere scelti in relazioni alle caratteristicheclimatiche della località. Nel caso di edifici esistenti con tampona-tura a camera d’aria è possibile migliora-re le prestazioni termiche insufflandomateriale isolante, generalmente granula-re o schiumoso, all’interno dell’intercape-dine. La procedura richiede la realizzazio-ne di fori per l’insufflazione del materiale,nonché l’iniezione del materiale, la proce-dura di controllo che il materiale sia omo-geneamente distribuito ed infine la chiu-sura dei fori eseguiti.Nel caso di edifici esistenti non isolati l’in-tervento di recupero energetico deve rea-lizzarsi sulla superficie esterna o internadella tamponatura. L’isolamento esterno,più efficace perché elimina le discontinui-tà dell’involucro, è comunemente detto acappotto. Si realizza mediante l’utilizzo dielementi isolanti che aderiscono alla fac-ciata e sul quale sono poi effettuate leopere di finitura, l’intervento è abbastan-za leggero dal punto di vistar strutturale,intorno ai 15-25 kg/m2. Il vantaggio delcappotto consiste nell’eliminare i ponti

cui è necessaria una totale impermeabili-tà all’acqua. Se accoppiato con gessofibra si possono ottenere pannelli prefab-bricati per la realizzazione a secco di pavi-menti. La conduttività termica varia tra0,04 e 0,05 W/(m·K).

[3.2.2]Isolamento dei componenti opachi Ai componenti di involucro è richiesto unlivello di isolamento termico, espressoattraverso la nota proprietà trasmittanzatermica (coefficiente di perdite termiche)U, misurato in W/(m2·K). Nel capitolo pro-cedente si è visto che per nuove costru-zioni e per ristrutturazioni, con qualifica-zione energetica, sono richiesti dei limitipiuttosto stringenti riassunti nelle tabelledell’allegato C del decreto legislativo 192del 2005. Si rimanda dunque al capitoloprecedente per la verifica di tali limiti.È interessante fare alcuni cenni alle carat-teristiche costruttive. Fino a pochi decen-


Isolamento a cappottoFig. 3.2

tampone in quanto, viste le caratteristichedi questi materiali, le prestazioni dell’invo-lucro migliorano sensibilmente senza peròarrivare ai livelli di trasmittanza ottenibilicon egli isolanti veri e propri.L’isolamento dell’involucro può avvenireanche dall’interno, con procedimentosimile all’isolamento a cappotto, con lostesso tipo di materiali isolanti. La soluzio-ne è adottabile per edifici di nuova costru-zione e, anche e soprattutto, in caso diretrofit. Un notevole svantaggio è la ridu-zione delle dimensioni dei locali per l’ag-giunta dello strato isolante e delle finitu-re, nonché una correzione non sempreefficace dei ponti termici. In maniera del tutto analoga si possonoconsiderare gli interventi sulle chiusureorizzontali. Valgono le considerazioni fatteper gli interventi all’esterno ed all’internodelle chiusure verticali. Negli edifici dinuova costruzione l’isolamento delle chiu-sure piane è fatto all’esterno, si veda figu-

termici, nel aumentare l’isolamento del-l’edificio, nell’aumentare la temperaturadelle pareti riducendo i rischi di fenome-ni di condensa. È evidente l’importanzaimpermeabilizzare perfettamente lesuperfici trattate per non vanificare tuttol’intervento. In figura 3.3 è schematizzatoquesto tipo di intervento che richiedegeneralmente l’utilizzo di materiali isolan-ti in lastre, quali polistirene espanso (oestruso), fibre di vetro e roccia, sugherocompresso, legno mineralizzato.Interessante è l’opzione di creare unaparete ventilata tra lo strato isolante e lafinitura esterna. In tal modo è possibileoperare anche ai fini delle prestazionienergetiche estive. Grande cura andràdedicata a fare in modo che la parete ven-tilata sia adeguatamente protetta dagliagenti atmosferici.Con i prodotti attualmente sul mercato èpossibile realizzare un cappotto con solol’intonaco isolante. Si tratta di soluzioni


Isolamento in intercapedineFig. 3.3 Isolamento esterno per copertureFig. 3.4

a moderare le fluttuazioni di temperaturaall’interno, dovute alle variazioni della tem-peratura esterna. Secondo, il consumo dienergia di un edificio ad alta inerzia termi-ca può essere minore di quello di un edi-ficio più “leggero”. Terzo, l’accumulo dienergia nella massa dell’edificio consentedi spostare temporalmente i picchi didomanda dell’impianto di climatizzazionein ore in cui l’uso degli ambienti è limita-to se non nullo.La figura 3.5 mostra la variazione duranteuna giornata dei flussi termici che attraver-sano un parete con capacità termica nullae un’altra avente la medesima trasmittan-za termica, ma capacità termica maggioredi zero. La stessa figura mostra come siapossibile caratterizzare l’effetto della capa-cità termica sull’onda termica attraverso ladefinizione di due grandezze:� lo sfasamento φ, che rappresenta il ritar-

do temporale del picco di flusso termi-co della parete capacitiva rispetto aquello istantaneo;

� il fattore di decremento μ, che è ugua-le al rapporto fra il massimo flusso dellaparete capacitiva e il massimo flussodella parete a massa termica nulla.

La tabella 3.1, estratta dalla norma UNI10375, riporta alcuni valori caratteristici diφ e μ riferiti a pareti verticali con diversamassa. L’efficacia dell’inerzia termica au-menta con l’aumentare dell’escursionetermica notte-giorno. Nei climi caldi, negli edifici occupati digiorno la parete accumula il calore rila-sciandolo di notte. Poiché il comfort ter-mico dipende anche dalla temperaturaradiante, e quindi dalla temperaturasuperficiale delle pareti, ed essendo que-sta nei picchi giornalieri minore di quelladell’aria, l’inerzia termica gioca anche inquesto senso un ruolo positivo. Inoltre, lamassa termica dell’edificio può essere

ra 3.4, per il terrazzo e dall’interno per isolai di base, che siano su vespaio, terre-no o piltois. Nel caso di tetto a falde l’iso-lamento può essere realizzato al di sottodel manto antimeteorico (tegole, coppi…)utilizzando polistirene espanso estruso,poliuretano espanso con opportuna bar-riera al vapore. L’isolamento all’intradossodella falda è realizzato invece essenzial-mente per ragioni estetiche qualora siaabitabile la mansarda. In questo caso siampia la gamma di materiali utilizzabili, adesempio con lana di roccia e vetro, resinefenoliche, perlite espansa ed altri ancora.

[3.2.3]L’inerzia termica dell’involucroedilizioIl termine inerzia termica è generalmenteutilizzato per descrivere la capacità di unmateriale o di una struttura edilizia diimmagazzinare energia termica e di ritar-dare la trasmissione del calore. Gli effetti dovuti all’inerzia termica degliambienti si sintetizzano in tre risultati.Primo, il più basso tempo di risposta diuna struttura dotata di inerzia notevolerispetto ad una struttura “leggera” tende


Flussi termici su pareti a diversa capacità termicaFig. 3.5

zia complessiva dello stesso. L’ambiente,e le pareti, potranno quindi essere porta-te più rapidamente a regime da unimpianto di climatizzazione, ma si allonta-neranno altrettanto velocemente da talecondizione una volta che si sia spento l’im-pianto. In questo modo si riducono sen-sibilmente i periodi di tempo in cui, puressendo la temperatura dell’aria vicina avalori considerati accettabili, la tempera-tura delle pareti è tale da generarediscomfort. La massa termica interna puòinvece essere convenientemente ingloba-ta in quella dell’ambiente, ponendo l’iso-lante sulla faccia esterna. Le fluttuazioni ditemperatura superficiale e dell’aria sonoquindi più moderate e l’ambiente impie-ga più tempo a riscaldarsi e a raffreddar-si. Per questo motivo questa soluzione èpiù utile quando si prevede un funziona-mento prevalentemente continuo dell’im-pianto di climatizzazione. Gli spegnimen-ti transitori dell’impianto, non generanorapide variazioni delle temperature super-ficiali in ambiente. La tabella 3.2 riportaalcuni valori caratteristici dei coefficienti diattenuazione e di sfasamento per pareti didiversa natura e per diverse disposizionidello strato di isolante.Il decreto legislativo 192 con le successi-ve integrazioni, nella parte relativa allenorme transitorie, fissa i limiti di massasuperficiale richiesta ai componenti opa-chi in quelle zone climatiche in cui mag-giore è l’influenza della radiazione solare.

[3.2.4] La riflessione e l’assorbimento della radiazione solare La radiazione solare incidendo sulla super-ficie di un componente opaco può essereassorbita o riflessa. La parte assorbita pro-voca l’innalzamento della superficie e laconseguente remissione di calore in parte

“raffreddata” durante la notte medianteventilazione ottenendo anche l’effetto diaumentare l’effetto di sfasamento e diriduzione dei flussi termici. Nei climi fred-di, la massa termica contribuisce a imma-gazzinare il calore proveniente dalla radia-zione solare durante la giornata e tempe-rare le condizioni serali e notturne.L’isolamento di una parete può esseredisposto sulla faccia interna o esternadella muratura oppure in uno strato inter-medio, la posizione dell’isolante influen-za il comportamento dinamico della pare-te in quanto determina fisicamente unaseparazione della massa termica deglistrati più interni da quelli più esterni. Sel’isolamento è disposto sulla faccia inter-na della parete, esso separa praticamen-te tutta la massa termica della parete dal-l’ambiente con il risultato di ridurre l’iner-


m [kg/m2]150 200 250 300 350 400

μ φ μ φ μ φ μ φ μ φ μ φ

< 0,4 0,45 6 0,35 8 0,25 10 0,15 12 0,10 14 0,07 16

0,4-0,6 0,48 6 0,40 8 0,30 9 0,20 10 0,15 12 0,12 14

0,6-0,8 0,54 6 0,46 8 0,35 9 0,27 10 0,20 12 0,14 14

> 0,8 0,60 6 0,50 8 0,43 8 0,27 10 0,20 12 0,14 14

Tabella 3.1 – Coefficienti di attenuazione e sfasamento (ore) di pareti verticali

U[W/(m2.K)]

Tipo di parete Pos. isolamento µ φ [h]

Muratura portante con isolamento Interno 0,28 11concentrato Intermedio 0,22 11

Esterno 0,20 11

Muratura non portante con isolamento Interno 0,48 8concentrato Intermedio 0,44 8

Esterno 0,44 8

Pareti di tamponamento multistrato Isolante spessore 6 cm 0,75 4

Pareti finestrate 1,00 0

Tabella 3.2 – Influenza del posizionamento dell’isolante nell’inerzia termica diuna parete

ra dell’aria outdoor e i carichi frigoriferiesterni.Per quanto riguarda i rivestimenti degliedifici, la zona più critica è la copertura,poiché la posizione del sole in estate ètale da determinare livelli di irraggiamen-to molto elevati. Esistono diverse soluzioni che possonoessere raggruppate come segue:� rivestimenti bianchi, ottenuti con mate-

riali polimerici e pigmenti bianchi. Lariflessione può essere spinta fino ad oltrel’80% della radiazione incidente. Pre-stazioni leggermente inferiori si possonoottenere con altre colorazioni leggere;

� rivestimenti in alluminio, sono realizza-ti con delle resine particolari in cui si tro-vano particelle di alluminio. La caratte-ristica di questi fiocchi fa si che la super-ficie esterna del rivestimento sia prati-camente un continuo di metallo, garan-tendo dei valori di riflettanza accettabi-li (50-60%);

� membrane, realizzate con materialiidrorepellenti ad elevata resistenza, deltipo mono o multi strato. Sono realiz-zate con elementi di feltro, fibra di vetroo poliestere, successivamente laminatocon materiale polimerico flessibile. Ivalori di riflettanza cadono in un rangemolto elevato, prodotti di buona qua-lità hanno valori compresi tra 70 ed 80%della radiazione incidente;

� altre soluzioni possono essere le coper-ture in metallo (riflettanza intorno al 60%)o con tegole di tipo particolare (riflettan-za intorno al 40%, ma alcune tegole incalcestruzzo trattato arrivano al 70%).

La scelta di questi materiali dipendecomunque da diversi fattori tra cui: ilcosto, la durabilità del prodotto, la desti-nazione d’uso della copertura (calpestabi-le, con locali tecnici, ecc.), la giacitura deltetto, le caratteristiche costruttive del

verso l’esterno ed in parte, attraverso lamassa del componente, verso l’interno. L’utilizzo di finiture, siano esse vernici,membrane, intonaci speciali (ecc.), ad ele-vata riflessione solare consente di mitiga-re tale flusso termico che in alcuni casi,specialmente attraverso le coperturepiane ed inclinate, è causa di notevolicarichi di raffrescamento e surriscalda-mento interno. Si veda il confronto tra lariflessione solare di una vernice biancaed un gres porcellanato convenzionalerosso, figura 3.6. Questa esigenza di abbassare le tempe-rature superficiali degli edifici ha assuntoimportanza negli ultimi anni a causa delfenomeno “isola di calore”, ovvero l’innal-zamento della temperatura dell’aria nellecittà rispetto a i profili che si registranonelle zone ad essa circostanti. Fenomeno imputabile alle elevate tempe-rature superficiali degli edifici, delle sedistradali, dalla scarsità di superfici termica-mente permeabili (parchi, ville, ecc.) edalle attività umane (trasporto, impianti,ecc.). Limitare l’innalzamento termicodelle superfici degli edifici aiuta dunquea limitare l’innalzamento della temperatu-


Riflettanza di materiali da costruzioneFig. 3.6

molto isolato) e livelli di riflettanza dicopertura e pareti (da 0,2 e 0,4 a 0,8 e 0,7,rispettivamente). Riduzioni di fabbisognototale fino al 10% sono stati calcolati. Irisparmi sono anche maggiori in climi piùcaldi. In assenza di climatizzazione estiva,a ridursi notevolemte sono le ore in cui latemperatura dell’aria è superiore ai livellidi comfort in funzione della riflessionedelle pareti e della copertura, come sievince dalla figura 3.8. Quantificare e generalizzare i risparmienergetici derivanti dall’adozione di mate-riali di questo tipo è piuttosto complicato.Essi dipendono dalla geometria dell’edifi-cio, dalle condizioni climatiche, dalla desti-nazione d’uso dell’edificio, ma è indubbioche la tecnologia è molto utile per ottimiz-zare le prestazioni dell’involucro nella sta-gione estiva.

[3.3] I serramenti

I serramenti sono la parte trasparente esemitrasparente dell’involucro edilizio. Èevidentemente la porzione di edificio piùdelicata dal punto di vista termico, sia per-ché il livello di isolamento è più bassorispetto ai componenti opachi, sia perchésono più complessi i meccanismi di scam-bio termico. Questi ultimi includono oltrealle dispersioni termiche viste al capitoloprocedente, anche i guadagni solari abreve lunghezza d’onda. Sono quindi trat-tati con dei cenni le caratteristiche dellaradiazione solare, e poi i componenti tipi-ci dei serramenti, ovvero: parte trasparen-te, infissi ed eventuali sistemi ombreg-gianti. Sono, infine, presentate dellepotenzialità di risparmio energetico deri-vanti dall’uso di sistemi vetrati più effi-ciente.

componente opaco. Ad esempio il metal-lo è altamente riflettente ma ha una gran-de conduttività che lo porta a temperatu-re considerevoli, quindi non va accoppia-to direttamente alla tamponatura maopportunamente distanziato da un’inter-capedine. In figura 3.7 sono riportati i carichi di raf-frescamento per una casa ad un piano aRoma. I carichi (kW/m2 per anno) sono cal-colati per diversi livelli di isolamento (U0,poco isolato, U, isolamento a legge, U1,


130

120

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

U0UU1

0.2-0.4 0.5-0.4 0.8-0.4 0.8-0.7

Carichi di raffrescamento in funzione della riflessione dell’involucroFig. 3.7

3200

2800

2400

2000

1600

1200

800

400

0>26 >27 >28 >29 > 30

0.2/0.40.5/0.40.8/0.40.8/0.7

Distribuzione cumulativa delle ore con temperature più elevate dei valori indicatiFig. 3.8

300 ai 2.500 nanometri viene comunemen-te detto intervallo solare, in quanto è alsuo interno che avvengono gli scambienergetici, inoltre, come evidenzia latabella, è quello in cui cade la maggiorparte dell’energia solare.Quando la radiazione solare incide su unmateriale trasparente è trasmessa, assor-bita e riflessa in funzione di parametri cheriguardano le caratteristiche della radia-zione, come la distribuzione spettrale el’angolo di incidenza, e la natura del mate-riale stesso. In figura 3.9 è riportato, inmaniera molto schematica, ciò che avvie-ne allorché un fascio di radiazioni colpisceun elemento trasparente, dalla figura sonofacilmente comprensibili i seguenti coef-ficienti:� trasmittanza τ: rapporto tra radiazione

che attraversa il materiale e radiazioneincidente.

� riflettanza ρ: rapporto tra radiazioneriflessa dal materiale e radiazione inci-dente.

� assorbanza α: rapporto tra radiazioneassorbita dal materiale e radiazioneincidente.

Per i tre coefficienti sussiste sempre larelazione:

τ + ρ + α = 1

I concetti espressi di seguito valgono peri tre coefficienti, per brevità si farà riferi-mento alla sola trasmittanza in quantoparametro più importante utilizzato, ma èintrinseco che queste considerazioni val-gono anche per gli altri due. Ovviamenteè necessario approfondire le definizionisopra riportate con una serie di conside-razioni. Innanzi tutto in funzione del mate-riale, la radiazione incidente sulla superfi-cie può essere trasmessa con le seguentimodalità:� regolare, il raggio è trasmesso (riflesso)

[3.3.1] Caratteristiche della radiazionesolare I materiali trasparenti hanno un compor-tamento ben diverso da quelli opachi,contribuendo al bilancio energetico del-l’edificio in modo più complesso. Fermorestando quanto detto al capitolo prece-dente sull’isolamento dell’involucro, par-lando di serramenti è necessario definirealcune nozioni sulla radiazione solare esul modo in cui essa penetra nell’ambien-te costruito attraverso le superfici traspa-renti. La radiazione elettromagneticaemessa dal sole copre uno spettro di lun-ghezze d’onda teoricamente infinito, tut-tavia dal punto di vista applicativo puòessere suddivisa negli intervalli definitinella tabella 3.3. Lo spettro che va dai


Spettro λ (nm) % energia

Ultravioletto 150-380 2,3

Visibile 380-780 54,0

Infrarosso vicino 780-2.500 42,4

Infrarosso lontano 2.500-1 mm 1,3

Tabella 3.3 – Suddivisione spettrale dell’energia solare

Flussi di energia solare in un materiale trasparenteFig. 3.9

viene calcolata in conformità con i conte-nuti della normativa ISO 9050. Nella valu-tazione di tale grandezza risulta impor-tante l’analisi della trasmittanza solare τe

e di quella luminosa τv. Per determinareτe, si suppone di illuminare un certo mate-riale tramite la radiazione solare, succes-sivamente si valuta il rapporto tra l’ener-gia globalmente trasmessa e quella inci-dente su tale materiale (si prenda in con-siderazione la radiazione solare contenen-te le lunghezze d’onda del visibile e delvicino infrarosso). Inoltre per determinareτv, si analizza qual è la quota parte dellospettro, relativo ad un illuminante biancostandard, ricevuto dall’occhio umano. Ivalori dei parametri ottici variano sensibil-mente in funzione dell’angolo d’inciden-za, infatti la trasmittanza mantiene valoripressoché costanti fino ad angoli intornoai 30° per decrescere, in maniera più omeno rapida a secondo del materiale, edad annullarsi a 90°, la riflettanza ha uncomportamento complementare, con ilminimo ad incidenza normale e dai 30°aumenta progressivamente fino a diven-tare pari a 1 a 90°, viceversa l’assorbimen-to varia con il percorso ottico della radia-zione all’interno del materiale.Oltre alle grandezze di natura ottica, èimportante introdurne alcune di carattereenergetico le quali sono fondamentali perla scelta dei materiali ed il corretto dimen-sionamento ed orientamento delle super-fici trasparenti. La figura 3.10 approfondi-sce quanto descritto in figura 3.9, dalloschema si può evincere come parte del-l’energia assorbita dal materiale venga poiriemessa sia verso l’interno che versol’esterno, con contributi che dipendonodalle condizioni ambientali indoor e out-door e, soprattutto, dalle caratteristichedel materiale trasparente. Viene così defi-nito g, coefficiente di trasmissione totale

con angolo pari all’angolo della radia-zione incidente;

� diffondente, secondo la legge del cose-no, il raggio incidente viene trasmessocome somma di infiniti raggi emessi intutte le direzioni; la radiazione Iα, nellagenerica direzione α, si ricava, secondola legge del coseno, dalla relazione:Iα=Iocosα, essendo Io la radiazione indirezione normale alla superficie;

� parzialmente diffondente (scattering), ilraggio incidente è trasmesso in modopiù o meno diffuso mantenendo comedirezione principale quella dell’angolodi incidenza; si parlerà di low o highscattering se la diffusione avviene perangoli prossimi alla direzione dellaradiazione incidete oppure in modo piùuniforme;

� a selettività angolare, cioè la radiazio-ne è trasmessa in modo regolare masecondo direttrici preferenziali, dovutead esempio ad elementi prismatici.

I coefficienti precedentemente introdotti,esattamente come la radiazione inciden-te, non sono costanti ma dipendono dallalunghezza d’onda e dalla natura del mate-riale stesso. Ai fini pratici la trasmittanza


Definizione del fattore solareFig. 3.10

[3.3.2] Caratteristiche ottiche ed energetiche del vetroNei seguenti grafici e tabelle sono riassun-te alcune delle proprietà più interessantidel vetro chiaro sia come lastra singola siacome doppio vetro con telaio. In figura3.11 sono tracciate le grandezze otticheal variare della lunghezza d’onda dellaradiazione solare ed in figura 3.12 la tra-smittanza nel solo intervallo visibile. Comesi può vedere dal primo tracciato, unadelle caratteristiche più interessanti delvetro è che al sotto dei 2.500 nm presen-ta una buona trasmittanza, consentendoquindi alla radiazione solare di essere tra-smessa quasi per intero. Il comportamen-to cambia per lunghezze d’onda maggio-ri, in tale zona, infatti, l’assorbimento dienergia è pressoché completo costituen-do una barriera alla riemissione di ener-gia (il già citato effetto serra). I tracciati di figura 3.13 rappresentano ilcomportamento angolare della trasmit-tanza e riflettanza solare di un vetro chia-ro. Si può notare che solo per angolidopo i 45° le curve cominciano a variarerapidamente rispetto ai valori di inciden-za normale. Nella tabella 3.4 sono indicate alcuneproprietà fisiche del vetro è interessantenotare come il valore di conduttività siaindicativo di un materiale non particolar-mente isolante, inoltre l’elevato valore diemissività indica un’elevata propensioneagli scambi termici di tipo radiativo. Èbene ricordare che i valori riportati sonoindicativi, perché variazioni nella compo-sizione possono far variare questi valori,sebbene in percentuali molto basse delleproprietà fisiche del vetro chiaro. I valoridei parametri ottici integrati (per lastrasingola e vetro camera) sono riportatinella tabella 3.5.

di energia solare (o brevemente fattoresolare), che indica la quota di energia glo-balmente trasmessa attraverso il materia-le, rispetto a quella incidente:

ltg = –– q’e + τe

l

Il fattore solare è sempre maggiore dellatrasmittanza solare, con contributi che inalcuni casi possono essere di diversi puntipercentuali; con tale parametro si posso-no valutare al meglio gli apporti solari gra-tuiti.


Proprietà ottiche spettrali di una lastra di vetro chiaraFig. 3.11

Trasmittanza nell’intervallo visibile di una lastra di vetro chiaraFig. 3.12

[3.3.3] Componenti vetrati per ediliziaLe proprietà isolanti del vetro convenzio-nale sono scadenti, cosa che ha portatol’industria ad innovare il settore sempre dipiù. Inizialmente con il semplice vetroca-mera, successivamente con soluzioni sem-pre più efficienti, descritte a seguire. Latabella 3.6, estratta dalla norma UNI TS11300, e la 3.7, riassumono le tipologiepiù comuni.Si fa, in particolar modo, riferimento aduna distinzione tra vetri ad elevate presta-

zioni e ventri a controllo solare. I secondinon sono propriamente innovativi per unduplice motivo, sia per la tecnologia risa-lente ai primi anni ottanta, sia perché noninnovano sostanzialmente il vetro sempli-ce dal punto di vista energetico.Viceversa, i vetri basso-emissivi alcuneinnovazioni le introducono effettivamente.Tuttavia è utile accorparli sia per alcunesimilitudini produttive, sia per risolvere ladicotomia che esiste riguardo a tali mate-riali. Infatti, esiste la percezione di unasorta di dualismo tra vetri a controllo sola-re, per i climi caldi, ed a bassa emissività,per i climi freddi; in realtà i due tipi vannoad agire su proprietà differenti, ma, men-tre i vetri a controllo solare sono efficacisolo in zone calde, i basso-emissivi lo sonoin qualsiasi condizione, migliorando inassoluto le prestazioni della finestra.

Vetri a controllo solare, vetri bassoemissivi e ad elevate prestazioniI vetri a controllo solare sono stati il primovero miglioramento rispetto ai tradiziona-li vetri chiari e sono in commercio già daparecchi anni, con l’obiettivo di ridurre icarichi termici (oltre ad un eccessivo illu-minamento) dovuti alla radiazione solareentrante attraverso le aperture vetrate.L’obiettivo è perseguito con l’utilizzo divetri colorati nella massa o con depositisuperficiali. Nel primo caso parte dellaradiazione incidente è assorbita dal mate-riale e parzialmente riemessa verso l’ester-no, nel secondo la radiazione incidente èdirettamente riflessa all’esterno. Questiprincipi sono schematizzati in figura 3.14.Il mercato più attivo è senz’altro quello deivetri riflettenti, essi possono ottenersiattraverso due procedimenti:� pirolisi, ovvero deposito di ossidi metal-

lici sulla linea di produzione di vetrochiaro o colorato in massa; la tecnolo-


Densità ρ [Kg/dm3] Conduttività λ [W/(m·K)] Emissività ε [-]

2,5 1,0 0,84

Tabella 3.4 – Proprietà fisiche del vetro

Finestra τe [-] ρe [-] αe [-] τv [-] τIR [-] g [-] Uc [W/(m2·K)]

0,84 0,075 0,088 0,898 0,000 0,86 6,306

0,737 0,128 0,135 0,810 0,000 0,76 2,790

Tabella 3.5 – Caratteristiche finestre con vetri chiari

3 mm

3-13-3 mm

Dipendenza angolare di trasmittanza e riflettanza di un vetro chiaroFig. 3.13

implica scarsa luminosità degli ambien-ti e richiesta quasi costante di luce arti-ficiale; in questi casi il risparmio otteni-bile per ridotti carichi per il condiziona-mento può essere del tutto vanificato,con l’aggravante del non utilizzo dellaluce naturale;

� la riduzione del fattore solare non è undato sempre positivo nel corso del-l’anno;

� riflessioni verso l’interno con conse-guenti fenomeni di abbagliamento.

Quindi il controllo solare non risolve effi-cacemente la soluzione del problemaenergetico e del comfort visivo dei com-ponenti trasparenti nell’edilizia, anche sediversifica le soluzioni architettoniche, for-nendo una scelta più ampia di prodotti. Il vetro è un materiale con valori di emis-sività globale molto elevati (incirca 0,84),che determinano elevati scambi radiativicon l’ambiente circostante. Grazie all’ap-plicazione di sottili film metallici o di ossi-di di metalli è possibile innalzare la riflet-tanza nell’infrarosso, riducendo notevol-mente l’emissività del vetro (valori inferio-ri a 0,1!), con conseguente riduzione degliscambi radiativi per effetto di un’elevatariflessione nel campo dell’infrarosso.Questo consente di avere vetri con valoridi resistenza termica nettamente migliori.Inoltre il posizionamento di tali film per-mette al vetrocamera di funzionare a gua-dagno o a filtro solare. Nel caso in cui ilfilm è messo sulla faccia interna del vetroesterno la finestra funziona come filtrosolare, poiché la radiazione è assorbita inprossimità della superficie esterna e rie-messa verso l’esterno. Se il film è sullafaccia esterna del vetro interno la radiazio-ne che attraversa il vetro esterno colpisceil vetro interno che, per la presenza delrivestimento all’esterno, non potrà che rie-metterla verso l’interno, facendo funziona-

gia determina la fusione degli ossidi adelevata temperatura che vengonoinglobati nella superficie delle lastre,ottenendo grande stabilità, durezza eresistenza agli agenti atmosferici;

� polverizzazione catodica di metalli e diossidi metallici su lastre, in campo elet-tromagnetico e sotto vuoto; in questocaso la superficie trattata va sempreposta in opera all’interno.

Le vetrate attrezzate con vetri riflettentipresentano vantaggi di riduzione del fat-tore solare, di qualità estetiche dovuteagli effetti cromatici e perché, se deside-rato, consentono la visione dello spazioesterno dall’interno ma non viceversa.Esistono tuttavia inconvenienti di nonpoco conto:� costi elevati per prestazioni termiche

non eccelse, infatti non si migliora ilcoefficiente di perdite termiche U(ovvero le capacità isolanti), ma soltan-to il fattore solare;

� in molti casi non c’è comportamentoselettivo, elevata trasmissione nellospettro visibile ed elevata riflessionenell’infrarosso, ma soltanto elevatariflessione su tutto lo spettro; questo


Trasferimento della radiazione nei vetri a controllo solareFig. 3.14

niano le loro tipiche colorazioni, con ridu-zione della trasmissione luminosa. Questimetalli, se sufficientemente sottili, sonoutilizzabili come rivestimenti per finestre,in genere con spessori tra 10 e 30 nano-metri che corrispondono a 25/75 stratiatomici. È evidente l’importanza della pre-parazione del coating, in particolare:� continuità e omogeneità del rivesti-

mento;� adesione al substrato, ovvero il vetro di

base, evitando fenomeni di diffusioneall’interfaccia;

� deposizione di strati antiriflesso suentrambe le facce del rivestimento, alfine di evitare una rilevante riduzionedella trasmittanza; va notato che lo stra-to posto tra argento e substrato fungeda adesivo, mentre il secondo evitafenomeni di corrosione;

� recenti sviluppi hanno dimostrato l’effi-cacia di un doppio strato metallico, coninterposto il dielettrico; è stata verifica-ta un’ottima trasmissione della luce,insieme ad una trasmittanza nell’infra-rosso vicino prossima allo zero;

� per evitare il degrado dei vari strati ènecessario porre le facce trattate all’in-terno dei vetrocamera.

I metalli nobili non sono i soli a prestarsia questo tipo di applicazioni, sono utiliz-zati anche i metalli di transizione ed ossi-di conduttori trasparente. I primi, tra iquali vanno inclusi: ferro, cromo, nickel(ed altri), sono meno efficaci sia per la tra-smissione nel visibile, sia per la riflessionenell’infrarosso. Trovano un certo impiegoin alcuni vetri a controllo solare, spessoassociati ad altri rivestimenti.La seconda categoria riguarda i semicon-duttori a banda larga, che diventano con-duttori a tutti gli effetti dopo essere statidopati con opportuni atomi. In genere laconcentrazione è di diversi punti percen-

re la finestra a guadagno solare. Materiali particolari, ad esempio l’argen-to, hanno elevata riflessione anche nel-l’infrarosso vicino, comportandosi cosìcome dei filtri solari. Hanno, infatti, l’iso-lamento termico dei vetri basso emissivied il fattore solare dei vetri a controllosolare, pur mantenendo rispetto a questiultimi un’elevata trasmissione luminosa, siveda la tabella 3.7. La figura 3.15 riportal’andamento della trasmittanza spettraledi un normale doppio vetro (float 5 oextra), di un basso emissivo (low e) e di unfiltro solare (SF). L’andamento fa intuirecome la riflettanza, speculare rispetto allatrasmissione, si innalzi in diversi puntidello spettro, con conseguente variazionedel controllo solare e dell’emissività.Le proprietà di bassa emissione di questivetri sono da ricercare nelle caratteristichefisiche dei materiali utilizzati, in particola-re nell’esistenza di elettroni liberi, tipici dimetalli nobili come argento, oro, rame. Inparticolare l’argento offre ottime presta-zioni dovute sia al basso assorbimento nelvisibile, sia all’elevata riflettanza nell’infra-rosso. Viceversa oro e rame presentanobande di assorbimento nella porzionecentrale del range visibile, come testimo-


Trasmittanza di diversi componenti vetratiFig. 3.15


Vetrata Gas in intercapedine (conc. gas > = 90%)Emissività Dimensioni

Tipo Vetro normale (mm) Aria Argon Krypton SF6 Xenon

Vetro normale 0,89 4-6-4 3,3 3,0 2,8 3,0 2,64-8-4 3,1 2,9 2,7 3,1 2,64-12-4 2,8 2,7 2,6 3,1 2,64-16-4 2,7 2,6 2,6 3,1 2,64-20-4 2,7 2,6 2,6 3,1 2,6

Una lastra con trattamento superficiale ≥ 0,20 4-6-4 2,7 2,3 1,9 2,3 1,64-8-4 2,4 2,1 1,7 2,4 1,64-12-4 2,0 1,8 1,6 2,4 1,64-16-4 1,8 1,6 1,6 2,5 1,64-20-4 1,8 1,7 1,6 2,5 1,7




Vetro normale 0,89 4-6-4-6-4 2,3 2,1 1,8 1,9 1,74-8-4-8-4 2,1 1,9 1,7 1,9 1,64-12-4-2-4 1,9 1,8 1,6 2,0 1,6

Due lastre con trattamento superficiale ≥ 0,20 4-6-4-6-4 1,8 1,5 1,1 1,3 0,94-8-4-8-4 1,5 1,3 1,0 1,3 0,8

4-12-4-12-4 1,2 1,0 0,8 1,3 0,8


4-12-4-12-4 1,2 1,0 0,7 1,3 0,7


4-12-4-12-4 1,1 0,9 0,6 1,2 0,6


4-12-4-12-4 1,0 0,8 0,5 1,1 0,5

Tabella 3.6 – Trasmittanza termica di componenti vetrati

Vetratadoppia

Vetratatripla

noti che i gas non alternano le caratteri-stiche solari del componente trasparente,come si evince dalla tabella 3.7, nellaquale si riportano dei dati assolutamentemedi, di caratteristiche solari di diversisistemi vetrati.Come detto precedentemente esiste lapercezione di un uso alternativo di vetribasso emissivi ed a controllo solare.Questi ultimi sono vetri con moderata tra-smissione luminosa (in genere sono scuri)e bassa trasmissione solare da utilizzaretipicamente in zone calde. Tuttavia in que-sti vetri non si interviene sull’emissività delvetro, quindi non migliorano le prestazio-ni termiche. Questo avviene invece neivetri basso emissivi, i quali sono ad eleva-ta trasmissione luminosa e bassa trasmit-tanza termica. Dunque considerare alter-nativi questo tipo di vetri non è esattopoiché non si tiene in conto che:� un vetro a controllo solare può avere

anche un rivestimento basso emissivo,essendo diversa la natura ed il posizio-namento dei rivestimenti,

� i vetri basso emissivi, a differenza diquelli a controllo solare, operano unaumento della resistenza termica delcomponente, che è una situazionecomunque auspicabile.

Rifacendosi all’ultimo punto, è, dunque,evidente che un’elevata resistenza termi-ca è auspicabile in qualsiasi clima, caldoo freddo, perché determina un più effica-ce isolamento dell’involucro edilizio eduna riduzione di carichi termici e frigorife-ri, mentre è il problema della radiazione,ovvero del controllo solare, che è stretta-mente connesso al clima. Nella figura 3.15sono riportati gli andamenti della trasmit-tanza solare per un vetro-basso emissivostandard e per uno con filtro solare, cioècon il taglio pressoché totale della tra-smittanza in tutto l’infrarosso.

tuali, con conseguente aumento di elet-troni liberi. Anche con questi materiali èassicurata un'elevata riflessione nell'infra-rosso, continuando ad avere un’elevatatrasmittanza luminosa. La produzione deirivestimenti avviene alla fine del procedi-mento float, quando il vetro è ancoracaldo, mediante pirolisi. Lo strato varia tra300 e 700 nanometri ed, essendo piùspesso e duro, è più resistente al degra-do e può essere posto a contatto conl’esterno.Un’ultima classe di materiali molto pro-mettente è quella dei rivestimenti in nitru-ro di titanio e zirconio. Ossidi e nitrurisono generalmente materiali isolanti, tut-tavia i nitruri di metalli si comportanocome veri e propri metalli con elettroniliberi, cosa che li accomuna ai metallinobili, con il vantaggio di essere più durie resistenti. Componenti vetrati con que-sto tipo di rivestimento non sono ancorain commercio, in attesa che venga perfe-zionata la tecnologia di produzione e veri-ficati fenomeni di invecchiamento e dura-bilità.Nella tabella 3.6 sono presentati diversitipi di sistemi vetrati con diverse soluzio-ni di gas nell’intercapedine del vetroca-mera. Si tratta di gas più isolanti dell’ariae dunque in grado di fornire una maggio-re resistenza alla dispersione del calore. Si


Tipo di vetro (4-12-4) τv g

Vetrocamera 0,81 0,76

Vetrocamera a controllo solare 0,40 0,40

Vetrocamera low-e 0,75 0,65

Vetrocamera con gas 0,81 0,76

Vetrocamera con gas low-e 0,75 0,65

Vetrocamera a filtro solare 0,70 0,40

Tabella 3.7 – Caratteristiche solari di alcuni componenti vetrati

L’aerogel è caratterizzato da elevata sen-sibilità all’umidità ed alle sollecitazioni ditrazione, per tale ragione è necessario pro-teggerlo dall’ambiente esterno, soprat-tutto se utilizzato per le finestre. Essendoresistente a sollecitazioni di compressio-ne è evidente che le applicazioni delmateriale in vetro camera possono esse-re molto vantaggiose. La conduttività ter-mica del materiale è circa 15-20 mW/(m·K)a pressione atmosferica, in condizioni dipressione al di sotto dei 100 mbar è pos-sibile ottenere un’aerogel con proprietàsimili a quelle del vuoto. Questo avvienegrazie alla combinazione della strutturaporosa con le ridotte dimensioni dei poristessi. Si è valutato che, alle pressionimenzionate, gli scambi termici avvengo-no quasi totalmente per conduzione tra loscheletro della struttura e per radiazione.Infatti, essendo l’aerogel costituito peralmeno il 95% da vuoti, è possibile otte-nere un materiale dalle elevate proprietàtermiche.La caratteristica fondamentale è, comedetto, la microporosità del materiale, ipori hanno 10-20 nanometri come dimen-sione media, essendo questi valori moltominori delle lunghezze d’onda della lucenaturale ne risulta un comportamento tra-sparente. In realtà il comportamento nonè perfettamente tale, in quanto esistonofenomeni di scattering della luce trasmes-sa che danno luogo ad una visione latti-ginosa ed a colorazioni particolari, tenden-ti al blu nel caso di sfondo scuro e giallonel caso di sfondo chiaro o luminoso. Ivalori di trasmittanza sono compresi tra 85e 92%, simili a quelli del vetro chiaro. Daun lato, poiché, esiste il problema delloscattering e della distorsione dello spazioesterno per le applicazioni nelle normalifinestre, dall’altro l’elevata trasmittanzaconsente numerosi sbocchi nel daylighting

[3.3.4] Materiali trasparenti ad elevatainnovazioneI materiali trasparenti rappresentano pro-babilmente il settore dell’involucro edili-zio a maggior grado di innovazione.Numerosi prodotti, nati inizialmente an-che per altri scopi, hanno trovato negliultimi anni applicazione in edilizia. In alcu-ni casi si tratta di soluzioni mature, già sulmercato, in altri si è ancora in fase di svi-luppo o precompetitiva. È comunqueinteressante fornire delle indicazioni dibase per soluzioni tecnologiche chepotrebbero essere, in tempi brevi, adot-tate in edifici residenziali e, sopratutto,commerciali.

AerogelL’aerogel è un materiale costituito da par-ticelle di silice, e, grazie a particolari pro-cedimenti produttivi, è caratterizzato dauna struttura porosa aperta trasparente, ingrado di fornire ottime prestazioni sia otti-che sia energetiche, si veda lo schema infigura 16. L’aerogel, descritto già nel 1931da S. S. Kistler, è stato oggetto di interes-se a periodi alterni ed è ritornato di modaper le possibili applicazioni in edilizia.


Schema della struttura dell’aerogelFig. 3.16

Materiali trasparenti isolanti (TIM)Questi materiali sono anche chiamati geo-metric media, poiché utilizzano delle strut-ture geometriche per limitare le dispersio-ni termiche per convezione ed irraggia-mento. In pratica con del materiale plasti-co (ultimamente sono in fase di sviluppoalcuni prototipi anche in vetro) trasparen-te nel visibile e nel vicino infrarosso, maopaco nel lontano, si realizzano delle pare-ti divisorie atte a bloccare i moti convetti-vi dell’aria e ridurre lo scambio radiativo.Come è possibile vedere nella figura 3.17,illustrazione sinistra del disegno, se lepareti sono perpendicolari alla direzionedi propagazione (come ad esempio suc-cede nelle finestre con più lastre) ad ognipassaggio attraverso queste barriereparte della radiazione è riflessa versol’esterno e irrimediabilmente persa. Ciòlimita fortemente il numero di strati prati-camente realizzabili al fine di evitare un’at-tenuazione drammatica della trasmittanzacomplessiva. È il caso dei primi TIM, sche-matizzati in nella parte destra della figura3.18, i quali forniscono soddisfacenti pre-stazioni termiche, ma non ottiche.Nella parte sinistra della stessa figura èriportata la tipologia di struttura utilizzatanegli ultimi prodotti. In questo caso lepareti sono mantenute parallele alla dire-zione di propagazione. Nel caso ideale diassenza di assorbimento e diffusionedurante l’attraversamento delle pareti,indipendentemente dal numero di suc-cessive riflessioni e trasmissioni, tutta laradiazione incidente raggiunge, con unatraslazione più o meno grande, l’altraestremità del materiale. Inoltre lo spesso-re dello strato non è influente, ancoranella situazione ideale, sulle proprietà otti-che. In realtà fenomeni di assorbimento edi scattering, anche se minimi, avvengo-no senza peraltro pregiudicare le presta-

e nei sistemi solari attivi e passivi.Per quanto concerne la caratterizzazioneenergetica, si sono trovati valori di condut-tività termica di 15-17 mW/(m·K) per aero-gel non evacuato e 10-11 per quello sottovuoto. Va comunque ricordato che tutte lemisure condotte da vari laboratori hannoevidenziato una forte dipendenza spet-trale, quindi i valori riportati sono da con-siderare puramente indicativi. Inserire l’ae-rogel in un vetrocamera consente di avereun prodotto di elevate qualità energeti-che, se all’interno dell’intercapedine siraggiungono pressioni inferiori ai 50 mbar.Un vetrocamera con una lastra di due cen-timetri di aerogel è in grado di avere uncoefficiente di perdite termiche al centrodella lastra di 0,5-0,6 W/(m2·K), tuttaviaquesti valori possono aumentare del 70%passando alle perdite termiche di tutto ilcomponente. Test su trasmittanza solaree luminosa danno risultati superiori al70%. Affinché ciò non accada, è necessa-rio porre grande cura nel sigillare i bordiper garantire:� resistenza all’acqua,� resistenza al vapore,� assenza di ponti termici.L’aerogel monolitico è un materiale moltopromettente perché assolve brillantemen-te tutte le funzioni richieste ad una fine-stra, con prestazioni energetiche parago-nabili a quelle delle chiusure opache del-l’involucro edilizio, tuttavia con costi anco-ra elevati. L’aerogel granulare è ormaistandardizzato nella produzione e nelleprestazioni, inoltre anche se non puòsostituire le normali finestre, presenta unincremento di costo limitato nei confron-ti di un normale vetrocamera. Per entram-bi i tipi di aerogel la prevista penetrazio-ne nel mercato lascia prevedere riduzionidei prezzi, soprattutto per l’aerogel mono-litico, ancora in piena fase evolutiva.


zioni di tali materiali che sono realizzaticon spessori fino a 50 cm. A causa dellesuccessive riflessioni dovute alle pareti ilmateriale non è trasparente ma traslucidoe, quindi, non può essere utilizzato insostituzione delle finestre.In funzione della dimensione delle celle, iTIM si distinguono in capillari ed a nidod’ape (honeycomb). Questi ultimi presen-tano la tipica struttura riportata nella partedestra della figura 3.18 ed hanno diame-tri dell’ordine di qualche centimetro. Peri TIM capillari il diametro è intorno a unoo due millimetri e la sezione può esserequadrata o irregolare, come in figura 3.19.Per render più uniforme la radiazione tra-smessa, sulla faccia dei TIM sono postidei fogli di vetro diffondenti.I materiali con i quali si realizzano le strut-ture sono generalmente: policarbonato(PC), polimetilmetacrilato (PMMA) e polia-cetato (PA). La produzione avviene trami-te estrusione di strutture cilindriche, asezione rotonda o quadrata, affiancata. Gliestrusi vengono poi tagliati nello spesso-re richiesto. Attualmente sono anche infase di sviluppo strutture realizzate in vetrocon vantaggi dal punto di vista della resi-stenza al calore e con prestazioni ottichemigliori, tuttavia esistono dei problemiancora da risolvere, dovuti alla fragilità edalla sensibilità igroscopica del materiale.I TIM, una volta prodotti, sono inseriti nel-l’intercapedine di un vetrocamera. Si rea-lizza, così, un sistema trasparente com-plesso, che presenta notevoli vantaggiapplicativi. Le proprietà ottiche e termichedi questo materiale sono riportate nellatabella 3.8 in cui sono descritti alcuni deiparametri ottici ed energetici, che lo carat-terizzano. Senza addentrarsi sul compor-tamento angolare di tali materiali, si pos-sono evincere alcuni aspetti interessanti:� i livelli di trasmittanza normale, special-


Principio di funzionamento dei profili geometrici rappresentanti i TIMFig. 3.17

TIM honey comb, nuova (sinistra) e vecchia tessitura dei fogli di PAFig. 3.18

TIM capillari a sezione irregolare e quadrataFig. 3.19

Campione Strati [mm] Descrizione τv g U [W/(m2°K)]

4 vetro chiaro

S1 50 PC capillare 0,74 0,76 1,4

4 vetro chiaro

4 vetro chiaro

S2 100 PC capillare 0,74 --- 0,9

4 vetro chiaro

Tabella 3.8 – Proprietà termiche di TIM

Per quanto riguarda l’effetto foto degra-dante operato dalla radiazione solare, èstato verificato come il PC ingiallisca acausa delle radiazioni UV, specialmentesotto 300 nanometri; viceversa il PMMA èstabile e mantiene per periodi molto lun-ghi le proprietà ottiche iniziali.Stabilizzatori di tipo chimico e/o vetri pro-tettivi possono essere aggiunti, anche sequesto comporta dei costi aggiuntivi.Altro problema è quello degli stress igro-termici, ovviamente entrano in gioco siale qualità del componente sia la messa inopera e l’integrazione con il resto dell’edi-ficio. Questi ultimi possono sembrare inapparenza dei dettagli, in realtà non cor-rette operazioni di montaggio possonodar luogo a difetti pericolosi, come l’insor-gere di stati tensionali nel vetro o l’aggres-sione da parte dell’umidità e di sostanzeinquinanti. I TIM non consentono la visio-ne dello spazio esterno, perciò non pos-sono essere usati al posto delle normalifinestre (esistono anche inconvenienti dinatura tecnica, legati allo spessore delcomponente), però sono molto utili perapplicazioni di daylighting, quando visono grandi spazi da illuminare con ampiesuperfici vetrate. Altre applicazioni interes-santi sono quelle nei sistemi solari sia adacqua (attivi) che ad aria (passivi). Inentrambi i casi si ha un materiale moltotrasparente alla radiazione solare, ma conperdite termiche molto più basse rispet-to ai vetri, singoli e doppi.

Vetri elettrocromiciI vetri cromogenici sono quelli in grado divariare le proprie caratteristiche ottiche infunzione di un piccolo voltaggio. Il funzio-namento è schematizzato in figura 3.20:quando una tensione, in genere tra 1,5 e5 Volt, è applicata tra i conduttori traspa-renti (TC), parte degli ioni presente nello

mente ad incidenza normale, sonomolto elevati, poco inferiori ai normalivetrocamera;

� la dipendenza angolare è maggiorerispetto ai doppi vetri solo ad elevatiangoli di incidenza, quando aumental’assorbimento della radiazione daparte del materiale; ciò è inevitabileperché ad angoli elevati aumentano irimbalzi dei raggi tra le pareti del mate-riale plastico e con essi l’assorbimentoe lo scattering;

� l’assorbimento dell’ossido di ferro (con-tenuto nel vetro) intorno ai mille nano-metri, causa anche in questi compo-nenti una diminuzione della trasmittan-za solare rispetto a quella visibile; qua-lora si voglia una ottimizzazione deiguadagni solari è opportuno inserire iTIM tra vetri a basso contenuto ferroso,che hanno un minore assorbimento nelvicino infrarosso.

Si è detto in precedenza che i TIM sonocomposti polimerici organici; questi mate-riali sono dunque soggetti a trasforma-zioni fisiche e chimiche di tipo irreversibi-le, le quali alterano le prestazioni del com-ponente. Comprendere come le causeesterne, e quelle climatiche in particolari,agiscono sul materiale, aiuta la scelta dellesostanze più adeguate per la produzionedei TIM.


TIM capillari a sezione irregolare e quadrataFig. 3.19

� consumi energetici solo per la fase ditransizione, poiché il nuovo stato èmemorizzabile fino a 24 ore, senza ali-mentazione del dispositivo;

� possibilità di modificare gradualmentela trasmittanza ed il fattore solare dellefinestre;

� mantenimento delle caratteristiche ditrasparenza, ovvero è possibile vedereattraverso.

Questi materiali sono ancora in continuaevoluzione, visti i notevoli problemi: dura-bilità del prodotto, lunghi tempi di transi-zione da stato colorato a stato chiaro, pro-duzione quasi artigianale, costi elevati. Lapossibilità di produrre pacchetti elettro-cromici a stato solido, è il primo passo perrisolvere alcuni di questi problemi.Esistono alcuni prodotti sul mercato concaratteristiche diverse ma che rappresen-tano il primo passo per l’introduzione del-l’involucro dinamico negli edifici. Si ripor-tano ad esempio in figura 3.21 valori ditrasmittanza spettrale di un vetro com-merciale in 5 diversi stati di colorazione(50% nello stato chiaro, 15% in quello piùscuro nello spettro visibile). Si ricorda inol-tre che questo sistema agisce solo sullospettro solare, le prestazioni termicheandranno migliorate con le soluzioni chemigliorano le prestazioni nell’infrarossolontano, come visto precedentemente.

[3.3.5] Gli infissiGli infissi rappresentano la parte opacadei serramenti e hanno una notevoleimportanza per il flussi termici che hannoluogo attraverso le finestre. Fino a pocotempo fa erano ritenuti la parte termica-mente più efficiente del serramento, oggi,con i grandi progressi tecnologici avvenu-ti nel campo dei sistemi trasparenti, gliinfissi pare siano divenuti il prodotto a

strato di accumulo (IS) attraversano lazona di separazione (IC), in grado di con-durre tali ioni, per fermarsi nello stratoelettrocromico effettivo (EC), con la con-seguente variazione di colore del compo-nente. Invertendo la tensione si inverte ilprocesso. Il materiale ha memoria, quindimantiene lo stato indotto dalla tensione.Alcuni vantaggi di questi materiali sono:� transizione dallo stato trasparente a

quello colorato, gestita dall’utente,secondo le caratteristiche del sistema dicontrollo;


Funzionamento di un vetro elettrocromicoFig. 3.20

Trasmittanza di un vetro elettrocromico nei vari statiFig. 3.21

per l’edilizia residenziale. Le caratteristichetermo-fisiche sono legate al tipo di legnoutilizzato ed allo spessore dell’infisso, cosache ovviamente non ha fatto drasticamen-te cambiare il comportamento termico delmateriale. La tecnologia ha viceversa aiu-tato con nuovi prodotti di finitura la stabi-lità e la curabilità del prodotto, così comel’utilizzo di guarnizioni sintetiche e natu-rali ha consentito di ridurre l’elevata per-meabilità all’aria di questo tipo di infissi. Ivalori di trasmittanza termica U degli infis-si in legno è funzione della densità dellegno e dello spessore e della geometriadell’infisso, si vedano gli schemi costrutti-vi in figura 3.22 e il grafico in figura 3.23.Tipici valori di infissi in legno sono comun-que compresi tra 1,35 ed 1,5 W/(m2·K).

Infissi in PVCIl polivinilcloruro è utilizzato per la realiz-zazione dei serramenti dall’inizio degli annicinquanta, anche se una vera e propria dif-fusione è iniziata dopo un ventennio, inseguito alle crisi energetiche occorse inquegli anni. Essenzialmente gli infissi inPVC sono costituiti da profilati cavi a piùcamere, uniti mediante saldatura e rinfor-zati con profilati metallici. La diffusione diquesti infissi è da ricercare nelle buonecaratteristiche termiche, nella bassa richie-sta di manutenzione e nella molteplicità disoluzioni geometriche. I valori standard diquesto tipo di infisso sono di circa 2,2W/(m2·K) nel caso di profilo a 2 camere edi 2 W/(m2·K) per profili a 3 camere.Esistono oggi delle soluzioni ancora piùavanzate con profili a 5 camere con livellidi isolamento ancora migliori. Esistono,seppure a diffusione molto limitata, infissiin poliuretano. Nel caso di spessore del-l’infisso superiore a 5 millimetri, il valore diriferimento, secondo le norme EN, dellatrasmittanza termica è di 2,8 W/(m2·K).

più limitate potenzialità di miglioramen-to termico. Non a caso nei paesi più fred-di, dove l’utilizzo di vetrocamera multiplicon vetri basso emissivi è prassi comune,le maggiori perdite termiche sono localiz-zate proprio negli infissi e nella giunzionetra vetro e componente opaco. Le lorocaratteristiche termiche regolano gliscambi termici dovuti alla differenza ditemperatura tra ambiente esterno edinterno, dall’altro è attraverso gli infissiche avvengono le infiltrazioni d’aria, ulte-riore carico termico per l’edificio special-mente nella stagione invernale. Se la scel-ta del materiale ha un’importanza limita-ta per quanto riguarda la permeabilitàall’aria, viceversa è fondamentale per leprestazioni termiche, ovvero la trasmittan-za termica U e la trasmittanza termicalineare æ, introdotta al paragrafo succes-sivo. Per questo motivo, nei successivi sot-toparagrafi si riassumono le caratteristi-che dei principali tipi di infisso.

Infissi in legnoGli infissi in legno sono utilizzati da seco-li negli edifici e rappresentano ancoraoggi la maggiore quota parte di mercato


Calcolo di dello spessore in funzione della geometriaFig. 3.22

soluzioni a taglio termico. Negli infissi tra-dizionali la povertà delle prestazionidipende dalla elevata conduttività deimetalli in genere, che non offrono grossaresistenza al trasferimento del calore.Negli infissi a tagli termico, tutto ciò vieneevitato realizzando dei profilati cavi persfruttare le capacita isolanti delle camered’aria, e spezzando la continuità delmetallo con degli elementi isolanti, ingenere di material plastico. Due esempitipici sono riportati in figura 3.24, in cui iltaglio termico è fatto con materiale conconduttività termica compresa tra 0,2 e 0,3W/(m·K), nell’infisso superiore, ed inferio-re a 2 W/(m·K) nell’infisso in basso.Attualmente gli infissi in alluminio non ataglio termico sono ancora diffusi nell’edi-lizia residenziale ed in molti vecchi edificiper uffici. La trasmittanza termica di que-sti infissi dipende dalla geometria del pro-filo, generalmente i valori sono compresitra 6 e 7 W/(m2·K). Valori simili si hannoanche per infissi in ferro, acciaio ed altreleghe che, però, hanno ormai una diffu-sione piuttosto limitata. È anche importan-te notare che a questo tipo di infissi siassocia spesso una elevata permeabilitàall’aria che riduce ulteriormente le presta-zioni del serramento.Nel caso di infissi in alluminio a taglio ter-mico la trasmittanza dipende da: dimen-sione delle camere d’aria dei profili, even-tuali vernici riflettenti all’interno dei profi-li, tipo di materiale utilizzato per il tagliotermico, caratteristiche geometriche del-l’infisso. Vista la dipendenza da tanti para-metri, la trasmittanza termica di questiprodotti può variare sensibilmente davalori intorno ai 2.5 W/(m2.K) fino a valoriprossimi a 4 W/(m2.K). Si tratta comunquedi situazioni limite, l’intervallo in cui cadetipicamente la maggior parte dei prodi ètra 3 e 3.4 W/(m2.K).

Infissi in alluminioGli infissi in alluminio rappresentano unanotevole fetta di mercato nel settore resi-denziale e la maggior parte del volume divendita nel terziario. Le caratteristiche ter-miche dei serramenti metallici sono piut-tosto limitate per i prodotti tradizionali,mentre diventano più interessanti con le


Trasmittanza termica dell’infisso in legno in funzione dello spessoreFig. 3.23

Esempi di profili metallici a taglio termicoFig. 3.24

Thermal conductivity of thermalbreak materials0.2 < λ ≤ 0.3 W/(m.K)

d is the smallest distance betweenopposite aluminium sections ofthe thermal break

bj is the width of thermal break jb f is the width of the frame

Thermal conductivity of thermalbreak materials0.1 < λ ≤ 0.2 W/(m.K)

d is the smallest distance betweenopposite aluminium sections ofthe thermal break

bj is the width of thermal break jb f is the width of the frame

∑ bj ≤ 0,2 b f

j

∑ bj ≤ 0,3 b f

j

� Ostruzione esterna. Definita attraversol’angolo formato dal segmento vertica-le che congiunge la sommità dell’osta-colo con il punto di osservazione (adesempio il centro della finestra ogget-to di studio con la copertura dell’edifi-cio prospiciente) ed il piano orizzonta-le passante per quest’ultimo;

� Aggetto orizzontale. Definito attraver-so l’angolo formato dal segmento ver-ticale che congiunge il bordo dell’ag-getto con il punto di osservazione (adesempio il centro della finestra ogget-to di studio con il bordo esterno delbalcone) ed il piano orizzontale passan-te per quest’ultimo.

� Aggetto verticale. Definito attraversol’angolo formato dal segmento oriz-zontale che congiunge il bordo del-l’aggetto con il punto di osservazione(ad esempio il centro della finestraoggetto di studio con il bordo ester-no dell’incasso della finestra stessa) edil piano verticale passante per quest’ul-timo.

La norma definisce dei fattori di riduzionestandard in funzione di:� latitudine del sito,� angolo di ostruzione,� esposizione della facciata, � mese dell’anno.Gli schermi mobili hanno un contributotemporaneo al controllo della radiazionesolare. La norma fornisce dei valori stan-dard di utilizzo, riassunti nella tabella 3.9,in funzione dell’orientamento della faccia-ta e del mese dell’anno. Nel periodorestante gli apporti solari saranno quellidovuti alla superficie trasparente nonostruita. Nella tabella 3.10 si riportano i fattori diriduzione del fattore solare in funzione dielemento schermante accoppiato. Questivalori di riferimento sono relativi alle pro-

[3.4] Sistemi schermanti

La possibilità di schermare la radiazionesolare ha una grandissima importanzenelle moderne costruzioni, dove si registraun sempre maggiore aumento dei carichidi climatizzazione estiva.L’ombreggiamento può essere garantitodal punto di vista termico con elementitrasparenti, vetri a controllo solare o cro-mogenici già descritto, ma per garantireil comfort visivo è necessario prevedereulteriori sistemi schermanti, generalmen-te opachi. Essi possono essere classifica-ti in relazione a:� gestione: fissi e orientabili;� struttura: omogenei e non omogenei;� posizione rispetto alla superficie vetrata;� geometria: verticali o orizzontali;Le norme tecniche di riferimento (UNI TS11300 e UNI EN ISO 13790) introduconodei coefficienti correttivi per ridurre gliapporti solari dovuti alla presenza dischermi fissi e mobili. Nel caso di scher-mi fissi sono definite tre giaciture di ostru-zione, che si classificano come segue.


Mese Nord Est Sud Ovest

1 0,00 0,52 0,81 0,392 0,00 0,48 0,82 0,553 0,00 0,66 0,81 0,634 0,00 0,71 0,74 0,625 0,00 0,71 0,62 0,646 0,00 0,75 0,56 0,687 0,00 0,74 0,62 0,738 0,00 0,75 0,76 0,729 0,00 0,73 0,82 0,6710 0,00 0,72 0,86 0,6011 0,00 0,62 0,84 0,312 0,00 0,50 0,86 0,42

Tabella 3.9 – Fattore di utilizzo dello schermo mobile in funzione dell’esposizione

spazio esterno. Le strategie dunque pre-vedono:� posizionare il sistema ombreggiante

dall’apertura in modo tale che le ombreportate siano provocate nelle ore desi-derate evitando di ostruire, per quantopossibile, le visuali verso l’esterno;

� progettare un sistema ombreggianteche sia in grado di ricostruire per quan-to possibile e in maniera efficace leforme esterne;

� ricorrere a materiali opachi alla radiazio-ne infrarossa ma relativamente traspa-renti alla radiazione luminosa.

Gli stessi elementi costruttivi dell’edificiocome gli aggetti, i cornicioni, i brise-soleilsono esempi di protezioni solari fisse.Sistemi di ombreggiamento a scomparsaconsentono di seguire il continuo movi-mento del sole e sfruttare la necessità diun maggiore sfruttamento della luce natu-rale durante i giorni nuvolosi, questi siste-mi sono in grado di lasciare completa-mente libera di ogni elemento la superfi-cie vetrata. Essi possono essere: scorrevo-li lateralmente o verticalmente (figura3.25), avvolgibili, pieghevoli. Alternativa-mente, possono essere fissi ma con le sin-gole lamelle orientabili, come in figura3.26. La gestione può essere manuale oautomatizzata. Nell’edilizia abitativa italia-na contemporanea, la persiana avvolgibi-le resta uno dei sistemi in assoluto più uti-lizzato.I sistemi di ombreggiamento orientabilisono una via di mezzo tra i sistemi fissi equelli a scomparsa. Si tratta di sistemi alamelle orizzontali o verticali, in grado diruotare rispetto al proprio asse e impedi-re totalmente il passaggio dei raggi sola-ri oppure convertirsi in sottili linee inter-poste tra l’osservatore e l’esterno. Unamolteplicità di posizioni intermedie con-sente all’utente di regolare a piacere l’in-

prietà ottiche della tenda ed al relativocoefficiente di riduzione degli apportisolari.

[3.4.1] Classificazione dei sistemischermanti

GestioneLa distinzione più importante è tra le pro-tezioni solari fisse e quelle regolabili. Isistemi di ombreggiamento fissi devonogarantire il contatto visivo tra l’utente e lo


Proprietà ottiche della tenda Fattori di riduzione conTenda assorbimento trasmissione tenda interna tenda esternaVeneziane bianche 0,1 0,05 0,25 0,1

0,1 0,3 0,150,3 0,45 0,35

Tende bianche 0,1 0,5 0,65 0,550,7 0,8 0,750,9 0,95 0,95

Tessuti colorati 0,3 0,1 0,42 0,170,3 0,57 0,370,5 0,77 0,57

Tessuti rivestiti alluminio 0,2 0,05 0,2 0,08

Tabella 3.10 – Riduzione del fattore solare per utilizzo di schermi mobili

Figura 3.25Sistema schermante esterno

mobile a tenda

gresso di luce nelle diverse ore del gior-no e nelle diverse stagioni dell’anno.

StrutturaI sistemi a struttura omogenea sono quel-li composti da intere ed uniche superfici,come le tende verticali o orizzontali, e gliaggetti, anch’essi verticali o orizzontali.Non consentono una regolazione accura-ta della radiazione e la loro chiusura impli-ca l’impossibilità della percezione visivadell’ambiente esterno. Tra i sistemi non omogenei ricade la mag-gioranza dei sistemi ombreggianti, comele persiane veneziane, i brise soleil (figu-ra 3.27), le lamelle esterne orizzontali overticali. Un altro metodo, per ottenereun effetto analogo, è quello di realizzareuna deposizione con struttura colonnareobliqua sulla superficie di un vetro (figu-ra 3.28). Un effetto simile è ottenibile con la pro-duzione di un vetro stratificato in cui lelamelle, immerse in un gel con caratteri-stiche termo-fisiche simili al vetro, sonoinserite tra due vetri chiari. Si tratta diprocedimenti già visti per i vetri chiaristratificati che a quelle difficoltà neaggiungono altre di natura geometrica.Infatti, poiché le lamelle sono fisse, l’an-golo di inclinazione deve essere valutatocon attenzione, in relazione alle prestazio-ni cercate; se il processo produttivo nonè corretto, lo schiacciamento (o il raddriz-zamento) delle lamelle, provoca la realiz-zazione di un componente non adegua-to allo scopo. L’ultimo tipo di materiali da menzionaresono i film olografici. L’effetto di redirezio-namento della radiazione incidente, inquesto caso, è ottenuto tramite la diffra-zione di una struttura prismatica invisibileottenuta mediante “stampa” con tecnicaolografica.


Figura 3.26Sistema schermante interno

mobile a lamelle

Figura 3.27Schema di un doppio vetro

con lamelle riflettenti

Rivestimento con struttura colonnare obliquaFig. 3.28

termico. Gli svantaggi, però, non sonopochi: sono di ordine estetico (se il siste-ma ombreggiante non è progettato con-testualmente all’edificio), economico, fun-zionale e strutturale (problemi general-mente riconducibili agli agenti atmosferi-ci ed al vento, in particolare). In caso disistemi fissi, bisognerà studiare l’orienta-mento ottimale sia dal punto di vista ter-mico che da quello luminoso. Se le lamel-le sono invece mobili e di una certadimensione, il sistema sarà ottimizzatoapplicando controlli automatici che con-sentano una regolazione costante secon-do le condizioni esterne termiche e lumi-nose. Se invece la regolazione avvienemanualmente, le lamelle dovranno esse-re leggere oppure essere dotate di unmeccanismo che sia di facile manipolazio-ne. Un vantaggio delle lamelle esterne èche possono migliorare il livello luminosointerno se trattate con finiture riflettenti.Questo fa si che la luce venga riflessaverso lo spazio interno facendola arrivarenelle zone più profonde dell’ambiente.I sistemi di ombreggiamento interclusi, diapplicazione non ancora molto frequente,consistono nell’inserimento di piccolelamelle all’interno di un vetrocameraoppure tra due lastre di vetro. Il primo tipoè provvisto di una regolazione automati-ca attraverso un comando esterno, quin-di è necessaria l’energia elettrica. Esistonoanche sistemi redirezionanti fissi, ottimiz-zati su base annuale per lo sfruttamentodell’illuminazione naturale e del controllosolare, come il sistema in figura 3.29. Ilsistema schermante è in questo modoprotetto sia dall’esterno che dall’interno.Questa soluzione è molto vantaggiosa sesi può controllare il passaggio dell’ariaall’interno della camera d’aria dove trovaluogo il sistema ombreggiante, non acaso questa soluzione trova largo impie-

La posizione rispetto alla superficievetrataI sistemi di ombreggiamento interni sonosistemi molto leggeri che vengono mon-tati sul lato interno dell’infisso. Essi con-sistono principalmente in tende, tendealla veneziana regolabili in alluminio, inPVC o in legno, lamelle verticali in PVC oin alluminio e tende riflettenti avvolgibili.Sono regolabili dall’utente e non interfe-riscono con la facciata esterna, per cuipossono essere utilizzati in qualsiasi tipodi edificio. Non essendo soggetti agliagenti esterni richiedono poca manuten-zione. Ma i sistemi di ombreggiamentointerni hanno un’importante limitazionedal punto di vista termico per il fatto cheintercettano la radiazione solare quandoquesta è già penetrata all’interno dell’edi-ficio, operando cosi in modo energetica-mente limitato.I sistemi di ombreggiamento esterni pre-sentano il vantaggio di bloccare la radia-zione diretta prima dell’ingresso all’inter-no dello spazio, evitando in questo modol’ingresso di calore; quindi si presentanocome i migliori sistemi dal punto di vista


Schema di un doppio vetro con lamelle riflettentiFig. 3.29

nelle aperture rivolete a S-SE e S-SO,mentre le lamelle (possibilmente ad incli-nazione variabile) lavorano bene negliorientamenti SO-NO e SE-NE.

[3.4.2] Alcune proprietà ottiche e termicheAlcuni dati interessanti sono disponibiliper vetrocamera con lamelle orientabili eintercapedine riempita con gas. Le lamel-le sono orientabili in funzione dell’altezzadel sole sull’orizzonte, e quindi a secon-da delle stagioni, controllano il passaggiodella radiazione agevolandolo in invernoed ostacolandolo in estate. Le lamelle presentano una concavità versoil basso e i dati si riferiscono a misure conlamelle orizzontali ed inclinate a 45°, fun-gendo da schermo come in figura 3.30.Per variazioni azimutali dell’angolo di inci-denza le curve di decadimento della tra-smittanza sono quelle tipiche dei vetrichiari, con percentuali che dipendono dal-l’inclinazione delle lamelle, si vedano lecurve continue nella figura. Le variazioni zenitali danno luogo ad unacurva di decadimento ben diversa, in cuila trasmittanza decresce rapidamenteper angoli positivi, in modi tanto piùaccentuato, quanto più le lamelle sonoinclinate. Nel caso di radiazione collima-ta ad incidenza normale, il materialelascia passare il 50% dell’energia inci-dente a lamelle orizzontali ed il 20% alamelle inclinate.Per quanto concerne le proprietà termi-che, il campione in esame ha U fortemen-te dipendente dall’inclinazione dellelamelle, passando da circa 2,2, a schermiorizzontali, a 1,7 a lamelle verticali. Il fattore solare segue in modo regolare latrasmittanza solare. Il discorso si inverteper i materiali con lamelle fisse, ovviamen-te in questo caso U è fisso e, a meno di

go nelle facciate ventilate. Il problema èsoprattutto estivo, quando il sole colpi-sce le lamelle facendo innalzare la tem-peratura dell’aria della camera e dandoluogo a notevoli scambi termici di natu-ra radiativa.

GeometriaI sistemi schermanti orizzontali sono effi-caci se sono progettati correttamente esono applicati sulle facciate rivolte a sud.Le dimensioni ottimali saranno quelle cal-colate in relazione al percorso solare eche impediranno la penetrazione dellaradiazione solare diretta, garantendo unbuon illuminamento con l’ottimizzazionedella luce naturale diffusa.I sistemi schermanti verticali, invece, sonoefficaci nei casi in cui la direzione deiraggi solari non sia contenuta in un pianoparallelo a quello dello schermo (paretilaterali alle aperture o lamelle verticali) eformi con esso un angolo di incidenzache impedisca la penetrazione dei raggistessi. Una finestra incassata oppure dotata dipareti laterali, ad esempio, funziona bene


Trasmittanza di un vetro camera con lamelle, con variazione azimutale e zenitaleFig. 3.30

sia per le prestazioni luminose ed energe-tiche, sia per la loro flessibilità. L’aumentodel mercato dovrebbe, poi condurre aduna riduzione dei costi. Per quanto con-cerne i sistemi a lamelle fisse la situazio-ne è differente: pur con margini di diffu-sione, si tratta di un prodotto di nicchia; ildaylighting con questi materiali devebasarsi sulla luce diffusa e, quindi, appli-cabile per livelli di illuminamento nonmolto elevati, come musei, zone di pas-saggio ecc.

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ulteriori trattamenti, il valore è simile aquello di un vetro normale. Viceversa il fat-tore solare dipende molto dall’incidenzadella radiazione, infatti le lamelle sono ingenere di colore scuro per favorire l’om-breggiamento e questo comporta moltaenergia assorbita a grandi angoli. Quindimente la trasmittanza solare tende adannullarsi, esiste un apporto di g dovutoall’assorbimento ed alla riemissione.Nel terziario è prevedibile una buona dif-fusione dei sistemi a lamelle orientabili


Capitolo Quattro

Gli impianti di riscaldamento

grado di ottimizzare la prestazioneenergetica ed economica del sistemaedificio-impianto.

Le specifiche tecniche di riferimento sonoquelle attualmente vigenti in Italia per ilcalcolo dei fabbisogni e rendimenti disistemi di riscaldamento, ovvero: UNI TS11300 parte 2, e la UNI EN 15316 nelle suevarie parti.

[4.2] I rendimenti dell’impiantotermico

L’energia termica necessaria per sopperi-re al fabbisogno utile mensile Qh degliambienti da climatizzare è valutata a valledei sistemi di produzione e distribuzionee risulta quindi, in termini progettuali, laquantità di energia che l’impianto devegarantire, per ciascuno dei mesi inverna-li, attraverso la fornitura di una adeguatapotenza termica.Durante le fasi di produzione e trasmissio-ne del calore (produzione, distribuzione,emissione e regolazione), attraverso icomponenti dei sistemi di climatizzazioneparte dell’energia presente a monte delcomponente si disperde nell’ambiente.Ciascun componente (ma è più correttoparlare di sistemi componenti) dell’im-pianto è quindi caratterizzato da un pro-prio rendimento.

[4.1]Introduzione

Anche in climi moderatamente miti, comeè mediamente quello italiano, più dellametà degli usi finali di energia in ediliziasono dovuti al riscaldamento degli edificinella stagione invernale. L’applicazione distrategie e tecnologie ad elevata efficien-za energetica per questa tipologia di usoenergetico, è dunque fondamentale perridurre i consumi di settore.È importante ricordare la differenzasostanziale che si ha nell’affrontare la que-stione energetica in edifici di nuovacostruzione o esistenti. Per i primi è sem-plice indirizzare la scelta verso soluzioniefficienti, in accordo con la normativavigente. Più complesso è il problema inedifici esistenti, poco prestazionali in ter-mini di involucro e poco efficienti in ter-mini di impianti installati. Tuttavia è pro-prio in questi casi che si può realizzare unnotevole risparmio energetico ad impat-to economico limitato, adottando tecno-logie efficienti, affidabili e, spesso, pocointrusive.L’obiettivo di questa sezione è, da questopunto di vista, duplice:� illustrare le procedure per determinare

l’efficienza energetica di un impianto diriscaldamento e di tutti i suoi sottosi-stemi;

� illustrare le tecnologie più efficienti, inCat

ania

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li rendimenti attraverso una diagnosi ener-getica approfondita ed intervenire consoluzioni migliorative per correggere lad-dove si individuino valori troppo bassi,indici di elevate perdite energetiche. AIfini della semplice valutazione energeticaper la certificazione, nel caso di edifici esi-stenti si può fare riferimento a valori pre-calcolati, da utilizzare però rigorosamentein esercizio standard e non di diagnosi.I rendimenti medi riferiti ad un periodoprefissato e calcolati in base alla normaUNI TS 11300 - 2 sono utilizzati unicamen-te per quantificare il fabbisogno energe-tico mensile e stagionale dei sistemi diriscaldamento in accordo con quanto pre-visto dalla norma stessa.Di seguito vengono analizzati singolar-mente i rendimenti termici d’impianto,procedendo idealmente dall’ambiente cli-matizzato posto a valle dell’impianto, finoa monte della produzione termica. Perciascun rendimento si riportano alcuneconsiderazioni in merito ai fattori da cuiesso dipende ed alla possibilità di incre-mentarne il valore medio stagionale.

[4.2.1] Il rendimento di emissione Il rendimento di emissione è definitocome rapporto tra la quantità di energiarichiesta per il riscaldamento degli am-bienti con un sistema di emissione idea-le, in grado di fornire una temperaturacostante uniformemente distribuita negliambienti, e la quantità di energia real-mente fornita dal sistema installato, nellestesse condizioni di riferimento di tempe-ratura ambiente (interna) ed esterna,

dove: ηe = rendimento di emissione,

A monte dell’intero sistema è immessaenergia primaria costituita sostanzialmen-te dal combustibile, cui si aggiungonoeventuali recuperi termici, e dall’energiaelettrica per il funzionamento degli ausi-liari d’impianto (pompe di circolazione,ventilatori, …).Il fabbisogno di energia primaria Qst delsistema edificio-impianto, valutato an-nualmente in regime continuo sui mesi diriscaldamento n, risulta (qui e nel segui-to del capitolo il fabbisogno energeticoe le altre quantità di energia si intendo-no tutte espresse nella medesima unità dimisura, J):

dove: Qhj = fabbisogno utile mensile degli am-bienti da climatizzare relativo al jimo mese,ηg = ηeηdηcηp = rendimento globalemedio stagionale,ηe = rendimento di emissione medio sta-gionale,ηd = rendimento di distribuzione mediostagionale,ηc = rendimento di regolazione mediostagionale,ηp = rendimento di produzione mediostagionale.Dall’analisi della formulazione del rendi-mento globale medio stagionale risultaquindi evidente come un valore bassoanche di uno solo dei rendimenti dellecomponenti d’impianto abbatta pesante-mente il valore del loro prodotto, anchea fronte di valori elevati degli altri rendi-menti termici. Occorre porre la massimaattenzione in fase progettuale, operandoscelte progettuali che garantiscano altaqualità di tutti i componenti dell’impian-to termico. Nel caso poi di interventi suimpianti esistenti, occorre valutare i singo-


Molteplici sono i fenomeni che contribui-scono ad allontanare il comportamentodel sistema reale da quello ideale, tra cuii principali sono riconducibili alla localiz-zazione, all’interno dell’ambiente, dei ter-minali di erogazione ed ai moti convetti-vi generati dai terminali stessi. In particolare la radiazione emessa dai ter-minali comporta un aumento della tempe-rature a livello locale, in particolare nellestrutture limitrofe (ad esempio la pareteposteriore al terminale), con conseguen-te aumento localizzato del flusso termicodisperso verso l’esterno.I moti convettivi che sono generati daiterminali internamente ai locali generanoincrementi localizzati (sulle pareti lambitedai moti convettivi) dei coefficienti limina-ri di scambio termico, con conseguentiaumenti locali delle trasmittanze termichee quindi dei flussi termici dispersi.

Qh = quantità di energia richiesta per ilriscaldamento degli ambienti con un siste-ma di emissione ideale (calcolata in basealla norma UNI 10344),Qhr = quantità di energia fornita dal siste-ma reale, nelle stesse condizioni di riferi-mento di temperatura ambiente (interna)ed esterna.Sostanzialmente il rendimento di emissio-ne indica quanto lontano sia il comporta-mento del sistema reale da quello del siste-ma ideale, teorizzabile con un locale in cuisiano verificate le seguenti condizioni:� temperatura costante e uniformemen-

te distribuita in ogni punto del locale,� costanza dei valori di trasmittanza nelle

pareti omogenee,� costanza delle temperature superficiali

nelle pareti omogenee con conseguen-te omogeneità del flusso termicodisperso.

99 Gli impianti di riscaldamento

Carico termico annuo (W/m3)< 4 4-10 > 10

Tipo di terminale di erogazione ηe

Radiatori su parete esterna isolata* 0,95 0,94 0,92Radiatori su parete interna 0,96 0,95 0,92Ventilconvettori valori riferiti a t media acqua = 45 °C 0,96 0,95 0,94Termoconvettori 0,94 0,93 0,92Bocchette in sistemi ad aria calda** 0,94 0,92 0,90Pannelli isolati annegato a pavimento 0,99 0,98 0,97Pannelli annegati a pavimento*** 0,98 0,96 0,94Pannelli annegati a soffitto 0,97 0,95 0,93Pannelli a parete 0,97 0,95 0,93

Tabella 4.1 Rendimento di emissione dei

corpi scaldanti

* Riferito ad una temperatura di mandata dell’acqua di 85 °C, ad una installazione su parete divisoria interna oppure aridosso di parete esterna isolata e con presenza di superficie riflettente sul lato interno. In assenza di superficie riflettenteil valore riportato deve essere diminuito di 0,02; in presenza di parete esterna non isolata (U > 0,8 W/(m2·K)) il valoredeve essere ulteriormente ridotto di 0,04; per temperatura di mandata dell’acqua di 65 °C il valore del prospetto deveessere incrementato di 0,03; le altre correzioni assumono gli stessi valori.

** Per quanto riguarda i sistemi di riscaldamento ad aria calda i valori si riferiscono a impianti con: griglie di ripresa del-l'aria posizionate ad un'altezza non maggiore di 2,00 m rispetto al livello del pavimento; bocchette o diffusori corretta-mente dimensionati in relazione alla portata e alle caratteristiche del locale; corrette condizioni di funzionamento (genera-tore di taglia adeguata, corretto dimensionamento della portata di aspirazione); buona tenuta all'aria dell'involucro e dellacopertura.

*** I dati forniti non tengono conto delle perdite di calore non recuperate dal pavimento verso il terreno; queste perditedevono essere calcolate separatamente ed utilizzate per adeguare il valore del rendimento.

� migliore benessere ed igiene ambien-tale derivante dai più modesti moti con-vettivi; si riduce infatti la sensazione difreddo ed il trascinamento della polve-re che può causare annerimenti dellepareti in prossimità dei corpi scaldantie reazioni allergiche agli occupanti; perquanto riguarda la sensazione di fred-do c’è tuttavia una considerazione daporre in evidenza: migliora la sensazio-ne di temperatura all’interno dell’am-biente, mentre possono nascere delleimplicazioni negative di natura psicolo-gica nel momento in cui si va a tocca-re il corpo scaldante, che è oggettiva-mente più freddo;

� migliore rendimento di emissione; infat-ti la riduzione dei moti convettivi com-porta una riduzione delle dispersionitermiche passive;

� migliore rendimento di distribuzione inquanto la minore temperatura del flui-do termovettore comporta la riduzionedelle perdite della rete di distribuzione;

� migliore rendimento di produzione aseguito della riduzione delle perdite almantello e delle perdite al camino abruciatore spento.

[4.2.2] Il rendimento di regolazione Il rendimento di regolazione è definitocome rapporto tra la quantità di energiarichiesta dalla zona termica in condizionidi regolazione ideali e la quantità di ener-gia richiesta dalla zona termica in condi-zioni di regolazione reali,

dove: ηc = rendimento di regolazione,Qh = quantità di energia richiesta dalla zonatermica in condizioni di regolazione ideali,

Inoltre l’effetto combinato dei moti con-vettivi e della naturale stratificazione ter-mica produce un aumento delle tempe-rature nella parte superiore del volumeriscaldato; anche in questo caso la tempe-ratura più elevata di quella teorica incre-menta localmente le dispersioni termiche.Particolare attenzione è quindi da porre inpresenza di edifici con elevate altezzeinterne dei locali (edifici industriali, edificidi vecchia concezione o storici, uffici),dove il fenomeno descritto può compor-tare riduzioni anche consistenti del rendi-mento di emissione.La norma UNI TS 11300 ha tabulato con-venzionalmente i rendimenti di emissionedelle varie tipologie di corpi scaldanti, aifini del calcolo del fabbisogno di energia.Si riporta ad esempio quello relativo alocali con altezza inferiore a 4 metri. Il miglioramento del valore medio stagio-nale del rendimento di emissione si puòottenere con alcuni accorgimenti, alcunidei quali devono essere previsti in fase diprogetto dell’impianto, altri possonoessere realizzati anche in fasi successive,pur richiedendo interventi sulla parte edilenon sempre agevoli. Tra essi si annovera:� bassa temperatura media di progetto

del fluido termovettore (per quantoconsentito dall’impianto),

� idoneo isolamento termico della pare-te retrostante i corpi scaldanti,

� installazione di una superficie riflettentesulla parete retrostante i corpi scaldanti,

� mensole con taglio termico atte adeviare i flussi convettivi generati versol’interno del locale,

� installazione di destratificatori di tem-peratura negli ambienti di altezza ele-vata (industriali e del terziario).

La scelta di una bassa temperatura di pro-getto comporta, quando tecnicamenterealizzabile, diversi vantaggi:


uno dipendente dalla qualità dei disposi-tivi di regolazione (precisione, sensibilità,ripetibilità, velocità di risposta) e l’altrodall’adeguatezza del sistema alle caratte-ristiche dell’edificio. Il primo fattore si può considerare di valo-re unitario per dispositivi di regolazioneconformi alla normativa vigente e tarati inopera da personale specializzato.Il fattore di adeguatezza ha natura più com-plessa e dipende essenzialmente da quan-to il progetto del sistema di regolazionetiene in considerazione le caratteristichedell’edificio e dell’impianto. Ne derivaun’estrema specificità, una notevole varia-

Qhac = quantità di energia richiesta dallazona termica in condizioni di regolazionereali (fabbisogno energetico utile reale).Lo scostamento tra le condizioni ideali ele condizioni reali dipende essenzialmen-te dalla capacità del sistema di adeguar-si, con risposta rapida ed accurata, alleoscillazioni di temperatura all’interno del-l’ambiente. Tali oscillazioni termiche cau-sano un aumento dell’energia termicarichiesta dalle zone termiche, rispetto allaquantità di energia calcolata per il man-tenimento della temperatura di progetto. Si può quindi considerare il rendimento diregolazione composizione di due fattori,


Sistemi a bassa Sistemi ad elevata inerzia termicaTipo di regolazione Caratteristiche inerzia termica (accoppiamento termico a sinistra)

Solo climatica (compensazione con sonda esterna) 1 - (0,6 ηu γ) 0,98 - (0,6 ηu γ) 0,94 - (0,6 ηu γ)Solo ambiente con regolatore 0n off 0,94 0,92 0,88

PI o PID 0,99 0,97 0,93

P banda prop. 0,5 °C 0,98 0,96 0,92

P banda prop. 1 °C 0,97 0,95 0,91

P banda prop. 2 °C 0,95 0,93 0,89

Climatica + ambiente 0n off 0,97 0,95 0,93

con regolatore PI o PID 0,995 0,95 0,97

P banda prop. 0,5 °C 0,99 0,98 0,96

P banda prop. 1 °C 0,98 0,97 0,95

P banda prop. 2 °C 0,97 0,96 0,94

Solo zona con regolatore 0n off 0,93 0,91 0,87

PI o PID 0,995 0,99 0,97

P banda prop. 0,5 °C 0,99 0,98 0,96

P banda prop. 1 °C 0,98 0,97 0,95

P banda prop. 2 °C 0,94 0,92 0,88

Climatica + zona con regolatore 0n off 0,96 0,94 0,92

PI o PID 0,995 0,98 0,96

P banda prop. 0,5 °C 0,98 0,97 0,95

P banda prop. 1 °C 0,97 0,96 0,94

P banda prop. 2 °C 0,96 0,95 0,93

Tabella 4.2 – Rendimenti di regolazione in funzione delle tipologie di regolazione e di terminali di emissione

Qhr,j = quantità di energia termica richie-sta dalla zona termica j,Qdnr = quantità di energia termica disper-sa dalla rete di distribuzione all’esternodel fabbricato (quindi non recuperata).L’energia termica Qhr,j richiesta dalla zonatermica ha due componenti, l’energia Qrad

fornita dal corpo scaldante e l’energia Qdr

che arriva alla zona termica dalle tubazio-ni che corrono all’interno dell’involucroscaldato (si tratta sostanzialmente di unrecupero termico che non richiede inter-venti tecnologici, se non attenzione nellaprogettazione e cura degli isolamentidella parte edilizia). Per massimizzare il rendimento di distribu-zione occorre quindi agire in primis ridu-cendo la quantità di energia termicadispersa dalla rete Qdnr, quindi incremen-tando il più possibile la componente direcupero termico Qdr attraverso unaattenta progettazione della rete di distri-buzione.Il calcolo dettagliato del calore dispersoin base alla norma UNI TS 11300 è giusti-ficato solo per la progettazione di nuoviedifici e con l’ausilio di supporti informa-tici dedicati. Nel caso in cui lo scopo sia invece la valu-tazione energetica dell’edificio (e non inparticolare della rete di distribuzione), èutilizzabile, con riferimento alla norma UNITS 11300, una serie di tabelle con datiprecalcolati. Si riportano a scopo esempli-ficativo i rendimenti di distribuzione perdue tipiche soluzioni costruttive nelletabelle 4.3 e 4.4.Non è tuttavia semplice riportare alla clas-sificazione indicata in tabella le tipologieedilizie esistenti: nel caso in cui occorravalutare in modo preciso le dispersionitermiche della rete di distribuzione occor-re fare riferimento alla norma UNI 10347.Nel seguito sono riportati alcuni degli

bilità e la difficoltà nel riportarsi a configu-razioni standard di cui sono noti i valori.La norma UNI TS 11300 ci soccorre conuna tabella di valori convenzionali, utiliz-zabili ogniqualvolta non siano disponibilidati precisi sulle effettive caratteristichedel sistema di regolazione. I valori indica-ti nella tabella 4.2 fanno riferimento alletipologie di regolazione sottoindicate:� regolazione manuale sul termostato di

caldaia (regolazione manuale),� regolazione della temperatura dell’ac-

qua in uscita dalla caldaia con centrali-na comandata da sonda climatica ester-na (regolazione climatica centralizzata),

� regolazione di ambiente e di zonasenza controllo della temperatura del-l’acqua in uscita dalla caldaia (regolazio-ne solo per singolo ambiente o soloper zona),

� regolazione di ambiente e di zona concontrollo della temperatura dell’acquain uscita dalla caldaia con centralinacomandata da sonda climatica esterna(regolazione climatica centralizzata +regolazione per singolo ambiente oper zona).

Nella tabella 4.2 ηu è il fattore di utilizzodegli apporti definito nella UNI/TS 11300-1 e γ è il rapporto apporti/perdite.

[4.2.3] Il rendimento di distribuzione Il rendimento di distribuzione è definitocome rapporto tra il fabbisogno energeti-co utile reale delle zone termiche e l’ener-gia fornita dal sistema di produzione,

dove:ηd = rendimento di distribuzione,


2. limitare la lunghezza delle reti ed evi-tare percorsi tortuosi e non necessari;

3. qualora non sia possibile installare tuttala rete di distribuzione all’interno delfabbricato, prevedere, per la parte direte posta all’esterno, idonei isolamen-ti termici, come previsto dall’allegato Bal D.P.R. 412/93;

4. adottare una bassa temperatura di pro-getto del fluido termovettore in man-data ai terminali di emissione, al fine dicontenere la differenza di temperaturatra fluido e ambiente circostante ¢ıfadal cui valore dipendono, in mododirettamente proporzionale, le disper-sioni;

5. prevedere, in fase di dimensionamen-to dei corpi scaldanti ed a parità ditemperatura media di progetto del flui-do termovettore, elevati salti termici tra

interventi che mirano al risparmio energe-tico attraverso il miglioramento del rendi-mento di distribuzione. Con riferimentoalla relazione che valuta il calore dispersoda una tubazione Qd, si nota come essosia inversamente proporzionale alla resi-stenza termica dello strato di isolante edirettamente proporzionale al diametro,alla lunghezza e alla differenza di tempe-ratura tra fluido e ambiente circostante. Sipropone quindi, sia in fase di progetto, siaove possibile in fase di ristrutturazione, diseguire le seguenti indicazioni tecniche:1. preferire schemi impiantistici che pre-

vedano l’installazione della rete didistribuzione all’interno del fabbricatoe privilegiare, tra essi, quelli che mas-simizzano il recupero termico del calo-re disperso dalle tubazioni per il riscal-damento degli ambienti;


IMPIANTI CENTRALIZZATI CON MONTANTI DI DISTRIBUZIONEIsolamento distribuzione nel cantinato secondo

Tipo di distribuzione Altezza edificio legge 10/91, dopo il 1993

Montanti in traccia nei paramenti interni 1 piano 0,936Isolamento secondo legge 10/91 2 piani 0,947Periodo di costruzione: dopo il 1993 3 piani 0,958

4 piani 0,9695 piani e più 0,980

Tabella 4.3 Rendimenti di distribuzione

convenzionali in funzione dellatipologia di impianto

IMPIANTI CENTRALIZZATI A DISTRIBUZIONE ORIZZONTALELegge 10/91 Discreto Medio InsufficientePeriodo di Periodo di Periodo di Periodo di

Altezza realizzazione realizzazione realizzazione realizzazioneTipo di distribuzione edificio dopo il 1993 1993-1977 1976-1961 del 1961

Montanti in traccia nei 1 piano 0,908 0,880 0,868 0,856paramenti interni o 2 piani 0,925 0,913 0,901 0,889nell'intercapedine - 3 piani 0,939 0,927 0,917 0,904isolamento 4 piani 0,949 0,938 0,927 0,915leggero. 1993-1977 5 piani e più 0,955 0,943 0,934 0,922

Tabella 4.4 Rendimenti di distribuzione

convenzionali in funzione dellatipologia di impianto

qua contenuta nei prodotti della combu-stione si trova in genere sotto forma divapore,Qe = energia elettrica fornita per l’aziona-mento del bruciatore, delle pompe di cir-colazione e degli ausiliari d’impianto nelperiodo considerato.La precedente relazione, e con riferimen-to alla figura 4.1, si può esprimere anchecon la seguente:

dove Qd = energia termica dispersa verso l’am-biente della CT attraverso l’involucro delgeneratore (mantello), nel periodo consi-derato,Qf = energia termica dispersa al caminoattraverso i fumi a bruciatore acceso, nelperiodo considerato,Qfbs = energia termica dispersa al caminoattraverso i fumi a bruciatore spento, nelperiodo considerato,Qpre = energia termica dispersa attraver-so il prelavaggio del circuito fumi, nelperiodo considerato.Analizzando la relazione precedente sipuò comprendere come dalla riduzionedelle energie disperse attraverso l’involu-cro, i fumi (a bruciatore acceso e spento)e nel prelavaggio del circuito dei fumi,possa migliorare il rendimento di produ-zione; tuttavia questi fattori dipendono inmodo pesante dalle caratteristiche co-struttive del generatore di calore, per cuiil progettista può intervenire solo attraver-so un’attenta scelta del generatore, deltipo di regolazione e del modello di con-duzione.Sono riportati nel seguito alcuni degliinterventi che mirano al risparmio energe-tico attraverso il miglioramento del rendi-

andata e ritorno e portate modeste, inmodo da ridurre i diametri delle tuba-zioni e quindi proporzionalmente ledispersioni.

[4.2.4] Il rendimento di produzioneIl rendimento di produzione relativo alsistema di generazione dell’energia termi-ca è definito come rapporto tra l’energiatermica fornita dal sistema di produzioneed immessa nella rete di distribuzione e ilfabbisogno di energia primaria (compren-sivo dei consumi di combustibile e dienergia elettrica relativa agli ausiliari dicaldaia e d’impianto).Esso è funzione:� della potenza della caldaia,� del fattore di carico,� delle perdite di combustione,� delle perdite al mantello,� delle perdite al camino a bruciatore

spento,� della potenza elettrica del bruciatore e

delle pompe di circolazione,� della condizione di installazione.Il rendimento di produzione è definitorelativamente ad un determinato periododi tempo, e può quindi essere istantaneo,settimanale, mensile, stagionale,

dove:ηp = rendimento di produzione,Qp = quantità di energia termica fornitadal sistema di produzione e immessa nellarete di distribuzione,Q = fabbisogno di energia primaria = Qc

+ Qe,Qc = energia fornita sotto forma di com-bustibile nel periodo considerato, valuta-ta convenzionalmente utilizzando il pote-re calorico inferiore (p.c.i) in quanto l’ac-


fumi della CO2) e assenza di incombu-sti: l’aumento della concentrazione diCO2 riduce le perdite per calore sensi-bile nei gas di scarico;

2. adottare generatori con bruciatori ingrado di abbassare la temperatura deifumi (es. caldaie a condensazione)ponendo attenzione alla conseguenteriduzione del tiraggio del camino chene potrebbe inficiare il corretto funzio-namento;

3. preferire, in fase di progettazione,impianti con basse temperature delfluido termovettore in mandata ai ter-minali di emissione e conseguenteminore entalpia dei fumi in uscita dalgeneratore.

Riduzione dell’energia termicadispersa al camino attraverso i fumia bruciatore spento Qfbs

1. adottare bruciatori con serranda postasull’aspirazione dell’aria comburente:la serranda si chiude durante i periodidi inattività del bruciatore annullandol’effetto di aspirazione, con conseguen-te asporto di calore, del tiraggio natu-rale;

2. inserire, per bruciatori privi di serranda,regolatori di tiraggio che consentano,attraverso una apertura regolabileposta sul tratto verticale del camino,l’ingresso di aria nel camino stesso;

3. sigillare, se e dove possibile, ogniingresso d’aria non opportuno nelgeneratore;

4. preferire, in fase di progettazione, im-pianti con basse temperature del flui-do termovettore in mandata ai termi-nali di emissione e conseguente mino-re entalpia dei fumi in uscita dal gene-ratore e quindi minore tiraggio natura-le (attenzione al mantenimento di unidoneo tiraggio “residuo”).

mento di produzione e, in particolare,attraverso la riduzione delle energiedisperse. Si propone quindi, sia in fase di progettoex-novo dell’impianto, sia in fase di sosti-tuzione del generatore di calore, di segui-re le seguenti indicazioni tecniche.

Riduzione dell’energia termicadispersa attraverso l’involucro delgeneratore Qd

1. preferire generatori dotati di efficaciisolamenti termici al mantello;

2. installare il generatore di calore inambiente (Centrale Termica) internoall’involucro riscaldato;

3. adottare, in fase di progettazione,impianti con basse temperature delfluido termovettore in mandata ai ter-minali di emissione.

Riduzione dell’energia termicadispersa al camino attraverso i fumia bruciatore acceso Qf

1. adottare generatori con bruciatori ingrado di funzionare con eccessi d’ariamolto bassi (concentrazione elevata nei


Bilancio energetico di un generatore di caloreFig. 4.1

adatti per singole unità abitative.Parallelamente, le esigenze di riduzionedei consumi energetici e delle emissioni digas inquinanti (e climalteranti) hanno favo-rito lo sviluppo di tecnologie di produzio-ne termica energeticamente efficienti. Tuttavia, si può affermare a posteriori cheparte del beneficio, in termini di riduzio-ne dei consumi, ottenuto con la diffusio-ne delle tecnologie efficienti, è stato vani-ficato dall’eccessivo ricorso alle “caldaieindividuali”, sia perché queste non sonocontrollabili per quanto riguarda il rispet-to del periodo e degli orari di accensionestabiliti per legge, sia perché i loro rendi-menti di produzione, pur essendo ogget-tivamente più che buoni, sono in genereinferiori ai rendimenti degli impianti piùgrandi di tipo centralizzato.Nel corso degli ultimi 30 anni, ha preval-so sostanzialmente la logica individuali-stica della gestione autonoma dell’im-pianto, favorita anche dalla scarsa diffusio-ne di sistemi affidabili e flessibili di conta-bilizzazione del calore. I sistemi di conta-bilizzazione sono oggi disponibili in solu-zioni tecniche varie ed affidabili, ed èobbligatoria per legge la loro installazio-ne negli impianti di nuova realizzazione.Con riferimento al rendimento di produ-zione (ηp) medio stagionale si è passati damodesti valori appena superiori al 60%degli anni ottanta a valori anche superio-ri al 90% con moderna caldaie a conden-sazione, se utilizzate in idonee condizionioperative.Per aumentare l’efficienza di un sistema digenerazione occorre agire, come è ovvio,sulla riduzione delle perdite; tuttavia,occorre distinguere, sempre con riferi-mento al rendimento di produzione, tra:� riduzione delle perdite (Pi) che compor-

tano l’aumento del rendimento istanta-neo;

Riduzione dell’energia termicadispersa attraverso il prelavaggiodel circuito fumi Qpre

1. ridurre la frequenza delle fasi di prela-vaggio, necessarie e precedenti adogni accensione affinché non si creinomiscele esplosive in camera di combu-stione, con l’inserimento di un apposi-to timer che impedisca l’accensionetroppo frequente del bruciatore (la nor-mativa fissa la durata delle fasi di pre-lavaggio in funzione della potenza ter-mica del generatore e del tipo di com-bustibile); questo intervento deve esse-re eseguito con molta cautela in quan-to il numero delle accensioni dipendedal corretto dimensionamento dellapotenza della caldaia (un eccessivosovradimensionamento della caldaiacomporta infatti un elevato numero dispegnimenti e relative riaccensioni, conconseguenti elevate perdite di prela-vaggio) ed una “forzatura” del funzio-namento con il timer ha evidenti impli-cazioni sulla capacità effettiva della cal-daia di fornire correttamente l’energiarichiesta dall’impianto in un datotempo.

[4.3] Le tecnologie impiantistichetermiche efficienti

[4.3.1] Generalità sulle caldaie La diffusione del gas naturale in sostituzio-ne del tradizionale gasolio come combu-stibile per il riscaldamento di edifici resi-denziali, ha rivoluzionato a partire daglianni settanta le tecnologie costruttive deigeneratori di calore ed ha rimodulato ladistribuzione in base alla taglia (potenza)a favore di generatori di piccola taglia,


temperatura di rugiada, per portare ilvapore contenuto nei fumi a condensa-zione, nelle recenti caldaie, appunto, acondensazione. Particolari accorgimen-ti tecnici (figura 4.2) e il corretto dimen-sionamento delle superfici di scambiotermico contribuiscono ulteriormentealla riduzione delle perdite;

� riducendo le perdite attraverso l’involu-cro del generatore (perdite al mantel-lo) con l’utilizzo di idonei spessori iso-lanti (anche 10-15 cm o più);

� riducendo ulteriormente le perdite alcamino a bruciatore acceso, attraversola riduzione dell’eccesso d’aria. Questoè stato consentito dallo sviluppo deisistemi di premiscelazione aria/combu-

� riduzione delle perdite (Pms) che com-portano l’aumento del rendimentomedio stagionale.

Con riferimento al bilancio energetico diun generatore (figura 4.1), la riduzionedelle Pi si può ottenere:� riducendo le perdite al camino attraver-

so i fumi, in particolare quelle a brucia-tore acceso, attraverso l’utilizzo di piùgiri di fumo (2-3) in modo da abbassa-re la temperatura dei fumi il più possi-bile, compatibilmente con le necessitàdi garantire il tiraggio naturale del cami-no (se il tiraggio è forzato si può scen-dere anche a 80 °C) e di evitare la for-mazione di condensa nelle caldaie tra-dizionali, oppure fino al di sotto della


Tipologia Decennio ηp mediodi generatore di riferimento stagionale Perdite di produzione

Caldaia tradizionale ‘80 60-65% • fiamma pilota (6-7%)• ricambio dell’aria (5-6%)• perdite al camino (14-15%)• perdite per ON-OFF, prelavaggio,

funzionamento a carichi parziali (5-7%)• perdite al mantello (3-5%)

Caldaia a temperatura ‘90 65-73% • fiamma pilota (6-7%)modulante • ricambio dell’aria (5-6%)

• perdite al camino (8-10%)• perdite per ON-OFF, prelavaggio,


Caldaie ad alta 2000-2005 73-85% • perdite al camino (7-10%)efficienza • perdite per ON-OFF, prelavaggio,


Caldaie a 2005-2010 85-92% • perdite al camino (7-10%)condensazione • perdite per ON-OFF, prelavaggio,


Tabella 4.5 Evoluzione nel tempo dei

rendimenti di produzione medistagionali di impianti a gas di

piccola potenza

* I valori riportati in tabella sono riferiti a piccoli impianti a gas e da intendersi indicativi e riscontrabili in condizioni di cor-retto dimensionamento dell’impianto e di esercizio standard.

La riduzione delle perdite Pms che com-portano l’aumento del rendimento mediodurante un certo periodo di funzionamen-to, e quindi del rendimento medio stagio-nale, si ottiene con accorgimenti chemigliorano la regolazione dell’impianto.La riduzione delle Pms si può ottenere:� riducendo le perdite al camino a brucia-

tore spento, attraverso l’utilizzo di unaserranda a chiusura automatica allo spe-gnimento del bruciatore; questo prov-vedimento è molto importante per lecaldaie con elevato contenuto di acquain temperatura e con camino a tiraggionaturale: nei periodi a bruciatore spen-to il tiraggio naturale raffredda veloce-mente le superfici di scambio della cal-daia; meno critico è il caso del tiraggioforzato, dove, se il bruciatore è spentoanche il ventilatore lo è, annullando con-seguentemente, o quasi, il tiraggio;

� riducendo ulteriormente le perdite alcamino a bruciatore spento, attraversol’eliminazione della fiamma pilota, resapossibile con l’utilizzo di sistemi diaccensione piezoelettrica o ad elettrodi;

� ricorrendo alla tecnologia della modu-lazione a più stadi sviluppata per le cal-daie a temperatura scorrevole (vedereal successivo paragrafo 4.3.2); la neces-sità di adeguare il quantitativo di ariacomburente al numero di stadi funzio-nanti in ragione del carico termico (permantenere costante il valore di ecces-so d’aria), ha richiesto lo sviluppo dimeccanismi di modulazione dell’aria,ad esempio valvole a farfalla o serran-de a comando meccanico (figura 4.5);il sistema meccanico presenta l’incon-veniente di non poter essere regolatoin funzione della temperatura dell’ariacomburente; ne consegue che a paritàdi volume d’aria in transito, la massapuò variare notevolmente, anche del

stibile per combustibili gassosi (figura4.3), e di polverizzazione spinta delcombustibile liquido, tale da rendere lamiscela aria-combustibile vaporizzatoutilizzabile da teste di combustione amicrofiamme di realizzazione simile aquelle per la miscela aria-gas (figura4.4).


Figura 4.2Tubo di fumo ad elevato

scambio termico (fonte Viessmann)

Schemi sistemi di premiscelazione aria-combustibile gassoso per bruciatori atmosferici e pressurizzati (fonte Ecoflam)Fig. 4.3

Testa di combustione in fibra ceramica (fonte Ecoflam)Fig. 4.4

7% per 20 °C di differenza di tempera-tura; sono stati sviluppati sistemi dimodulazione continua della portatad’aria, mediante l’uso di ventilatori azio-nati da motori a velocità variabile (dota-ti di inverter); l’adeguamento della velo-cità del ventilatore è fatto mediante unasonda che monitora il contenuto diossigeno nei fumi e comanda in retroa-zione l’inverter; nei generatori di gran-de potenzialità è utilizzata una sondacon cella all’ossido di zirconio chegenera una differenza di potenziale fradue elettrodi in funzione della concen-trazione di O2 nei fumi;

� ricorrendo alla tecnologia della modu-lazione di fiamma con rapporto gas/ariacostante e continuo, basata sul princi-pio della maggiore semplicità di modu-lazione fine del gas rispetto alla modu-lazione dell’aria: l’aria è regolata da unaserranda a comando elettromeccanico,mentre una valvola eroga la giustaquantità di gas in funzione del segnaledi pressione alla soffiante e di quello incamera di combustione (figura 4.6).

[4.3.2] Le caldaie a temperatura scorrevoleLe caldaie tradizionali sono caratterizzatedal fornire in mandata, fino alla valvolamiscelatrice, fluido con una temperaturamedia praticamente costante al variaredelle condizioni esterne e di carico termi-co: la regolazione della temperatura inmandata alle utenze è fatta mediantemiscelazione dell’acqua calda provenien-te dalla caldaia con l’acqua, più fredda,del ritorno dalle utenze. Insieme alla miscelazione o in alternativaad essa, l’adeguamento al carico termicopuò essere fatto con ripetute accensionie spegnimenti del bruciatore (regolazioneON/OFF).


Sistema meccanico di modulazione a gradini (2 stadi) dell’aria comburente (fonte Riello)Fig. 4.5

Sistema di modulazione di fiamma con rapporto gas/aria costante e continuo (fonte Baltur)Fig. 4.6

quanto previsto dalla direttiva 92/42/CEEdel 21 maggio 1992.Il Decreto stabilisce dei requisiti minimi direndimento energetico da rispettare con-temporaneamente sia con funzionamen-to a potenza nominale Pn, espressa in kW,per una temperatura media dell’acquanella caldaia di 70 °C, sia con funziona-mento a carico parziale del 30%, per unatemperatura dell’acqua dipendente daltipo di caldaia. Tali requisiti minimi di rendimento energe-tico sono riassunti, per i generatori conpotenza nominale compresa tra 4 e 400kW, nella tabella 4.6.I generatori di calore ad acqua calda conpotenza nominale superiore a 400 kWdevono avere valori di rendimento termi-co utile pari o superiore a quelli indicaticalcolati a Pn = 400 kW.Le caldaie che si trovano oggi in commer-cio, pur differendo per principio di funzio-namento e per rendimento, devono quin-di rispettare i valori minimi di rendimentoimposti dalla normativa vigente, il D.P.R.15 novembre 1996 n. 660.La recente direttiva 2005/32/CE delParlamento europeo e del Consiglio del6 luglio 2005 relativa all'istituzione di unquadro per l'elaborazione di specificheper la progettazione ecocompatibile deiprodotti che consumano energia ha difatto abrogato l’art. 6 della direttiva92/42/CE relativo alla marcatura energe-tica in base alle stelle. Manca tuttavia inItalia il provvedimento di recepimentodella direttiva, e pertanto è ancora comu-ne riferirsi alla scala a "stelle" prevista dalD.P.R. 15 novembre 1996 n. 660.In ogni modo la recente legislazione nazio-nale in materia prescrive e classifica esclu-sivamente in base ai valori di rendimento.Per informazione, ed in attesa del provve-dimento di recepimento della direttiva

La temperatura in mandata prima dellavalvola miscelatrice è, in genere, piuttostoelevata (75-80 °C) e ciò provoca elevatedispersioni termiche al mantello del gene-ratore Qd e a bruciatore spento Qfbs, conconseguenti limitati rendimenti di produ-zione. Una evoluzione della caldaia di tipo tradi-zionale rivolta al risparmio energetico è lacaldaia a temperatura scorrevole, dettaanche a bassa temperatura o con brucia-tore modulante. Il funzionamento è carat-terizzato dall’adeguamento alle esigenzedi carico termico della temperatura inmandata all’impianto, tenendo in consi-derazione le condizioni di temperaturaesterna. Si ottimizza così il funzionamento dell’im-pianto adattandolo all’andamento dellacurva di carico termico richiesto dalleutenze nelle varie condizioni climatichestagionali e giornaliere, ottenendo percontro un migliore rendimento di produ-zione (minori dispersioni termiche al man-tello del generatore Qd, a bruciatorespento Qfbs, al camino Qf) e quindi unminore consumo di combustibile.La massimizzazione del risparmio energe-tico si ha con impianti a bassa tempera-tura (impianti a pannelli radianti, ecc.), percui è una soluzione che ben si adatta aimpianti di nuova progettazione, pur con-sentendo buoni risultati di risparmioanche in caso di sostituzione, in impiantiesistenti, della caldaia tradizionale conuna a temperatura scorrevole.

[4.2.3] Le caldaie ad alta efficienzaL’allegato II al D.P.R. 15 novembre 1996 n.660 attribuisce alle caldaie ad acqua caldadi nuova produzione, alimentate con com-bustibili liquidi e gassosi, le marcature direndimento energetico in conformità con


� gli impianti di erogazione istantanea diacqua calda per usi igienici;

� le caldaie progettate per essere alimen-tate con combustibili diversi da quelliliquidi o gassosi, quali: gas residui indu-striali, biogas e residui di origine vege-tale come da art. 8 comma 1 delD.P.C.M. n. 276 del 25.11.1995;

� le termocucine e gli apparecchi proget-tati per riscaldare principalmente il vanoin cui sono installati e che fornisconoanche, ma a titolo accessorio, acquacalda per il riscaldamento centrale e usiigienici;

� gli apparecchi di potenza utile inferio-re a 6 kW progettati unicamente per ali-mentare un impianto di accumulazionedi acqua calda per usi igienici circolan-te a gravità;

2005/32/CE, riportiamo i vecchi criteri allabase della classificazione dell’efficienzaenergetica delle caldaie e della relativamarcatura in base alla scala a “stelle”: unnumero di stelle (a cinque punte, comeriportato in Gazzetta Ufficiale) compresotra uno e quattro, crescente in funzionedel rendimento energetico.Sono da ritenersi caldaie ad alta efficien-za le caldaie che rispettano i requisiti direndimento che erano previsti per la mar-catura 4 stelle come da allegato II al DPRn. 660/96.La tabella 4.7 evidenza l’assegnazionedelle stelle in funzione dei rendimenti.Dal provvedimento sono esclusi:� le caldaie ad acqua calda che possono

essere alimentate anche con combusti-bili solidi;


Rendimento a potenza nominale Rendimento a carico parzialeIntervalli Temperatura Espressione Temperatura Espressionedi potenza media dell’acqua del requisito media dell’acqua del requisitonominale nella caldaia di rendimento nella caldaia di rendimento

Tipo di caldaia (kW) (°C) (%) (°C) (%)

Caldaie standard 4 - 400 70 ≥ 84 + 2 log Pn ≥ 50 ≥ 80 + 3 log Pn

Caldaie a bassa temperatura (*) 4 - 400 70 ≥ 87,5 + 1,5 log Pn 40 ≥ 87,5 + 1,5 log Pn

Caldaie a gas a condensazione 4 - 400 70 ≥ 91 + 1 log Pn 30 (**) ≥ 97 + 1 log Pn

Tabella 4.6 – Requisiti di rendimento da rispettare, contemporaneamente, a potenza nominale e a carico parziale del 30% (0,3 Pn)

* Comprese le caldaie a condensazione che utilizzano i combustibili liquidi** Temperatura dell’acqua di alimentazione della caldaia

Requisito di rendimento alla potenza nominale Pn Requisito di rendimento a carico parzialee ad una temperatura media dell’acqua di 0,3 Pn e ad una temperatura media

Marcatura della caldaia di 70 °C dell’acqua della caldaia di 50 °C

★ ≥ 84 + 2 log Pn ≥ 80 + 3 log Pn

★★ ≥ 87 + 2 log Pn ≥ 83 + 3 log Pn

★★★ ≥ 90 + 2 log Pn ≥ 86 + 3 log Pn

★★★★ ≥ 93 + 2 log Pn ≥ 89 + 3 log Pn

Tabella 4.7 – Requisiti di rendimento da rispettare ai fini della marcatura di efficienza energetica (N.B.: la classificazione in funzionedelle stelle è stata di fatto abrogata dalla direttiva 2005/32/CE che rimane tuttavia priva del provvedimento di recepimento nazionale)

Ciò si ottiene inserendo uno scambiatoredi calore fumi-acqua in grado di far abbas-sare la temperatura dei fumi fino a valoridi poco superiori alla temperatura dell’ac-qua di ritorno. La temperatura dei fumirilasciati in atmosfera è così in generecompresa tra 40 e 65 °C, contro tempera-ture di rilascio fumi maggiori di 150 °C perle caldaie convenzionali. Il fenomeno della condensazione delvapore presente nei fumi si ottiene allor-ché la temperatura dei fumi stessi siabbassa a valori inferiori alla temperaturadi rugiada. Il recupero energetico deri-vante è costituito dal calore latente di con-densazione del vapore d’acqua cedutodai fumi al fluido termovettore ed è tantopiù spinto quanto più bassa, al di sottodella temperatura di rugiada, è la tempe-ratura dell’acqua nel circuito di ritorno. Lafigura 4.8 fornisce la curva che consentela quantificazione dell’acqua di condensain funzione della temperatura di ritornodell’acqua.Il grafico di figura 4.8 mostra inoltre l’an-damento del rendimento di produzione infunzione della temperatura dell’acqua diritorno: si può vedere come il rendimen-to venga ad assumere valori superioriall’unità, essendo preso convenzional-mente a riferimento per il calcolo il pote-re calorifico inferiore (p.c.i.). Il grafico infigura 4.9 mostra il confronto dei rendi-menti orientativi delle caldaie a gas infunzione della temperatura di ritorno.È interessante confrontare gli andamentiqualitativi dei rendimenti di alcune tipo-logie di generatori in funzione del fattoredi carico (rapporto % tra la potenza delgeneratore a carico parziale e potenza acarico nominale); come su può vedere letipologie di caldaia a temperatura scorre-vole ed a condensazione consentono ren-dimenti di produzione migliori rispetto

� caldaie prodotte in unico esemplare.È importante sottolineare che nei casi dicaldaie con doppia funzione (climatizza-zione invernale e produzione di acquacalda per usi igienico sanitari), i requisitidi rendimento energetico si riferisconounicamente alla funzione di riscaldamen-to ambientale.

[4.3.4]Le caldaie a condensazionePer caldaia a condensazione si intende ungeneratore di calore progettato per sfrut-tare, in condizioni di funzionamento aregime ed a qualsiasi condizione di cari-co, il principio della condensazione delvapore acqueo presente nei fumi, recupe-rando così il calore latente di vaporizzazio-ne/condensazione a vantaggio del rendi-mento del generatore.


Confronto tra i flussi energetici nei casi di condensazione o di non condensazione in caldaiaFig. 4.7

no risultare difficile o costosa esecuzione;esistono altri vincoli di natura economicaper cui l’adozione di una caldaia a con-densazione può risultare non così conve-niente.Tra i primi troviamo:� la temperatura di ritorno dell’acqua del-

l’impianto: tanto minore è questa tem-peratura, tanto maggiore è la percen-tuale di funzionamento annuo della cal-daia in regime di condensazione; se latemperatura di ritorno è troppo eleva-ta, ad esempio perché non è possibileridurre la temperatura di mandata pernon inficiare sul rendimento e non sipuò aumentare la caduta termica sulcircuito incrementando la capacitàscambiante degli elementi riscaldanti, èpossibile abbassarla riducendo la por-tata della pompa di circolazione;

� la necessaria adozione di canne fuma-rie in pressione, in quanto il tiraggionaturale è ridotto a causa di tempera-ture dei fumi spesso inferiori a 70 °C (perle caldaie di tipo tradizionale il tiraggioè garantito dall’elevata temperatura deifumi) e resistenti alla corrosione dovutaalla presenza di condense acide; la pres-sione necessaria è garantita in generedal ventilatore di caldaia oppure puòessere fornita da un ventilatore supple-mentare inserito direttamente nellacanna, dove tecnicamente possibile.

Tra i secondi:� costo marginale rispetto ad una calda-

ia di tipo tradizionale elevato, recupera-bile in un tempo dipendente dalla per-centuale di funzionamento annuo dellacaldaia in regime di condensazione;

� in caso di sostituzione del generatore dicalore tradizionale con uno a conden-sazione in centrali termiche esistenti ènecessario eseguire delle opere acces-sorie, quali l’adeguamento dimensio-

alle tipologie a temperatura costante, inqualsiasi condizione di carico, con ottimirendimenti (addirittura maggiori) ai carichiparziali, anche minimi. Esistono tuttavia alcuni vincoli di naturatecnica per cui non è possibile spingere ilprocesso di sfruttamento della condensa-zione oltre una certa quota di recuperoenergetico o per cui necessitano partico-lari accorgimenti impiantistici che posso-


20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70

110

105

100

95

90

120

90

60

30

0

Rendimento

Acqua di condensa

Temperatura di ritorno °C

Tem

pera

tura

di r

itorn

o °C

Curva di rendimento percentuale in funzione della temperatura di ritornoFig. 4.8

30

110

100

90

80

Caldaia acondensazione

40 50 60

Caldaie tradizionaliad alto rendimento

Caldaie tradizionaliclassiche

Temperatura dell’acquadi ritorno alla caldaia °C

η % PCI

Rendimenti indicativi in funzione della temperatura di ritorno delle caldaie a gasFig. 4.9

clorati dell’aria liberano ioni Cl– che rea-giscono con il vapore d’acqua) e l’acidosolforico (anidridi solforosa SO2 e solfori-ca SO3 derivanti dai composti solforosipresenti nel combustibile gas naturale chereagiscono con il vapore d’acqua).Esistono due tipologie costruttive di cal-daie a condensazione:� caldaie a lavaggio dei fumi: sono

costruite in acciaio inossidabile ed i fumisono a contatto con l’acqua; il recupe-ro energetico è buono, ma la quantitàdi condensa ottenuta è elevata;

� caldaie a scambiatore: si inserisce unoscambiatore di calore acqua-fumi nelpercorso fumi tra caldaia e camino, cosìda sottrarre il calore latente di conden-sazione ai fumi e cederlo all’acquaprima dell’ingresso in caldaia (preriscal-damento dell’acqua di ritorno); lo scam-biatore deve essere costruito in mate-riale resistente alle condense acide.

Tra le due soluzioni tecniche PRO eCONTROAlcuni costruttori di caldaie hanno a cata-logo scambiatori di calore modulari adat-tabili a caldaie convenzionali che permet-tono di portare così i fumi a condensazio-ne. Dal punto di vista tecnico si ricostrui-sce in CT ciò che i costruttori integranonella caldaia in officina. È una soluzionetuttavia non priva di aspetti critici o per-lomeno da valutare con attenzione: se dalpunto di vista tecnico, previo un correttodimensionamento dello scambiatore,risulta essere un’operazione semplice, daun punto di vista operativo occorre porreattenzione al sistema di regolazione del-l’impianto, che richiederà una riprogram-mazione che tenga conto delle nuovecondizioni operative dell’impianto. Visono poi delle ragioni puramente praticheda tenere in considerazione, quali la veri-

nale della Centrale Termica, ove siamodificabili le parti edili, l’esecuzionedell’apposta nicchia per la raccolta con-dense, l’adeguamento della cannafumaria alle nuove esigenze anticorro-sione (in genere eseguito inserendo,ove possibile, una nuova canna di carat-teristiche idonee all’interno della cannaesistente).

Il maggiore costo di una caldaia a conden-sazione rispetto ad una convenzionale èsostanzialmente imputabile ai maggioricosti dei materiali e della progettazionenecessari per resistere agli agenti corrosi-vi presenti nella condensa. È richiestaquindi una particolare cura nella proget-tazione e nella realizzazione delle partiterminali dello scambiatore e del condot-to fumi di raccordo alla canna fumaria.L’acidità della condensa è imputabilesostanzialmente alla presenza di prodottiacidi di combustione, quali l’acido nitrico(ottenuto per reazione tra l’ossido di azotoed il vapore d’acqua), l’acido cloridrico(alla temperatura di fiamma i composti


110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

A

B

C

D

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

FC

η

Curve di rendimento utile in funzione del carico termico per diverse tipologie di generatoriFig. 4.10

η Rendimento delgeneratore

FC Fattore di carico

A Caldaia tradizionale atemperatura costante

B Caldaia innovativa atemperatura costante

C Caldaia atemperaturascorrevole

D Caldaia acondensazione

male valvola di intercettazione delradiatore;

B. l’azionamento della valvola che, sucomando, modula l’apertura dell’ottu-ratore in modo che l’emissione termi-ca del radiatore (che dipende in mododiretto dalla sua temperatura) vada adequilibrare le dispersioni del localedove il radiatore è situato; la parteesterna della testa termostatica è ingenere dotata di una scala graduatache permette la visualizzazione dellatemperatura impostata;

C. una sonda termometrica per misurare latemperatura dell’ambiente in cui è situa-to il radiatore e che costituisce il coman-do per l’azionamento della valvola.

Una valida alternativa, di costo legger-mente superiore, è data dalle valvole elet-trotermiche; esse montano in sostituzionedella testa termostatica un attuatore elet-trotermico comandato da un sensore ditemperatura, che può essere posto anchea distanza (termostato).L’inserimento di una valvola termostatica,come tuttavia qualsiasi altro elementod’impianto, richiede attenzione nelle fasidi progettazione e di bilanciamento del-l’impianto. A questo proposito possono essere utili leNorme Tecniche dell’Associazione Tede-sca fra le Industrie Meccaniche per la pro-gettazione e il bilanciamento di impiantidi riscaldamento con radiatori corredatida valvole termostatiche (VDMA Merk-blatt über Planung und hydraulischenAbgleich von Heinzungsanlagen mit ther-mostatischen Heizörperventilen).Dal punto di vista pratico occorre porreattenzione a:� l’inserimento di valvole termostatiche

in impianti centralizzati serventi piùunità immobiliari consente risparmienergetici consistenti se l’adozione

fica degli spazi presenti in CT idonei all’in-serimento dello scambiatore spesso volu-minoso e l’opportunità di intervenire nellelogiche di programmazione del sistema dicontrollo dell’impianto, azione che deveessere eseguita da tecnici competenti eche comunque non è esente da costi.

[4.4] Le tecnologie innovative a bassa temperatura latoutilizzazione

[4.4.1]Le valvole termostaticheI sistemi impiantistici che prevedono laregolazione della temperatura a livellolocale, di singolo ambiente o di zona,necessitano di azionamenti che possanoridurre gli apporti termici all’ambienteriducendo la portata del fluido termovet-tore caldo agli elementi radianti.Installate sulla mandata del radiatore alposto della normale valvola di intercetta-zione, le valvole dotate di testa temosta-tica intercettano il flusso del fluido caldoin funzione della temperatura presentenell’ambiente in cui è posizionata la testatermostatica, con un tempo di rispostache è dipendente dal materiale di costru-zione della testa termostatica. La capaci-tà della valvola di adeguare il funziona-mento alle variazioni termiche dell’am-biente in cui è immersa è indicata dallacaratteristica di risposta in banda propor-zionale: i prodotti migliori hanno bandaproporzionale a 0,5 °C, buone sono le val-vole con banda proporzionale a 1 °C. Con il termine valvola termostatica siintende l’insieme di tre elementi aventi leseguenti caratteristiche:A. un elemento idraulico costituito da una

valvola da installarsi al posto della nor-


maggiore superficie radiante riducendocosì gli effetti negativi dovuti alla concen-trazione nell’emissione di potenza termica. Tali soluzioni impiantistiche prevedonol’installazione di:� battiscopa radianti,� pannelli radianti (sia per ambienti abi-

tativi che industriali),� tubi radianti a soffitto (adatti per

ambienti industriali).Per queste tipologie di corpi scaldantioccorre, in fase di progettazione, faremolta attenzione alle temperature di man-data del fluido termovettore ed alla diffe-renza di temperatura tra fluido ed ambien-te (Δt) affinché non si instaurino eccessivimoti convettivi che vanificherebberol’adozione di tali tecnologie. La tabella4.8 riporta, a titolo di esempio, le tempe-rature di mandata e le Δt massime in fun-zione della soluzione impiantistica.

I battiscopa radiantiI ridotti moti convettivi ottenuti conimpianti a battiscopa radianti causano unariduzione dello scambio termico sia con lepareti disperdenti, con conseguente ridu-zione delle perdite per trasmissione versol’esterno ed una minore stratificazione delcalore a soffitto, sia tra il corpo umano el’ambiente, con conseguente migliora-mento della sensazione di benessere: tuttoquesto consente di mantenere una tempe-ratura dell’ambiente più bassa, con unrisparmio energetico valutabile in 10-15%.A tal fine è opportuno prevedere l’instal-lazione di valvole termostatiche con sen-sore a distanza in ciascuno degli ambien-ti riscaldati. Altri pregi riguardano la riduzione deglieffetti imputabili ai ponti termici, sia quel-li lineari nelle pareti rivolte all’esterno, siaquelli d’angolo nelle pareti perimetrali, ela bassa invasività degli interventi sulle

delle stesse è estesa a tutti gli elemen-ti radianti dell’impianto che il progetti-sta ritiene opportuno termostatare: par-ticolare attenzione deve essere postadal progettista nella fase di ribilancia-mento dell’impianto;

� in presenza di acque particolarmentedure, è bene inserire un sistema diaddolcimento, onde ridurre le incrosta-zioni di calcare che inevitabilmente, inassenza di addolcitore, finirebbero perrendere difficoltoso il funzionamentodella valvola fino a bloccarla.

[4.4.2] I sistemi radianti innovativiI sistemi di emissione tradizionali (radiato-ri e convettori) concentrano la cessione dicalore all’ambiente in pochi punti chespesso sono localizzati, a seguito di altreesigenze impiantistiche, sacrificando l’ot-timale distribuzione spaziale ai fini delbenessere.La concentrazione dell’emissione in pochipunti ha come conseguenza una minoreomogeneità delle sensazioni di benesse-re che l’individuo riesce a percepire neivari punti dell’ambiente: in altri termini,nei punti dell’ambiente lontani dai corpiscaldanti si ha una maggiore sensazionedi “freddo”, pur in presenza di una tem-peratura ambientale omogenea (misuratacon termometro schermato), in quanto ilcorpo umano, in distanza, non riesce apercepibile la componente radiante diret-ta del calore emesso. Si hanno inoltre fenomeni convettivi loca-lizzati di maggiore entità, che possonoridurre localmente la sensazione di benes-sere, causare il trasporto di pulviscolo epolveri e favorire la stratificazione del calo-re nell’ambiente.Alcune soluzioni tecnologiche consentonodi distribuire l’emissione di calore su una


una soluzione impiantistica che attual-mente sta vivendo una discreta fase disviluppo e diffusione, anche grazie allasua duplice utilizzabilità, sia per il riscalda-mento invernale, sia per il raffrescamentoestivo, in particolare per gli ambienti abi-tativi, gli alberghi e gli uffici.Concettualmente l’impianto consiste inuna serpentina di tubi o di pannelli pre-formati (concettualmente analoghi ai bat-tiscopa radianti ma con differenti caratte-ristiche tecniche) alloggiati nel pavimen-to, nelle pareti o nel soffitto dei locali daclimatizzare, al cui interno circola un flui-do termovettore (in genere acqua), caldonella stagione invernale e relativamentefreddo nella stagione estiva.La trasmissione del calore dal fluidoall’ambiente da climatizzare avviene prin-cipalmente per irraggiamento (il manufat-to stesso in cui è annegata la serpentinadiventa un pannello radiante); c’è ancheuna componente convettiva non trascura-bile, ma comunque contenuta dalla bassa¢t tra fluido ed ambiente. Per conduzio-ne, infine, avviene la trasmissione del calo-re all’interno del manufatto in cui è postala serpentina.Gli impianti a pannelli radianti presenta-no, nei confronti dei sistemi ad emissioneconcentrata (radiatori e convettori) van-taggi analoghi a quelli già individuati peri battiscopa radianti, essendo questi ulti-mi una variante dei primi con caratteristi-che tecniche idonee ad un utilizzo nellelimitate superfici perimetrali dei battisco-pa. Inoltre, le basse temperature dellesuperfici radianti, non consentono il feno-meno della carbonizzazione del pulvisco-lo atmosferico che, negli impianti a radia-tori con temperatura di mandata dell’or-dine di 80 °C o superiore, causano anne-rimenti locali delle pareti.Nel funzionamento invernale la tempera-

opere murarie, che rendono questa solu-zione impiantistica particolarmente adat-ta per interventi di tipo conservativo inedifici di pregio storico ed artistico.Una forte limitazione di questa soluzioneimpiantistica consiste nell’inutilizzabilità,ai fini del posizionamento di mobili edarredi, delle pareti (o porzioni di esse) sedidi battiscopa radianti; in presenza di fab-bisogni termici elevati, tipici dei climi rigi-di, può risultare dalla progettazione chegran parte del perimetro del vano dariscaldare debba essere sede del batti-scopa radiante: soluzione inaccettabileproprio per le citate esigenze arredative.Ne consegue una particolare idoneità diquesta soluzione impiantistica per i climimiti, con ridotti fabbisogni termici e con-seguente ridotta dimensione, in lunghez-za, del battiscopa radiante. È da ricorda-re comunque che, anche in questo caso,permangono i vincoli nella disposizionedegli arredi che limitano la completa frui-bilità dei vani.Il progettista che intenda adottare questasoluzione deve prevedere un idoneo siste-ma di regolazione al fine di attutire glieffetti, in termini di variazioni repentinedella temperatura operante, dovuti allalimitata inerzia termica di questa soluzio-ne impiantistica.

I pannelli radiantiL’impianto a pannelli radianti rappresenta


Temperatura massima Δt massima traSoluzione impiantistica fluido termovettore fluido e ambiente

Battiscopa radianti 60-65 °C 40-45 °C

Pannelli radianti 40 °C (45 °C in fase di riscaldamento) 15 °C (*)

Tabella 4.8 – Temperature di mandata massime in funzione della soluzione impiantistica

* Funzione della conducibilità termica del manufatto in cui è annegata la serpentina scaldante e dellostrato di finitura superficiale del pavimento.

recupero o pannelli solari termici.Per il funzionamento estivo (raffrescamen-to) è preferibile la soluzione impiantisticacon pannello a soffitto in quanto tale posi-zionamento risulta più idoneo per la sottra-zione del calore (in genere maggiormentestratificato in alto) rispetto al pavimento ingenere più freddo; dal punto di vista delcomfort è inoltre meglio evitare che glioccupanti siano a diretto contatto ocomunque troppo vicini a superfici fredde.Vi è poi un problema non trascurabiledovuto alla formazione di condensa se lasuperficie fredda si trova ad una tempe-ratura inferiore alla temperatura di rugia-da dell’aria nell’ambiente; ne consegueun limite molto stringente nella tempera-tura di mandata del fluido freddo alle ser-pentine.La tabella 4.9 riporta, a titolo di esempio,la temperatura di rugiada relativa alla tem-peratura ambiente in diverse condizioni diumidità relativa dell’aria: si avrà formazio-ne di condensa quando la temperaturadella superficie del pannello freddo rivol-ta verso l’ambiente (importante per il cal-colo di essa è la resistenza termica delmanufatto in cui è inserita la serpentina)sarà inferiore alle temperature di rugiadaindicate.Tra i pregi della tecnologia a pannelliradianti vi è sicuramente una più omoge-nea distribuzione della temperatura,anche a livello di sensazione fisica in quan-to è percepibile dal corpo umano la com-ponente radiante diretta in tutto (o quasi)il locale. Ciò consente di mantenere la

tura dell’acqua di mandata alle serpenti-ne deve essere tale da garantire una tem-peratura della superficie radiante (checoincide con il pavimento) in genere di 25-27 °C (massimo di 29 °C); in queste con-dizioni è garantito il comfort termico deglioccupanti ed un limitato rimescolamentodelle polveri, visti i limitati moti convetti-vi innescati.La temperatura dell’acqua di mandatadeve essere attentamente valutata in fun-zione delle caratteristiche di trasmissionedel calore del manufatto in cui è annega-ta la serpentina, e comunque è ragione-volmente indicabile in 40 °C, con un mas-simo di 50 °C nelle fasi di transitorio diriscaldamento dell’impianto. In presenzadi manufatti con elevata resistenza termi-ca, per raggiungere e mantenere le tem-perature di progetto, è richiesta una ele-vata temperatura media dell’acqua inmandata; ne consegue che il salto termi-co tra mandata e ritorno deve essere con-tenuto (5-10 °C massimo). L’utilizzo di tubiin rame (alta conducibilità termica) con-sentono temperature di mandata ulterior-mente ridotte e/o lunghezze inferiori delleserpentine, con risparmi intermini di mate-riali e di manodopera per la posa.Con temperature dell’acqua in mandatadi 35-45 °C (basse temperature) è sicura-mente conveniente l’utilizzo di generato-ri di calore con rendimenti elevati conqueste condizioni di lavoro: risultano esse-re particolarmente idonei generatori qualicaldaie a condensazione e pompe di calo-re, e soluzioni che integrano calore di


Temperatura aria umida 18 °C 20 °C 22 °C

Umidità relativa dell’aria 50% 60% 70% 80% 50% 60% 70% 80% 50% 60% 70% 80%

Temperatura di rugiada °C 7,4 10,1 12,5 14,5 9,3 12,0 14,4 16,4 11,1 13,9 16,3 18,4

Tabella 4.9 – Valori della temperatura di rugiada in funzione della temperatura ambiente e dell’umidità

zione frequentemente adottata consistenell’abbinare al primo un impianto didistribuzione di aria primaria che assolveprincipalmente la funzione di apportare ilcontenuto igrometrico idoneo al mante-nimento delle condizioni di benessere esecondariamente, ma non in ordine diimportanza, di contribuire alla fornituradegli apporti termici, fino a sostituire inquesta funzione i pannelli radianti, nellecondizioni di bassi carichi termici, tipichedelle “mezze stagioni” e, per gli uffici, deigiorni non lavorativi (v. nel seguito I pan-nelli e tubi radianti a soffitto).Per quanto riguarda la posa in opera mol-teplici sono le soluzioni sviluppate. Per la posa a pavimento, la soluzione piùutilizzata è la disposizione manuale delleserpentine sottotraccia (i tubi, in genere inmateriale plastico polimerico – es. polie-tilene reticolato con barriera all’ossigeno– sono forniti in rotoli) raccolte nei collet-tori di distribuzione posti in appositi arma-dietti ad incasso.Per la posa a parete si hanno in generedue soluzioni: � la prima prevede la posa sottotraccia (si

copre con l’intonaco o con un pannel-lo sottile in cartongesso) di “rastrellie-re” prefabbricate in rame o polimeriquali polipropilene random (PPR), PE-X,polibutilene, costituite da moduli didue collettori orizzontali, uno posto inlato ed uno in basso, collegati tra lorocon tubi di piccolo diametro (in gene-re 10 mm di diametro); le “rastrelliere”possono anche essere costituite inopera in maniera analoga alla posa apavimento;

� la seconda prevede pannelli modularigià precostituiti con serpentine interneda addossare alle pareti e collegare inserie e/o parallelo in modo analogo airadiatori tradizionali; le serpentine (in

temperatura più bassa, con conseguentiminori dispersioni termiche verso l’ester-no e quindi un risparmio energetico valu-tabile dal 10 al 20%.Contrariamente alla soluzione impiantisti-ca a battiscopa radianti, che è come giàpiù volte ricordato concettualmente ana-loga, la soluzione a pannelli radianti hauna non trascurabile inerzia termica, conconseguente scarsa prontezza di adegua-mento della temperatura dell’ambiente arepentine variazioni delle condizioni alcontorno (temperatura esterna e carichiinterni).Tutti gli impianti di riscaldamento presen-tano l’inconveniente di “seccare l’aria”,ossia creano, a seguito di periodi relativa-mente lunghi di riscaldamento, condizio-ni termo-igrometriche di discomfort, inquanto riducono drasticamente l’umiditàrelativa lasciando inalterato il contenutoassoluto di acqua (sotto forma di vapore)nell’aria. Questo fenomeno può risultareun limite non accettabile in particolarenegli ambienti in cui sono prevedibili lun-ghe quotidiane permanenze (uffici, alber-ghi, ecc.).Con sistemi a pannelli radianti, una solu-


Schema di posa delle serpentine radianti in pavimentazione industrialeFig. 4.11

1. Giunto di dilatazioneperimetrale

2. Strato di finitura

3. Soletta armata in calcestruzzo

4. Rete elettrosaldata superiore

5. Serpentina riscaldante

6. Rete elettrosaldata inferiore

7. Barriera al vapore (es. fogliopolietilene spessore 0,2 mm)

8. Isolante termico (eventuale)

9. Sottofondo in calcestruzzo

prefabbricate modulari da assemblare inopera.I costi degli impianti a pannelli radiantidipendono molto dal tipo di isolamentotermico applicato; questo, a sua volta,condizione in modo pesante il funziona-mento e l’economia di gestione dell’im-pianto. Se si confronta con un tradizionale impian-to a radiatori in ghisa, il maggiore costodi un impianto a pannelli radianti è valu-tabile in un 15-25%, ma visti i risparmienergetici da esso consentiti, il recuperodell’investimento avviene nel giro dipochissimi anni.

I pannelli e tubi radianti a soffittoGli impianti a tubi radianti a soffitto com-prendono in realtà due differenti tecnolo-gie:� pannelli radianti contenenti liquido

(acqua) in temperatura: adatti ad am-bienti lavorativi quali uffici e terziario;

� tubi e nastri radianti contenenti gas(fumi di combustione) in temperatura:adatti ad ambienti lavorativi di tipoindustriale.

I primi sono costituiti da serpentine ra-dianti installate nella controsoffittatura conla superficie radiante schermata alla vistae rivolta verso il basso. Tale soluzione bensi presta, oltre che al riscaldamento inver-nale, anche al raffreddamento estivo, edè integrabile con un impianto di aria pri-maria, consentendo così una climatizzazio-ne con controllo dei ricambi d’aria e del-l’umidità. In particolare nel regime invernale (riscal-damento), l’aria primaria assicurerà il con-trollo dell’umidità ambientale e l’eventua-le bilanciamento del carico sensibile inambienti con forti dispersioni termiche.Nel regime estivo (raffrescamento) l’ariaprimaria serve ad integrare gli effetti delle

polibutene con barriera all’ossigeno)sono inserite in pannelli in polistirene,che costituisce l’isolamento termicoverso la muratura e quindi verso l’ester-no, e collegate tra loro ed ai collettoridi mandata e ritorno con sistemi adattacco rapido; il pannello, una voltaaddossato a parete, può essere rivesti-to con cartongesso, intonaco, colla epiastrelle.

Esistono in commercio pannelli radianti avista che, in caso di ristrutturazioni, si pos-sono utilizzare in sostituzione dei radiato-ri (ove le dimensioni lo consentono) ecostituiscono un elemento di arredo; unavariante, a metà strada tra il radiatore tra-dizionale ed i pannelli radianti, sono i cosìdetti radiatori d’arredo, o “scaldasalviet-te”, particolarmente adatti per particola-ri esigenze estetiche ed architettoniche.La posa del sistema radiante a soffitto puòprevedere sia serpentine poste nella con-trosoffittatura (in genere strutture modu-lari da comporre in opera), sia placcheradianti (in genere in alluminio passivato,perché leggero e verniciabile), anch’esse


Schema realizzativo di impianto a pannelli radianti a soffitto, integrato con impianto di aria primariaFig. 4.12

serpentine, i cui limiti prestazionali impu-tabili alla temperatura di rugiada dell’ariaambiente non consentono di far fronte aicarichi termici sensibili e a repentine varia-zioni dei carichi interni. Anche nel funzio-namento estivo l’utilizzo dell’aria primariaconsente di fornire i necessari ricambid’aria e di correggere il contenuto idro-metrico dell’aria nell’ambiente.I secondi sono in genere costituiti damoduli assemblabili in opera e da sospen-dere al soffitto del capannone industrialemediante appositi tiranti. L’alimentazionedel circuito radiante è costituita dai fumicaldi di combustione generati da ungeneratore di aria calda e sospinti nel cir-cuito mediante un apposito ventilatore.

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Schema di impianto combinato, con pannelli radianti a soffitto e impianto ad aria primaria portata nelle condizioni termo-fisiche idonee

nell’apposta unità di trattamento (UTA)

Fig. 4.13

Capitolo Cinque

La ventilazione negli edifici

Circa il 30% (con variazioni tra il 20 e il40%) dell’energia usata negli edifici èusata per la ventilazione e dissipata peresfiltrazioni. La quantità di energia dipen-de dalle portate di aria di ventilazione eda quelle necessarie per raggiungere ilcomfort termico. Inoltre altra energia ènecessaria per l’azionamento dei ventila-tori (tipicamente da 1 W/l/s se si tratta diuna buona progettazione, fino a 3 W/l/sper quella più energivora), per raffrescarel’aria per refrigerazione o evaporazione emantenere accettabili livelli di umidità.Il capitolo focalizza gli aspetti relativi allaventilazione degli edifici ed al raffresca-mento passivo. L’obiettivo è quello di indi-care tecnologie e strategie di ventilazio-ne che, adeguatamente progettate, pos-sono ridurre notevolmente i consumi perclimatizzazione estiva, garantendo ade-guate condizioni di comfort termico.Contestualmente, non sono specificata-mente trattati quegli aspetti relativi agliimpianti di condizionamento dell’aria cheintrodurrebbero un approccio decisamen-te impiantistico al tema e per i quali sirimanda a specifica bibliografia.

[5.2] Definizioni

Il proposito primario della ventilazione èquello di fornire agli occupanti di un

[5.1] Introduzione

L’aria esterna che entra in un edificio siaintenzionalmente (ventilazione) che spon-taneamente (infiltrazioni ed esfiltrazioni) èimportante per due ragioni. L’aria esternaviene spesso usata per diluire gli inqui-nanti dell’aria interna, e l’energia utilizzataper riscaldare o raffreddare questa ariaesterna ha un peso non trascurabile neicarichi per il condizionamento degli spaziconfinati.Le dimensioni di questi ricambi d’ariadevono essere conosciuti sia nei valorimassimi (per dimensionare l’impianto, sianei valori medi per prevedere corretta-mente i consumi stagionali. Per assicura-re un corretto controllo del livello degliinquinanti interni, si deve conoscere laminima portata di ricambi d’aria. Nei gran-di spazi devono essere determinati glieffetti delle infiltrazioni e della ventilazio-ne sulla distribuzione dell’aria e dei per-corsi interni.Gli scambi d’aria fra interno ed esterno sidividono in ventilazione (intenzionale econtrollata) ed infiltrazione (non intenzio-nale e non controllata). La ventilazione puòessere naturale o forzata. Nella ventilazio-ne naturale l’aria non viene mossa da alcundispositivo, e si muove liberamente attra-verso finestre, porte e altre aperture rica-vate nell’involucro dell’edificio.M

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l’esterno per la diluizione degli inqui-nanti.

[5.3] Modalità di funzionamentodella ventilazione

Si effettua introducendo aria “pulita”(abbiamo già incontrato la più appropria-ta notazione di “aria esterna”) in un volu-me. Questa aria o è mescolata con l’ariagià presente in ambiente dando luogo a“ventilazione a mescolamento” o è usataper “spostare” aria nel volume dandoluogo alla “ventilazione a dislocamento”.� Ventilazione a mescolamento: il mesco-

lamento è stimolato dalla naturale tur-bolenza dell’aria (figura 5.1). Questamodalità è importante quando l’aria dicircolazione è usata per climatizzareanche dal punto di vista termico.Qualora il mescolamento fosse perfet-to, la concentrazione degli inquinantisarebbe costante all’interno dell’am-biente.

� Ventilazione a dislocamento: forma diventilazione che sta diventando sem-pre più diffusa ed adottata per uffici edaltri edifici non domestici. In questaforma, l’estrazione dell’aria calda e con-taminata, spinta verso l’alto dall’azionedelle sorgenti termiche (occupanti,computer ecc.) ha luogo al livello delsoffitto (figura 5.2). L’aria fresca di ven-tilazione viene immessa al livello delpavimento, quindi direttamente nellazona occupata, ad una temperatura piùbassa (ΔT = 1-8 °C) di quella dell’am-biente ed a una velocità molto bassa(tipicamente da 0,1 a 0,3 m/s). Affinchéun sistema di ventilazione a disloca-mento funzioni perfettamente, la porta-ta di aria immessa (Qs) deve essere pari

ambiente una accettabile qualità dell’ariao IAQ ed un adeguato comfort termico.Le definizioni relative alla ventilazione edal flusso di aria comprendono:� ventilazione intenzionale: processo per

mezzo del quale aria “pulita” (normal-mente aria esterna) viene immessaintenzionalmente in un ambiente ri-muovendo aria viziata;

� infiltrazioni ed esfiltrazioni: l’aria puòentrare in un edificio attraverso le “infil-trazioni”. Si caratterizzano così scambiincontrollati e non intenzionali di massedi aria attraverso discontinuità o frattu-re dell’involucro (infissi, crepe ecc.);Questo fenomeno dipende dalle carat-teristiche dell’involucro (porosità) edalla grandezza delle altre forze motri-ci, quali il vento e le differenze di tem-peratura; anche altre aperture per laventilazione possono diventare vie diflusso non intenzionale; gli agenti natu-rali dando luogo alle infiltrazioni-esfiltra-zioni possono sensibilmente influenza-re con le loro fluttuazioni i moti dell’ariaattraverso l’involucro; le prestazionidegli impianti possono risultare grave-mente perturbate ed allontanare dal-l’optimum le condizioni di benessere ecomfort in ambiente; questa forma diventilazione spesso è anche poco cono-sciuta da progettisti e tecnici e ciò puòfar sfociare in eccessivi consumi energe-tici, richiesta di eccessive prestazionidagli impianti, discomfort ecc.;

� aria di ricircolo: questa forma è fre-quentemente usata in edifici commer-ciali per la climatizzazione; dal momen-to che l’aria è filtrata per via del parti-colato ma i gas non vengono rimossi,di solito non si tiene conto di questoprocesso nel calcolo dell’aria di venti-lazione somministrata agli occupanti,aria che invece viene prelevata dal-


detta di “respirazione”) dalla zona adaria contaminata. Mentre la scelta frasistemi a miscelazione e a dislocamen-to è opinabile per altezze di ambientedi 2,5-3 m, quest’ultimo è sempre pre-feribile per locali di elevata altezza.Come regola generale, questo sistemanon dovrebbe essere usato per il riscal-damento, effettuato invece con radiato-ri sotto finestra.

� Ventilazione interzonale: adottata spe-cialmente in edifici civili, in cui è comu-ne estrarre aria dai servizi quali cucinee bagni. L’aria esterna viene immessanelle zone ove gli occupanti soggiorna-no per le varie attività ed estratta mec-canicamente in questa tipologia di loca-li di servizio.

5.4 Modalità di somministrazione della ventilazione

Come anticipato nell’introduzione diversesono le modalità di somministrazione diaria esterna all’interno dell’edificio. In particolare si ha:� Ventilazione forzata: la ventilazione for-

zata è generalmente obbligatoria negliedifici di grandi dimensioni, dove èrichiesta una portata minima di ariaesterna, per salvaguardare la salute e ilcomfort degli occupanti, e dove un si-stema meccanico di estrazione è consi-gliabile e necessario. Gli infissi modernihanno una tenuta molto elevata (7m3/h/m2 di superficie a 100 Pa, contro 20degli infissi tradizionali); questo riduce lapossibilità di infiltrazioni naturali e richie-de la presenza di impianti di ventilazio-ne forzata per mantenere un adeguatostandard di qualità dell’aria interna.

alla somma dei flussi convettivi genera-ti dalle sorgenti termiche valutati all’in-terfaccia tra la zona inferiore della stan-za, contenente aria fresca e pulita equella superiore, con aria contaminata(Qs = Qp,1 + Qp,2…+ Qp,n). L’aria caldache sale dal pavimento si diffonde“spalmandosi” lungo il soffitto, cosic-ché l’ubicazione delle bocchette diestrazione non è critica a patto che sianella parte più alta. Un grosso vantag-gio della ventilazione a dislocamento èil miglioramento della qualità dell’aria inambiente. Per contro, è necessaria unabuona progettazione per separare glioccupanti (propriamente la zona cosid-

125 La ventilazione negli edifici

Ventilazione a mescolamentoFig. 5.1

Ventilazione a dislocamentoFig. 5.2

termici di un edificio, questa è la ragioneper cui è importante limitare la portata deiricambi d’aria al minimo indispensabile. Iricambi d’aria incrementano i carichi ter-mici di un edificio in tre modi.L’aria esterna deve essere riscaldata o raf-freddata dalla temperatura esterna a quel-la interna. L’energia per ottenere questorisultato è la seguente:

qs = Q ρ cp Δt

dove:qs = calore sensibile (W),Q = portata d’aria (m3/s),ρ = densità dell’aria (kg/ m3), circa 1,2,cp = calore specifico dell’aria (kJ/(kg·°C)),

circa 1.000,Δt = differenza di temperatura fra interno

ed esterno.Il ricambio d’aria aumenta il contenuto diumidità, in particolare in estate in alcunearee, quando l’aria deve essere deumidi-ficata. La quantità di energia associata aquesto scopo è data da:

ql = Q hfg ΔW

dove:ql = calore latente (W),hfg = calore latente del vapor d’acqua alla

temperatura di trattamento (J/kg),circa 2,34x106,

ΔW =umidità assoluta dell’aria esternameno umidità assoluta dell’aria in-terna.

Infine i ricambi d’aria possono aumentarei carichi termici dell’edificio diminuendo leprestazioni dell’isolamento dell’involucrodell’edificio.L’aria che fluisce attorno alle pareti puòaumentare il coefficiente di scambio con-vettivo. Questo ultimo effetto è difficile daquantificare, ma andrebbe considerato.La necessità del ricambio di aria è statoargomento di dibattito per oltre un seco-

� Ventilazione naturale: la ventilazionenaturale attraverso l’apertura intenzio-nale di finestre, porte ecc. è causatadalla differenza di pressione dovuta alvento e alla differenza di temperaturafra interno ed esterno. Il flusso di ariaesterna attraverso finestre, porte edaltre aperture specificamente proget-tate, può essere usato per fornireun’adeguata ventilazione per la dilui-zione di contaminanti e per il controllodelle temperature. L’apertura non inten-zionale di porte e finestre può interfe-rire con i percorsi d’aria previsti in sededi progetto, e provocare carichi termi-ci maggiori di quelli previsti. Talvoltaper ventilazione naturale si intendonoanche le infiltrazioni, in questo caso ledue cose vengono tenute distinte.

� Infiltrazioni: le infiltrazioni sono costi-tuite da un flusso d’aria incontrollatoattraverso aperture non previste (fessu-re, infissi non chiusi o difettosi ecc.),provocato da differenze di pressionedovute al vento, alle differenze di tem-peratura, e agli apparecchi di ventilazio-ne forzata installati. Le infiltrazioni sonomeno affidabili per garantire un ade-guato ricambio d’aria, poiché dipendo-no dalle condizioni atmosferiche, edalla localizzazione delle aperture.Comunque le infiltrazioni possonocostituire la maggior parte dell’ammon-tare dei ricambi d’aria negli edifici conuna forma caratterizzata da elevati valo-ri di S/V.

[5.5] Carichi termici per ventilazione e qualità dell’aria

L’aria esterna introdotta negli edifici costi-tuisce una parte importante dei carichi


dove:Ci = concentrazione di CO2 all’internoCo= concentrazione di CO2 all’esternoF = generazione di CO2, l/sQ = ricambio d’aria esterna, l/s.La portata di ventilazione richiesta a per-sona, per mantenere una concentrazionedi CO2 al limite prescritto CL è data da:

Q (l/s) = (0,0053 · 100) / [CL (%) - Co (%)]

Un valore tipico di Co è 0,03%. L’ASHRAEStandard 62 specifica i valori di concentra-zione di CO2 da mantenere per diversetipologie di uso degli spazi. Lo standardcontiene una richiesta base di 7,5 l/s diaria esterna a persona, basata su una con-centrazione di aria interna di 0,1%, men-

lo e diverse logiche di indagine hannoprodotto standard completamente diffe-renti, tuttavia lo scopo di cambiare l’ariaè quello di rimuovere l’aria viziata e con-trollare l’umidità interna, la CO2 e gliodori.Il mantenimento di valori accettabili diCO2 è il criterio più comune di valutazio-ne delle portate di aria esterna. Un valo-re rappresentativo di produzione di CO2

per una persona con un livello di attivitàsedentario è di circa 5,3 ml/s (19 litri/ora).Quando si ottiene una situazione stazio-naria in uno spazio confinato, la concen-trazione di CO2 è data da:

Ci = Co + F/Q


Esterno

Aria SO2, NO, NO2, O3, idrocarburi, CO, particolato

Veicoli CO, Pb, idrocarburi, particolato

Suolo Radon

Interno

Materiali da costruzione

Cls, pietra Radon

Legno truciolare Formaldeide

Isolamenti Formaldeide, fibra di vetro

Materiale ignifugo Amianto

Adesivi Composti organici

Pitture Mercurio, composti organici

Materiali contenuti

Apparecchi per la cottura e il riscaldamento CO, NO, NO2, formaldeide, particolato

Arredamenti Composti organici

Occupanti

Attività metabolica H2O, CO2, NH3, odori

Attività umane

Fumo CO, NO2, composti organici, particolato, odori

Apparecchi spray Fluorocarburi, cloruro di vinile

Prodotti per la pulizia Composti organici, NH3, odori

Tabella 5.1 Alcuni inquinanti tipici

interno ed esterno, ad una certa altezza,è data da:

Δp = po + pw - pi

dove:Δp = differenza di pressione fra interno

ed esternopo = pressione statica nel flusso indistur-

batopw = pressione del ventopi = pressione interna.La pressione interna diminuisce linear-mente con l’altezza con un andamentoche dipende dalla temperatura interna.Quando si verifica una differenza di tem-peratura fra interno ed esterno, si verificaun gradiente della differenza di pressioneΔps e la relazione precedente diventa:

Δp = po + pw - pi + Δps

[5.6.1] Effetto del ventoLe pressioni dovute all’azione del ventosono generalmente positive rispetto allapressione statica nel flusso indisturbato,sulla faccia sopravvento dell’edificio, enegative sulla faccia sottovento. Le pres-sioni sulle altre facce sono positive onegative a seconda della direzione delvento e della forma dell’edificio.La pressione del vento è data da:

pv = Cp ρ ν2 / 2

dove:pv = pressione superficiale relativa alla

pressione statica nel flusso indistur-bato, Pa

ρ = densità dell’aria (kg/m3), circa 1,2,ν = velocità del vento (m/s)Cp = coefficiente di pressione superficia-

le, dipende dalla forma dell’edificioe dalla direzione relativa del vento.

I valori di Cp sono stati calcolati per diver-

tre la maggior parte delle persone è ingrado di sopportare concentrazioni fino a0,5% senza avere particolari disagi. Il livel-lo dello 0,1% fornisce un grado di sicurez-za nei confronti di eventi come un mag-giore affollamento, un più alto livello diattività, una ventilazione ridotta e il con-trollo degli odori.Alternativamente lo Standard 62 puòessere soddisfatto mantenendo le con-centrazioni di alcuni inquinanti all’internodei limiti prescritti, mediante la combina-zione di: controllo delle sorgenti, tratta-mento dell’aria, e ventilazione. La tabella5.1 riporta la lista di alcuni inquinanti clas-sificati secondo la sorgente che li produ-ce. Il controllo alla sorgente e la rimozio-ne, contrariamente alla diluizione con ariaesterna, è la strategia adottata negliambienti industriali.

[5.6] La ventilazione naturale

La ventilazione naturale e le infiltrazionisono generate da differenze di pressionecausate dal vento, dalla differenza di tem-peratura fra interno ed esterno (effettocamino) e dall’azione di apparecchiature,come sistemi di combustione e sistemi diventilazione meccanica.Quando il vento colpisce un edificio, creauna distribuzione di pressioni statiche sullafaccia esterna dell’edificio, che dipendedalla direzione del vento relativamenteall’orientamento della superficie esternadell’edificio. Questa distribuzione dellepressioni è indipendente dalla pressioneinterna dell’edificio pi. Se sull’edificio nonagiscono altre forze, se non c’è differen-za di temperatura fra interno ed esterno,se non vi sono apparecchi di ventilazionein funzione, la differenza di pressione fra


renza di pressione dovuta all’effetto cami-no all’altezza h è data da:

Δps = ρi g (h - hNPL) (Ti – To)/To

dove:Δps = differenza di pressione dovuta all’ef-

fetto camino, Pa,ρi = densità dell’aria interna, 1,2 kg/m3,g = accelerazione di gravità, 9,81 m/s2,h = altezza del punto, m,hNPL= altezza del piano neutro, m,T = temperatura assoluta, K,i = interno,o = esterno.Una stima utile delle dimensioni dell’effet-to camino su un edificio mostra che la dif-ferenza di pressione è circa 0,4 Pa/(K·m).Questa stima trascura qualsiasi resistenzaall’aria all’interno della struttura. Perciò,in un edificio ad un piano, con il soffitto acirca 2,70 m, una altezza del piano neutroa circa la metà, e una differenza di tem-peratura di circa 25 K, l’effetto caminoprovoca una differenza di pressione dicirca 1,3 Pa, in un edificio di 20 piani, dicirca 4 metri ciascuno, l’effetto caminoprovoca, nelle stesse condizioni una diffe-renza di 40 Pa.La collocazione del piano neutro (NPL), avelocità del vento nulla, dipende dalladistribuzione verticale delle aperture nel-l’involucro dell’edificio, la resistenza delleaperture al flusso dell’aria, e dalla resi-stenza al flusso d’aria interna all’edificio.Se le aperture sono uniformemente distri-buite e non vi è resistenza interna, il pianoneutro è localizzato a metà altezza. Se viè una sola apertura, o un’apertura moltogrande rispetto alle altre, il piano neutro(NPL) è in corrispondenza, o molto vicino,al centro di questa apertura.La presenza di partizioni orizzontali, corpiscala, condotti, complica l’analisi della col-locazione del NPL. La presenza di camini,

se forme di edificio e per diverse direzio-ni del vento.

[5.6.2] Effetto caminoLe differenze di temperatura fra interno edesterno provocano differenze di densità eperciò differenze di pressione, che provo-cano le infiltrazioni. Durante la stagionedel riscaldamento, l’aria più calda all’inter-no, risale l’edificio ed esce dall’edificio inprossimità della sua sommità. Quest’ariaviene rimpiazzata da aria fredda esternache penetra in prossimità della base. Nellastagione di raffrescamento, il flusso siinverte e generalmente diminuisce diintensità, poiché le differenze fra internoed esterno sono più piccole. Qualita-tivamente la distribuzione delle pressioninegli edifici prende la forma riportata infigura 5.3.L’altezza a cui le pressioni interna ed ester-na sono uguali viene chiamata Piano diPressione Neutra (NPL). Al di sopra diquesto punto (nella stagione di riscalda-mento), la pressione interna è maggioreche all’esterno; al di sotto di questopunto, la maggior pressione esterna causaun ingresso di aria dall’esterno. La diffe-


La distribuzione delle pressioni in un edificio in situazione invernaleFig. 5.3

calda di quella esterna, e le differenze dipressione causate solamente dalle forzetermiche, il NPL è a circa metà altezza, conun ingresso attraverso le aperture piùbasse e le uscite attraverso le aperturepiù alte. Un camino o un sistema di estra-zione meccanica sposta la linea della pres-sione interna verso sinistra, innalzando ilNPL. Un eccesso di ingresso di aria ester-na a confronto di quella che esce lo spo-sterebbe verso il basso.La figura 5.4.b mostra un andamento qua-litativo delle differenze di pressione cau-sate solo dal vento, con effetti sulla facciasopravvento e sottovento uguali ma consegno opposto.Quando entrambe le forze agiscono con-temporaneamente le pressioni dovute adentrambi gli effetti si sommano, determi-nando la pressione totale attraverso l’in-volucro dell’edificio.La figura 5.4.c mostra la combinazionedegli effetti, da cui si nota come la forzadel vento ha solo bilanciato le forze ter-miche, causando una differenza di pres-sione nulla all’estremo superiore della fac-

aperture sul tetto, sistemi di estrazione,innalza la posizione del NPL, l’accensionedi un dispositivo di riscaldamento, in pre-senza di camini, innalza il NPL a volte oltreil tetto.

[5.6.3] Combinazione delle diverse forzeLe differenze di pressione appena discus-se vanno considerate in combinazione traloro, sommandole e determinando il flus-so totale attraverso ciascuna aperturadovuto all’azione della pressione totale.Poiché il flusso attraverso queste apertu-re non è linearmente correlato alle diffe-renze di pressione, le forze agenti devo-no essere combinate e poi calcolata laportata totale; non è invece corretto som-mare i flussi che risultano separatamentedalle diverse correlazioni.La figura 5.3 mostra qualitativamente lasomma delle forze agenti su un edificiocon aperture uniformemente distribuitesull’altezza e senza particolari ostacoli almovimento interno dell’aria.Nella figura 5.4.a, con l’aria interna più


Effetto combinato di diverse forzeFig. 5.4

b ca

scamento quando non esistono sistemi dicondizionamento meccanico.La localizzazione, la sistemazione e il con-trollo delle aperture per la ventilazionedovrebbero sfruttare le forze dovute alvento e alle differenze di temperatura perottenere le condizioni di ventilazione desi-derate in tutto l’edificio.Le aperture per la ventilazione naturaleincludono: finestre, ventilatori a soffitto,camini dotati di regolazione.

[5.6.6] Portata d’aria dovuta al ventoIl flusso d’aria in ingresso attraverso que-ste aperture, provocato dal vento, puòessere espresso mediante la seguenteequazione:

Q = Cν A V

dove:Q = portata d’aria m3/s,A = area dell’apertura,Cν = efficacia dell’apertura (0,5-0,6 per

venti perpendicolari all’apertura,0,25-0,35 per venti diagonali),

V = velocità del vento.Le aperture per l’ingresso dell’aria andreb-bero localizzate perpendicolarmente alladirezione dei venti prevalenti.Le localizzazioni più opportune delle aper-ture di uscita dell’aria invece sono: 1. sulla facciata sottovento, 2. sul soffitto, in una zona di depressione,3. su una faccia adiacente alla faccia so-

pravvento, in una zona di depressione,4. con un ventilatore a soffitto, 5. con dei camini.

5.6.7 Portata d’aria dovuta ad effetti termiciIl flusso dovuto all’effetto camino puòessere calcolato come segue:

ciata sopravvento e all’estremo inferioredella facciata sottovento.Sono state proposte diverse regole percombinare le portate dovute alle diversecomponenti delle forze di pressione, unmodello proposto è riportato nella for-mula seguente:

Qws = (Qw2 + Qs

2)0,5

dove:Qws = portata totale,Qw = portata dovuta al vento,Qs = portata dovuta all’effetto camino.

[5.6.4] Flussi d’aria attraverso le apertureL’equazione principale per il calcolo dellaportata d’aria attraverso un’apertura è laseguente:

Q = CDA (2Δp / ρ)1/2

dove:Q = portata d’aria (m3/s),CD= coefficiente di perdita di carico della

apertura,A = area dell’apertura (m2),ρ = densità dell’aria (kg/m3), circa 1,2,Δp= differenza di pressione attraverso

l’apertura (Pa).Il coefficiente di perdita di carico CD è unnumero (variabile tra 0 e 1) adimensiona-le che dipende essenzialmente dalla geo-metria e dalle dimensioni dell’apertura edalla velocità del flusso.

[5.6.5] Portate d’aria per ventilazionenaturaleLa ventilazione naturale può efficacemen-te controllare sia la temperatura che laconcentrazione di inquinanti, particolar-mente nei climi temperati. Il controllodella temperatura mediante ventilazionenaturale è spesso l’unico sistema di raffre-


vale 0,65. I maggiori flussi per unità diarea si ottengono quando l’area di ingres-so è uguale a quella di uscita. Aumentarel’area di ingresso o quella di uscitaaumenta il flusso, ma non in proporzioneall’area aggiunta. Quando le aree diingresso e uscita sono diverse, usarel’area minore nelle equazioni, e aggiun-gere un aumento percentuale secondoquanto indicato in figura 5.5.

[5.6.8] Linee guida per la ventilazionenaturaleAlcune linee guida generali andrebberoosservate per progettare la ventilazionenaturale. Alcune di queste possono esse-re in contrasto con altre strategie di con-trollo climatico, come l’orientamento el’adozione dei sistemi di ombreggiamen-to per minimizzare i guadagni solari, oaltre considerazioni di progetto.1. Nei climi caldi e umidi, massimizzare la

velocità dell’aria nelle zone occupate.Nei climi caldo asciutti massimizzare ilflusso d’aria attraverso l’edificio per raf-freddare le strutture, particolarmentedi notte, quando le temperature sonobasse.

2. Sfruttare la topografia e la conforma-zione del terreno nei dintorni dell’edi-ficio per aumentare l’effetto delle brez-ze e per evitare barriere al vento.

3. La forma dell’edificio deve permettereun’esposizione ottimale alle brezze.

4. Usare elementi architettonici, comeaggetti, parapetti, quinte, per aumen-tare il flusso d’aria entrante nell’edi-ficio.

5. La facciata più lunga dell’edificio e lamaggior parte delle aperture andreb-bero orientate verso le brezze estiveprevalenti. Se non c’è una direzioneprevalente le aperture devono suffi-

Q = KA [2g ΔhNPL (Ti – To)/Ti]1/2

dove:Q = portata d’aria m3/s,A = area dell’apertura,K = coefficiente di perdita di carico

dell’apertura,ΔhNPL= altezza dall’apertura più bassa al

NPL.Questa equazione si applica quando Ti >To. Se Ti < To l’equazione diventa:

Q = KA [2g ΔhNPL (To – Ti)/To]1/2

Se l’edificio ha più di un’apertura, le areedi ingresso e di uscita sono considerateuguali. Calcolare ΔhNPL è difficile: se unasola finestra o una sola porta rappresen-tano il 90% delle aperture di un ambien-te, il NPL è a circa la metà della loro altez-za, e ΔhNPL è pari a alla metà dell’altezza.Per questa condizione il flusso è bidirezio-nale, nella metà inferiore entra nell’am-biente, nella metà superiore esce. In que-sto caso K può essere calcolato con laseguente formula:

K = 0,40 + 0,0045· |Ti – To|

Se invece vi sono diverse aperture il flus-so si può considerare unidirezionale, e K


Aumento del flusso d’aria in relazione alle aree di apertura in ingresso ed uscitaFig. 5.5

Au

men

to i

n %

del

flu

sso

forti affollamenti o quando il clima èmolto caldo.

13. Finestre orizzontali sono generalmen-te preferibili a finestre quadrate o ver-ticali, infatti producono un maggiorflusso d’aria su un più largo spettro didirezioni del vento, e sono più effica-ci nelle zone in cui il vento cambiaspesso di direzione.

14. Le finestre devono essere apribili eraggiungibili dagli occupanti.

15. Le aperture di ingresso non andrebbe-ro ostruite da oggetti o partizioni.Tramezzature possono essere utilizzateper distribuire il flusso o per reindiriz-zarlo, ma non dovrebbero restringerela sezione utile fra ingresso ed uscita.

16. Camini o corpi scala aperti possonoessere utilizzati per aumentare l’effet-to camino.

Alternativamente lo Standard 62 può es-sere soddisfatto mantenendo le concen-trazioni di alcuni inquinanti all’interno deilimiti prescritti, mediante la combinazionedi: controllo delle sorgenti, trattamentodell’aria, e ventilazione.

[5.7] La ventilazione ibrida

La ventilazione naturale e i sistemi di raf-frescamento passivo sono tecnologiesostenibili, energeticamente efficienti,pulite e, a patto che siano ben controlla-te, sono in genere ben accette dagli uten-ti e dovrebbero essere quindi incoraggia-te ogni qualvolta questo sia possibile.Sfortunatamente la progettazione di unsistema efficiente di ventilazione si trovaspesso davanti ad un bivio: usare un siste-ma di ventilazione naturale o un sistemadi ventilazione meccanico?Questo fatto ha ostacolato un più largo

cienti a garantire ventilazione a prescin-dere dalla direzione del vento.

6. Le finestre devono essere posizionatein zone con pressioni opposte. Dueaperture su facce opposte aumentanola ventilazione. Aperture su facce adia-centi costringono l’aria a cambiare dire-zione, fornendo ventilazione ad un’areamaggiore. I benefici del posizionamen-to delle aperture dipendono dalla loca-lizzazione relativa delle uscite rispettoalla direzione del flusso in entrata nel-l’edificio.

7. Se una stanza ha un solo muro esterno,una migliore ventilazione si ottiene condue finestre a grande distanza fra loro.

8. Se le aperture sono alla stessa altezzae vicino al soffitto, molto del flusso puònon attraversare la zona occupata enon contribuire alla diluizione dei con-taminanti in quella zona.

9. L’effetto camino richiede il distanzia-mento verticale delle aperture: mag-giore è la distanza fra le aperture, mag-giore è la ventilazione ottenuta.

10. Aperture in prossimità del NPL sonopoco efficaci per la ventilazione indot-ta da fenomeni termici. Se l’edificio hasolo un’apertura, il NPL tende a spo-starsi verso quel livello, questo fattoriduce le pressioni sulla sezione del-l’apertura.

11. A parità di area delle aperture, siottengono flussi maggiori quando lesezioni di ingresso e di uscita hannola stessa area. Una sezione di ingres-so minore di una di uscita aumenta levelocità di ingresso, Una sezione diuscita più piccola dell’ingresso creauna velocità più bassa ma più unifor-me in tutto l’edificio.

12. Aperture di dimensioni maggiori diquelle che risultano dai calcoli sonoda consigliare quando si prevedono


tica richiede un approccio integrato nellaprogettazione dell’edificio e dei suoi siste-mi naturali e meccanici. L’approccio inte-grato alla progettazione richiede la forma-zione di squadre di architetti ed ingegne-ri, il processo progettuale diventa iterati-vo, dallo stadio di sviluppo concettualefino alla progettazione esecutiva. L’usodell’energia nell’edificio e le dimensionidelle apparecchiature meccaniche posso-no quindi venire ridotte senza l’impiego ditecnologie particolarmente sofisticate, maanche solo attraverso una integrazioneefficace della progettazione architettoni-ca e dei sistemi meccanici.La ventilazione ibrida è strettamentedipendente dalle condizioni climaticheesterne, dal microclima attorno all’edificioe dal comportamento termico dell’edificiostesso. È perciò necessario tenere in con-siderazione questi fattori fin dall’iniziodella progettazione. È anche importanteche aspetti quali il potenziale raffresca-mento notturno ottenibile, il rumore e l’in-quinamento presenti nei dintorni dell’edi-ficio, la sicurezza e la prevenzione degliincendi, vengano presi in considerazione.La progettazione della localizzazione e deldimensionamento delle aperture, cosìcome i dispositivi necessari per migliora-re le caratteristiche della ventilazione,quali camini solari o torrini, devono tenerconto delle strategie di ventilazione indi-viduate sia per le ore diurne che per quel-le notturne. Sistemi passivi di riscaldamen-to o raffrescamento possono essere inte-grati, così come i sistemi di filtraggio e direcupero del calore.È necessario prevedere delle strategie dicontrollo adeguate, che consentano il giu-sto grado di interazione dell’utente. Infine,è necessario progettare i sistemi mecca-nici che consentano di ottenere il giustogrado di comfort. Questi dispositivi pos-

uso di tecnologie sostenibili poiché inalcuni casi non si riesce a garantire unadeguato standard di funzionamento intutte le condizioni, facendo affidamentosolo sui sistemi di ventilazione naturale.Nella maggioranza dei casi, infatti, si otter-rebbero migliori prestazioni con una com-binazione di sistemi, da utilizzare in alter-nativa o in contemporanea, a secondadelle condizioni ambientali, del tipo diedificio e dell’uso e dalla funzione richie-sta al sistema di ventilazione.Lo scopo principale di un sistema di ven-tilazione è garantire una qualità dell’ariaaccettabile e una gradevole temperaturadell’aria. I sistemi di ventilazione ibridapossono essere definiti come sistemi chegarantiscono condizioni ambientali con-fortevoli utilizzando sia sistemi naturali chequelli meccanici, ma utilizzando le diver-se caratteristiche dei due sistemi in tempidiversi del giorno, della stagione o del-l’anno. Si tratta di sistemi nei quali le forzenaturali e meccaniche sono combinate inun sistema bimodale e dove il modo dioperare varia secondo la stagione e anchenell’arco della giornata. Il modo di funzio-namento viene prescelto di volta in voltain base alle condizioni esterne e tende amassimizzare i vantaggi che queste pos-sono fornire.La differenza principale tra un sistema ibri-do ed un sistema tradizionale sta nel fattoche il primo è un sistema intelligente cheè in grado di passare dal sistema natura-le a quello meccanico automaticamente alfine di minimizzare i consumi energetici.

Indicazioni progettualiGli edifici con sistemi di ventilazione ibri-da sono spesso dotati di altre tecnologiesostenibili: daylighting, raffrescamentopassivo e naturale, riscaldamento solarepassivo ecc., e una ottimizzazione energe-


fra le due variabili si approssima quantita-tivamente con la seguente relazione

DT (°C) = 26 – 0,83 pv (mm Hg)

Per elevati valori di umidità è necessarioutilizzare sistemi di ventilazione, questopermette di migliorare la sensazione ter-mica dell’individuo, anche se in genere siottiene una riduzione delle temperatureinterne molto limitata, poiché come dettoad elevate umidità corrispondono ridotteescursioni di temperatura.

[5.8.1] Il reirraggiamento notturnoIl raffrescamento per reirraggiamento èbasato sul principio fondamentale cheogni corpo caldo emette energia termicasotto forma di radiazione elettromagneti-ca verso corpi più freddi verso i quali siaffaccia.Il sole irradia calore (in forma di radiazio-

ni a corta lunghezza d’onda) verso la terradurante il giorno, e la terra reirraggia (informa di radiazioni a lunghezza maggio-re) verso il cielo. Le dispersioni per effet-to radiante avvengono sia di giorno chedi notte, soprattutto nell’emisfero nord, glistrati più alti dell’atmosfera sono abba-stanza freddi durante il giorno, da fornireun efficace pozzo di calore.Durante il giorno la radiazione solareassorbita contrasta l’effetto raffreddantedel reirraggiamento.Ogni corpo emette energia sotto forma dienergia radiante, questo fenomeno èregolato dalla legge di Stefan-Boltzmann

W = σ T4 (W/m2)

ove σ (costante di Stefan-Boltzmann) èpari a 5,68 x 10–8 W/(m2·K4). Per questofenomeno la superficie terrestre disperdecalore verso la volta celeste, quando lasua temperatura superficiale è inferiore

sono andare dal semplice ventilatore perl’estrazione dell’aria viziata, fino a sistemidi ventilazione bilanciati o a sistemi di con-dizionamento veri e propri. Le strategie dicontrollo dell’intero sistema devonogarantire condizioni di comfort ottimalecon consumi energetici ottimali.La ventilazione ibrida è basata su una filo-sofia di progettazione non convenzionalee l’aspettativa riguardo alle performanceottenibili non possono essere comparabi-li a quelle ottenibili con impianti mecca-nici. Le analisi dei costi andrebbero fattesulla base del ciclo di vita del sistema enon sulla base del costo iniziale.

[5.8] Sistemi per il raffrescamentopassivo

Le strategie di raffrescamento passivo evi-denziate sul diagramma bioclimatico diGivoni si possono ottenere con diversisistemi. È importante ricordare alcuneconsiderazioni che Givoni fa rispetto allarelazione di interdipendenza fra l’ampiez-za dell’escursione di temperatura e lapressione di vapor d’acqua per unamigliore comprensione delle strategie dautilizzare in funzione delle condizioni cli-matiche esterne.La possibilità di abbassare la temperatu-ra interna di un edificio al di sotto dellatemperatura esterna aumenta con l’am-piezza dell’escursione della temperaturaesterna, l’entità della escursione di tem-peratura esterna è comunque inversa-mente proporzionale alla pressione divapore. Ciò significa che zone con eleva-ti valori di pressione di vapore avrannoescursioni termiche minori, e una mag-giore difficoltà nell’applicazione di sistemidi raffrescamento passivo. L’interrelazione


Esperienze condotte da Givoni hannomostrato la possibilità di raggiungeretemperature da 4 a 7 °C inferiori alla tem-peratura ambiente con sistemi di reirrag-giamento notturno. La variabilità dei risul-tati dipende dalla velocità del vento, inquanto per velocità del vento maggiori, sihanno maggiori scambi convettivi fra ariaambiente e superficie radiante, con con-seguente innalzamento della temperatu-ra di quest’ultima.Di tutte le superfici di un edificio, il tettoè quella maggiormente esposta alla pos-sibilità di scambiare energia radiante conil cielo.La copertura del cielo da parte delle nubiostacola la dispersione di energia radian-te verso lo spazio, riducendosi fino al 15%nel caso di cielo completamente coperto.I sistemi di raffrescamento per reirraggia-mento notturno utilizzano generalmentedelle vasche o dei recipienti pieni d’ac-qua, posizionati sul tetto degli edifici. Levasche durante il giorno vengono coper-te da pannelli isolanti e durante la nottevengono scoperte per permettere il raf-freddamento dell’acqua per scambioradiativo.Il tetto dell’edificio in questo modo, raf-freddandosi di notte, e restando isolatodi giorno dall’ambiente esterno, puòassorbire il calore in eccesso provenien-te dall’interno dell’edificio durante il gior-no (Sistema Skytherm, Sistema LivingSystem).Givoni ha sperimentato anche un sistemadi raffrescamento che si comporta inver-samente ad un collettore ad aria: l’ariaviene fatta passare attraverso una interca-pedine sotto una lastra sottile di metalloondulato esposta all’azione della voltaceleste. L’aria in tal modo si raffredda equindi viene fatta passare all’interno di unletto di rocce che accumula il freddo.

alla temperatura apparente della voltadel cielo.Il raffrescamento per reirraggiamento èpiù forte nelle notti con cielo sereno, maviene ridotto dalla presenza di particelle,come vapor d’acqua, anidride carbonica epolvere, nell’atmosfera. Poiché queste par-ticelle assorbono e riemettono le radiazio-ni a lunga lunghezza d’onda, il flusso nettodi calore radiante uscente da ogni ogget-to sulla terra è uguale è uguale alla radia-zione emessa da esso verso il cielo, menoquella riemessa dall’atmosfera.Questa differenza nelle quantità di radia-zione determina il potenziale massimo diraffrescamento radiativo. La radianza pro-veniente dal cielo sereno tende ad esse-re bassa nella regione spettrale compre-sa fra 8 e 13 µm. Questa grande traspa-renza alla radiazione è nota come “fine-stra atmosferica” infrarossa.L’involucro di un edificio, che assorbe calo-re durante il giorno, emette questo calo-re verso il cielo durante la notte. Siccomeuna superficie orizzontale è il miglior radia-tore verso il cielo, il tetto di un edificiocostituisce il radiatore più efficace.In una notte senza nuvole la terra e qual-siasi oggetto caldo possono quindi raffre-scarsi per dissipazione di radiazione infra-rossa verso lo spazio: è quindi possibileraffreddare una massa d’acqua o un qual-siasi oggetto, fino a temperature ancheconsiderevolmente inferiori alla temperatu-ra ambiente, semplicemente lasciandoloesposto al cielo notturno e isolandoloopportunamente dagli altri corpi con cui sitrovi a contatto. Il processo di raffredda-mento di questi corpi è comunque ostaco-lato dal continuo scambio convettivo conl’aria ambiente, che tende a riequilibrare lecondizioni termiche allorché la temperatu-ra dell’oggetto da raffreddare scende al disotto della temperatura dell’aria.


kJ/kg). In questo modo si produce unariduzione della temperatura dell’aria e unaumento del suo contenuto di umidità.A seconda della quantità di umidità assor-bita il raffrescamento evaporativo vieneclassificato in:� Raffrescamento evaporativo diretto

dell’aria di ventilazione. L’aria di venti-lazione passa su una superficie umida(per esempio uno specchio d’acqua ouna fontana) e si raffredda per evapo-razione. La diminuzione della tempera-tura di bulbo secco (DBT) è accompa-gnata da un aumento del contenuto diumidità. Sul diagramma psicrometricola evaporazione diretta è caratterizzatada una traslazione lungo una curva atemperatura di bulbo umido (WBT)costante (linea AB in figura 5.6).

� Raffrescamento evaporativo indiretto.L’evaporazione avviene su di una super-ficie che viene raffreddata durante que-sto processo. L’aria che viene in contat-to con la superficie fredda è quindi raf-frescata senza aumentare il suo conte-nuto di umidità. La sua rappresentazio-ne sul diagramma psicrometrico è datadalla linea a umidità assoluta costante(CD).

L’efficacia del processo di evaporazionedipende dalla temperatura dell’aria edella superficie umida, dal contenuto diumidità dell’aria, e dalla velocità dell’ariasulla superficie umida.Il raffrescamento evaporativo è efficacesoprattutto nei climi aridi. Il raffrescamen-to evaporativo diretto è considerato effi-cace in località con temperatura di bulboumido massime fra 22 e 24 °C (corrispon-denti a DBT fra 42 e 44 °C).Si consiglia di adottare sistemi di raffre-scamento evaporativo indiretto nei climicon WBT di 25 °C e con DBT massima di46 °C.

[5.8.2] Il raffrescamento evaporativoIl principio di raffrescamento per evapo-razione era già noto molti secoli fa, pres-so i popoli delle regioni calde e secchedel Medio Oriente. La limitazione del suouso era data fondamentalmente dall’insuf-ficienza d’acqua in quei climi aridi.Sono molti i casi in cui questo principio diclimatizzazione in ambienti esterni è statoapplicato, per esempio nei giardini del-l’Alhambra, a Granada (Spagna), dovefonti d’acqua servivano per raffrescarel’aria evaporativamente. Nel diagramma psicrometrico che segueè riportata la zona di valori di T e UR incui è possibile applicare questo principio.Il limite massimo di applicabilità è costi-tuito dalla pressione di vapore pari a 17mmHg.Quando si fa scorrere una corrente d’ariasecca e calda sulla superficie di uno spec-chio d’acqua o attraverso un materiale inu-midito, l’acqua evapora, sottraendo all’ariala quantità di energia necessaria (2.256


Raffrescamento evaporativo sul diagramma psicrometricoFig. 5.6

re abbassare anche il livello di tempera-tura dell’aria al di sotto del livello dellatemperatura ambiente. Abbassare il livel-lo della temperatura in uno spazio ester-no comporta sempre l’utilizzo di alcuneforme di raffrescamento evaporativo, percui è necessario procurarsi una sorgented’acqua.Un prerequisito per abbassare la tempe-ratura dell’aria in uno spazio aperto èridurre al minimo il passaggio del ventoall’interno della zona interessata. Unavolta che uno spazio esterno è parzial-mente isolato dagli spazi circostanti, sipossono applicare alcune strategie di raf-frescamento per abbassare la temperatu-ra in quell’area.

L’ombra come prerequisito per il raffrescamento di uno spazioesternoPrima di considerare qualsiasi mezzo perabbassare sia la temperatura dell’aria chela temperatura radiante di uno spazioesterno, bisogna prevedere che lo spazioin oggetto possa essere protetto dal sole.Ci sono due ragioni per la considerareimportante l’ombreggiamento: la prima èche la protezione dalla radiazione solareha un maggiore effetto fisiologico nelridurre lo stress termico, rispetto al ridur-re le temperature in uno spazio esterno.La seconda ragione è che l’ombreggia-mento non implica consumi energetici oidrici, come invece comportano quasi tuttii sistemi che possono abbassare la tem-peratura in uno spazio esterno. Anche nel caso in cui l’intera area tratta-ta sia coperta da elementi schermanti, laradiazione solare può entrare lateralmen-te specialmente nelle ore mattutine epomeridiane. tanto più stretta è la zonaombreggiata, tanto maggiore è l’effettodi questa penetrazione laterale della

[5.8.3] Il raffrescamento di spazi esterniGli spazi esterni possono essere classifica-ti in diversi modi dal punto di vista dellescelte da compiere per il raffrescamentoe dell’interazione con le condizioni all’in-terno di edifici adiacenti allo spaziooggetto di studio.Una prima distinzione andrebbe fatta fraspazi esterni “liberi” che non sono annes-si ad edifici e spazi esterni che sono adia-centi a edifici.Gli spazi esterni adiacenti possono intera-gire con l’edificio stesso, sia modificando-ne le condizioni climatiche esterne, cheutilizzando il sistema di condizionamentodell’edificio stesso per modificare le pro-prie condizioni.Fra gli spazi adiacenti ad edifici va fattauna distinzione, dal punto di vista del con-trollo climatico: fra spazi non circondati dabarriere fisiche (per esempio muri), e quel-li circondati da muri alti almeno due metri.Nel primo caso la penetrazione del ventoridurrà il potenziale di abbassamentodella temperatura, se confrontato con unospazio confinato.Fra gli spazi “liberi” si può fare un’altradistinzione:� aree estese, con la dimensione minore

di circa 8 metri, che chiameremo zonedi riposo

� zone strette e lunghe, che chiameremosentieri.

Il grado di modificazione del clima che sipuò ottenere in queste due tipologie èabbastanza differente, e alcuni dei siste-mi che si possono applicare alle zone diriposo non sono applicabili ai sentieri.Quando si considera il progetto di unospazio esterno in una regione calda, laprima decisione da prendere è se limitar-si all’ombreggiamento dell’area e perciòridurre il carico da calore radiante, oppu-


bassa (inferiore al 50%) e vi è disponibili-tà di acqua, può essere preferibile abbas-sare la temperatura e bloccare il vento.

Come abbassare le temperaturesuperficiali in aree ombreggiateesterneSi possono adottare due trattamenti perabbassare le temperature medie dellesuperfici in un ambiente esterno. Essisono basati, direttamente o indirettamen-te, sull’effetto evaporativo:� abbassare le temperature di elementi

che circondano l’area,� raffrescare il pavimento dell’area.Per minimizzare il carico dovuto a caloreradiante, proveniente dalla radiazionesolare riflessa, o riemessa sotto forma diradiazione infrarossa, dal terreno circo-stante, l’area raffrescata andrebbe circon-data da superfici che possano essere man-tenute a temperature vicine o inferiori aquelle dell’area trattata. Questi elementi possono essere muri, altesiepi o terrapieni.Allorché gli elementi che circondanol’area trattata sono piante o terrapieniricoperti di vegetazione, le loro tempera-ture superficiali seguono strettamente latemperatura dell’aria, e l’eccesso di calo-re radiante è minimizzato. In ogni caso, sele superfici che circondano l’area tratta-ta, poste in ombra, possono essere man-tenute umide, le loro temperature super-ficiali saranno molto vicine alla tempera-tura di bulbo umido corrispondente allatemperatura esterna, che, se l’umiditàrelativa è bassa, può risultare significati-vamente inferiore alla temperatura del-l’aria. In pratica, se gli elementi circostan-ti consistono in muri, è possibile prevede-re un film d’acqua che scorra sulla lorosuperficie, ottenendo delle superfici chesi raffrescano per evaporazione.

radiazione solare in estate, specialmen-te se l’area trattata si estende in dire-zione N-S.

Relazioni fra il raffrescamentofisiologico per ventilazione e il raffrescamento dell’aria esternaOccupandoci della questione del raffre-scamento di spazi esterni può insorgereun conflitto fra due approcci progettuali:a. ottenere il comfort per mezzo dell’ef-

fetto raffrescante del vento,b. abbassare la temperatura in uno spa-

zio esterno.Qualsiasi abbassamento diurno della tem-peratura in uno spazio esterno richiedeche sia minimizzata la penetrazione delvento (più caldo). Il conflitto fra i dueapprocci esiste poiché la riduzione dellapenetrazione del vento in uno spazioaperto si ottiene generalmente mediantel’uso di schermi fissi, siano essi siepi opannelli solidi. Il blocco del vento non può essere rimos-so quando si rendesse necessario, comesi può fare in un edificio aprendo o chiu-dendo le finestre. Perciò una volta cheuno spazio viene semi chiuso mediantemuri, arbusti, terrapieni ecc., l’effetto fisio-logico raffrescante del vento viene a man-care anche quando sarebbe desiderabile.In regioni umide l’approccio migliore èquello di sfruttare la ventilazione, mentrenelle zone aride la scelta tra le due opzio-ni dipende dalla temperatura massimache si può verificare. In luoghi in cui latemperatura massima è inferiore a 30 °C,il vento può essere molto efficace comeelemento di comfort. In queste regioni, ombreggiare lo spazio,lasciandolo aperto al vento, può esserel’approccio migliore per minimizzare lostress termico. In posti in cui le tempera-ture diurne sono maggiori, l’umidità è


profondità, attraverso il quale l’aria circo-la per mezzo di ventilatori elettrici omediante sistemi di tiraggio naturali. Que-sta tecnica è stata sviluppata recentemen-te, basandosi su concetti simili sfruttati daipersiani e dai Greci nell’era pre-cristiana.L’aria viene aspirata dall’esterno e immes-sa nell’edificio attraverso un tubo interra-to. In estate, poiché la temperatura delsuolo è più bassa di quella dell’aria ester-na, la temperatura dell’aria all’uscita daltubo è più bassa che all’ingresso. Il con-trario avviene in inverno.Gli scambiatori Aria-Terra possono esse-re applicati sia in un circuito aperto che inun circuito chiuso. In un circuito chiuso, sial’ingresso che l’uscita dell’aria sono loca-lizzati nell’edificio. Nelle moderne applica-zioni si usano tubi di plastica, di cementoe di metallo; l’aria esterna, o quella inter-na nel caso dei circuiti chiusi, si raffrescaprima di essere immessa nell’edificio.La diminuzione di temperatura osservabi-le dipende dalla temperatura d’ingresso,dalla temperatura del terreno alla profon-dità dello scambiatore, dalla conduttivitàtermica del tubo e dalla diffusività termi-ca del suolo, così come dalla velocità del-l’aria e dalle dimensioni del tubo. Per otti-mizzare questi sistemi sono necessari cal-coli dettagliati. Come valore limite perl’applicazione di questi sistemi, la tempe-ratura del terreno attorno al tubo deveessere di almeno 5-6 °C inferiore a quel-la dell’aria.

Principi teoriciIl principio del ground cooling è diretta-mente correlato alle proprietà termichedel terreno. Il terreno ha delle proprietàtermiche che gli conferiscono una notevo-le inerzia termica. I meccanismi del trasfe-rimento del calore nel suolo sono, in ordi-ne d’importanza: conduzione, convezione

Raffrescamento del pavimento nelle zone di attesaAnche se una zona è efficacementeombreggiata, la temperatura del terrenopotrebbe talvolta risultare più elevata dellatemperatura esterna a causa della pene-trazione parziale di radiazione solare.Raffrescare il pavimento di una zona om-breggiata relativamente larga, può perciòabbassare la temperatura radiante cui lepersone sono esposte in quello spazio, seb-bene l’effetto sulla temperatura dell’arianella zona occupata sia piuttosto ridotto.Raffrescare il pavimento di una certa zonaha effetto solo se le dimensioni dell’areasono abbastanza larghe da permettereuna modifica significativa della tempera-tura media radiante. Ciò significa che ladimensione minore (la larghezza) dell’areanon deve essere inferiore ad un minimofissato, cioè circa 8 o 10 metri. Di conse-guenza non ha senso abbassare la tempe-ratura superficiale del pavimento in sen-tieri stretti, laddove l’effetto sulla tempe-ratura media radiante sarebbe minimo.

[5.8.4] Raffrescamento con il terrenoIl concetto di raffrescamento con il terre-no, o Ground Cooling, è basato sulla dis-sipazione del calore in eccesso da un edi-ficio verso il terreno, che durante le sta-gioni calde ha una temperatura inferiorea quella dell’aria. Questa dissipazione puòessere ottenuta sia per diretto contatto diuna porzione importante dell’involucrodell’edificio con il terreno, sia immetten-do nell’edificio aria che sia stata fatta cir-colare preventivamente sotto terra, permezzo di scambiatori di calore Aria-Terra.

Scambiatori di calore Aria-TerraUno scambiatore di calore Aria-Terra ècostituito da un tubo interrato ad una certa


esterna è più bassa di quella interna.In alternativa la ventilazione può continua-re anche di notte, con risultati positivi nellariduzione dei carichi per raffrescamentodell’edificio.Durante la notte le temperature esternesono in genere più basse di quelle inter-ne, questo fatto può essere sfruttato perrimuovere una certa quantità di caloreaccumulata nelle strutture durante il gior-no. Il movimento dell’aria aumenta la dis-sipazione di questa energia dalle struttu-re e dai materiali che costituiscono l’edi-ficio, l’aria calda che esce dall’edificio sidiffonde nell’aria esterna più fredda.Questo processo continua durante tutta lanotte e il risultato è una temperatura infe-riore dell’ambiente e delle strutture inter-ne la mattina seguente, allorché ricomin-cia il ciclo di aumento della temperatura.Di conseguenza, la mattina, gli occupan-ti entrano in un ambiente più freddo, ciòsi traduce in un minor dispendio di ener-gia negli edifici climatizzati e ventilati mec-canicamente.Il successo della ventilazione notturnadipende dalla differenza di temperaturafra interno ed esterno. Quanto più bassaè la temperatura esterna, tanto più effi-ciente è la ventilazione notturna. È anchenecessario ottenere una distribuzione effi-cace dell’aria esterna negli spazi interni. Ilcalore estratto per convezione dalla massadell’edificio aumenta con la velocità del-l’aria che lambisce le strutture.Questo processo può essere facilitato conl’uso di ventilatori da soffitto, che aumen-tano la velocità dell’aria interna aumentan-do di conseguenza i coefficienti di scam-bio convettivo tra le pareti e l’aria. Questatecnica può essere usata per aumentarele portate d’aria fino a 1,5 m3/min/m2. Laventilazione notturna può essere sfruttatacon successo negli edifici con struttura

e irraggiamento. La conduzione avvieneattraverso il suolo, ma la gran parte delflusso di calore avviene attraverso i costi-tuenti solidi e liquidi. La convezione è disolito trascurabile, con l’eccezione di rapi-da infiltrazione d’acqua a seguito di irriga-zione del terreno o di forti piogge.L’irraggiamento è importante solo nei ter-reni molto secchi, con larghi pori, quandola temperatura è alta. Perciò il parametroprincipale che influenza il comportamen-to termico del terreno sono la conduttivi-tà termica e la capacità termica. La capa-cità termica e la conducibilità termica pos-sono essere espresse congiuntamente permezzo della diffusività termica:

α = λ / ρc

dove λ è la conduttività termica, ρ la den-sità e c il calore specifico del suolo. La dif-fusività termica (α) determina il compor-tamento termico del suolo. Dalla definizione di diffusività e dal com-portamento del mezzo in questione siconclude che il calore tende ad immagaz-zinarsi nel terreno piuttosto che a propa-garsi in esso; le escursioni giornaliere dellatemperatura esterna hanno piccole pro-fondità di estinzione e perciò, al di sottodi 1 m di profondità, la temperatura delterreno non è influenzata. Per le variazio-ni annuali questi valori sono circa 20 voltemaggiori. Questo è il principio fisico su cuisi basa il ground cooling.

[5.8.5] La ventilazione notturnaLa ventilazione diurna introduce nell’edi-ficio aria fresca esterna, che è necessariaper mantenere accettabile la qualità del-l’aria interna. In aggiunta alla quantitàrichiesta per questo scopo, la ventilazio-ne può garantire un sistema di raffresca-mento allorché la temperatura dell’aria


nati consentono di non tenere conto dellevariazioni climatiche esterne (vento, tem-peratura esterna ecc.). Un approccio inte-grato edificio-impianto consente una scel-ta ottimale del tipo di sistema, un ammon-tare dei costi di investimento e di gestio-ne compatibili con il massimo dell’effi-cienza delle prestazioni. Nel caso di ven-tilazione meccanica l’aria può essere som-ministrata all’interno dello spazio costrui-to nelle condizioni esterne o può esseretrattata in opportune unità di trattamen-to dell’aria (UTA), fungendo anche comevettore per il riscaldamento ed il raffresca-mento degli ambienti. Ponendo attenzione agli aspetti relativialla sola ventilazione, i principali compo-nenti di impianto sono:� ventilatori: essi conferiscono la forza

motrice ai fluidi coinvolti. Funzionanousando energia elettrica. Di seguito, inun capitolo a parte ne verrà data unaampia descrizione. Possiamo però direche l’energia spesa per la ventilazionepuò arrivare a più della metà del con-sumo energetico dell’intero sistema. Ilconsumo energetico di ventilatoridipende dalla portata, dalla differenzadi pressione attraverso il ventilatore,dal rendimento della girante e dalmotore;

� canali: sono usati per trasferire le por-tate di aria dalle UTA agli ambienti. Lecanalizzazioni provocano una resisten-za al moto dell’aria, influenzando le pre-stazioni e la richiesta energetica. Que-sta resistenza al moto si chiama perdi-ta di carico e dipende da: portata,sezione, lunghezza delle canalizzazioni,numero ed angolazione delle curve,rugosità superficiale. Infatti si osservache se si mantiene un fluido reale(acqua, aria) in moto stazionario in uncondotto orizzontale di sezione costan-

pesante, nei climi con elevate escursionigiornaliere, In edifici con elevate capaci-tà termiche la temperatura dell’aria inter-na può risultare molto vicina alla mediadelle temperature esterne. Edifici in cui siapplica la ventilazione notturna sonospesso dotati di particolari finestre conaperture nella parte alta della finestra. Perragioni di sicurezza e di privacy, le finestreal piano terra rimangono chiuse.In un caso studio, un edificio situato adAtene è stato ventilato dalle 21:00 alle7:00 con portate variabili da 2 a 8 ricam-bi/ora a passi di 2 ricambi/ora. I risultatihanno mostrato che la riduzione di tem-peratura interna massima è stata di 1 K.La diminuzione della temperatura inter-na è stata più significativa in giugno eagosto che non in luglio, poiché la tem-peratura esterna è più alta in quel perio-do. Più interessante, accanto ai dati sulletemperature massime raggiunte negliedifici, è però l’analisi sui potenzialirisparmi energetici. Uno studio ha in par-ticolare evidenziato che la ventilazionenotturna può ridurre i carichi termici tota-li per raffrescamento in un edificio peruffici, fino al 30%.Alcune simulazioni hanno mostrato chel’uso della ventilazione notturna può sod-disfare parte dei carichi da raffrescamen-to, ma è spesso inevitabile ricorrere asistemi di condizionamento per mantene-re un accettabile livello di temperaturaper tutto l’arco della giornata

[5.9] La ventilazione meccanica

È la forma principale per immettere arianegli ambienti, usata in combinazione conil riscaldamento, raffrescamento e la filtra-zione. Sistemi meccanici ben dimensio-


sono di forme variegate, si va da quel-li a coni fissi, elicoidali o lineari che sonomolto usati per arredamento di nego-zi, uffici ecc. I diffusori elicoidali per-mettono un getto che può geometrica-mente assimilarsi ad una “rigata”, peraumentare la turbolenza e quindi l’effi-cienza del mescolamenti. Alcuni esem-pi di diffusori sono riportati nelle figu-re 5.7, 5.8 e 5.9.

Nella scelta fra le diverse tipologie di ter-minali, tra i tanti fattori di cui tenere conto,non ultimo il costo di investimento, biso-gna rimarcare che varia da una tipologiaall’altra la “efficienza di ventilazione”. Intabella 5.2 è indicata l’efficienza di riscal-

te, si osserva che la pressione nel flui-do (che secondo il teorema di Bernouillidovrebbe essere la stessa in ogni sezio-ne) diminuisce a mano a mano che siprocede nel verso di avanzamento delfluido. La caduta di pressione che siosserva fra due sezioni di un condottoorizzontale è diretta conseguenza dellaviscosità;

� diffusori: costituiscono unità finali didistribuzione dell’aria in ambiente. Lageometria di questi terminali deve assi-curare una mandata senza fastidiosecorrenti d’aria. Le specifiche fornisconola portata, la velocità di mandata e l’in-tensità della turbolenza. Oggi ve ne


Figura 5.7Diffusore elicoidale

Figura 5.8Diffusore lineare

fusione dell’aria comportano, a parità diportata di aria immessa, differenti capaci-tà di asportazione sia dei carichi termici siadei carichi di contaminazione.Nella scelta quindi dell’impianto e delleunità terminali si dovrà tassativamentetenere conto della differenza di prestazio-ni fra le varie tipologie.Ad esempio, arrivare a somministrare 10l/s alla zona dove respirano le personecon una bocchetta, vuol dire prevedereuna capacità della stessa di 10/0,70 =14,28 l/s, mentre con un diffusore elicoi-dale la portata rimane inalterata 10/1 = 10.

damento e raffrescamento utilizzandodiverse tipologie di diffusori. Si può evin-cere come il rendimento possa variaresensibilmente in funzione della tecnologiaadottata.In particolare, l’ottenimento di un’accetta-bile qualità dell’aria nel volume conven-zionale occupato dipende non solo dallaportata di aria esterna immessa ma anchedalle caratteristiche del sistema di diffusio-ne dell’aria adottato in relazione alla con-formazione dei locali e alle sorgenti dicontaminazione presenti. Le diverse soluzioni utilizzabili per la dif-


Figura 5.9Diffusore a pavimento

Efficienza Efficienzaconvenzionale convenzionale

Tipologia di diffusore di raffreddamento di riscaldamento

Diffusore ad effetto elicoidale (DAE) 1,0 1,0

Diffusore a coni fissi (DCF) 0,90 0,75

Diffusore lineare a feritoia (DLFC) 0,80 0,60

Diffusore lineare a feritoia, posto in adiacenza della parete esterna (DLFP) 0,85 0,75

Diffusore lineare ad ugelli posto in adiacenza della parete esterna (DLUP) 0,85

Diffusore lineare ad ugelli posto al centro del locale (DLUC) 0,80

Bocchetta a doppio filare di alette (BDF) 0,70 0,60

Tabella 5.2 Le efficienze di ventilazione

dei terminali

vantaggi:• possibilità di recupero di calore e pre-

riscaldamento dell’aria di mandata;• possibilità effettiva di somministrazio-

ne dell’aria alle zone occupate e diestrazione dalle zone contaminate;

• assenza di pressurizzazioni o depres-surizzazioni consistenti impedisceaspirazioni di radon o altri gas danno-si dal sottosuolo;

• possibilità di efficace filtrazione;svantaggi:• presenza di sistema raddoppiato,

extracosti di investimento e condu-zione;

• necessità di manutenzione periodica;• corretta scelta e funzionamento dei

ventilatori, necessità di installazionein involucri a tenuta, con criticità dicorretto funzionamento;

� bilanciata a dislocamento: l’aria di man-data “sposta” piuttosto che mescolar-si con l’aria ambiente. L’aria trattata siimmette a 2 o 3 °C al di sotto della tem-peratura ambiente ed a bassa velocità(tipicamente da 0,1 a 0,3 m/s). L’effettodesiderato è legato alle differenze didensità delle portate d’aria;vantaggi:• sistema potenzialmente efficiente;• controllo del fumo, i volumi vicini al

pavimento possono risultare liberi dalfumo;

svantaggi:• l’interposizione di ostacoli pregiudica

l’effetto;• necessità di precisione nel controllo

della temperatura e portata;• l’aria prima della somministrazione

alle zone di stazionamento deve esse-re accuratamente depurata, per viadel ridotto effetto di mescolamento;

• la limitata possibilità di riscaldamen-

[5.9.1] Configurazioni della ventilazionemeccanicaGli impianti di ventilazione possono esse-re progettati e realizzati secondo diverseconfigurazioni, le più comuni sono:� solo estrazione: per mezzo di un venti-

latore si estrae l’aria dal volume consi-derato. La depressione indotta local-mente produce il moto di reintegrodelle masse d’aria. L’estrazione puòessere centralizzata, attraverso canaliz-zazioni oppure locale (cappe, serviziecc.), effettuata nei locali cosiddetti“umidi”, cucine bagni ecc.;

� solo mandata: l’aria trattata è introdot-ta nell’edificio dove si mescola con l’ariaesistente. Questo processo provoca unapressurizzazione dell’edificio (cioè pres-sione superiore a quella atmosferica).L’aria è spostata attraverso apertureapposite o anche discontinuità dell’in-volucro. L’effetto più importante è l’ini-bizione dell’ingresso di aria di infiltrazio-ne (con tutto il suo incontrollato conte-nuto) dall’esterno (es. sale operatorie,camere per lavorazioni particolari ecc.);

� bilanciata a mescolamento: l’estrazionee la mandata hanno due canalizzazioniseparate. L’aria viene immessa e mesco-lata nelle zone dove soggiornano lepersone ed estratta dalle zone contami-nate. Tra le correnti di aria di estrazio-ne e di mandata si può effettuare unrecupero termico con uno scambiatorechiamato anche recuperatore. Sbilancinelle correnti possono indurre pressu-rizzazioni o depressurizzazioni sempredell’ordine di qualche Pascal. Questaforma di ventilazione è ormai diffusissi-ma, ma anche essa presenta vantaggie svantaggi che riportiamo data la suaimportanza;


� la centrale di condizionamento è ubica-ta in un apposito locale tecnico, il chefacilita le operazioni di controllo, manu-tenzione e controllo del rumore;

� è possibile effettuare l’accurata filtra-zione dell’aria somministrata agli am-bienti;

� sono adattabili al funzionamento delfree-cooling (raffrescamento notturnoestivo da forze motrici naturali);

� sono di facile commutazione stagio-nale;

� consentono un buon controllo di tem-peratura locale, umidità, possibilità diefficienti recuperi di calore;

� è possibile pressurizzare e depressuriz-zare l’ambiente climatizzato;

� comportano impatto minimo sugli arre-damenti interni (solo terminali di man-data e di ritorno).

Peraltro, determinano anche i seguentisvantaggi:� predisposizione di locali tecnici attrez-

zati;� predisposizione di cavedi anche di

dimensioni rimarchevoli per canali ver-ticali;

� superfici elevate di controsoffitti;� bilanciamento e taratura nel caso di

impianti estesi;Gli edifici in cui questo sistema è più usatosono i seguenti:� uffici,� scuole,� ospedali,� centri commerciali,� cinema, teatri,� centri sportivi.È intuitivo come queste macchine cosìcentralizzate, al cui interno devono esse-re allocate batterie di deumidificazione eriscaldamento e contengano componen-ti in rotazione, debbano essere alimenta-

to e raffreddamento, può portare aconsiderare anche l’introduzione diulteriori sistemi di riscaldamento eraffrescamento (questo sistema èspesso usato in coppia con un siste-ma a radiatori o pannelli radianti).

[5.9.2] Sistemi a tutt’ariaI sistemi a tutt’aria conseguono un raf-freddamento sensibile e latente, preriscal-damento e umidificazione. L’aria esterna,miscelata con quella di ricircolo, è oppor-tunamente trattata affinché siano garanti-ti, non solo i necessari ricambi d’ariarichiesti alla semplice ventilazione, maanche l’abbattimento dei carichi termicied il controllo dell’umidità relativa, al finedi garantire le condizioni di comfort ter-moigrometrico. Le portate di aria possono essere scalda-te refrigerate e deumidificate, passandoattraverso batterie alettate, e umidificate,con diverse soluzioni impiantistiche. Leunità di trattamento aria provvedono adassolvere questi compiti.Gli impianti a tutt’aria sono adatti ad edi-fici in cui sia richiesto un controllo preci-so delle grandezze termoigrometriche(umidità e temperatura) e in cui siano benparzializzate le portate di aria e possonoessere a semplice o a doppio condotto.Nel sistema a doppio condotto, possonoviaggiare in parallelo, ossia in due cana-lizzazioni separate, la corrente calda equella fredda, il mescolamento può esse-re fatto localmente ai terminali di manda-ta in ambiente oppure i condotti di man-data caldo e freddo possono essere sepa-rati ed il mescolamento può essere fattoin prossimità dell’unità centrale.Questi sistemi presentano i seguenti van-taggi:


Queste tubazioni, sia calde che fredde, alfine di non disperdere il calore durante ipercorsi che possono essere anche moltolunghi (impianti ad anello per complessicon molti edifici), sono rivestite di spessistrati di materiale isolante forniti in rotolio coppelle. La sezione delle tubazioni puòquindi accrescersi considerevolmente.In tutti questi casi, è fondamentale la coor-dinazione, la circolazione delle informazio-ni e dei disegni aggiornati fra gli specia-listi coinvolti nel progetto, i quali per natu-ra tendono a procedere per proprioconto, prestando attenzione al propriolavoro e tendendo ad ignorare quellodelle altre maestranze. È quindi veramen-te importante la qualità della direzione diprogetto. Si veda lo schema progettualedi un sistema di unita di trattamento ariain figura 5.10.Da notare in figura 5.11 gli attacchi per icanali dell’aria e per mandata e ritorno deifluidi termovettori, in genere acqua caldao refrigerata, e oltre a questi sono datener presenti quelli per condense, dre-naggi ecc. Al fine di non incorrere in errori o peggiodi omissioni sottodimensionando passag-

te con i fluidi termovettori (acqua caldaalle batterie adibite al riscaldamentoinvernale, acqua refrigerata per la clima-tizzazione estiva). Questi fluidi sono soven-te prodotti altrove, in altri locali tecnici econ altre macchine che richiedono altistandard di sicurezza e personale qualifi-cato. Si pensi al locale caldaie per la pro-duzione di acqua calda o vapore, o all’ac-qua refrigerata prodotta con macchine fri-gorifere anche di considerevole potenzadette chillers.


Schema di impianto a tutt’aria ad un solo condottoFig. 5.10

Figura 5.11Unità di Trattamento Aria

(UTA), vista d’assieme

Dal punto di vista tecnico la pietra milia-re della evoluzione è stata la progressivasostituzione della compressione alternati-va a pistoni con compressori a vite (poten-zialità media ed alta 300-1.500 kW) ed ulti-mamente scroll, ossia compressione otte-nuta facendo passare il gas attraverso dueprofili coniugati (uno sul rotore e l’altrosullo statore) spiraliformi, in moto relativoorbitale.La compressione è ottenuta costringendoil gas aspirato in volumi via via decrescen-ti per via del moto relativo rotore-statore.Il moto del fluido è radiale, dalla periferiaverso il centro della spirale.I compressori a vite ovviamente non pos-siedono parti in moto alternativo, sottopo-ste quindi ad azioni dinamiche per viadella loro inerzia, non hanno volumi noci-vi ove il gas staziona senza partecipare alletrasformazioni penalizzando il rendimen-to volumetrico, non hanno valvole di aspi-razione e mandata che assorbono energiaper la loro operazione.Inoltre si deve registrare un altro miglio-ramento costruttivo negli scambiatori dicalore, evaporatore, condensatore, conutilizzo di tubi alettati internamente edesternamente, unitamente ad altri accor-gimenti che migliorano i coefficienti di

gi e cavedi, sarà bene che lo specialistadi interni consulti il documento di proget-to apposito chiamato l’elenco linee, ovesono specificate tutte le caratteristichegeometriche e costruttive delle linee inquestione.

Unità di generazione dei fluiditermovettoriSi fa principalmente riferimento alle mac-chine per generazione dei fluidi a bassatemperatura per il raffrescamento giacchéle macchine per la generazione di fluidi atemperatura più alta (caldaie) sono tratta-te in un altro capitolo.Durante questa fase, è peculiare l’efficien-za d’uso dell’energia elettrica ai fini delletrasformazioni fisiche che tendono allagenerazione (di solito) di acqua refrigera-ta. L’evoluzione di tali macchine negli ulti-mi decenni può essere riassunta nellatabella 3.L’evoluzione è stata anche indotta edaccelerata dalle sempre più stringenti nor-mative ambientali relativamente alle emis-sioni acustiche, alla immissione di fluidi fri-goriferi ecologici ed all’aumento dell’im-portanza della impiantistica tecnologicanell’edilizia, in quello che oggi è comune-mente chiamato edificio-impianto.


COP COPPeriodo Tipo di compressore gruppi ad aria gruppi ad acqua

1965-1980 Alternativi-aperti centrifughi 2,2 3

– 4 ÷ 4,5

1980-1990 Alternativi-Semierm centrifughi 2,5 3,5– 4,5 ÷ 5

1990-2004 Vite semiermetici scroll centrifughi 2,6 ÷ 3,4 3,8 ÷ 6

2,5 ÷ 3,2 3,5 ÷ 4,5

– 5 ÷ 6,5

Tabella 5.3 Evoluzione delle unità

di generazione

tenendo costante la coppia del motore.La variazione di velocità di ventilatori,pompe ecc. permette di variare la porta-ta senza interventi fisici di strozzature, by-pass ecc. che impoveriscono il patrimoniodi energia meccanica dei fluidi, mante-nendo sensibile il dispendio di energiaelettrica, diminuendo inoltre il periodo divita utile dei singoli componenti per viadell’insorgere di vibrazioni, dissipazioni dicalore ecc.

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scambio, quindi la potenza termica scam-biata per unità di superficie e di tempera-tura.Un impulso determinante ed ormai con-solidato è l’adozione degli inverter, ossiadi convertitori statici di frequenza. Esso è essenzialmente un dispositivo elet-tronico che converte l’alimentazione direte in tensione e frequenza variabili inmodo da poter controllare e regolare lavelocità di motori asincroni standard man-


Capitolo Sei

Illuminazione artificiale

[6.1] Introduzione

Le condizioni di illuminazione degli spazidove si svolgono le attività dell’uomo neinfluenzano il comportamento ed il benes-sere: la corretta illuminazione degli spazimigliora la qualità della vita ed è l’obiet-tivo di tutti gli studi e di tutte le norme eregole di progettazione elaborate nelcampo delle tecniche di illuminazione sianaturale che artificiale.La progettazione dell’illuminazione èparte integrante del progetto generaledello spazio costruito. La progettazionedell’illuminazione agisce, infatti, ad unlivello complesso nella vita dell’edificio:oltre a garantire gli standard di illumina-zione richiesti, interagisce con la proget-tazione delle facciate e con la distribuzio-ne degli spazi interni, provvede a garan-tire la positiva interazione tra l’uomo, lospazio costruito e l’ambiente esterno,determina, oltre che i carichi elettrici,anche i carichi termici per la climatizzazio-ne estiva ed invernale.Progettare una buona illuminazione, sianaturale che artificiale, richiede la cono-scenza di diverse nozioni che riguardano,da una parte la conoscenza del movi-mento apparente del sole sulla sferaceleste e di alcune caratteristiche pro-prie della luce, dall'altra alcuni dati e pre-stazioni propri delle lampade e degli

apparecchi illuminanti. A questi aspettivanno poi sommate altre esigenze det-tate dal carattere funzionale del proget-to e dai fattori di stile, di gestione deglispazi, di impatto ambientale, di sicurez-za e non meno importante dal fattoreeconomico.L’importanza dell’illuminazione nello spa-zio costruito è condizionante, quindi,tanto per i consumi energetici che per ilbenessere visivo e la salute per gli utenti.Una progettazione consapevole dell’illu-minazione naturale e di quella artificiale,la scelta dei componenti, il dimensiona-mento e la gestione dell’impianto con-sente risparmi di energia elettrica e, con-temporaneamente, garantisce le condi-zioni di benessere visivo per l’utente.Pur non esistendo dati certi sui consumienergetici negli edifici per illuminazione,stime ragionevoli portano però a conclu-dere che il consumo energetico per l’illu-minazione domestica è valutabile tra il 15e il 20% dei consumi elettrici domesticicomplessivi. La voce energetica corrispon-dente all’illuminazione domestica costitui-rebbe il 4,5% dei consumi finali di energiaelettrica nazionali. Dati ancora più incerti sono disponibili sulcosto energetico nel terziario: alcuni studiinternazionali, tuttavia, fissano intorno al25% l’influenza dei consumi elettrici dovu-ta all’illuminazione artificiale rispetto aquelli elettrici complessivi del settore. Si

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La luce e lo spettro visibileLa prima e più importante sorgente diluce naturale è il sole. In prima approssi-mazione il sole può essere considerato uncorpo nero (radiatore perfetto) che irradiaenergia secondo la legge di Stefan-Boltzmann: la potenza irradiata dipendedalla quarta potenza della temperaturadel corpo nero. Nel caso del sole taletemperatura è di circa 5.800 K; questaenergia non viene irradiata in una solalunghezza d’onda, ma, secondo la leggedi Planck, segue l’andamento riportato infigura 6.1. Il sistema di visione dell’uomo è in gradodi interpretare solo una limitata parte dellefrequenze dello spettro di radiazioni emes-se dal sole e, in aggiunta, a ogni frequen-za esso associa una sensazione cromaticadifferente. La corrispondenza tra lunghez-za d’onda della radiazione luminosa e rela-tivo colore percepito dall’occhio umano èrappresentata in figura 6.2.A 380 nm si ha la sensazione di luce viola(a sinistra della quale si hanno i raggi ultravioletti, non visibili) e a 780 nm si ha ilrosso (a destra del quale si hanno i raggiinfrarossi, non visibili). La sensazione visiva non dipende dallaquantità di energia raggiante incidente,ma dalla potenza incidente sulla retina.La risposta dell’occhio umano agli stimo-li luminosi di differente colore a parità dipotenza raggiante è rappresentata dalleCurve spettrali del fattore di visibilitàrelativa dell’occhio medio, riportata infigura 6.3. Tale risposta varia, tra l’altro,a testimonianza della complessità neldefinire grandezze legate a sensazionisoggettive, dall’intensità della luce per-cepita.Quello che viene indicato comunementecon il termine “luce” non è quindi daintendere come un puro fenomeno elet-

[6.2] La fotometria e la visione.Luce e spettro visibile

Alcuni cenni sul meccanismo della visio-ne sono necessari per affrontare il proble-ma tecnico del progetto illuminotecnica edella sua eventuale verifica.Si definisce come luce l’energia elettroma-gnetica che l’occhio umano è in grado dipercepire ricevendone una sensazionevisiva. Il trasferimento e la propagazionedell’energia elettromagnetica avviene permezzo di onde elettromagnetiche caratte-rizzate da una frequenza e da una lun-ghezza d’onda, tra loro inversamente pro-porzionali; la costante di proporzionalità èdata dalla velocità di propagazione del-l’onda.Mentre la radiometria studia tutti i feno-meni di propagazione dell’energia trami-te radiazioni elettromagnetiche, la foto-metria si interessa in maniera particolaredi quelle radiazioni responsabili dei feno-meni della visione umana. La fotometriastudia quindi il legame tra la sensazionevisiva (soggettiva) e le proprietà fisiche(oggettive) delle radiazioni luminose.


Spettro di emissione del sole (T = 5.800 K)Fig. 6.1

tromagnetico, bensì il risultato “sensoria-le” che una ristretta gamma di radiazioniproduce sull’apparato visivo.

[6.3] Le grandezze fotometriche

Quantità di luce convenzionale (Q)È la sola parte di energia della radiazioneluminosa che è in grado di dare sensazio-ni visive all’uomo: risulta quindi dalla inte-grazione, rispetto alla lunghezza d’onda,

153 Illuminazione artificiale

dello spettro di energia della radiazioneglobale pesato con la curva di sensibilitàdell’occhio medio umano; è una grandez-za dimensionalmente omogenea con unaenergia, solo che invece di misurarla inJoule, per esempio, per le ragioni anzidet-te, viene misurata in lumen· s.

Flusso luminoso (∅)Esprime la quantità di energia emessa dauna sorgente luminosa (Q) nell’unità ditempo. Il flusso luminoso viene misuratoin lumen (lm). Poiché il flusso luminoso siriferisce ad una energia emessa da unasorgente nell’unità di tempo corrispondedimensionalmente ad una potenza (ener-gia/ unità di tempo).

Intensità luminosa (I)Esprime la quantità di energia luminosaemessa in una specifica direzione.Si definisce intensità luminosa (I) il rappor-to tra il flusso luminoso emesso da unasorgente entro un angolo solido e lo stes-so angolo solido. È dimensionalmenteomogeneo ad una potenza per unità diangolo solido (steradiante, sr) ed è quin-di una densità di potenza angolare. Lasua unità di misura è la candela (cd) parial lm/sr.

Ripartizione spettrale della radiazione visibileFig. 6.2

Curva di visibilità relativaFig. 6.3

Efficienza luminosa di una sorgente (ε)Non tutta la potenza della sorgente lumi-nosa si trasforma in flusso luminoso(potenza luminosa) in quanto la sorgenteemette radiazioni fuori dal campo del visi-bile o con energia al di sotto della curvadi sensibilità dell’occhio. Per efficienza luminosa si intende quindiil rapporto del flusso luminoso emessodalla sorgente e la potenza della sorgen-te. Il rapporto è dimensionalmente omo-geneo ad un numero puro, ma per quan-to detto, lo si esprime come lumen/Watt.

[6.4]Le sorgenti luminose artificiali

In questo paragrafo sono presentati icomponenti principali del sistema di illu-minazione artificiale e di alcuni relativimodi di classificazione.

[6.4.1] Tipi di lampadeLe lampade usate nella pratica comune esono suddivisibili in due classi principali:� lampade ad incandescenza � lampade a scarica

Le lampade a incandescenzaLa più semplice sorgente di luce artificia-le è la classica lampada ad incandescen-za; in essa un filamento di tungsteno per-corso da corrente elettrica raggiunge (pereffetto Joule) temperature di circa 3.000K, diventa incandescente ed emette radia-zione elettromagnetica.Data la minore temperatura rispetto alsole, il massimo d’intensità si sposta versolunghezze d’onda più lunghe. La partedell’emissione nel visibile risulta perciòpoca cosa rispetto al tutto. Questo deter-

Illuminamento (E)Esprime l’entità del flusso luminoso cheinveste una certa superficie.Si definisce illuminamento (E) il rapportotra il flusso luminoso che incide su di unasuperficie e l’area della superficie presa inesame. È dimensionalmente omogeneoad una densità superficiale di potenza.L’unità di misura dell’illuminamento è illux pari a lm/m2. L‘illuminamento diminui-sce con il quadrato della distanza dallasorgente luminosa (legge fotometricadella distanza). È la grandezza fondamen-tale per lo svolgimento di un compito visi-vo, esistono norme che ne suggerisconoo prescrivono i livelli minimi. In primaistanza si può far riferimento ai valoriseguenti che associano a un compito visi-vo degli illuminamenti di riferimento:50-150 zone di passaggio o sosta temporanea,

200-500 prestazione visiva semplice,

300-750 prestazione visiva media,

500-1000 prestazione visiva elevata,

750-1500 prestazione visiva elevata per com-

piti difficili,

2000 prestazione visiva elevata per com-

piti di qualità.

Luminanza (L)Esprime l’entità della luce emessa da unasorgente di dimensioni estese (sorgenteprimaria o secondaria, cioè superficie illu-minata) nella direzione dell’osservatore. Sidefinisce luminanza (L) il rapporto tra l’in-tensità luminosa di una sorgente in unacerta direzione e la superficie emittente oilluminata vista in tale direzione. Si ripor-tano alcuni valori tipici di luminanza,espressi nell’unità di misura cd/m2:Sole 2.300.000.000

Neve al sole 25.000

Lampada fluorescente 6.000 – 8.000

Foglio di carta con normale

illuminazione da studio 120


mina la scarsa efficienza delle lampadead incandescenza nelle quali la maggiorparte dell’energia è emessa sotto formadi radiazione infrarossa. Solitamente si usarappresentare solo la parte visibile dellospettro di una lampada ad incandescen-za, come in figura 6.4.

Le lampade a scaricaIl secondo tipo di sorgenti di luce artificia-le sono le così dette lampade a scarica, frale quali le lampade a fluorescenza sono lepiù usate negli ambienti domestici.Il funzionamento di questo tipo di sor-genti di luce artificiale è in principio moltosemplice: il gas (o la miscela di gas) con-tenuto nel tubo o nel bulbo viene eccita-to da una corrente elettrica che lo percor-re, così che gli elettroni esterni di ciascunatomo o molecola si spostano verso livel-li energetici superiori; quando ricadono alloro livello "naturale" o comunque inferio-re avviene l’emissione di un quanto di lucela cui frequenza è associata al salto ener-getico fra i livelli.Dato che i livelli energetici sono quantiz-zati, cioè solo alcuni valori dell’energiasono possibili, lo spettro di una lampadaa scarica non è continuo ma è discreto,vale a dire solo particolari lunghezze d’on-da vengono emesse, figura 6.5.Per migliorare la qualità della luce si usacospargere la parete interna dei tubi odei bulbi di sostanze fluorescenti cheassorbono la componente ultraviolettadell’emissione dei vapori di mercurio e inseguito riemettono parte dell’energiaassorbita nel visibile così che lo spettropresenta, oltre alle linee spettrali del mer-curio, anche una componente continuadovuta alla fluorescenza. In figura 6.6 si presenta la distribuzionespettrale che si ottiene con questi accor-gimenti.


Spettro delle lampade ad incandescenzaFig. 6.4

Spettro delle lampade a scaricaFig. 6.5

Spettro delle lampade a vapori di mercurioFig. 6.6

fredda (tonalità analoga alla luce solare)� 3.300 K < Tcp < 5.300 K

intermedia (tonalità bianco neutra)� Tcp < 3.300 K

calda (tonalità bianco calda).Si deve quindi sempre tenere presenteche la temperatura di colore descrive uni-camente e in modo sommario la tonalitàdi colore dell'emissione luminosa e non lasua resa cromatica, cioè la proprietà direstituire fedelmente, per riflessione, icolori degli oggetti illuminati.

Indice di resa cromatica RAL’Indice di resa cromatica indica la capaci-tà di una sorgente luminosa a non defor-mare la colorazione naturale delle super-fici e degli oggetti illuminati, rispetto aduna sorgente campione della stessa tem-peratura di colore (luce naturale emessada corpo nero: valore di riferimento RA =100). Se la resa di un certo colore della sor-gente considerata è pari a quella delcorpo nero si assegna alla sorgente il valo-re 100, altrimenti un valore proporzional-mente minore. L’RA è pari a 100 per tutti iradiatori termici a spettro continuo, ossiaper tutte le lampade a filamento incande-scente, siano esse ad alogeni o normali,che hanno un'emissione sostanzialmentesimile a quella del corpo nero. Per tutte lesorgenti a scarica nel gas, cioè con spet-tro a bande, l'indice è sempre minore di100. Si faccia riferimento alla tabella 6.1.

[6.4.2] Caratteristiche fotometriche delle sorgenti di luce artificialeAllo scopo di stimare convenientementela qualità della luce si definiscono alcunegrandezze fotometriche che rendonoconto del contenuto cromatico comples-sivo della luce.

Temperatura di coloreLa temperatura di colore di una sorgentedi luce artificiale a spettro continuo è quelvalore di temperatura del corpo nero ilquale emette una luce della stessa tona-lità di colore. Dire che una lampada hauna temperatura di colore di 3.000 K signi-fica che la luce da essa prodotta ha lastessa tonalità di quella generata dalcorpo nero portato alla temperatura diriferimento di 3.000 K.Quando si esamina la tonalità di una lam-pada a scarica che ha uno spettro discon-tinuo, o comunque con marcate disunifor-mità tra le lunghezze d’onda, il paragonecol corpo nero perde di legittimità. È con-suetudine, tuttavia, parlare ancora di tem-peratura di colore, o meglio di tempera-tura di colore correlata Tcp, riferendosi allatemperatura del corpo nero che produceun risultato cromatico quanto più vicino aquello della sorgente a scarica.Si definiscono tre classi principali di appa-renza di colore o tonalità: � Tcp > 5.300 K


Qualità resa Indice CIE RA Impiego tipico

Ottima 1A 100-90 Ambienti dove l’apprezzamento del colore è importante

Buona 1B 89-80 Ambienti ordinari di soggiorno e lavoro

Discreta 2 79-60 Ambienti non impegnativi

Sufficiente 3 59-40 Luoghi di solo transito

Accettabile 4 39-20 Ambienti dove la presenza è saltuaria

Inaccettabile N.C <20

Tabella 6.1Indice di resa cromatica

per tipo di impiego

cazione dei consumi di energia (Primodecreto del 26/11/1999 per la modificadella disposizione relativa all'identifica-zione dei consumi energetici del30/10/1997), le lampade per uso domesti-co devono essere corredate di EnergyLabel (figura 6.7).La classificazione prevede sette classi diefficienza alle quali vengono assegnate lelampade ad uso domestico. La classe Asta per "Altamente efficiente" e G per"Poco efficiente". Ecco alcuni esempi diclassificazione:� lampade fluorescenti e lampade a

risparmio di energia: classi A e B� lampade ad alogeni: prevalentemente

classe D� lampade ad incandescenza: soprattut-

to classi E e F.Il calcolo delle classi di efficienza avvienesecondo quanto specificato dalla diretti-va e prende in considerazione i valorimisurati di flusso luminoso e potenza dellalampada.I costruttori e fornitori di lampade checonsentono un risparmio energetico, clas-sificano la loro produzione sulla base delflusso luminoso equivalente emesso,come da figura 6.8. Ricordiamo che altridati necessari per classificare la sorgenteluminosa sono l’indice di resa cromatica ela temperatura di colore.

[6.4.4] Apparecchi di illuminazioneLe sorgenti di luce artificiali vengonogeneralmente impiegate in apparecchi diilluminazione di forma e materiali vari cheservono a modificare sia la distribuzioneche il valore del flusso luminoso prodottodalla sorgente. Gli apparecchi di illumina-zione agiscono per: � assorbimento,� rifrazione,

[6.4.3] Efficienza e classificazione delle lampadeL’efficienza luminosa ε (lumen/W) è lagrandezza più importante per il consumoenergetico; essa dipende da due fattori: a. la distribuzione spettrale della radia-

zione in relazione alla curva di sensibi-lità spettrale dell’occhio umano,

b. la percentuale di potenza elettrica real-mente convertita in radiazione visibile.

L’efficienza delle sorgenti luminose è unagrandezza funzione non lineare della tem-peratura (declassamento alle alte e allebasse temperature) e muta nel corso dellaloro vita: ciò significa che pur assorbendola stessa potenza elettrica non viene piùemessa la quantità nominale di flussoluminoso. Valori tipici di efficienza lumino-sa sono i seguenti: sorgenti che emetto-no radiazioni distribuite in buona partenella gamma del visibile: da 8 a 19 lm/Wlampade ad incandescenza, fino a 100lm/W lampade a vapori di alogenuri; perle sorgenti luminose con emissionemonocromatica: lampade al sodio a bassapressione 170 lm/W.Conformemente alla direttiva 98/11/CE ealla disposizione che regola l'identifi-


Figura 6.7Etichetta energetica

[6.4.5] Sistemi di illuminazioneGli impianti di illuminazione artificiale perinterni possono essere classificati in baseal rapporto percentuale (ξ) tra il flussoluminoso emesso dalle sorgenti che rag-giunge direttamente (senza subire rifles-sioni) il piano di lavoro Φdir ed il flussototale emesso dalle sorgenti Φtot:

ξ = 100 Φ dir/ Φ tot

Illuminazione diretta ξ > 90%Illuminazione semi-diretta ξ = 60% - 90%Illuminazione mista o diffusa ξ = 40% -60%Illuminazione semi-indiretta ξ = 10% - 40%Illuminazione indiretta ξ < 10%.In figura 6.9 si riportano alcune tipologie

� riflessione,� diffusione.Il moderno design degli apparecchi perl'illuminazione ne ha aumentato notevol-mente l'efficienza, rispetto alle vecchieversioni; infatti i vecchi riflettori smaltati inbianco, hanno una riflessione del 70%,mentre per in nuovi apparecchi in allumi-nio, si ha un aumento della riflessione finoal 95%. L'uso di nuove apparecchiature può crea-re dei notevoli miglioramenti in terminieconomici: a parità di illuminazione, si haun minor numero di lampade utilizzate.D’altra parte l’utilizzo di nuovi tipi di lam-pade in vecchi apparecchi di illuminazio-ne può inficiare la maggiore efficienzaluminosa delle lampade.


Figura 6.8Equivalenza tra lampade

un certo costo iniziale, però porterà allariduzione dei costi di esercizio. Un siste-ma di illuminazione tradizionale non tieneconto infatti del risparmio che si otterreb-be dallo sfruttamento della luce naturale,andando a modulare la quantità d'illumi-nazione artificiale in funzione di quellanaturale.

[6.5] Elementi di progettazioneilluminotecnicaSi riportano in questo paragrafo dei sug-gerimenti per approcciare in modo funzio-nale il progetto dell’illuminazione artificia-le. Lo scopo non è evidentemente quellodi trattare in modo esaustivo la progetta-zione, ma indicare gli strumenti più idoneiper affrontarla.

[6.5.1] Curve fotometricheIl flusso luminoso Φ emesso da una sor-gente luminosa (lampada) o da una sor-gente luminosa inserita in un apparecchiodi illuminazione non è uniformementedistribuito nello spazio circostante.Ogni complesso illuminante è caratteriz-zato da un diagramma polare della inten-sità luminosa I che specifica tale grandez-za in funzione della direzione a partire daun polo che corrisponde al punto nelquale la sorgente luminosa viene ideal-mente ridotta. Tale diagramma è disegna-to per piani passanti per il polo (piani C)e per l’asse ottico della sorgente, secon-do lo schema di figura 6.10.In generale se la sorgente è dotata di sim-metria intorno a tale asse, come succedegeneralmente per le lampade, è sufficien-te la descrizione della curva fotometrica inun solo piano; per un apparecchio di illu-minazione questa simmetria in generale

di impianto di illuminazione in funzionedel modo di illuminazione.

[6.4.6] Sistemi di controllo I sistemi di controllo sono dispositivi cheregolano il funzionamento del sistema d'il-luminazione in risposta ad un segnaleesterno (controllo manuale, presenza dipersone, timer, luminosità esterna). I siste-mi di controllo possono essere basati su: � interruttori manuali localizzati,� sensori di presenza,� timer,� sensori di illuminazione diurna,� regolatori di luminosità.Adottando un sistema di controllo perun'illuminazione ottimale si può ottenereun considerevole risparmio economico,riducendo così la quantità di energia usataper l'illuminazione.L'installazione di un sistema di controlloautomatico dell'illuminazione richiederà


Tipo di illuminazioneFig. 6.9

non esiste e la descrizione completa delladistribuzione spaziale di I richiederà piùpiani di rappresentazione. Le curve fotometriche sono in generefornite per un valore di flusso di riferi-mento pari a 1.000 lumen: se la sorgen-te luminosa, a parità di tipologia e forma,ha un valore di flusso differente, dovutoper esempio ad una potenza elettrica dif-ferente, l’intensità luminosa varia in pro-porzione.Per mezzo delle curve fotometriche del-l’apparecchio di illuminazione è possibilestabilire l’entità dell’illuminamento E in-dotto in una prefissata direzione, su unasuperficie ortogonale alla direzione stes-sa, a una distanza r dalla sorgente, permezzo della relazione: E = I/r 2.

[6.5.2] Rendimento di un apparecchio di illuminazioneUna stessa sorgente luminosa (lampada)inserita in un apparecchio di illuminazio-ne, può dare origine a curve fotometrichedifferenti e a differenti valori di flusso lumi-noso a causa delle azioni di assorbimen-to, rifrazione e riflessione operate dallostesso. Il rendimento di un apparecchio diilluminazione ηill è dato dal rapporto tra ilflusso luminoso della sorgente (lampada)inserita e quello emesso dall’apparecchiodi illuminazione. La figura 6.11 rappresen-ta alcune situazioni tipiche non esaustive,certamente, delle situazioni che si posso-no trovare nella pratica per più svariatiapparecchi di illuminazione oggi in com-mercio.

[6.5.3] Calcolo illuminotecnico elementare.Metodo del flusso totaleLo svolgimento di un compito visivo (atti-vità da svolgere sotto illuminazione artifi-


Esempi di curva fotometricaFig. 6.10

Rendimenti di alcuni apparecchi illuminantiFig. 6.11

La superficie di area A individua il cosid-detto piano di lavoro che è il piano rite-nuto significativo per le condizioni di illu-minamento. Si definiscono i seguenti parametri:� iL indice del locale

dove a e b sono le

dimensioni in piante del locale e h è ladifferenza di altezza tra l’apparecchio diilluminazione ed il piano di lavoro diriferimento; l’indice tiene conto quindidelle dimensioni del locale, immagina-to avente forma di parallelepipedoretto, e del rapporto tra tali dimensio-ni oltre che dal tipo di illuminazionedesiderato (diretta, indiretta, diffusa);

� K (<1) fattore di utilizzazionela tabella dei fattori di utilizzazione èrelativa ad uno specifico apparecchio diilluminazione, quindi deve essere forni-ta dal costruttore; essa tiene conto del-l’indice del locale iL e delle condizionidi riflessione/assorbimento del soffittoe delle pareti del locale;

� M (<1) fattore di manutenzionetiene conto della diminuzione neltempo delle caratteristiche fotometri-che dell’apparecchio di illuminazioneper sporcamente e dell’invecchiamen-to delle lampade che si traduce neldecadimento della loro efficienza lumi-nosa;

� ηill (<1) rendimento dell’apparecchio diilluminazione.

Il metodo del flusso globale riposa sulleseguenti considerazioni: il flusso lumino-so necessario sulla superficie A che deveessere illuminata con l’illuminamentomedio E sarà dato da:

ΦA = A . E

detto ΦL il flusso luminoso della sorgen-

abiL = ––––––––

h(a + b)

ciale) in condizioni di massimo confort,richiede un prefissato livello minimo diilluminamento E (lux) sulla superficie dovel’attività si deve svolgere.Altri parametri sono determinanti a defi-nire il confort visivo, quali la luminanzadegli oggetti illuminati, la uniformità diilluminamento, le caratteristiche cromati-che della luce artificiale usata, le condizio-ni di abbagliamento.Il progetto illuminotecnico è quindi uncompito che deve essere svolto da esper-ti nel settore, ma si ritiene utile fornire glielementi di base di un calcolo illuminotec-nico per consentire alcune valutazioni sullascelta o sostituzione del tipo di sorgenteluminosa e di apparecchi di illuminazioneimpiegati nell’illuminazione degli ambien-ti. Nei casi più comuni è possibile, infatti,eseguire dei calcoli attraverso dei metodisemplificati riconosciuti oppure attraversocodici di calcolo. Questi ultimi sono sem-pre più diffusi, anche per motivi promo-zionali: sono spesso le stesse case produt-trici a metterli a disposizione gratuitamen-te attraverso Internet.La determinazione della potenza elettricao del flusso luminoso necessario per otte-nere il desiderato livello di illuminazionemedio E (lux) su una superficie di area Ain un locale di forma e dimensione asse-gnate si può basare sul cosiddetto “meto-do del flusso totale”.

Metodo del flusso totaleIl metodo prescinde dalla esatta disposi-zione delle sorgenti luminose, così comenon è in grado di tenere conto del loronumero e della loro distribuzione di po-tenza; costituisce però un metodo di stimadella potenza globale necessaria per otte-nere un illuminamento medio la cui rea-lizzazione pratica dipenderà poi dallaeffettiva sistemazione di impianto.


una sorgente luminosa, espressa in lu-men/Watt, si ottiene la potenza elettricadelle lampade da installare:

ΦLP = –––– Watt

η

[6.5.4] Controllo della luminanza della sorgente luminosaOgni apparecchi di illuminazione presen-ta una curva caratteristica di luminanzache rappresenta l’andamento della lumi-nanza della fonte luminosa in funzionedell’angolo di osservazione della stessada parte di un soggetto che svolge uncompito visivo. Il controllo della luminan-za degli apparecchi di illuminazione siopera attraverso opportune schermaturesia di tipo assorbente che di tipo riflet-tente. I valori di luminanza delle due curve carat-teristiche, trasversale e longitudinale,sono tracciati considerando un osservato-re rivolto verso l'apparecchio in un ango-lo tra 45° e 85° rispetto alla direzione ver-ticale. Questo angolo identifica la zonacritica per l’abbagliamento.La curva di luminanza (longitudinale e tra-sversale) deve essere confrontata con lecurve limite definite dal CIE che delimita-no l’area entro la quale la luminanza del-l’apparecchio non costituisce un abbaglia-mento diretto.Ognuna di queste curve si riferisce ad unlivello di illuminamento medio sul pianoutile che varia in funzione di 5 classi diqualità dell'impianto stabilite dalle CIE:se la curva delle luminanze dell’apparec-chio si trova a sinistra delle curve limite lacondizione visiva per quanto riguarda l’ab-bagliamento diretto è da considerareaccettabile. Si vedano gli schemi di figu-ra 6.12 come riferimento.

te impiegata (lampada), il flusso uscentedall’apparecchio di illuminazione sarà:

ΦAPP = ΦL . ηill

Non tutto il flusso uscente dall’apparec-chio di illuminazione è utile per ottenerel’illuminamento medio E sulla superficie A;parte del flusso sarà infatti riflesso o assor-bito dalle superfici circostanti (fattore K).Occorre, inoltre, tenere in conto la dimi-nuzione delle prestazioni col tempo del-l’apparecchio di illuminazione (fattore M).Il flusso utile sarà quindi:

Φu = M . K . ΦAPP = M . K . ΦL . ηill

dovrà, manifestamente, essere verificatal’uguaglianza:

Φu = ΦA e quindi

Φu = M . K . ΦAPP = M . K . ΦL . ηill = ΦA = A . E

La sorgente o l’insieme delle sorgentiluminose necessarie dovranno quindiavere un flusso luminoso totale pari a:

A . EΦL = –––––––––– lumen

M . K . ηill

se si utilizzano apparecchi di illuminazio-ne diversi o differenti sistemi di illumina-zione (diretta, diffusa, indiretta) si otterran-no risultati differenti a causa di differentivalori di iL e ηill.Se, d’altra parte, pur mantenendo lo stes-so sistema di illuminazione, si utilizzanolampade con differente curva fotometri-ca nello stesso apparecchio o lampadenon idonee per uno stesso apparecchio,il rendimento dell’apparecchio di illumi-nazione ηill può essere differente e, ingenere può portare alla necessità di unflusso luminoso della sorgente più eleva-to per ottenere lo stesso livello di illumi-namento.Ricordando la definizione di efficienza ε di


ω = angolo solido delle superfici lumino-se di ciascun apparecchio viste dalladirezione di osservazione (sr)

p = indice di posizione di Guth (funzionedella distanza longitudinale tra oc-chio e piano trasversale della sorgen-te e della distanza trasversale traocchio e piano longitudinale dellasorgente).

L’uso di questa formula permette di com-pilare delle tabelle di riferimento, detteprospetti, che consentono la determina-zione rapida dell’indice UGR per ambien-ti di forma regolare. I valori che si ricava-no dalle tabelle, attraverso una serie dicorrezioni successive, sono generalmentepoco difformi da quelli ricavabili dalla for-mula. Una scheda è presentata in figura6.13.I costruttori forniscono per ciascuna tipo-logia di apparecchi illuminanti un prospet-to specifico che può essere di tipo com-pleto o di tipo ridotto; la differenza so-stanziale tra i due tipi di prospetti sta nelnumero di fattori correttivi da considera-re per il calcolo dell’indice UGR.

[6.5.5] Controllo della luminanza globaledi un ambiente ai finidell’abbagliamentoIl CIE (117-95) ha unificato il metodo diverifica dell’abbagliamento globale diret-to in un ambiente mediante l’indice UGR(Unified Glare Rating).A differenza delle curve limiti di luminan-za, che valutano l’abbagliamento dei sin-goli apparecchi, l’indice UGR consente dicalcolare l’abbagliamento di un impian-to di illuminazione nel suo complesso. Ilvalore di questo indice, che è compresotra 10 e 30, è funzione della disposizionedegli apparecchi illuminanti, delle carat-teristiche dell'ambiente (dimensioni,riflessioni) e della posizione degli osser-vatori:

Lb = luminanza del campo visivo (cd m–2)L = luminanza delle parti luminose di cia-

scun apparecchio nella direzione diosservazione (cd m–2)


Curve limite di luminanza e compito visivoFig. 6.12

Classe di qualità Tipo di compito visivo o attività

A Compito visivo molto difficoltoso

B Compito visivo che richiede prestazioni visive elevate

C Compito visivo che richiede prestazioni visive normali

D Compito visivo che richiede prestazioni visive modeste

E Per interni dove le persone non sono ubicate in una posizione di lavoro precisa ma si spostano da un postoall’altro esplicando compiti che richiedono prestazioni visive modeste

fattori correttivi per le interdistanze e perle diverse potenze, bisogna considerareun ulteriore fattore correttivo, funzionedell’indice del locale iL, che tiene contodei coefficienti di riflessione.

[6.6] Schede GreenLight: tipologie e specifiche dellelampade

Sono presentate, nel seguito, le schederelative alle lampade di più comuneimpiego nell’illuminazione degli ambien-ti domestici. Le schede sono tratte dalladocumentazione esistente sul sito webdel Programma Europeo GreenLight(www.eu-greenlight.org).

Il prospetto completo fornisce, per unlocale standard di dimensioni x e y multi-ple di H (con H altezza utile tra l’occhiodell’osservatore e il centro dell’apparec-chio illuminante), e per coefficienti diriflessione definiti, i valori di UGR nelladirezione longitudinale e trasversale del-l’apparecchio, riferiti al flusso nominaledelle lampade installate. Le correzioni daapportare riguardano le interdistanze fragli apparecchi e le eventuali differentipotenze delle lampade.Il prospetto ridotto si differenzia dal pre-cedente per il fatto che i valori di UGR,nella direzione longitudinale e trasversaledell’apparecchio, vengono forniti indipen-dentemente dalle caratteristiche dell’am-biente; questo comporta che, accanto ai


Apparecchio illuminante e prospetto UGRFig. 6.13

Prestazioni Sono inefficienti, presentano un'efficienza luminosa intorno ai 12 lm/W, hanno una durata divita relativamente corta, circa 1.000 ore, hanno un basso costo di acquisto.

Usi Con le nuove tecnologie di lampade compatte al tungsteno e fluorescenti, l'uso di lampadead incandescenza comuni, non è più giustificabile.

Alimentazione 15-1.000 Watt

Temp. di colore 2.700 Kelvin

IRC 100

Eff. luminosa 11-19 lm/W

Durata 1.000 ore


LAMPADE COMUNI AD INCANDESCENZA

Sono le comuni lampade al Tungsteno, sono disponibili con vetro di vario tipo (trasparente,glassato, opaco, colorato, ecc.). La maggior parte sono le lampade opache, nella gamma cheva dai 25 ai 100 Watt, presentano un attacco a vite o a baionetta. Alcune presentano un designche le rende decorative, avendo la possibilità di essere costruite in forme particolari.


LAMPADE ALOGENE A TENSIONE DIRETTA

Sono lampade alogene al tungsteno ad incandescenza, simmetriche o doppie, che per il lorofunzionamento, non hanno bisogno di convertitori di tensione.

Prestazioni Essendo lampade incandescenti, hanno un'efficacia molto più bassa di rispetto ad altre fami-glie di lampade (come per esempio le lampade fluorescenti, lampade a luminescenza di altaintensità). Comunque, grazie alla presenza di alogeni, hanno un efficienza maggiore del 20%rispetto alle normali lampade ad incandescenza ed hanno anche efficienza luminosa maggio-re. Inoltre le nuove tecnologie ad infrarosso, ne aumentano l'efficienza del 25-30%. Confrontatecon le lampade fluorescenti compatte, hanno un'efficienza molto più bassa, però presentanoun fascio di luce che può essere orientato anche a distanze notevoli, inoltre hanno una otti-ma resa cromatica.

Usi L'illuminazione per gli espositori e vetrine, normalmente è realizzata utilizzando lampade conriflettori alogeni e sono particolarmente usate laddove serve un fascio di luce direzionato. Esisteuna vasta gamma di lampade di questo tipo. In alcuni casi queste lampade, possono essereusate direttamente per sostituire le normali lampade ad incandescenza. In ogni caso, primadi utilizzare questo tipo di lampade, bisognerebbe studiare bene, l'uso di lampade fluorescen-ti compatte, che presentano un'efficienza migliore.

Alimentazione 25-250 Watt (asimmetriche) 60-2.000 Watt (doppie)


IRC 100

Eff. luminosa 1-17 lm/W (asimmetriche) 14-23 lm/W (doppie)

Durata 2.000 ore (asimmetriche) 3.000 ore (doppie)


LAMPADE ALOGENE A TENSIONE MOLTO-BASSA

Sono lampade incandescenti alogene al tungsteno che funzionano a tensioni molto basse permezzo di un trasformatore di tensione.

Prestazioni Essendo lampade incandescenti, hanno un'efficacia molto più bassa delle altre famiglie dellelampade (come ad esempio lampade fluorescenti). Tuttavia, grazie alla presenza di alogeni,la loro efficacia è superiore del 20% rispetto alle lampade standard al tungsteno e le loro pro-prietà luminose sono più costanti con il passare del tempo. Inoltre, le più nuove lampade alo-gene sono disponibili con un rivestimento ad infrarosso che ne aumenta l'efficienza luminosadel 25-30%, rispetto alle lampade alogene convenzionali. Confrontate con le lampade fluore-scenti compatte, la loro efficacia è molto più bassa ma d'altra parte le loro prestazioni sonoindipendenti dal riscaldamento e dall'orientamento. Inoltre proiettano efficientemente anchea lunga distanza il fascio luminoso e non danno problemi per la qualità ed il tipo di alimenta-zione. In più, presentano un'ottima resa cromatica. Sono presenti sul mercato, lampade moltopiccole e resistenti che ne permettono l'uso in apparecchi di illuminazione di dimensioni ridot-te, con prezzi non eccessivamente costosi.

Usi Per illuminare vetrine e per esposizione si usano riflettori con lampade di questo tipo. È pre-sente sul mercato una vasta gamma di lampade alogene utilizzabili per questi usi, in partico-lare dove è necessario un fascio concentrato di luce. Bisogna considerare che queste lampa-de devono essere usate con parsimonia in sale con il soffitto basso, dove si potrebbero avreb-bero problemi di abbagliamento. Prima di usare le lampade alogene al tungsteno, bisognaconsiderare bene l'uso delle lampade fluorescenti compatte che presentano un'efficienzamigliore. Poiché queste lampade richiedono un trasformatore di tensione per il funzionamen-to, il loro uso per sostituire direttamente le lampade standard al tungsteno non è possibile.

Alimentazione 5-150 Watt


IRC 100

Eff. luminosa 12-22 lm/W (tipica: 18 lm/W)

Durata 2.000-4.000 ore


LAMPADE FLUORESCENTI TUBOLARI CON DIAMETRO DI 26 MM (DETTE ANCHE T8)

Sono le lampade fluorescenti più diffuse in Europa. Presentano un tubo con la sezione condiametro di 26 mm. Hanno sostituito completamente quelle con tubo di sezione con diame-tro 38 mm (T12) vecchio tipo.

Prestazioni Le lampade T8 sono le fonti di luce fluorescente più efficienti. Inoltre il loro costo è inferiorealle lampade T12. Le lampade T8 sono disponibili con tre tipi diversi di rivestimento in fosforo: � Rivestite con monofosfati: gli alofosfati sono stati usati per vari anni, ma presentano lo svan-

taggio che la buona resa cromatica, va a scapito dell'efficienza. L'Indice di Resa Cromaticavaria tra 50 e 75.

� Rivestite con trifosforo: con questo tipo di fosfati, si ha una buona resa cromatica, legata adun'alta efficienza; tuttavia, sono più costose di quelle ad alofosfati. L'Indice di Resa Cromaticavaria tra 80 e 85.

� Rivestite di fosforo polivalenti: hanno un'ottima resa cromatica, ma a scapito di una dimi-nuzione dell'efficienza, rispetto alle lampade a trifosforo. L'Indice di Resa Cromatica è mag-giore a 90.

Nel periodo di vita delle lampade fluorescenti, i fosfati invecchiano e si ha una diminuzionedella quantità di luce emessa. I fosfati polivalenti invecchiano più lentamente dei monofosfa-ti; queste lampade hanno quindi una migliore efficienza luminosa. Le lampade a monofosfa-ti con diametro di 26 mm emettono la stessa quantità di luce delle lampade con diametro di38 mm, e la stessa resa cromatica, ma presentano un consumo energetico minore dell'8%. Iltipo a trifosfori, oltre a consumare l'8% in meno di energia elettrica, hanno un'efficienza lumi-nosa maggiore del 10% ed un più alto Indice di Resa Cromatica. Quindi questa versione è piùconveniente di quella con diametro di 38 mm.

Usi Le lampade fluorescenti tubolari con diametro di 26 mm, hanno sostituito quelle con diame-tro di 38 mm, nelle nuove installazioni. Le lampade a trifosforo T8 sono adatte in zone doveè richiesta una buona resa cromatica (per esempio uffici). Le lampade a polifosfati, ad altoindice di resa cromatica, sono adatte per gallerie d'arte, musei, negozi, ecc. ed in tutte le appli-cazioni dove è richiesta un'alta resa cromatica.

Alimentazione 10 - 58 Watt

Temp. di colore 2.700 – 6.500 Kelvin

IRC 50 - 98

Eff. luminosa 100 lm/W (trifosforo con alimentatore elettrico) 97 lm/W (trifosforo con alimentatore elettromagnetico) 77 lm/W (polifosfati con alimentatore elettromagnetico)

Durata 8.000 ore


LAMPADE FLUORESCENTI TUBOLARI CON DIAMETRO DI 16 MM (DETTE ANCHE T5)

Introdotte nel 1995, sono la nuova generazione di lampade fluorescenti tubolari con la sezio-ne di diametro di solo 16 mm.

Prestazioni Queste lampade, sono più sottili e presentano un'efficienza luminosa maggiore del 7% rispet-to alle lampade fluorescenti T8 con diametro 26 mm (efficienza di 95 lm/W per le T5 contro89 lm/W per le T8). Inoltre le lampade T5, possono essere dotate di riflettori che ne aumentano l'efficienza e dimi-nuiscono i consumi, e questo sistema è migliore delle T8 dotate di riflettori.

Usi Queste lampade richiedono un dispositivo di starter e di un reattore. Per questo motivo èmeglio utilizzarle nei nuovi impianti.



IRC 85

Eff. luminosa 80 - 100 lm/W

Durata 8.000 ore


LAMPADE FLUORESCENTI COMPATTE INTEGRATE CFL

Le lampade fluorescenti compatte integrate, sono lampade fluorescenti con il reattore incor-porato, l'attacco di queste lampade può essere a baionetta o a vite, come le normali lampa-de ad incandescenza.

Prestazioni Paragonando questo tipo di lampade, alle normali lampada al tungsteno, si può produrre lastessa intensità luminosa con una potenza di alimentazione di circa il 20-30%; inoltre questelampade hanno una durata in vita di 8 volte maggiore. Si hanno, quindi, dei costi di manu-tenzione ridotti, anche se presentano un costo iniziale più alto. La resa cromatica di queste nuove lampade fluorescenti compatte integrate è migliorata note-volmente, rispetto alle vecchie tecnologie e non vengono più considerate lampade per un'il-luminazione grezza. La loro temperatura di colore va da 2.700 K (simile al bianco caldo dell'il-luminazione ad incandescenza) a 4.000 K (luce bianca fredda).

Usi Le lampade con circuito integrato, sono state progettate, per essere montate direttamente,sui portalampade usati per le normali lampade ad incandescenza di uso comune. Il loro prez-zo è calato notevolmente negli ultimi anni, rendendo queste lampade ancora più vantaggio-se. Per le nuove installazioni è preferito l'uso di queste lampade.



IRC 85

Eff. luminosa 30 - 65 lm/W

Durata 10.000 ore


LAMPADE FLUORESCENTI COMPATTE CONVENZIONALI

Le lampade fluorescenti compatte, presentano l'apparecchiatura ausiliaria per il funzionamen-to, integrata nel circuito.

Prestazioni Paragonando questo tipo di lampade, alle normali lampada al tungsteno, si può produrre lastessa intensità luminosa con una potenza di alimentazione di circa il 20-30%; inoltre questelampade hanno una durata in vita di 8 volte maggiore. Si hanno, quindi, dei costi di manu-tenzione ridotti, anche se presentano un costo iniziale più alto. Con l'introduzione dei nuovitipi di rivestimento in fosforo, la resa cromatica di queste lampade è aumentata notevolmen-te, quindi non sono utilizzabili solo per un'illuminazione grezza. La temperatura di colore diqueste lampade va da 2.700 K (simile al bianco caldo dell'illuminazione ad incandescenza) a6.000 K (simile al bianco freddo dell'illuminazione diurna). Inoltre l'indice di resa del colore puòraggiungere un valore di 98 (il valore massimo della scala è di 100). L'apparecchiatura ausiliaredelle lampade fluorescenti è generalmente più lunga della lampada stessa, ma poiché l'appa-recchiatura e la lampada sono separate, si può sostituire all'occasione solo la lampada, men-tre l'apparecchiatura ausiliaria può servire varie lampade. Il loro prezzo è calato in modo sostan-ziale negli ultimi anni e questa è la tendenza del mercato.

Usi Per quanto detto, vanno sempre utilizzate lampade con apparecchiatura ausiliare separata. Lelampade fluorescenti compatte, hanno un'ampia gamma di applicazioni; possono essere usateper illuminazioni esterne, decorative, ecc. Con la riduzione delle dimensioni di queste lampa-de, si possono usare per esposizioni, ecc. Bisogna inoltre considerare che queste lampadenon emettono calore, e per questo, si usano nei luoghi dove non si deve avere variazione ditemperatura. Sul mercato è disponibile una vasta gamma di apparecchiature di illuminazione di questo tipo;l'uso di alimentatori elettromagnetici, permette l'uso di lampade a voltaggio differente, quin-di si possono usare lampade differenti con lo stesso alimentatore; quindi si può sostituire lavecchia lampada con una anche a voltaggio differente. Gli attuali alimentatori di lampade fluorescenti, si possono inserire nei normali attacchi a vitedelle lampade ad incandescenza. La durata di vita dell'alimentatore elettronico è di circa 5volte superiore a quello delle lampade, quindi l'apparecchiatura ausiliare, può essere usataper 5 sostituzioni delle lampade.



IRC 85 - 98

Eff. luminosa 45 - 87 lm/W (70 per lampade al trifosforo)

Durata 10.000 ore

Capitolo Sette

Sistemi di controllo degli edifici e domotica

diversi e talvolta addirittura contrapposti. Uno degli aspetti più complessi nella pro-gettazione di un BEMS di un edificio èconsentire l’interazione da parte dell’uten-te con i sistemi di climatizzazione, senzacompromettere il buon funzionamentogenerale dei sistemi energetici.L’impossibilità di modificare le condizioniambientali è spesso percepito come unalimitazione della libertà personale, influen-za l’accettazione da parte degli utenti eingenera la maggior parte delle lamente-le. Ricerche recenti hanno mostrato chegli utenti sono più tolleranti verso condi-zioni ambientali non perfette, se questepossono essere in qualche modo control-late da loro stessi, aprendo una finestra,azionando un ventilatore, cambiando unsetpoint di un termostato o modificandola posizione di uno schermo frangisole.Sebbene agli utenti debba quindi essereconcesso un elevato grado di controllodel proprio ambiente, il ricorso ad unsistema di controllo automatico rimanetuttavia necessario, sia per suggerireall’utente il corretto mix di regolazioni, siaper gestire l’edificio nelle ore in cui non èutilizzato (per esempio di notte o nei wee-kend, nel caso degli uffici), onde ridurre iconsumi energetici e preparare le condi-zioni ottimali per quando l’edificio torni adessere occupato. La semplicità e la trasparenza dell’interfac-cia fra l’utente e il sistema è di grande

[7.1] I sistemi di controllo

Una delle caratteristiche principali degliedifici sostenibili è costituita dalla loro effi-cienza energetica, ottenuta in genere permezzo del ricorso a tipologie impiantisti-che avanzate e alla loro integrazione consistemi che sfruttano le fonti energeticherinnovabili e/o i fenomeni naturali, quali,per esempio, la ventilazione o l’illumina-zione naturale.Questa tipologia di impianti prevede,molto spesso, una forte integrazione del-l’impianto nell’involucro stesso dell’edifi-cio. Ciò richiede che la progettazione delsistema edificio–impianto-sistema di con-trollo avvenga non per passi successivi,come spesso avviene negli edifici tradizio-nali, ma con stretta e frequente collabo-razione tra i diversi protagonisti coinvolti:architetti, impiantisti, esperti del sistemadi controllo. Un efficiente sistema di controllo dell’im-pianto di climatizzazione e dell’ambienteinterno di un edificio è spesso prerequisi-to essenziale per ottenerne l’efficienzaenergetica e di conseguenza la sostenibi-lità: un edificio non convenzionale deveessere dotato di un sistema di gestione econtrollo (BEMS, Building Energy Mana-gement System) esemplare, in grado cioèdi gestire funzioni complesse che, comevedremo, possono portare a requisitiTr

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Collegando opportunamente input e out-put, la rete viene messa in grado di ope-rare: mentre il singolo nodo opera funzio-ni semplici, l’interazione fra nodi diversi daluogo a funzioni anche complesse. Unodei vantaggi delle LON è che un piccolonumero di tipologie di nodi possono esse-re configurati in modo da ottenere unlargo spettro di funzioni, a seconda dicome i nodi sono interconnessi nella rete. Nel caso di un edificio, il sistema control-la sia le condizioni ambientali interne cheil funzionamento dei sistemi energetici.Una delle caratteristiche peculiari di unsistema edificio-impianto sostenibile è lasua attitudine ad adattarsi alle esigenzedegli utenti, avendo lo scopo di garanti-re ad un tempo le migliori condizioni intermini di comfort termico e visivo, quali-tà dell’aria e consumi energetici. Tuttequeste funzioni possono essere ottenutesolo se il sistema è dotato dell’hardwarenecessario a fornire tutte le informazioninecessarie. In generale un edificio consistemi di climatizzazione, ventilazione edilluminazione efficienti richiede di avereun sistema il più distribuito possibile sulcampo: ogni livello viene dotato dellanecessaria autonomia ed abilità. Tutti i nodi vengono collegati “peer topeer” in una rete di tipo BACnet/IP, la cuicaratteristica principale è di consentirel’accesso a qualsiasi nodo per mezzo di unindirizzo internet. Accanto ai controllori locali vi è un super-visore a livello centralizzato che gestisce lestrategie di controllo a livello più elevato.Il tutto è in genere completato da un’in-terfaccia operatore implementata su PC. Le funzioni di un sistema di controllo di unedificio sostenibile sono quindi quelle dimonitorare:� le condizioni climatiche esterne� le condizioni climatiche interne

importanza: una delle richieste principalida parte degli utenti è che il sistema dicontrollo corrisponda alle loro necessità econsenta di modificare, con una rispostarapida, le condizioni ambientali qualoraritenute non soddisfacenti.Sistemi di controllo collegati a sistemi divisualizzazione giocano un ruolo impor-tante nel fornire all’utente una misuraoggettiva delle condizioni ambientali, siain termini di campo termico che di consu-mi energetici in atto che di qualità del-l’aria. I parametri misurati (temperatura,consumo, qualità dell’aria) dovrebberoessere continuamente esposti e confron-tati con valori di riferimento ottimali: inquesto modo questi sistemi potrebberorisultare molto efficaci nello scoraggiarel’uso improprio dei sistemi di climatizza-zione e ventilazione.

[7.1.1] Funzioni di un sistema di controlloL’integrazione di tutti i controlli in un unicosistema (Building Energy ManagementSystem, BEMS) dà alcuni vantaggi: facili-ta il lavoro degli operatori, coordina il con-trollo di diversi sistemi, reduce il numerodi sensori.I nuovi standard sviluppati per l’interfac-ciamento dei dati a livello dei singoli com-ponenti, denominato LON (LocalOperating Network), favorisce l’integra-zione di componenti di diversi produtto-ri, eliminando la necessità di ricorrere aprotocolli di traduzione. Una LON consi-ste di un insieme di apparati intelligenti,o nodi programmati in modo da poterscambiarsi messaggi in risposta alle modi-fiche delle condizioni ambientali e agire inconseguenza delle informazioni ricevute.I nodi di una LON possono esser pensaticome oggetti che rispondono a vari inputproducendo gli output desiderati.


Gestione degli impiantiCiascuna unità di impianto deve esserecontrollata indipendentemente da unaunità di controllo: in molti casi questa ècostituita da un sistema di controllo inter-no, inerente all’impianto stesso. L’unità dicontrollo deve comunque poter essereconnessa con il supervisore centrale permezzo di una rete BACnet/IP. L’unità dicontrollo deve poter spedire dati sul fun-zionamento del componente e riceveregli input decisi dal supervisore centrale,che fissa i setup di funzionamento dei varisistemi in conseguenza delle informazio-ni ricevute. Un modulo di manutenzione, installato nelsupervisore centrale, gestisce la manuten-zione di tutti gli impianti collegati alBEMS. Questo modulo riceve informazio-ni dai sensori sul campo, gestisce le sca-denze di manutenzione, notificando econtrollando l’avvenuta manutenzione permezzo di sistemi di conferma (protetti dapassword) attivati dagli operatori a manu-tenzione avvenuta.

Gestione dell’edificioLa gestione delle condizioni ambientali diun edificio sostenibile, dotato di sistemi diclimatizzazione, ventilazione, illuminazionenon convenzionali e che sfruttino feno-meni naturali, deve essere attentamenteprogettato, in particolare vanno definite lediverse tipologie di ambienti classifican-dole in base all’esposizione alla radiazio-ne solare, alla presenza di sistemi di scher-matura e alla funzione svolta dagliambienti stessi. In linea di principio ogniambiente necessita di una strategia dicontrollo dedicata, questo può essereottenuto, sfruttando le caratteristiche tec-niche dei controllori attualmente sul mer-cato, con la seguente filosofia: � pochi controllori di ambiente,

� lo stato di funzionamento dei variimpianti• sistema di riscaldamento• sistema di condizionamento• sistema di trattamento aria e ventila-

zione• accensione delle luci• sistema di schermatura delle superfi-

ci vetrate• ecc.

A seguito delle condizioni rilevate il siste-ma di controllo deve essere in grado discegliere il mix di regolazioni dei diversisistemi che consentano di ottenere il risul-tato di garantire condizioni di comfort ter-mico e visivo al prezzo del minor consu-mo energetico possibile.

Monitoraggio del clima esternoPer il monitoraggio del clima esterno èopportuno dotare l’edificio di una stazio-ne meteorologica in grado di acquisiretutte le grandezze che caratterizzano ilclima, sulle quali impostare i sistemi dicontrollo.Nell’elenco è opportuno prevedere ancheuna serie di sensori di radiazione solare oilluminamento da collocare sulle superficiverticali dell’edificio, possibilmente adaltezze diverse, onde valutare l’intensitàdella radiazione solare incidente e control-lare di conseguenza la posizione deglischermi mobili esterni:� temperatura dell’aria,� umidità relativa,� radiazione solare sull’orizzontale,� radiazione solare sulle superfici vertica-

li dell’edificio,� illuminamento globale sull’orizzontale,� illuminamento diffuso sull’orizzontale,� illuminamento globale sulle superfici

verticali dell’edificio,� velocità del vento,� direzione del vento.

175 Sistemi di controllo degli edifici e domotica

re controllato singolarmente, coerente-mente con il tipo di uso. La differenzasostanziale tra le due tipologie diambienti è data dalla possibilità di inte-razione che deve essere garantita agliambienti del primo tipo e che non èpossibile fornire a quelli del secondotipo. Questo fatto ha importanti risvol-ti sia sulla gestione delle funzioni con-trollate che sulla progettazione del soft-ware delle strategie di controllo. Ingenerale l’utente ha la possibilità dimodificare le condizioni ambientalilocali all’interno di un range prefissato.In ogni caso le azioni degli utenti èbene che siano registrate dal BEMS, ilquale ne terrà conto nella elaborazionedelle strategie di controllo;

� ambienti in cui le persone transitanosolo per brevi periodi:• spazi di transito (corridoi), • toilette.In questi spazi è possibile avere un livel-lo di controllo inferiore: è sufficiente unsemplice controllo dell’accensione delleluci per mezzo di sensori di rilevamentodella presenza. Negli spazi di transito èanche possibile prevedere un funziona-mento continuo dei sistemi di climatiz-zazione negli orari di utilizzo dell’edificio;

� ambienti con una bassissima probabili-tà di presenza di persone:• magazzini,• spazi tecnici.Questi ambienti richiedono il sempliceimpiego di sistemi di rilevamento pre-senza al fine di assicurare il giusto livel-lo di illuminamento nel caso di presen-za di persone.

Parametri di controlloTemperaturaNel caso si impieghino sistemi di riscalda-mento e/o condizionamento radianti, la

� molte stanze collegate ad un singolocontrollore,

� una strategia diversa per ogni stanza.In linea di principio ciascun controllore diambiente dovrebbe gestire stanze con ilmedesimo orientamento. Ogni controllo-re locale viene connesso con il superviso-re centrale mediante un BUS locale e unarete BACnet/IP. Il supervisore monitora lerichieste di ciascun ambiente ed elaborai setup più appropriati sia per la stanzastessa che per gli impianti. In generale, negli edifici di tipo terziario,si possono distinguere diverse tipologiedi ambienti, ognuna delle quali ha esi-genze diverse, di conseguenza i parame-tri da controllare e le funzioni controllaterisultano essere diverse da tipologia atipologia.

Tipologie di ambientiGli ambienti di un edificio terziario posso-no essere distinti in:� ambienti dove è possibile prevedere

una presenza continua e dove gli uten-ti interagiscono con il sistema di con-trollo:• uffici,• laboratori;

� ambienti dove può essere prevista unapresenza discontinua e in cui gli utentinon possono interagire con i sistemi dicontrollo:• spazi comuni,• sale riunioni,• sale conferenza, auditorium.Entrambe le tipologie sopra indicaterichiedono di essere controllate accura-tamente, tutti i più importanti parame-tri ambientali devono essere tenutisotto controllo e di conseguenza le fun-zioni controllate devono essere conti-nuamente modificate. Ad ogni modo,come detto, ogni ambiente deve esse-


dislocamento hanno una efficienza mag-giore, in questo caso verranno considera-ti accettabili valori più elevati di CO2 rile-vati nel condotto di estrazione. Essendoquesti sensori piuttosto costosi, è possi-bile sostituire il sensore di CO2 con siste-mi di rilevamento presenza, per esempionegli uffici con numero di presenze più omeno costante.IlluminamentoQuesto parametro deve essere misuratonegli ambienti caratterizzati da presenzacontinua di persone. Al fine di garantire ilmassimo comfort visivo i sensori vannoposizionati a livello del piano di lavoro. Lamisura di illuminamento influenza il funzio-namento delle luci artificiali e il posiziona-mento degli schermi solari. Controllo dell’apertura delle finestreQuesto è un parametro molto importan-te nel caso dell’impiego di pannelliradianti per la climatizzazione estiva.L’apertura di una finestra in questi casipuò provocare condizioni di formazione dicondensa sui suddetti pannelli. In questicasi il sistema procede sia alla disattivazio-ne dei pannelli radianti che alla chiusuradelle bocchette dell’aria di mandata.Rilevamento presenzaQuesto parametro, misurato per mezzodi sensori ad infrarosso o ad ultrasuoni,viene utilizzato principalmente con la fun-zione di comandare l’accensione o lo spe-gnimento automatico di impianti. In par-ticolare il sistema viene utilizzato in gene-re per l’accensione automatica delle luci,ma è possibile impiegarlo anche per lagestione degli impianti di ventilazione, diriscaldamento e condizionamento, nelcaso questi siano basati su sistemi a bassainerzia (pannelli radianti a soffitto) contempi di risposta molto rapidi: in questomodo è possibile climatizzare solo gliambienti occupati e solo nel periodo di

misura della temperatura è un elementocritico del sistema di controllo. La classicamisura della temperatura dell’aria non èsufficiente a determinare le condizioni dicomfort, è quindi necessario monitoraresia la temperatura dell’aria che la tempe-ratura radiante in tutti gli ambienti dotatidi sistemi di riscaldamento a pannelliradianti. La misura della temperatura del-l’aria va effettuata a 1,2-1,5 m di altezza.Questo parametro serve anche per il con-trollo della ventilazione notturna. La tem-peratura media radiante va misurata permezzo di globo-termometri, la cui localiz-zazione dipende dalla disposizione internadelle stanze. Una considerazione a parte vafatta per quanto riguarda i sistemi di con-trollo montati sui sistemi di pannelli radian-ti: in questi casi i suddetti controlli devonoessere collegati al sistema di controllo cen-trale al fine di permettere un controlloremoto ed un monitoraggio del sistema.Umidità relativaQuesto parametro va monitorato solonegli ambienti nei quali possa esser pre-vista una anormale produzione di vaporeacqueo (cucine, laboratori ecc.).Concentrazione di CO2

Questo parametro serve a controllare laQualità dell’Aria Interna (IAQ), e la conse-guente portata richiesta dell’aria di ricam-bio. Nel caso di edifici nei quali si adotti-no sistemi di ventilazione a dislocazione,la misura andrebbe fatta nella cosiddetta“zona di respirazione” (altezza 1,1 m), tut-tavia in ambienti molto grandi questamisura potrebbe essere influenzata dasituazioni locali e di conseguenza sareb-be richiesto un gran numero di sensori. Inquesti casi è opportuno prevedere lamisura nel condotto di ripresa. Questoparametro in questo caso viene assuntocome un valor medio della qualità del-l’aria, poiché i sistemi di ventilazione a


a quanto misurato dai sensori di CO2 o dairilevatori di presenza. Una ventilazioneminima viene comunque immessa ondemantenere una buona qualità dell’ariaanche nelle ore di non occupazione. IlluminazioneL’accensione e lo spegnimento delle luciviene normalmente controllata per mezzodi rilevatori di presenza. L’intensità dellailluminazione viene controllata per mezzodi misure di illuminamento. Anche in que-sto caso è lasciata agli utenti la possibilitàdi intervenire, entro un range prefissato, suivalori fissati dal sistema di supervisione.Schermi solariIl corretto orientamento degli schermisolari è il risultato di un’ottimizzazione frale richieste di illuminamento, e la neces-sità di riduzione dei carichi termici percondizionamento. Questa funzione vieneottenuta da specifici controllori che raccol-gono le informazioni relative alla richiestaenergetica dell’edificio (sia per illumina-zione che per climatizzazione). È opportu-no, al riguardo, che stanze con lo stessoorientamento siano collegate allo stessocontrollore.

[7.1.2] Schema del Building EnergyManagement SystemLo schema di un BEMS moderno è costi-tuito da una rete principale basata su tec-nologia BACnet/IP. Nel caso di un siste-ma complesso, che debba gestire ancheil funzionamento di impianti, per esempio,di micro-cogenerazione, lo schema puòdiventare quello rappresentato in figura.Gli impianti vengono gestiti per mezzo disottoreti gestite da un BBMD (BACnetBroadcast Management Device). Questastruttura consente di identificare ciascunimpianto con un indirizzo IP. L’edificioviene controllato per mezzo di sottoreti

occupazione, con evidente risparmio dienergia. In alcuni casi gli edifici sono dota-ti di sistemi di sicurezza che consentonol’accesso ad alcune stanze solo previa let-tura di badge: in questi casi il sistema disicurezza, collegato al BEMS, può fare leveci dei rilevatori di presenza e anche deisensori di CO2.

Funzioni controllateControllo dei pannelli radiantiI pannelli radianti a bassa inerzia hanno lacaratteristica di attivarsi in pochi minuti,producendo le condizioni di benesserepressoché istantaneamente. Per questomotivo possono essere controllati permezzo di sistemi di rilevamento della pre-senza. La regolazione della quantità dienergia fornita è demandata a sensori ditemperatura radiante e dell’aria. Per evita-re malfunzionamenti del sistema (formazio-ne di condensa) il sistema provvede adisattivare i pannelli radianti allorché i sen-sori delle finestre ne rilevano l’apertura.La regolazione può avvenire per singolastanza o per singola zona negli ambientidi grandi dimensioni: si interviene su dellevalvole di regolazione del flusso di manda-ta ai pannelli, una per ogni stanza o perogni zona. In linea di principio è possibileottenere setup diversi per ciascuna zona.Agli utenti può essere lasciata la facoltà dimodificare la regolazione locale entro unrange limitato (± 2 °C) nell’intorno del valo-re prefissato dal supervisore centrale. Talemodifica può essere fatta mediante un’in-terfaccia utente (per esempio un touchscreen) collocata negli ambienti o median-te un software installato nelle postazioniPC degli uffici, in grado di colloquiare conil sistema centrale di supervisione. Controllo della ventilazioneQuesta funzione viene controllata permezzo di saracinesche comandate in base


cile da realizzare.D’altra parte tecniche avanzate di control-lo trovano una naturale applicazione inquesto contesto tecnologico costituitodalle reti di sensori, consentendo di con-trollare diversi parametri contemporanea-mente attraverso strategie di ottimizza-zione. Le strategie di controllo avanzatepossono essere distinte in:� predittive, � assistite da simulazione, � basate su reti neurali,� basate su logiche fuzzy,� adattive basate su tecniche di vita arti-

ficiale.Un sistema di controllo può in genereessere distinto in tre componenti principa-li, la qualità dei quali determina la qualitàdi tutto il processo di controllo.I sensori forniscono al sistema di control-lo le informazioni che riguardano sia isistemi controllati (sistemi chiusi), che levariabili esterne al sistema (sistemi aper-ti). La figura 7.1 mostra i principi base di

(BUS) con protocolli proprietari sviluppatia livello di ciascun piano dell’edificio. Ingenere si ricorre a protocolli ben docu-mentati e affidabili (Konnex, Lonworksecc.). È necessario che questi BUS localisiano messi in grado di comunicare con ilsupervisore centrale, inviando informazio-ni e ricevendo input. Ogni BUS di pianoviene connesso con la rete BACnet/IP permezzo di un BACnet router.

[7.2] Strategie di controllo

Una gestione energeticamente efficientedei controlli descritti nei paragrafi prece-denti difficilmente può essere ottenutaper mezzo di strategie di controllo tradi-zionali basate su regole fisse, questo per-ché i diversi sistemi possono portare acondizioni talvolta contraddittorie: l’otti-mizzazione dei setpoint in questi casi puòrisultare un impegno estremamente diffi-


Sistemi di controllo aperti (sinistra) e chiusiFig. 7.1

re testata in base le variabili inerenti i siste-mi di automazione: i tempi morti e lacostante di tempo (figura 7.3).Molti edifici sostenibili fanno ricorso a tec-niche di ventilazione ibrida. Trattandosi diuna combinazione di ventilazione natura-le e meccanica, la ventilazione ibridaimplica il controllo di: � ventilazione naturale,� ventilazione meccanica,� passaggio da naturale a meccanica,� ventilazione naturale assistita da venti-

latori,� ventilazione notturna per mezzo di

sistemi naturali o meccanici.Tecniche di controllo essenziali possonoessere implementate in serie per la gestio-ne di: qualità dell’aria interna, temperatu-ra interna, consumi energetici ecc.Queste tecniche controllano solo un para-metro e possono portare a strategie con-traddittorie. Al contrario, strategie avanza-te possono controllare alcuni parametricontemporaneamente, mediante unastrategie “ottimizzata”. Queste tecnicherichiedono numerosi sensori ed attuatorie devono essere messi a punto accurata-mente.

un sistema aperto (a sinistra) e di un siste-ma chiuso (a destra).Gli attuatori (motori, saracinesche ecc.)controllano le apparecchiature (aperture,ventilatori ecc.) per mezzo di variabili dicontrollo il valore delle quali è definitodalle strategie di controllo implementatenei controllori.La figura 7.2 mostra, da sinistra a destra,esempi di attuatori per la ventilazionenaturale (catene e pistoni per aperturafinestre) a per sistemi di ventilazione mec-canica (saracinesche motorizzate).La prestazione di una strategia di control-lo è particolarmente sensibile a:� qualità di informazioni fornite dai sen-

sori,� efficienza degli attuatori,� adeguatezza della strategia di control-

lo al sistema controllato e agli obiettivida raggiungere;. un controllo On-Offpuò essere efficiente se ben registrato:nella figura a sinistra è riportato unoschema con una banda morta e unminimo valore di servizio della variabi-le di controllo (per esempio una porta-ta di ventilazione minima).

La strategia di controllo deve anche esse-


Figura 7.2Attuatori per finestre

motorizzate

SE [CONDIZIONE] allora [AZIONE]

L’elemento [CONDIZIONE] può assume-re solo due valori (Vero o Falso). Nellacostruzione della regola si impieganooperatori Booleani or di confronto (AND,OR, =, >…). Questo elemento può esse-re:Semplice:

If (T ≥ T0) Then …

Composto:

If (T ≥ T0) And (HR<HRMAX) Then …

Questo tipo di regole viene frequente-mente implementato sui BEMS; è ingrado di esplorare e controllare diversiparametri. Il problema principale è quin-di la definizione delle regole, che non puòessere fatta con procedure automatiche,ma che richiede una conoscenza espertadel sistema da gestire. Questa tecnica ècomunque una buona risorsa per lagestione combinata dei sistemi di clima-tizzazione e dei componenti passivi del-l’involucro dell’edificio. Volendo compren-dere il funzionamento con un sempliceesempio: fissato il range di comfort termi-

[7.2.1] Strategie a regole fisseAttualmente, la maggioranza degli im-pianti fa uso di strategie di controllo basa-te su regole operative prefissate chel’operatore, oppure un controllore auto-matico, eseguono per perseguire ilmiglioramento di determinate condizionioperative e quindi raggiungere un’otti-mizzazione dell’impianto stesso in relazio-ne a determinati parametri di funziona-mento. Il controllo manuale (così come uncerto tipo di controllo centralizzato) con-sidera solamente lo stato corrente delprocesso, ed è inadeguato per ottenereuna predizione conseguente ad una qual-siasi azione di controllo. Esso dipendetroppo dal conduttore di impianto e dallasua esperienza, e rimane vincolato ad unabassissima efficienza complessiva.Le strategie di controllo più utilizzate nelcampo degli impianti tecnici degli edificisono basate su regole fisse. La struttura diqueste regole è in genere piuttosto sem-plice e gli aggiustamenti in corso di messaa punto del sistema sono in genere ope-rabili solo sulla definizione dei setpoint. Lastruttura di queste regole è:


Strategie di controllo on-off (sinistra) e dinamicheFig. 7.3

sono la sua intrinseca robustezza, in quan-to non richiede ingressi netti e non affet-ti da rumore e la sua capacità di model-lizzazione di sistemi non lineari.I controlli di tipo fuzzy sono simili, in prin-cipio, a quelli basati su regole; sono infat-ti basati su regole fuzzy del tipo:

If [LA CONCENTRAZIONE DI CO2 È

MOLTO ALTA]

Then [IMPOSTA MOLTO ALTA LA

VELOCITÀ DEI VENTILATORI]

Il concetto semantico “MOLTO ALTA” fariferimento a serie fuzzy, rappresentatecome triangoli, trapezi o curve gaussiane,esempi di questo tipo sono rappresenta-ti in figura 7.4. L’appartenenza di unavariabile a una determinata serie fuzzy nonè binaria (ON, OFF) ma è quantificatamediante una funzione di membership,che varia continuamente tra 0 e 1.

[7.2.3] Sistemi espertiI vantaggi dei sistemi esperti possonoessere riassunti nei seguenti punti:� disponibilità, il sistema di controllo può

operare a ciclo continuo nello stessomomento in posti differenti;

� consistenza, funziona sempre in modocorretto;

� competenza, può assorbire la cono-scenza di più di un esperto e tende adessere molto efficace.

D’altro canto nei sistemi esperti la basedella conoscenza è trasferita da uno o piùoperatori allo stesso sistema, ma, duran-te l’evoluzione del processo, l’insieme diregole non muta, o, quantomeno, nonsono apprese nuove regole direttamentedall’impianto. In questo modo il correttoandamento del controllo dipende dal-l’esperienza a priori trasferita dall’opera-

co della temperatura dell’aria interna, puòaccadere che in un dato istante e perdiverse ragioni la temperatura sia più altao più bassa dei valori accettabili. In que-ste condizioni il controllore cercherà di(nell’ordine):� evitare le condizioni di discomfort (e di

consumo ingiustificato) imputabili alsistema di climatizzazione: spegne ilriscaldamento (Tair > Tmax) oil condi-zionamento (Tair < Tmin);

� impiega la massa termica dell’edificiocontrollando le aperture, i sistemi dischermatura e di ventilazione (per ilriscaldamento e la ventilazione);

� impiega i sistemi di climatizzazione (atti-vi) per riportare l’edificio alle condizio-ni di comfort.

In questo tipo di strategia, che controllaun solo parametro, sono implementatesolo regole semplici. Strategie più com-plesse, ma simili, possono per esempiocontrollare sia la temperatura interna chela concentrazione di CO2, introducendoaltri parametri di controllo (velocità delvento, inquinamento esterno ecc.).

[7.2.2] Strategie a regole fuzzyLa logica fuzzy offre molte caratteristicheche la rendono uno strumento idoneo persvariati problemi di controllo; due su tutte


Serie di riferimento fuzzyFig. 7.4

controllo sia variabile nel tempo, inseguito ad una conoscenza incompletadel modello del processo stesso. Peraffrontare questo tipo di problemi si devepensare ad un aggiornamento in lineadel modello del processo stesso (conti-nuous learning).Una soluzione che presenta l’aggiorna-mento on-line di un modello provvisoriodel sistema da controllare è offerta da retineurali in grado di riaddestrarsi continua-tivamente quando si presentino nuovemisure di processo. Il problema in taliapprocci è che comunque si programmil’addestramento, esso deve comunqueessere supervisionato e non può esserecondotto in modo autonomo dal sistema. Un approccio innovativo all’addestramen-to delle reti neurali è ancora in fase di stu-dio e prevede la determinazione dei pesidelle reti attraverso algoritmi basati sul-l’evoluzione naturale (reti neurali evoluti-ve). In questo modo non si avrebbe piùnecessità di supervisionare il procedimen-to di apprendimento, in quanto l’algorit-mo stesso sarebbe in grado di seguirel’evoluzione del processo.Le tecniche più avanzate, quali quellebasate sulla vita artificiale, possono esse-re dotate di sistemi di autoapprendimen-to, garantendo quindi un notevole pro-gresso della potenzialità dei sistemi dicontrollo.Nonostante tutti questi vantaggi e seb-bene queste tecniche siano conosciuteda molti anni e siano state applicate consuccesso in processi industriali, non sonomolto applicate nei sistemi di controllodegli edifici. La ragione di questa situa-zione risiede principalmente nelle diffi-coltà di implementazione, in particolarmodo per quanto riguarda il processo dimessa a punto: in genere lungo e la-borioso.

tore alla macchina. Inoltre questa opera-zione, che coinvolge più persone, non èsempre agevole con conseguente diffi-coltà di comporre l’intero insieme di rego-le effettivamente utilizzate. Le regole checostituiscono la base di conoscenza (kno-wledge based) sono spesso stabilite conlogica fuzzy.

[7.2.4]Reti neuraliPer quanto riguarda l’approccio neurale,un primo problema risiede nella sceltadell’insieme di addestramento (trainingset): il criterio di dimensionamento deltraining set costituisce argomento dimolto interesse da parte della comunitàscientifica e la conclusione comune sem-bra essere quella di imporre una dimen-sione di tale insieme decisamente supe-riore a quella di cui abitualmente sidispone negli esperimenti su sistemireali. Altro elemento peculiare è la scelta dellatopologia. Una rete troppo piccola non è,in generale, in grado di costituire un buonmodello di sistemi il cui grado di comples-sità sia significativo (spesso si usano nellapratica dei modelli neurali costituiti da unsolo strato nascosto: questo tipo di sem-plificazione non induce nessuna perdita digeneralità, in quanto teoricamente è suf-ficiente aumentare il numero di unità nel-l’unico strato nascosto).Dall’altro lato una rete troppo grande puòimplementare numerose soluzioni consi-stenti con i dati di allenamento del pro-blema, che però non le conferiscono unasufficiente capacità di generalizzazione,limitandosi ad una semplice associazioneingresso-uscita sui dati di training. Quanto detto evidenzia la presenza diproblematiche aperte sulla gestione diprocessi dinamici in cui l’obiettivo del


mestici, controllo dell’illuminazione ecc.),di sensori dello stato dell’ambiente (es.rilevatori di fumo, di gas, di perdite idri-che, sensori di calore, sensori di movi-mento, allarmi tecnici ecc.), di funzioniintelligenti di supporto (es. agenda dome-stica, guida per la preparazione dei cibi,avviso per gli orari di assunzione medici-ne ecc.) e di sistemi di telecomunicazioneper la connessione con centri servizi perl’assistenza a distanza (es. tele-soccorso,tele-assistenza, tele-monitoraggio ecc.).In termini gerarchici la domotica si ponequindi come contenitore, all’interno delquale operano i sistemi di controllo pre-sentati nei paragrafi precedenti. Dal puntodi vista applicativo però la domotica èuna disciplina molto giovane e con uncampo di applicazione molto limitatorispetto ai BEMS. È per questa la ragioneche la casa intelligente è introdotta solosuccessivamente in questa sezione.L’ambiente domestico, figura 7.5, cosìattrezzato ed integrato può essere gesti-to e controllato dall’utente tramite unaopportuna interfaccia utente (es. teleco-mando, video tastiera, interfaccia vocaleecc.), che realizza il colloquio (inviocomandi e ricezione messaggi) con unsistema intelligente di controllo, basatoin genere su di un microcomputer. I varicomponenti della “casa intelligente” sonoconnessi con il sistema di controllo trami-te un sistema di interconnessione di varitipo (es. rete locale domestica, onde con-vogliate su rete elettrica, onde radio ecc.).Il sistema di controllo provvede ad inter-pretare ed eseguire i comandi dell’uten-te (es. apertura porta), a monitorare con-tinuamente lo stato dell’ambiente (es. pre-senza di gas), a gestire automaticamentedelle operazioni di controllo (es. regolazio-ne temperatura) e ad attivare gli eventua-li messaggi nei confronti dell’utente e dei

[7.3] Il concetto di “Casa Intelligente” e le sue funzionalità

Il significato di casa intelligente e di do-motica, la disciplina che ne studia tutti gliaspetti teorici ed applicativi, si è evolutoin questi ultimi anni alla luce dello svilup-po tecnologico e delle esigenze di unautenza eterogenea e con specificherichieste.Possiamo intendere con il termine “CasaIntelligente” un sistema dell’InformationTechnology che integri diversi sottosiste-mi e dispositivi per il controllo automati-co di apparati domestici (es. gestionemicroclima, attuatori per il movimento diporte e finestre, attivazione di elettrodo-


L'ambiente della Casa IntelligenteFig. 7.5

ta, per consentire al chiamato di verifica-re direttamente e immediatamente lasituazione del chiamante. L’integrazionedel tele-soccorso con le funzionalità della“Casa Intelligente” può consentire diampliare notevolmente le potenzialità deltele-soccorso. Infatti, possono essereinviate in modo automatico dal sistemadelle chiamate di emergenza anche incaso di allarmi rilevati dai sensori all’inter-no della casa (es. sensori di fumo, antiincendio ecc.). Il sistema sarà anche ingrado di chiamare automaticamente gliappropriati servizi di soccorso (es. pom-pieri, polizia ecc.).

Tele-assistenzaIl servizio di tele-assistenza consentegenericamente di contattare l’utenteperiodicamente per verificarne lo stato disalute e fornire un supporto di tipo socia-le e/o psicologico.L’integrazione della tele-assistenza con lefunzionalità della “Casa Intelligente” puòconsentire ad un Centro Servizi di control-lare direttamente lo stato della Casa e dieffettuare remotamente delle operazionidi assistenza (es. attivazione elettrodome-stici, regolazione temperatura, prepara-zione di messaggi temporizzati per ricor-dare all’utente di eseguire particolari atti-vità ecc.).Ovviamente occorrerà tenere conto accu-ratamente delle implicazioni etiche e lega-li poste dalla possibilità di controllo remo-to della casa date dalla tele-assistenza: lefunzioni di tele-assistenza dovranno pote-re essere inibite dall’utente e non dovran-no potere essere attivate senza il suo con-senso; potranno essere consentite inmodo automatico solo a fronte di un allar-me o sempre abilitate solo nel caso diparticolari utenti a rischio. Dovrà inoltreessere garantito un adeguato livello di

servizi di assistenza remoti (es. allarmeincendio). Alla attivazione di ogni coman-do, l’infrastruttura di controllo della “CasaIntelligente” può fare giungere all’utenteun segnale di avviso/conferma dell’opera-zione effettuata. Tale segnale può essereutile per fare comprendere all’utente l’at-tuale stato dei dispositivi domestici, inquanto egli potrebbe non averne la per-cezione diretta (ad esempio, un utentenon vedente, attivata l'accensione delleluci non avrebbe la certezza di avere atti-vato il comando giusto e neanche che leluci funzionino).

[7.3.1] I servizi integrabili con la “Casa Intelligente”L’integrazione di un ambiente di “CasaIntelligente” con i sistemi di telecomuni-cazioni consente la realizzazione di funzio-nalità avanzate di tele-soccorso, tele-assi-stenza e tele-monitoraggio. Per maggioinformazione diamo una sintetica descri-zione ad alcuni termini.

Tele-soccorsoIl tele-soccorso è genericamente un ser-vizio che può essere attivato direttamen-te dall’utente (premendo pulsanti situati inposizioni fisse o tramite un trasmettitoreportatile) per segnalare l’insorgere di unmalore o la necessità di un intervento diassistenza. La chiamata di tele-soccorsoviene inoltrata direttamente dal sistema auna sequenza di numeri telefonici pre-impostati (es. parenti, Centro Servizi, 113).Appena un numero risponde può essereprevisto l’invio di un messaggio vocalepreregistrato e/o di un identificativo elet-tronico dell’utente riconoscibile automa-ticamente dal Centro Servizi. Occorre cheil telefono dell’utente sia commutatodirettamente in viva-voce dopo la chiama-


sono usufruire della stessa infrastrutturatelematica (in particolare se questa èbasata su rete ISDN). Alcuni di questi tele-servizi potrebbero essere di particolareinteresse per gli utenti anziani.

Tele-shoppingIl “tele-shopping” può consentire lagestione remota di ordinazioni di prodot-ti, consentendo l’eventuale consultazionedi cataloghi elettronici o utilizzando cata-loghi dotati di codici a barre per facilita-re la scelta dei prodotti. L’integrazione difunzionalità di tele-shopping con l’am-biente della “Casa Intelligente” può con-sentire di mantenere un controllo sulladisponibilità di prodotti essenziali e forni-re la possibilità di effettuare gli ordiniautomaticamente.La diffusione di servizi di “home-banking”consente l’effettuazione remota di proce-dure bancarie con vantaggi anche sui pro-blemi della mobilità diretti ed indotti.Risulta anche possibile realizzare dei ser-vizi di accesso remoto agli uffici pubblici,per la richiesta di documenti o l’espleta-mento di pratiche. Le tecnologie di lavo-ro cooperativo attualmente disponibilipossono anche consentire la realizzazionedi servizi pubblici per l’aiuto interattivoagli anziani nella compilazione di modulie pratiche. Chiaramente i territorio ed iservizi pubblici dovranno essere attrezza-ti e configurati per poter rispondere aquesto tipo di servizio.Il sistema di comunicazione della “CasaIntelligente” può inoltre essere integratocon servizi informativi e banche dati divario tipo. La diffusione e consultazione di giornali elibri in forma elettronica è facilmente rea-lizzabile, con l’attuale tecnologia, e puòrendere disponibili nuove modalità diinformazione per gli anziani, quali ad

sicurezza affinché le funzioni di controlloremoto non possano essere attivate pererrore da persone non autorizzate o inmodo doloso da malintenzionati.

Tele-monitoraggioIl servizio di tele-monitoraggio consentegenericamente l’invio di messaggi dia-gnostici sullo stato di funzionalità degliapparati della casa, consentendo di atti-vare prontamente le operazioni di manu-tenzione necessarie.L’integrazione del tele-monitoraggio conle funzionalità della “Casa Intelligente”può consentire ad un Centro Servizi dieffettuare, per quanto possibile, delleoperazioni remote di test e controllo degliapparati, riconfigurare opportunamente ilsistema oppure aggiornare i programmidel sistema di controllo. Anche in questocaso è essenziale che siano garantite dellefunzioni di sicurezza affinché non sia pos-sibile operare sulla Casa senza il consen-so dell’utente e sia garantita una protezio-ne contro l’accesso al sistema di personenon autorizzate.La diffusione della “Casa Intelligente”potrebbe anche fornire nuove possibilitàper i servizi di Protezione Civile chepotrebbero inviare messaggi di allarme eistruzione agli utenti tramite i CentriServizi. Le attuali procedure di allarmepossono infatti essere inadeguate peralcune persone anziane; si pensi ad esem-pio agli anziani con problemi di udito chepotrebbero essere informati di un perico-lo tramite gli avvisatori luminosi e/o tatti-li (es. cuscino vibratore orologio vibrato-re) della “Casa Intelligente”.

Tele-serviziL’ambiente di “Casa Intelligente” puòfavorire la realizzazione e la diffusione dialtri tele-servizi di tipo generale, che pos-


preposto al gestione e manutenzione delsistema edificio impianto.

[7.3.2] I componenti di un sistema domoticoIndipendentemente dalla topologia delsistema, la domotica prevede una serie dicomponenti comunque da installare.Questi sono:� unità centrale: è il cuore del sistema, ha

la funzione di elaborare i segnali prove-nienti in input dai sensori e dalle inter-facce utente, e gestisce i dispositiviperiferici in funzione delle strategia dicontrollo. Dal punto di vista fisico l’uni-tà centrale può essere un personalcomputer dedicato o una centralinadomotica dotata di un proprio sistemaoperativo;

� interfaccia utente: sono gli elementiche consentono l’interazione tra l’uten-te ed il sistema domotico, per questomotivo rivestono una fondamentaleimportanza nella gestione efficiente ditutto il sistema domotico, ed è neces-sario che siano semplici e di facile uti-lizzo;

� attuatori: sono i componenti di poten-za in grado di inserire/disinserire uncarico elettrico alimentato a tensione direte. Nelle applicazioni domotiche ènecessario prevedere l’alimentazione direte e della linea bus. Dal punto di vistapratico l’attuatore è il componente cheesegue la gestione di un apparecchiodell’abitazione, ad esempio la chiusuradelle tapparelle in caso di eccesso diradiazione solare in ingresso;

� sensori: componenti che raccolgono isegnali dall’ambiente e sono in gradodi impartire la funzione voluta ai dispo-sitivi che realizzano l’interfaccia di

esempio la lettura automatica dei testi tra-mite dispositivi di sintesi vocale.

Tele-medicinaI servizi di tele-medicina possono consen-tire un monitoraggio a distanza di alcuniparametri fisici, consentendo ad esempioil controllo remoto di un elettrocardio-gramma, della pressione sanguinea o dellivello di glucosio nei pazienti diabetici.Infine la realizzazione di servizi di “tele-training” (insegnamento a distanza), puòaprire nuove possibilità per l’aggiorna-mento continuo degli utenti e per l’ese-cuzione di programmi di riabilitazione.L’integrazione nella “Casa Intelligente”di alcuni nuovi servizi di telecomunicazio-ne può aprire ulteriori possibilità. Adesempio la disponibilità di un videotele-fono (installabile già da oggi sulla retepubblica ISDN) potrà consentire agliutenti una migliore interazione con i ser-vizi sociali e con gli altri utenti, contri-buendo a rendere più “personali” lecomunicazioni e a ridurre l’isolamento. Ilvideotelefono può consentire inoltre unamaggiore efficacia dei servizi sociali diassistenza, che potranno garantire uncolloquio più frequente con gli anziani edun controllo visivo delle loro condizioni.L’introduzione dei servizi di “video-on-demand” e la televisione interattivapotranno aggiungere delle nuove dimen-sioni anche per quanto riguarda le attivi-tà di intrattenimento.Per il terziario il discorso presenta maggio-ri applicazioni per quanto investe la effi-cienza energetico-ambientale dei sistemitecnologici, a supporto dell’edificio,l’Office Automation, la logistica, la sicurez-za, la fornitura di teleservizi la possibilitàdi controlli remoti ed interventi a distan-za da parte dell’utenza o del soggetto


[7.3.3] Topologia del sistema domoticoIl sistema domotico è costituito essenzial-mente da una unita centrale e più unitàperiferiche (nel caso banale una sola unitàperiferica). La topologia del sistema è fon-damentale poiché definisce il collegamen-to tra le varie unità, la scelta topologicadipende da una serie di parametri legatialla complessità, alle gerarchie ed tipolo-gia di controllo del sistema. In figura 7.6si riportano le topologie domotiche piùcomuni, essendo indicata in rosso l’unitàcentrale ed in giallo quelle periferiche. Letopologie sono:� punto a punto,� bus, ovvero unità periferiche in serie su

una linea aperta,� anello, ovvero unità periferiche in serie

su una linea aperta,� stella, ovvero ogni unità periferica ha un

collegamento individuale con l’unitàcentrale,

� albero, ovvero sono disposte delleunità periferiche di livello intermedioche raccordano le più esterne con l’uni-tà centrale.

Queste topologie fanno riferimento aduna logica di funzionamento per cui ognipunto del sistema è in grado di gestire,controllare e regolare l’ambiente (dettocampo) in maniera autonoma senza lanecessità di un supervisore di gestione,ma facendo riferimento al proprio algorit-mo di funzionamento.

[7.3.4] La trasmissione dei datiIl mezzo trasmissivo utilizzato assume unruolo fondamentale all'interno di un siste-ma domotico, in quanto lo rende adegua-to ad un'eventuale e semplice amplia-mento e quindi scalabile. Al contrario, in

potenza con i carichi (attuatori, regola-tori, ecc). Ad esempio, un solarimetrorileva il livello di radiazione solare che,se ricade nell’algoritmo di controllo,determinerà l’abbassamento delle tap-parelle.

� gateway residenziale: unità per la con-nessione con la rete di comunicazioneesterna.


Topologie di un sistema domotico. Flussi unità centrale (rosso) e periferiche (giallo)Fig. 7.6

utilizza una coppia di conduttori dedi-cati. Il doppino twistato (doppino tele-fonico intrecciato) è il mezzo di trasmis-sione più semplice, ma richiede un mag-giore lavoro di installazione per la posadei cavi, quindi decisamente più invasi-vo dal punto di vista costruttivo. Questatecnica di trasmissione è molto flessibi-le e si presta bene soprattutto in abita-zioni molto grandi con un gran numerodi componenti e, di conseguenza, conmolti punti da raggiungere;

� fibra ottica: mezzo di trasmissione chepermette il trasferimento dati tramitesegnali luminosi che viaggiano all’inter-no di una guida d’onda. Altissime velo-cità di trasferimento dati e immunitàdai disturbi elettromagnetici i puntiforti.

[7.3.5] Gli standard domoticiLo standard, o protocollo, è sostanzial-mente il linguaggio del sistema domoti-co cui di devono uniformare i componen-ti che ne vengono integrati. Il proliferaredi standard ha reso critico il problema fon-damentale della domotica: l’integrazione.Gli standard attualmente sul mercatosono numerosi e si rimanda alla bibliogra-fia di settore. SI vuole in questa sede inve-ce presentare un sistema, la cui compar-sa ha ed avrà dei risvolti fondamentalisulla dissezione delle tecnologie intelli-genti negli edifici.Il processo di convergenza dello standardKonnex nella normativa europea CENE-LEC EN50090 "Home and BuildingElectronic Systems (HBES)" consiste nelladefinizione di uno standard unico Europeoper l'automazione della casa e dell'edificiobasato sullo standard Konnex. In concre-to ciò significa che tutti i sistemi e dispo-

alcuni casi la soluzione adottata può esse-re scarsamente flessibile e difficilmenteadattabile a nuove configurazioni. I mezzitrasmissivi possibili per la rete di intercon-nessione sono:� onde convogliate: è il sistema di tra-

smissione dati che utilizza i condutto-ri di distribuzione dell’energia elettri-ca 50-60 Hz. Tutti i componenti delsistema sono collegati in parallelo ecomunicano tra loro attraverso la reteelettrica grazie ad opportuni dispositi-vi. Il vantaggio nell'utilizzare le ondeconvogliate risiede nel fatto che vienesfruttata la linea elettrica esistente, evi-tando il problema dell'installazione dinuovi cavi e di opere murarie accesso-rie. I comandi vengono inviati sulla reteelettrica e raccolti dalle utenze interes-sate attraverso un codice di indirizza-mento univoco. Possibili problemi conquesta tecnologia sono quelli relativialle interferenze, che possono esseresuperati con l'adozione del cosiddet-to filtro di linea. Una limitazione è labassa velocità di trasmissione;

� infrarossi: si tratta di un metodo dicomunicazione senza fili, limitato prin-cipalmente dal vincolo di direzionalitàdel segnale e dalla forte attenuazionein presenza di ostacoli tra il trasmetti-tore e il ricevitore;

� radiofrequenza: metodo di trasmissio-ne basato su onde radio. Questa solu-zione ha impatto di installazione moltobasso e consente di realizzare sempli-ci controlli. È possibile coprire l'interacasa senza bisogno di ripetitori, maoccorre evitare di trasmettere segnalinon desiderati agli impianti delle abi-tazioni vicine.

� BUS di linea (Doppino ritorto): è unsistema di trasmissione di segnali che


� è totalmente indipendente da qualun-que specifica applicazione tecnologicahardware/software,

� i profili applicativi sono incorporaticome parte integrale dello standard,

� si caratterizza per una procedura di cer-tificazione obbligatoria dei prodotti,che conduce al rilascio del marchioKNX per i dispositivi, a garanzia dell’in-teroperabilità nativa tra prodotti dicostruttori diversi,

� dispone di un tool software unico eintegrato per l’installazione, progetta-zione, engineering e messa in servizio.

L’applicazione dello standard e delle tec-nologie di domotica fanno riferimento adiverse strutture topologiche tramite ilquale il sistema viene installato e gestitoin funzione delle esigenze dell’utenza.Il sistema Konnex è un protocollo chesupporta un sistema decentralizzato adintelligenza distribuita, dove l’intelligen-za risiede in ogni singolo dispositivo,ciò è un buon vantaggio, ad esempio seun dispositivo non funziona corretta-mente è possibile con maggior tempe-stività agire sul guasto o sostituire diret-tamente il dispositivo senza tempi diattesa troppo lunghi. I media supportati da Konnex sono: twi-sted pair (type 1 e 0), powerline 110 kHz,powerline 132 kHz, radio frequenza, infra-rossi. Sul bus konnex-EIB è possibile col-legare massimo circa 12.000 dispositivi,ogni apparato collegato al bus vieneidentificato dal numero di campo (insie-me di 12 linee bus), numero di linea dicampo, numero di apparato della linea.Per quanto riguarda la configurazionesono disponibili 3 modalità:� S-mode (System mode), ad uso di

installatori esperti, modalità che mettea disposizione l’utilizzo di tutte le fun-

sitivi certificati KNX (Konnex), e quindianche quelli EIB, sono già conformi e com-patibili con la normativa europea CENE-LEC EN50090. Questo ha rappresentatoun grosso passo avanti per la promozionedi questa tecnologia in quanto ha resopossibile l’utilizzazione di diversi compo-nenti prodotti da ditte produttrici diverse.L’associazione Konnex è la realtà che hadato vita allo standard KNX, la tecnologiabus per tutte le applicazioni dedicate allaHome & Building Automation. Nata sulla spinta delle tre associazionieuropee BatiBUS, EIB ed EHS – chehanno ritenuto di condividere le rispetti-ve decennali esperienze in tale mercato –l’Associazione Konnex ha integrato i tredifferenti meccanismi di configurazionedei sistemi ed i diversi mezzi fisici nell’uni-co protocollo KNX, al fine di assicurare unrapporto costo/prestazione adeguato pertutti i tipi di edificio ed applicazioni.Di recente è stato annunciato che tutte lecompagnie associate che hanno contri-buito allo sviluppo e al riconoscimentodella tecnologia KNX, hanno concordatodi rilasciare i 61 brevetti necessari per l’im-plementazione di prodotti basati sulla tec-nologia KNX, versione 1.0. Inoltre, i comi-tati tecnici nazionali, sotto l’egida del TC205 del CENELEC, hanno accettato la tec-nologia KNX come lo standard per laHome e la Building Automation (registra-to secondo le norme EN: 50090-3-1,50090-4-1, 50090-4-2, 50090-5-2 e 50090-7-1). In tal modo la tecnologia KNX è dive-nuta di fatto il primo standard mondialenel settore della domotica e l’automazio-ne degli edifici, garantendo i seguentivantaggi:� è totalmente privo di royalty aggiunti-

ve per i membri della associazioneKonnex,


dispositivi ad altri dispositivi di tipo A-mode presenti nella propria rete dome-stica.

Tutti gli elementi della rete vengono con-figurati mediante l’ausilio di un unico toolsoftware, denominato ETS (Engineeringtool software), che è composto da dueparti principali: gestione progetti e pro-dotti e messa in servizio test.Sicuramente un limite di questa tecnolo-gia è la lentezza, dunque poco adattabi-le alla gestione video, comunque a van-taggio dell’affidabilità del sistema.

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zioni disponibili, dunque permette dirispondere ad ogni tipo di esigenza;

� E-mode (Easy mode), ad uso di installa-tori con competenze medie, mette adisposizione meno funzioni rispetto al S-mode, visto che i componenti sono giàpreconfigurati con parametri standard;

� A-mode (Automatic mode), modalitàche permette di agevolare la configu-razione da parte dell’utente finale; i tipidi componenti A-mode dispongono dimeccanismi di configurazione automa-tica che permettono di collegare i


Capitolo Otto

Le pompe di calore

consumo di energia. Diverso e più vantag-gioso è l’impiego come sorgente freddadell’aria interna viziata (aria estratta), chedeve essere comunque rinnovata. L’acqua come sorgente fredda garantiscele prestazioni della pompa di calore senzarisentire delle condizioni climatiche ester-ne, tuttavia richiede un costo addizionaledovuto al sistema di adduzione.Il terreno come sorgente fredda garanti-sce ottime prestazioni alla pompa di calo-re. Infatti alla profondità di 10 metri circail terreno presenta una temperaturacostante tutto l’anno, che oscilla dai 12 ai14 gradi centigradi; infatti a queste pro-fondità le condizioni climatiche esternenon influiscono sulle condizioni termichedel sottosuolo. In questo contesto tecno-logico risulta essere importante l’analisidel sottosuolo in riferimento alle diversestratigrafie presenti e della presenza omeno di falde acquifere, per il giustodimensionamento delle sonde geotermi-che e della pompa di calore che gestiràtermicamente gli spazi dell’edificio.

8.2 Pompa di calore a compressione

La pompa di calore opera in un circuitochiuso in cui scorre un fluido detto frigo-rigeno. A diverse condizioni di pressione

[8.1] Introduzione

La pompa di calore è una macchina che,utilizzando energia meccanica o termica,trasporta calore da un corpo più freddo adun corpo più caldo. Si parla in generale difrigorifero o raffrescatore quando l’effettomirato è la sottrazione di calore da fluidi oda ambienti “freddi”, e di pompa di calo-re quando l’effetto mirato è il riscaldamen-to di fluidi o di ambienti “caldi”. In realtàsi parla della stessa macchina, che basa ilsuo principio di funzionamento sul ciclo diRankine inverso, che può operare quindicome un raffrescatore o come una pompadi calore, oppure simultaneamente inentrambi i modi. In base alla modalità difunzionamento, le pompe di calore possoessere suddivise in due gruppi principali:� a compressione di vapore saturo,� ad assorbimento.Le pompe di calore si distinguono in fun-zione delle tipologie di sorgenti che ven-gono utilizzate. I principali accoppiamen-ti sono: aria – acqua; aria – aria; acqua –acqua; acqua – aria.L’aria come sorgente fredda ha il vantag-gio di essere disponibile ovunque, tutta-via la potenza resa dalla pompa di calorediminuisce con la temperatura della sor-gente. Nel caso si utilizzi l’aria esterna, ènecessario (intorno a 0 °C) un sistema disbrinamento che comporta un ulterioreC

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� compressione: il fluido frigorigeno allostato gassoso e a bassa pressione, pro-veniente dall’evaporatore, viene porta-to ad alta pressione; nella compressio-ne si riscalda per assorbimento di ener-gia meccanica del compressore;

� condensazione (TC): il fluido frigorige-no, proveniente dal compressore, passadallo stato gassoso a quello liquidocedendo calore all’esterno;

� espansione: passando attraverso la val-vola di espansione il fluido frigorigenoliquido si trasforma parzialmente invapore e si raffredda;

� evaporazione (TE): il fluido frigorigenoassorbe calore dall’esterno ed evaporacompletamente.

L’insieme di queste trasformazioni costitui-sce il ciclo della pompa di calore: nell’eva-poratore il fluido frigorigeno assorbe calo-re dal mezzo circostante, tramite il com-pressore riceve un ulteriore apporto dienergia, infine, tramite il condensatore,cede calore al mezzo da riscaldare. Il relativo ciclo termodinamico è presen-tato in figura 8.2. Nel funzionamento, lapompa di calore consuma energia elettri-ca nel compressore, assorbe calore nel-l’evaporatore dal mezzo circostante, chepuò essere aria o acqua, e cede calore almezzo da riscaldare nel condensatore(aria o acqua). In questo tipo di ciclo, quin-di, spendendo energia pregiata nel moto-re elettrico, trasformata in energia mecca-nica nel compressore, si riesce a preleva-re calore a bassa temperatura da una sor-gente fredda, normalmente gratuita,cedendo contemporaneamente calore apiù alta temperatura in un pozzo caldoopportuno.Per esempio, nel comune frigorifero dicasa, che utilizza questo ciclo, la sorgen-te fredda è rappresentata dal cibo chedeve essere raffreddato, mentre il pozzo

e di temperatura il fluido si può trovare siasotto forma di liquido che di vapore. Il cir-cuito chiuso percorso in modo orario,figura 8.1, è costituito da:� un compressore alimentato elettrica-

mente,� un condensatore (Ambiente interno

con temperatura TC),� una valvola di espansione o di lamina-

zione V1,� un evaporatore (Ambiente esterno con

TE).Il condensatore e l’evaporatore sono costi-tuiti da scambiatori di calore, cioè tubiposti a contatto con un fluido di servizio(che può essere acqua o aria) nei qualiscorre il fluido frigorigeno. Questo cedecalore al condensatore e lo sottrae all’eva-poratore. I componenti del circuito posso-no essere sia raggruppati in un unico bloc-co, sia divisi in due parti (sistemi “SPLIT”)raccordate dai tubi nei quali circola il flui-do frigorigeno. Nel funzionamento il flui-do frigorigeno, all’interno del circuito,subisce le seguenti trasformazioni:


Schema della pompa di calore a compressione Fig. 8.1

dalla quale si estrae calore può esserel’aria esterna oppure l’acqua (di falda, difiume, di lago) quando essa è presentenelle immediate vicinanze degli ambientida trattare, oppure si può sfruttare l’ener-gia termica costante del terreno, oltre i 10m, tramite le sonde geotermiche (pompedi calore geotermiche). Per il raffresca-mento la pompa di calore funziona a cicloinverso assumendo come sorgente fred-da lo stesso ambiente interno.

Fluidi impiegatiLa storia dei fluidi impiegati nei cicli dellemacchine a compressione è lunga e com-plicata, dal momento che alcuni di questisono stati oggetto di particolare attenzio-ne da parte delle autorità internazionalipoiché corresponsabili dell’attacco allafascia di ozono. Inizialmente sono stati uti-lizzati i Cloro-Fluoro-Carburi (detti CFC eil cui gas di riferimento era il Freon 11, lacui sigla commerciale è F11 o, con riferi-mento alla simbologia internazionale, R11)che si sono dimostrati i più aggressivi eduraturi nell’atmosfera. Essi sono statibanditi dall’utilizzo negli impianti frigori-feri e sono oggi stati sostituiti dagli Hydro-Cloro-Fluoro-Carburi (detti HCFC, come,ad esempio, R22) che presentano moleco-le meno stabili per la presenza dell’idro-geno non sostituito dal cloro o dal fluoro.Anche questi fluidi sono a vita limitatapoiché entro il prossimo decennio dovran-no essere totalmente sostituiti da fluidifrigorigeni che non presentano pericolo diattacco all’ozono. Gli HCFC sono in gene-re costosi e non sempre innocui per l’uo-mo quindi il loro uso è sempre confinatoall’interno di circuiti sigillati e con finalitàlimitate all’impiantistica frigorifera. Oggi si utilizzano HCFC a molecola com-plessa (R113, R114, R125, R134a, R143)caratterizzati da più atomi di carbonio e

caldo è l’aria dell’ambiente dove è collo-cato il frigorifero stesso. Analogamente, inuna pompa di calore, la sorgente freddaè di solito l’aria esterna che cede caloregratuito all’evaporatore della macchina,mentre il pozzo caldo è l’ambiente del-l’edificio da riscaldare.A temperature esterne basse, già pochigradi sopra lo zero, le prestazioni dellapompa di calore decrescono notevolmen-te, per questi motivi è consigliabile indi-rizzare l’istallazione di questi apparecchinei luoghi dove le condizioni climatichesia più favorevoli per il loro funzionamen-to. Va tenuto conto inoltre che la poten-za termica resa dalla pompa di caloredipende dalla temperatura a cui la stessaassorbe calore. Poiché una pompa di calo-re assorbe calore da una sorgente freddae lo cede ad una calda le applicazioni civi-li sono due: nel periodo invernale puòessere usata come sistema di riscalda-mento (assumendo come sorgente caldal’ambiente da riscaldare) e nei mesi estivicome sistema di raffrescamento. Per il riscaldamento la sorgente fredda

195 Le pompe di calore

Rappresentazione del ciclo a compressione sul piano TS Fig. 8.2

mento può essere compreso paragonan-dolo a quello già visto per una macchinaa compressione, sostituendo il gruppomotore-compressore con un “compres-sore termico” (figura 8.3) composto dadue scambiatori di calore, generatore edassorbitore, una seconda valvola di stroz-zamento V2 ed una pompa. In questociclo, il vapore di refrigerante ad alta pres-sione che deve seguire il percorso con-densatore-valvola V1-evaporatore percreare l’effetto utile frigorifero (–10 ~ +5°C), viene creato da una caldaia dovebolle una soluzione di refrigerante e disostanza assorbente. Tale operazioneviene condotta per mezzo di energia ter-mica QG ad alta temperatura (90~180 °C)ceduta da un bruciatore a gas oppure daun serpentino percorso da vapore odacqua calda. Il vapore a bassa temperatu-ra prodotto dall’evaporatore viene inveceinviato nell’assorbitore, dove viene cedu-to calore QA al pozzo caldo al pari delcondensatore (40~60 °C), per miscelarsicon la corrente di soluzione povera direfrigerante che proviene dal fondo delgeneratore.La soluzione ricca di refrigerante così rico-stituita viene inviata al generatore permezzo di una pompa elettrica a bassoconsumo. Quindi in questo secondo ciclo,con una coppia di fluidi opportunamentescelti, è possibile ottenere un effetto utilefrigorifero utilizzando energia termica adalta temperatura.

Fluidi impiegatiNonostante i numerosi tentativi di scien-ziati di tutto il mondo, per trovare fluidicon caratteristiche migliori, le uniche duecoppie assorbente-refrigerante attual-mente utilizzate sono quella acqua-ammoniaca (H2O-NH3) e quella acqua-bromuro di litio (H2O-LiBr). Dal punto di

dalla presenza di un maggior numero dimolecole di idrogeno non sostituite.Tra i nuovi fluidi impiegati nelle pompe dicalore domestiche, oggi in commercio, sitrova l’R410A che risulta costituito da unamiscela di R32 (50%) e di R125 (50%), el’R407C costituito da una miscela di R32(23%), R125 (25%) e R134a (52%). In alcu-ni casi si sta ritornando ad utilizzare anchel’ammoniaca (NH3 o R717) che, puraggressiva e olfattivamente molesta, pre-senta notevoli vantaggi impiantistici (ha,infatti, il maggior calore latente di vapo-rizzazione dopo l’acqua) e non attaccal’ozono. Vari laboratori internazionali stan-no studiando molecole complesse per ifluidi frigorigeni di domani.

[8.3] Pompa di calore ad assorbimento

Con riferimento alla figura 8.1, lo schemasemplificato di una macchina ad assorbi-


Schema ad assorbimento semplificatoFig. 8.3

non è possibile attingere calore da sor-genti fredde che si trovino a meno dicirca 5~7 °C pena il congelamentointerno all’evaporatore, per cui, salvorari casi, queste macchine vengonousate esclusivamente per il raffresca-mento. Dato che l’assorbente è un salenon volatile, non c’è necessità di distil-lare in quanto il refrigerante evaporagià puro per ebollizione semplice nelgeneratore. La tensione di vapore del-l’acqua costringe le macchine a lavora-re sotto vuoto, con il duplice problemadell’evacuazione periodica delle infil-trazioni di gas incondensabili e delnotevole ingombro delle varie appa-recchiature causato dal grande volumespecifico del vapore acqueo alle tem-perature di lavoro tipiche. La soluzionesalina tende a cristallizzare facilmente inpresenza di incondensabili, alle altetemperature del pozzo caldo ed allebasse temperature ambientali. Questocomporta una costruzione accurata el’uso saltuario di pompe da vuoto, l’ob-bligo di utilizzare torri evaporative edella termostatazione invernale dellocale macchina.

[8.4] Efficienza del ciclotermodinamico e unità dimisura

La prestazione delle macchine frigorifereper il condizionamento ambientale vieneindicata dal parametro COP (CoefficientOf Performance): vale a dire il rapporto tral’energia ottenuta per lo specifico utilizzoe quella primaria spesa. Tuttavia per lemacchine con compressore elettrico taleparametro viene indicato soltanto perl’uso come pompa di calore, con riferi-

vista ambientale entrambe le coppie difluidi presentano effetti nulli sia sullo stra-to di ozono (ODP=0), sia sull’effetto serra(GWP=0), rendendoli quindi particolar-mente adatti al mantenimento in buonostato del clima globale. Dal punto di vistafunzionale invece, entrambe presentanovantaggi e svantaggi, legati alle proprie-tà chimico-fisiche dei costituenti di base,e che si possono così elencare:� L’acqua-ammoniaca ha il pregio di uti-

lizzare un refrigerante (ammoniaca) ilcui punto di solidificazione è molto aldi sotto dello 0 °C, questo comporta lapossibilità di utilizzare il ciclo ad assor-bimento come pompa di calore consorgenti fredde sotto zero come nelcaso dell’aria esterna invernale. Nel fun-zionamento come raffrescatori estivi, lapossibilità di utilizzare facilmente pozzicaldi a temperatura elevata permette dievitare le torri evaporative a favore disemplici batterie alettate a ventilazioneforzata. Per contro, le due sostanze pre-sentano un punto di ebollizione nonmolto differente, per cui per avere refri-gerante sufficientemente puro in uscitadal generatore è necessario impiegareuna colonna di distillazione aggiuntiva.Inoltre l’elevata tensione di vapore del-l’ammoniaca costringe a lavorare a pres-sioni elevate (18~22 atm, corrisponden-ti a 18~22·105 Pa) con tutte le conse-guenze progettuali del caso. Infine l’am-moniaca, pur non essendo un veleno insenso stretto (è sintetizzato dagli orga-nismi animali) è comunque una sostan-za tossica, asfissiante e potenzialmenteesplosiva. Per questi ultimi motivi lemacchine che adottano questa miscelavengono costruite con criteri di sigilla-tura e di sicurezza molto avanzati.

� L’acqua-bromuro di litio, invece, utiliz-za l’acqua come refrigerante, per cui


Sfortunatamente il PER di una stessa mac-china può variare secondo l’efficienza diproduzione dell’elettricità del paese con-siderato, per cui non può essere conside-rato un parametro assoluto.Anche in questo caso è necessario speci-ficare quale potere calorifico viene utiliz-zato per i calcoli: il rapporto tra poterecalorifico superiore ed inferiore del meta-no è circa 1,1. Da notare che specialmente nel caso delriscaldamento, sia COP che EER, GUE ePER sono numeri superiori all’unità, infat-ti si riferiscono a macchine in cui la sor-gente energetica è doppia e non unica,pertanto non devono essere confusi colrendimento.Per esempio se consideriamo una pompadi calore a compressione elettrica conCOP nominale pari a 3, assumendo perl’Italia un’efficienza elettrica media del36% sul consumo di combustibile prima-rio in centrale, avremo che il PER dellastessa macchina varrà 3 x 0,36 cioè 1,08.Se consideriamo una pompa di calore adassorbimento con GUE pari a 1,5 avremoinvece che il suo PER sarà praticamentecoincidente se consideriamo trascurabili iconsumi elettrici della macchina.Per evitare equivoci, in molti cataloghi dicostruttori di macchine condizionatricisono semplicemente riportate delle tabel-le che mostrano l’energia fornita e quellarichiesta dalla macchina nelle varie moda-lità di funzionamento.Nonostante l’entrata in vigore del SistemaInternazionale, la potenza frigorifera e ter-mica delle macchine condizionatrici vieneancora comunemente indicata in Btu/h(British termal unit per ora) ovvero in RT(Refrigeration Ton). Per comodità si ram-menta che 1 kW corrisponde a 3.412 Btu/hmentre 1 RT equivale a 12.000 Btu/h ovve-ro 3,52 kW. Le potenze e le prestazioni

mento alla figura 8.1, includendo in WE

anche tutti gli altri carichi elettrici dellamacchina, abbiamo:

COP = QC/WE

Mentre l’analogo per il raffrescamentoviene chiamato EER (Energy EfficiencyRatio):

EER= QE/WE

Per le macchine ad assorbimento a fiam-ma diretta, tali parametri vengono sosti-tuiti dal GUE (Gas Utilization Efficiency),che si calcola con il rapporto tra l’energiacontenuta nel combustibile fossile impie-gato al bruciatore (Qbruc) e l’effetto ter-mico o frigorifero utile.Trascurando i contributi WE’ relativi allapompa della soluzione ricca e altri consu-mi relativi al funzionamento della macchi-na (ventilatori, quadro elettrico) si ha, inmodalità pompa di calore:

GUE = (QC + QA)/Qbruc

oppure

GUE = (QC + QA)/(QG/ηb)

essendo ηb è il rendimento di combustio-ne del generatore.Il GUE però può essere calcolato in duemodi a seconda che si usi il potere calo-rifico inferiore (Europa, Standard EN12309-2) o superiore (USA) del gas com-bustibile utilizzato. Per rendere ancor piùle cose complicate, negli USA il GUEviene di nuovo indicato come COP.Un altro parametro utilizzabile per i con-fronti tra apparecchiature con diverse fontidi alimentazione è il PER (Primary EnergyRatio) che rappresenta il rapporto tral’energia fornita dalla macchina e quellacomplessivamente spesa per il suo funzio-namento, riportata però ad energia prima-ria da combustibile fossile.


Per esempio nel caso dei chillers aria-acqua, l’ARI fissa la temperatura dell’ariaesterna a 35 °C mentre mandata e ritor-no dell’acqua refrigerata sono rispettiva-mente a 7,2 e 12,8 °C, nel caso del riscal-damento invece, per l’aria esterna siusano 8,3 °C.La tabella 8.3 consente di confrontare leprestazioni nominali delle varie tecnologieutilizzate per il condizionamento.

indicate nelle specifiche dei costruttorivengono riferite a condizioni standardiz-zate di funzionamento. In Europa si usa lanorma pr EN 14511 che fissa temperatu-re molto simili (tabelle 8.1 e 8.2).Negli USA si adotta lo standard ARI (Airconditioning and Refrigeration Institute),i due standard non differiscono troppo fraloro considerando anche le tolleranzeammesse per le misure.


Raffrescamento RiscaldamentoTipo Evap. Cond. Evap. Cond.

Aria/Acqua 12/7 35 7 40/45

Acqua/Acqua 12/7 30/35 10 40/45

Tabella 8.1 Condizioni standard per unità aria-acqua

ed acqua-acqua

Unità interna Unità esternaBulbo secco (°C) Bulbo umido (°C) Bulbo secco (°C) Bulbo umido (°C)

Riscaldamento 20 15 max 7 6

Raffrescamento 27 19 35 24

Tabella 8.2 Condizioni standard

per unità aria-aria

Tipologia di macchina COP/GUE caldo EER GUE freddo PER caldo (***) PER freddo (***)

Caldaia 0,9 - - 0,9 -

Caldaia a condensazione 1,1 - - 1,1 -

Macchina a compressore elettrico• aria(**)-aria• split (cl.A-D) 3,6-2,8 3,2-2,6 - 1,26-1,0 1,15-0,93

Macchina a compressore elettrico• aria-acqua(**) 4,7-3,8 4,4-3,5 - 1,49-1,20 1,39-1,10• monoblocco (cl. A-D)

Macchina ad assorbimento• H20-NH3 1,6-1,4 - 0,95-0,67 1,43-1,25 0,85-0,59• aria(**)-acqua

Macchina ad assorbimento• H20-LiBr 2,1-1,7 (*) - 1,1-0,7 1,86-1,52 (*) 0,98-0,62• acqua(**)-acqua

(*) riscaldamento a bassa temperatura (40 °C) sorgente fredda acqua (12 °C) (**) lato caldo(***) stimato

Tabella 8.3 – Efficienze energetiche comparate

della motocondensante), e dalle tubazio-ni di collegamento tra le unità stesse in cuiavviene il trasferimento del refrigerante.Nel caso dei portatili la sezione esterna èrappresentata dal solo condensatore, col-legata al climatizzatore tramite tubi flessi-bili. I climatizzatori split possono forniresolo raffrescamento e deumidificazionedell'aria, o sia raffrescamento che riscalda-mento se dotati di pompa di calore.Alcune soluzioni di macchine split sonopresentate in figura 8.6.Tale macchina può funzionare come: � refrigeratore: macchina frigorifera utiliz-

zata per estrarre calore da un ambien-te (l'evaporatore è lo scambiatore uti-lizzato);

� pompa di calore: macchina frigoriferautilizzata per apportare calore ad unambiente (il condensatore è lo scambia-tore utilizzato).

Il ciclo termodinamico della macchina èsempre lo stesso in entrambi gli utilizzi,ciò che cambia è solo lo scambiatore uti-lizzato.Nel caso la stessa macchina debba esse-re utilizzata alternativamente come refri-geratore e pompa di calore, essendopoco pratico spostare fisicamente lamotocondensante all'interno e la evapo-rante all'esterno, nel funzionamento inver-nale si ricorre alla inserzione, nel circuitofrigorifero, di una valvola a 4 vie che inver-te il senso di percorrenza del refrigerantenel circuito, quindi le funzioni condensa-tore/evaporatore. Con il refrigerante checircola in un senso lo scambiatore internofunge da condensatore (funzionamento apompa di calore), con la circolazione insenso opposto funge da evaporatore (fun-zionamento come condizionatore).Questa è la tipologia più adatta alle solu-zioni individuali, per le abitazioni di mas-simo 300 m2, poiché, sebbene applicabi-

[8.5] Schemi impiantistici e applicazioni

In questo paragrafo si presentano alcunesoluzioni impiantistiche ricorrenti o inpieno sviluppo, con possibilità di miglio-rare sensibilmente le prestazioni energe-tiche degli edifici, attraverso soluzioni digenerazione energetica ad elevata effi-cienza.

[8.5.1] Sistemi split a espansione direttaIl nome di questi sistemi (figura 8.5) deri-va dall’inglese “to split” che significa divi-dere, sezionare; infatti l'impianto comple-to è diviso in due sezioni, più precisamen-te è composto da un'unità esterna (chia-mata anche motocondensante nei vecchimodelli per solo raffrescamento) e da unao più unità interne (dette evaporanti), aseconda che sia monosplit (ad una moto-condensante è accoppiata una sola eva-porante) o multisplit (ad una sola unitàesterna sono accoppiate più unità internein numero variabile in base alla capacità


Schema di un climatizzatore splitFig. 8.5

diminuisce la resa frigorifera, ed aumentaanche la corrente assorbita.Ma anche se la temperatura al condensa-tore dovesse essere troppo bassa ci sareb-bero degli inconvenienti, poiché l’evapo-ratore non riuscirebbe più a far evaporaretutto il refrigerante che tornerebbe sottoforma di liquido al compressore causando-ne inevitabilmente la rottura.Per il funzionamento come pompa dicalore al diminuire della temperaturaesterna aumenta la differenza tra le duetemperature del ciclo e diminuisce di con-seguenza la quantità di calore erogata alcondensatore, quindi all’aria interna. Inoltre, nel caso che l’evaporatore debbaevaporare a temperature inferiori allozero, è inevitabile che si formi della brinasulla sua superficie; la brina, essendo unpessimo conduttore di calore, causa unaperdita di efficienza dello scambio termi-co. Per ovviare a questo problema è indi-spensabile effettuare un periodico sbrina-mento dello scambiatore, che può esse-re agevolmente ottenuto invertendo ilflusso di refrigerante, cioè inviando al-l’evaporatore il gas caldo prodotto dalcompressore per il tempo necessario asciogliere la brina accumulata; oppureprevedendo delle serpentine elettricheComunque nulla impedisce che una pom-pa di calore funzioni correttamente a tem-perature molto basse, vi è soltanto un limi-te di convenienza economica.Se dotati di pompa di calore, questi siste-mi possono sopperire anche alla richiestadi riscaldamento invernale nelle zone aclima mite; mentre in quelle a clima rigi-do possono essere solo di supporto nellemezze stagioni, perché il rendimento delsistema decade all'aumentare della diffe-renza di temperatura tra l'aria interna edesterna.Limiti di lunghezza e di dislivello delle

le anche a tutte le altre tipologie residen-ziali, non sarebbe affatto una soluzioneeconomicamente vantaggiosa.Si possono applicare al preesistente senzabisogno di opere murarie eccessivamen-te invasive data la dimensione ridottadelle tubazioni di collegamento e ladistanza limitata possibile tra le unitàesterne ed interne. Grazie all'ampia pos-sibilità di scelta dei terminali (a parete, apavimento, a soffitto, in controsoffitto,canalizzabili), permettono agevolmentel'attrezzabilità degli spazi abitativi. In refrigerazione la macchina produce uneffetto frigorifero tanto minore quanto piùsono distanti le due temperature del ciclo:evaporazione e condensazione. La tempe-ratura all’evaporatore è pressochè costan-te, quindi all’aumentare della temperatu-ra di condensazione (dell’aria esterna)


Schema di sistema di tipo SplitFig. 8.6

� il fatto di avere pochi cicli accen-sione/spegnimento e comunque unapartenza graduale, contribuisce ad ele-vare il comfort acustico dalla macchinae la sua affidabilità.

[8.5.2] Sistemi VRV-VRF a espansionedirettaLe sigle con cui si identificano questiimpianti possono essere diverse, ma indi-cano comunque che si tratta di sistemi aportata di refrigerante variabile (VRV -Variable Refrigerant Volume; VRF -Variable Refrigerant Flow).Sono composti da gruppi frigoriferi che,invece di raffreddare l’acqua che scorrenel circuito idronico, mandano diretta-mente in circolazione, nelle tubazioni cheattraversano l’edificio, il refrigerante che,una volta raggiunti i terminali, evapora;quindi raffredda direttamente l’aria (ana-logamente ai sistemi split, ma con un con-trollo elettronico più sofisticato). Sono sistemi modulari ad espansionediretta di gas refrigerante, disponibilianche come pompa di calore, costituitida più unità terminali, a servizio dei loca-li da condizionare, alimentati da unamotocondensante esterna con condensa-tore raffreddato ad aria o ad acqua (menodiffusi).Ogni sistema è modulare nel senso chepuò lavorare in combinazione con “n” altrigruppi dello stesso tipo, indipendenti traloro dal punto di vista frigorifero, ma con-trollati da un unico circuito elettrico, ed ingrado di raggiungere la potenzialità desi-derata. Ciascuna unità terminale, sebbe-ne collegata allo stesso circuito frigorife-ro è indipendente da tutte le altre sia perfunzionamento che per regolazione.Nei sistemi a pompa di calore ciascunaunità terminale può gestire condizioni

tubazioni sono imposte dalla necessità dimantenere constante la differenza di pres-sione nelle tubazioni.Gli split possono funzionare a frequenzafissa, del tipo ON/OFF, in cui l'impiantosi attiva o disattiva in base ad un marginedi ±2 °C rispetto alla temperatura impo-stata; oppure possono esser dotati di uncompressore a numero di giri variabile(che modula la portata di refrigerante)pilotato da un INVERTER, che permette dimantenere la temperatura impostata conun margine di ±0,5 °C che comporta,soprattutto nella versione “multi”, molte-plici vantaggi:� il consumo è sempre strettamente cor-

relato alla quantità di freddo o caldo (inpompa di calore) prodotta, quindi lapossibilità di modulare la frequenza delcompressore rispetto alle effettive esi-genze dell'utenza comporta un minorassorbimento di energia elettrica, quin-di un risparmio sia in termini economi-ci che ambientali;

� il rendimento della macchina, a condi-zioni di carico parziale, cioè la granparte del tempo di funzionamento, èpiù elevato di quello nominale, in quan-to gli scambiatori, evaporatore e con-densatore, sono calcolati per una pre-stazione più elevata. Quando unoscambiatore si trova a lavorare con unaquantità di calore inferiore a quella percui è stato calcolato diminuisce il ΔT,come conseguenza, a parità di altrecondizioni, la temperatura di condensa-zione sarà per esempio inferiore e quel-la di evaporazione superiore. Ricor-dando che il rendimento di una macchi-na frigorifera aumenta al diminuire delladifferenza tra le due temperature ope-rative del ciclo (due scambiatori), sicomprende come vi sia in questo casoun incremento di rendimento;


revole. Ne consegue che questi sistemisono molto efficienti proprio nelle condi-zioni di esercizio più frequenti.Una caratteristica interessante per questisistemi, risulta essere la modularità del-l’impianto: gli impianti VRF consentonofacilmente di modificare e ampliare unimpianto VRF già realizzato senza doverfare nessun intervento sull’installazione giàesistente. Per collegare nuove unità inter-ne è sufficiente allacciarsi direttamentesull’unità interna più vicina già esistente.Per affiancare una nuova unità esterna allepreesistenti è sufficiente installarla e col-legarla alle unità esterne già esistenti, iltutto realizzato con una facilità di installa-zione, che permette la flessibilità di fun-zionamento.Le tubazioni che servono tali sistemi pre-sentano diametri inferiori di un terzorispetto ai sistemi idronici, ciò comportaminori oneri per le opere murarie. Inoltreè possibile avere un’elevata lunghezzadelle tubazioni tra le unità interne e leunità esterne, senza perdere di molto leprestazioni (le unità esterne possono esse-re collocate fino a 125 metri di distanzadalle unità interne per un dislivello massi-mo di 50 metri).Il calcolo del consumo energetico risultaessere individuale: il sistema è in grado dicalcolare il consumo energetico di ciascu-na unita interna in base al flusso di refri-gerante.Il costi di funzionamento possono essereridotti di circa il 30% rispetto ai sistemi tra-dizionali: i costi del sistema sono bassi,dato che permette di controllare ogni sin-golo ambiente. Il sistema opererà in riscaldamento o raf-freddamento solo nell'area in cui la clima-tizzazione è necessaria, lasciando spentele altre zone, in questo modo si evitanogli sprechi che si verificano con altri

diverse rimanendo in ambito dello stessociclo (raffreddamento-riscaldamento). Ladefinizione del ciclo di funzionamentoavviene sulla motocondensante ed inte-ressa l’intero sistema. Nella versione a recupero di calore, leunità terminali sono indipendenti anchedal punto di vista della commutazionecaldo-freddo. In questo caso esse sono ingrado di passare, singolarmente, dallafase di riscaldamento, a quella di raffred-damento (e viceversa) al fine di mantene-re le condizioni climatiche ambientalirichieste. Questa soluzione, consente ilmassimo risparmio energetico nella misu-ra in cui provvede a trasferire il calore dallezone che devono essere raffreddate aquelle che devono essere riscaldate,senza la necessità di dover spendere altraenergia sotto forma di lavoro di compres-sione.La gestione centralizzata dell’impiantoconsente un contenimento notevole deicosti di energia elettrica. Rispetto agliimpianti tradizionali è stato stimato unrisparmio di energia elettrica pari a circail 25-30%, assicurando un rendimentoenergetico sempre alto. Inoltre tale siste-ma può essere controllato in tempo realetramite un sistema remoto, in modo taleda configurarlo per le condizioni di com-fort ambientale migliori con carichi termi-ci giusti. Il sistema a Flusso di Refrigerante Variabileha le caratteristiche adatte a sviluppare lemigliori prestazioni proprio durante il suofunzionamento parzializzato. L’efficienzaenergetica è chiaramente desumibile dal-l’analisi dei COP di questi sistemi, in fun-zione del grado di parzializzazione deglistessi. È subito evidente che, ai carichiparziali, e precisamente tra il 40% e il 70%della capacità dell’impianto, il rapportoresa/assorbimento elettrico è molto favo-


l’Energia Elettrica e il Gas, dati statistici1999, rendimento calcolato considerandoun consumo specifico medio per impian-ti termoelettrici pari a 2.174 kcal/kWh eperdite di rete pari al 6,5%). Utilizzando unsistema GSHP si possono produrre circa4 kWh di energia termica a fronte di unconsumo di energia elettrica pari a 1 kWh,quindi una quantità di energia superiorerispetto a quella che si è spesa.Essendo tale sistema energetico costitui-to da una pompa di calore, attraverso unavalvola a quattro vie è possibile invertireil ciclo termodinamico e quindi far funzio-nare il sistema GSHP anche come refrige-ratore nel periodo estivo. In tali condizio-ni operative il terreno viene utilizzato perraffrescare gli spazi interni dell’edificioattraverso gli stessi scambiatori di calore,sostituendo di fatto le torri evaporative ogli scambiatori fluido-aria, che altrimentisarebbero necessarie. Le prestazioni ditale sistema sono migliori anche nel perio-do estivo in quanto lo scambio termicocon il terreno è efficace, essendo la tem-peratura del terreno più bassa e costanterispetto a quella dell’aria, date le profon-dità della sorgente a più alta temperatu-ra (condensatore).

La sorgente a bassa temperatura:il terrenoIn riferimento alla sorgente a bassa tem-peratura, l’aria è termodinamicamentepoco efficiente in quanto il carico termi-co da soddisfare cresce proprio quandola temperatura esterna diminuisce, se ci siriferisce al funzionamento del sistemaGSHP come pompa di calore.Un’alternativa efficace all’aria come sor-gente a bassa temperatura è rappresenta-ta dall’impiego del terreno, il quale pre-senta alcune caratteristiche molto favore-voli: detiene una moderata inerzia termi-

impianti con sistemi di climatizzazione tra-dizionali.Importante risulta essere il controllo intel-ligente, che si può attivare tramite il siste-ma remoto: infatti si può monitorare emantenere la temperatura dell'ambientea livelli confortevoli e ad un livello costan-te, senza quelle variazioni tipiche dei siste-mi a controllo tipo ON-OFF. In caso dimalfunzionamento il sistema garantisceuna funzione di back-up pari al 50%. Ilsistema utilizza una logica proporzionaleintegrale per il controllo dei compressoriInverter.

[8.5.3] Pompe di calore con sonde geotermicheIl terreno risulta essere una risorsa natura-le disponibile che, se ben sfruttata, per-mette la riduzione dei consumi energeti-ci negli usi standard di un edificio quali ilriscaldamento, la climatizzazione e la pro-duzione di acqua calda. L’impianto tecnologico che consente disfruttare questa fonte risulta essere quel-lo alimentato da una pompa di calore,dispositivo che funzionando sulla base diun normale ciclo frigorifero, comunemen-te a compressione con alimentazione elet-trica, trasferisce il calore assorbito da unasorgente a più bassa temperatura, il ter-reno, verso una sorgente a più alta tem-peratura, ovvero lo spazio interno di unedificio.I sistemi costituiti da pompe di caloregeotermiche (GSHP – Ground SourceHeat Pump) sono convenienti non soloda un punto di vista energetico per l’uten-za finale, ma risultano convenienti ancheper il sistema energetico globale: infattiper produrre 1 kWh di energia elettricasono necessari mediamente 2,7 kWh dienergia primaria (dati Autorità per


Tecnologie per lo sfruttamentotermico del terrenoPer l’acquisizione di energia termica dalterreno vengono utilizzate diverse tecno-logie, costituite da sonde geotermiche(figura 8.7). Considerando che tali soluzio-ni tecnologiche devono permettere l’in-terfacciamento delle pompe di calore concircuiti idraulici chiusi (scambiatori di calo-re), le soluzioni possibili sono essenzial-mente tre:� le sonde geotermiche verticali (SGV),

ovvero scambiatori di calore verticalicaratterizzati da lunghezze che vannodai 50 a oltre 350 m;

� le serpentine nel terreno, ovvero scam-biatori di calore disposti orizzontalmen-te a profondità di circa 1-2 m, in terre-ni sciolti;

� i pali energetici, ovvero scambiatori dicalore integrati negli elementi di fonda-zione di costruzioni palificate che hannouna profondità tipica di alcuni metri.

Le sonde geotermiche verticali vengo-no realizzate mediante una perforazio-ne di profondità che generalmente ècompresa tra gli 80 e 100 m, e il diame-tro di tale foro risulta avere valori di0,10-0,15 m. Terminata la perforazione c’è la fase del-l’inserimento di una tubazione in polieti-lene avente forma di U con contrappesofinale, nello spazio ricavato, mentre lo

ca, già a basse profondità, che permette,al terreno, di risentire poco delle fluttua-zioni termiche giornaliere e stagionaliesterne, al punto che la sua temperaturapuò essere considerata costante per tuttol’anno.L’interazione della radiazione solare conl’energia geotermica si rispecchia in unafluttuazione della temperatura con i ritmigiornalieri e stagionali che diminuisceall’aumentare della profondità fino a rag-giungere valori di stabilizzazione, per unaprofondità superiore ai 10 m, corrispon-denti all’incirca alla temperatura mediaesterna dell’aria valutata per un internoanno solare. In linea generale dai 10 mfino ai 20, la temperatura dovrebbe esse-re pari a 14 °C, con fluttuazioni di 2 °C inpiù o in meno. Una volta superata questazona neutra la temperatura aumenta dicirca 3 °C ogni 100 m. Mediante l’ausilio di semplici modelli dicalcolo è possibile determinare la fluttua-zione stagionale della temperatura delterreno alle diverse profondità. Per esem-pio, da elaborazioni eseguite mediantel’equazione di Hadvig, risulta che per unalocalità avente temperatura media ester-na annua pari a 15 °C e un’escursioneannua pari a 15 °C, già ad una profondi-tà di 4-5 m la temperatura del sottosuolotende a stabilizzarsi su valori di 11-13 °C,nel periodo invernale.


Figura 8.7 A sinistra, posizionamento

orizzontale delle sondegeotermiche.

A destra, posizionamento delle sonde geotermiche in

modo verticale

Le serpentine nel terreno non rappresen-tano delle vere e proprie soluzioni perl’acquisizione dell’energia geotermica, maindicano quell’applicazione tecnologicaatta allo sfruttamento l’energia solare cheriscalda il terreno in superficie, fino a pochimetri di profondità. Infatti le serpentinevengono posizionate ad una profondità dicirca 1-2 m e vengono disposte nel terre-no secondo diverse geometrie, utilizzan-do normali tubazioni di polietilene retico-lato ad alta densità. Negli edifici nuovi icosti possono essere notevolmente ridot-ti, se tale posizionamento viene previstoal momento dello scavo. I pali energetici rappresentano invece unasoluzione a metà strada tra le sonde geo-termiche verticali e le serpentine nel ter-reno. I pali energetici, generalmente incalcestruzzo armato, vengono realizzaticon un diametro di 0,4-1,5 m e con lun-ghezze che possono variare da qualchemetro fino a più di 30 m. All’interno diquesti pali è installato un tubo o un fasciodi tubi in polietilene, spesso con la confi-gurazione ad U, doppi o quadrupli, inbase al diametro dei pali. Questi tubi ven-gono poi immersi nel calcestruzzo perassicurare un buon contatto termico conle parti strutturali confinanti col terreno. Ipali energetici rappresentano un esem-pio di integrazione tra edificio e impian-to: le tubazioni, in questo caso, vengonointrodotte nelle strutture di fondazione incostruzione. Il fluido termovettore generalmente usatonelle serpentine e nei pali energetici, risul-ta essere l’acqua, che circola in un circui-to chiuso tra la serpentina (o pali) e lapompa di calore, al fine di poter scambia-re calore o freddo con il terreno, mentreper le sonde verticali risulta essere unamiscela di acqua ed antigelo (liquido gli-colato, non tossico).

spazio vuoto restante viene riempito conuna miscela di “bentonite” e cementoper garantire un buon contatto termicotra il tubo e la parete della perforazione.È evidente che per arrivare alle potenzetermiche desiderate si debbano realizza-re diverse perforazioni, inserendo per cia-scuno foro le tubazioni in polietilene. La configurazione del tubo ad U risultaessere la soluzione più utilizzata, ma oltrea tale configurazione ne esistono altre:� quella a doppio tubo ad U, realizzata

come la precedente, con la differenzache nella perforazione si inserisconoquattro tubi collegati a due a due sulfondo;

� quella a tubi coassiali nella quale il tubodi ritorno viene posizionato all’internodel tubo di mandata, il quale occupatutta la sezione della perforazione: se ildiametro del tubo esterno (mandata) èuguale o di poco inferiore rispetto aquello della perforazione, non è neces-sario il getto di riempimento.

L’utilizzo delle sonde geotermiche verti-cali esclusivamente come sorgente a piùbassa temperatura (funzionamento inver-nale) può portare a una diminuzionedella temperatura nel sottosuolo, con unconseguente decadimento delle presta-zioni negli anni. In questi casi risultaopportuno nella fase progettuale, preve-dere un sovradimensionamento dell’im-pianto.Tale problema non si presenta se l’impian-to viene utilizzato anche per il raffresca-mento nel periodo estivo. Infatti, attraver-so l’inversione del ciclo, gli scambiatoriraffreddando il condensatore della pompadi calore, permettono alla macchina difunzionare come refrigeratore. In questomodo le sonde lavorano come condensa-tore restituendo al terreno il calore assor-bito nella stagione invernale.


nessione multipla in parallelo fino a copri-re potenze di alcune centinaia di kW fri-goriferi o caldi, con regolazione On-Offsui singoli moduli. Esistono anche gruppiibridi composti da un gruppo ad assorbi-mento ed una o più caldaie tradizionalimontate in parallelo per massimizzare ilrapporto prestazioni/costo. Lo schema circuitale di queste macchinene evidenzia la complessità realizzativi(figure 8.8 e 8.9), e spiega sia la difficoltàdella produzione di eventuali taglie infe-riori per uso residenziale che la scarsità disoggetti industriali che si cimentino inquesto settore produttivo nel mondo.Altri produttori sono reperibili negli USA:Energy Concepts Company e CoolingTechnologies Inc. La Energy ConceptsCompany produce La macchina “Hi-Sorber“ con bruciatore a gas della capa-cità di circa 28 kW in raffrescamento e 48kW in riscaldamento (figura 8.10). Le prestazioni dichiarate in condizioni ARIsono molto elevate, COP ~0,95 in raffre-

[8.5.4] Pompe di calore ad assorbimento

Macchine ad acqua-ammoniaca Non sono molte le aziende nel mondoche producono macchine ad acqua-ammoniaca a causa delle difficoltà tecno-logiche insite in tale tipo di produzioneindustriale. Una solamente è italiana, la ROBUR, cheha acquisito nel 1991 la vecchia produzio-ne dell’ARKLA-SERVEL. Le macchine ROBUR sono disponibili invarie tipologie, solo chiller, solo pompa dicalore e da pochissimo anche reversibili.L’efficienza (GUE) delle macchine ROBURreversibili aria-acqua è pari a 0,67 in raf-frescamento e 1,4 in riscaldamento, men-tre per quelle non reversibili è leggermen-te più elevata (solo freddo 0,7; solo caldo1,44).La produzione è basata su moduli a gasdiretto da circa 17 kW frigoriferi o 35 kWin riscaldamento, con possibilità di con-


Schema circuitale solo freddo, RoburFig. 8.8

(Trane, York, Carrier), in Giappone (Yazaki,Sanyo, Ebara, Hitachi) ed ultimamenteanche in Cina (BROAD). Le unità sono nor-malmente di potenza frigorifera moltogrande, a partire da 150 kW frigoriferi sinoa diversi MW (figura 8.11).Queste macchine vengono vendute condiversi tipi di alimentazione, vapore,acqua calda, fiamma diretta, fumi di sca-rico (Exhaust), anche in combinazione tradi loro. I modelli possono essere sia deltipo a singolo sia a doppio effetto (figure8.11 e 8.12), con prestazioni notevoli: COP~0,7 per quelle a singolo e ~1,1 per quel-le a doppio effetto.La sola ditta che produce macchine ditaglia medio/piccola è la Yazaki (figura8.12), che produce macchine modulari da35 kW frigoriferi, montabili in batteria percoprire potenze maggiori.Le macchine ad assorbimento, per la lorocaratteristica di funzionamento trovanoimpiego nel settore del condizionamentoambientale (figura 8.13), nel recupero dicalore in genere, nella trigenerazione(cogenerazione + produzione di freddo)

scamento (35 °C) e COP ~1,6 in riscalda-mento (8,5 °C), Il COP in riscaldamentoscende al valore di 1,3 a -23,3 °C.

Macchine ad acqua-bromuro di litioPer l’acqua-bromuro di litio esistononumerosi costruttori concentrati negli USA


Schema circuitale reversibile, RoburFig. 8.9

Figura 8.10Prototipo Hi-Sorber,

Energy Concepts Company

nel “solar cooling” (produzione di freddotramite pannelli solari, figura 8.14).Nel caso del condizionamento ambienta-le, nonostante il migliore rendimento diqueste macchine per fare il caldo, il mer-cato italiano è di gran lunga orientato peril raffrescamento estivo ad H2O-NH3: lemotivazioni sono da cercarsi nella facilitàdi installazione, data la capillarità delladistribuzione del metano in Italia, e nelladifficoltà in certe località di ottenere uncontratto elettrico per una potenza ade-guata al funzionamento di una macchinaequivalente a compressore elettrico.Contrariamente ad altri paesi esteri(Giappone USA), le grandi macchine adH20-LiBr sono poco utilizzate perché letariffe di gas ed elettricità non permetto-no un pay-back soddisfacente per l’ingen-te investimento iniziale.Per il recupero termico si trovano applica-zioni quando è disponibile energia darecuperare sia ad alta temperatura (fumidi inceneritori) per il funzionamento pri-mario delle macchine, oppure a bassatemperatura in effluenti liquidi (acqua didepuratori, piscine) come sorgente fred-da per pompe di calore. In questi casi,diversissimi tra loro, va sempre fatta un’at-tenta analisi in sede di progettazione diimpianto per valutare la reale convenien-za dell’applicazione.Nel caso della rigenerazione, le macchinepiù impiegate sono di gran lunga quellea singolo effetto ad H2O-LiBr ad acquacalda che, nonostante il più basso rendi-mento rispetto a quelle a doppio effetto,permettono l’impiego con l’acqua del cir-cuito di raffreddamento dei comuni grup-pi elettrogeni con motore a combustioneinterna.Il “solar cooling”, che permette di averepraticamente il freddo gratuitamente permezzo dei pannelli solari, vede una pre-


Figura 8.11Macchina ad H2O-LiBr di grande potenza,Carrier

Figura 8.13Tipica installazione per condizionamentoambientale, Yazaki

Schema a singolo effetto, YazakiFig. 8.12

tamente inferiori e comportino investi-menti maggiori. Volendo riassumere lepeculiarità di questa tecnologia, tali mac-chine ad assorbimento presentano:� ridottissimi consumi di energia elettrica,

infatti l’energia primaria utilizzata è ilgas; l’energia elettrica viene impiegataesclusivamente per il funzionamentodelle apparecchiature ausiliarie di con-trollo, di circolazione dei fluidi di lavo-ro e per lo smaltimento del calore, quin-di non è richiesta una cabina di trasfor-mazione elettrica;

� la possibilità di essere utilizzati in accop-piamento con cogeneratori (trigenera-zione), il che consente una produzionedurante tutto il periodo dell'anno dienergia elettrica e non solo nei mesi diutilizzo del riscaldamento, permettendotempi di rientro più veloci per gli inve-stimenti sui cogeneratori;

� la possibilità di avere un unico impian-to semplificato per il raffrescamento edil riscaldamento nel caso di macchinariadeguatamente attrezzati; un’apparec-chiatura unica è in grado di provvede-re sia al raffrescamento estivo, sia alriscaldamento invernale degli ambien-ti e sostituisce nell’impianto, oltreall’unità frigorifera, anche la caldaia e lerelative opere idrauliche; non necessi-tano di conseguenza la centrale termi-ca e le opere di insonorizzazione e diantivibrazione richieste dai gruppi acompressione; l’impianto risulta così piùsemplice e compatto e, in molti casi,meno costoso;

� il minor rendimento estivo rispetto adun gruppo frigo elettrico è compensa-to dal fatto che usa il gas come fontedi alimentazione invece che energiaelettrica;

� la possibilità di essere installati al-l’aperto; infatti le apparecchiature

ponderanza netta dei sistemi a singoloeffetto ad H2O-LiBr per l’impiego conpannelli solari a bassa temperatura.Quelle a doppio effetto e quelle ad H2O-NH3 richiedono invece pannelli piùcostosi del tipo a concentrazione con osenza sistemi mobili ad inseguimentosolare. Le macchine ad H2O-NH3, purcon i limiti di efficienza propri della tec-nologia, vengono tuttavia prese in con-siderazione perchè permettono di evita-re l’uso delle ingombranti torri evapora-tive e per la possibilità di usare i pannel-li anche per il riscaldamento invernale adalta efficienza.Allo stato attuale, a causa dell’alto costodi investimento iniziale, l’utilizzo del solarcooling è solitamente limitato a casi diimpianti dimostrativi.In un futuro non troppo lontano, con l’au-mentare del costo dell’energia da combu-stibile fossile e al crescere dell’attenzioneal contenimento dell’effetto serra, è ipo-tizzabile che questo tipo di applicazionipossano invece prendere piede nell’usocomune. Per le loro caratteristiche e necessità igruppi frigo ad assorbimento hanno dellepeculiarità che li contraddistinguono e lipossono far preferire ai sistemi elettricitradizionali, sebbene presentino COP net-


Figura 8.14Impianto solare aconcentrazione perSolar Cooling

nate ad attività commerciali, industrialie del terziario;

� ridotta applicazione di operazionimanutentive; infatti il limitato numero diparti meccaniche in movimento riducei componenti soggetti ad usura e, quin-di, a controllo e sostituzione;

� limitato impatto ambientale; infatti igruppi ad assorbimento non impiega-no i CFC e gli HCFC, estremamentedannosi per l’ambiente ed ora messi albando; il tipo di combustibile utilizzato,il gas, limita inoltre le emissioni di com-bustione nocive;

� la possibilità di avere un controllo remo-to; quindi la possibilità di azionarli tra-mite comandi manuali o automatici,anche a distanza, da unità di controlloe di regolazione;

� la possibilità di controllo a step; infattila modularità di questi impianti permet-te di collegare più unità in batteria,facendo funzionare le macchine in pa-rallelo, sommando le potenze erogate,e permettendo quindi la parzializzazio-ne del funzionamento, a seconda delcarico termico effettivamente richiesto,mantenendo alte le prestazioni e l’effi-cienza anche a regimi ridotti senza per-dite di rendimento.

La potenza minima in commercio di que-sti impianti è di 17 kW frigoriferi e 33 kWtermici (H2O-NH3), adatti quindi ad esse-re usati nel settore residenziale per un’abi-tazione di almeno 220 m2, mentre, data lapossibilità di collegare i moduli in batte-ria, non c’è un limite massimo se nondovuto allo spazio fisico di ingombro deimacchinari. Comunque in commercio cisono anche macchine singole (H2O-LiBr)che raggiungono potenze di alcuni MWfrigoriferi.

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sono studiate per essere installateall’aperto anche in località con atmo-sfere particolarmente aggressive,come quelle marina o industriale; glispazi, prima destinati ad accogliere lacentrale termica, non sono più neces-sari, è comunque possibile un’installa-zione dei gruppi al coperto, semplice-mente tenendo conto della vigentenormativa in materia di generatori ter-mici; nella trasformazione dei vecchiimpianti a gasolio la scelta delle calda-ie-refrigeratori ad assorbimento risultaparticolarmente vantaggiosa poichélibera gli spazi tecnici;

� una facilità nell’installazione; infatti igruppi ad assorbimento sono estrema-mente compatti, la loro concezionemodulare facilita le operazioni di tra-sporto e di installazione e tutte le unità,precaricate della soluzione di bromurodi litio, sono collaudate in fabbrica; leoperazioni di primo avviamento, risulta-no quindi molto semplici e veloci edevitano eventuali dispersioni nell’am-biente della soluzione contenuta;

� elevata affidabilità; infatti tale affidabi-lità, notoriamente riconosciuta, è ricon-ducibile al limitato numero di partimeccaniche in movimento; la stessasemplicità di concezione di tali appa-recchiature costituisce di per sé garan-zia di affidabilità, come attestato dallaASHRAE (American Society of Heating,Refrigeration & Air-Conditioning En-gineers);

� silenziosità; infatti i gruppi, perfetta-mente insonorizzati, sono estremamen-te silenziosi e privi di vibrazioni; sonoideali da installare anche nei centri cit-tadini su lastrici solari, terrazzi, sottotet-ti, giardini e cortili di costruzioni desti-


Capitolo Nove

Cogenerazionee generazione distribuita

tiva sulla promozione della cogenerazio-ne, nonché alcuni disposti dei decreti192/05 e 311/06 in materia di teleriscalda-mento, danno nuovo impulso all’applica-zione di tecnlogie di generazione distri-buita. Fra i benefici indotti dalla produzio-ne decentrata si possono annoverare, perle fonti convenzionali:� l’aumento dell’efficienza di utilizzo delle

fonti primarie e i conseguenti vantaggiambientali (rendimenti medi comples-sivi, in presenza di utilizzo del calore,del 70-90%);

� la riduzione dei flussi elettrici sulle retidi trasporto e distribuzione (le perditedi rete si aggirano intorno al 7% nelnostro Paese, di cui un 5% circa attribui-bili alla distribuzione);

� una semplificazione relativamente all’ot-tenimento delle autorizzazioni ed agliaspetti legati all’accettazione locale;

� una maggiore sicurezza relativamente alrischio di attentati;

� il miglioramento dell’affidabilità dellafornitura in termini di continuità epower quality;

� l’aumento della stabilità per le reti con-gestionate.

Le ultime due ipotesi presuppongono unasinergia fra gli impianti e le reti di distri-buzione, che passi attraverso l’utilizzo diidonee protezioni e interconnessioni e chepreveda una progettazione delle reti adhoc.

[9.1] Introduzione

Quando alla fine del diciannovesimosecolo cominciarono ad essere realizzati iprimi generatori e le prime reti elettrichesi contrapponevano i seguenti approcciantitetici: generazione centralizzata odistribuita; produzione di corrente alterna-ta o continua. In entrambi i casi, la sceltapresentava pro e contro importanti. Losviluppo della produzione energeticatestimonia la scelta per le due prime solu-zioni. La prima influenzata anche dagliaspetti autorizzativi, la seconda da consi-derazioni tecniche (facilità di produzionee, soprattutto, di trasformazione di tensio-ne). Nel seguito la soluzione centralizzataha avuto vita facile, favorita dalle logichemonopoliste, che hanno consentito l’elet-trificazione estesa dei paesi industrializza-ti, e dai vantaggiosi prezzi dei combusti-bili fossili. La generazione distribuita si èdimostrata idonea ad essere applicata,quando le regole lo hanno consentito. Èil caso in Italia della Legge 308/82 ed inseguito della Legge 10/91 e dei collegatiprogrammi di incentivazione, che hannoportato alla realizzazione di impianti dicogenerazione nei comparti più favore-voli: cartario, chimico, produzione di late-rizi e, nell’ambito civile, l’ospedaliero.Oggi i decreti per il recepimento delladirettiva sui servizi energeticie della diret-En

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generazione combinata, strettamentelegati alla decentralizzazione della genea-zione energetica. In particolare: � la cogenerazione, che consiste nella

produzione combinata di calore e dienergia elettrica, consente una miglio-re utilizzazione dell’energia primaria erendimenti complessivi più alti rispettoalla generazione separata di energiaelettrica e calore.

� la microcogenerazione individua gliimpianti cogenerativi di piccola e picco-lissima taglia che non superano poten-ze dell’ordine di poche decine di kW.

� la trigenerazione è la produzione com-binata di energia elettrica e calore chea sua volta viene utilizzata per fornirecaldo e freddo. La produzione combi-nata di energia termica e frigorifera rea-lizza un migliore utilizzo degli impianticogenerativi nel corso dei vari mesi del-l’anno.

[9.2] La cogenerazione

[9.2.1] DefinizioneLa cogenerazione è essenzialmente lagenerazione combinata di energia termi-ca e di energia elettrica. Le due energievengono prodotte contemporaneamentecon un unico impianto: per questo moti-vo, rispetto alla produzione separata, sihanno consistenti valori di risparmio ener-getico e di abbattimento delle emissionidi anidride carbonica in atmosfera e quin-di si favorisce la diminuzione del cosiddet-to effetto serra. Le figure 9.1 e 9.2 mostra-no il confronto fra produzione separata dienergia termica ed elettrica e produzionedelle stesse in assetto cogenerativo a pari-tà di prodotti finali ottenuti; la diversa

A tali vantaggi l’uso delle fonti rinnovabi-li aggiunge:� la riduzione della dipendenza dall’este-

ro (occorre però considerare la prove-nienza sia del combustibile, nel casodelle biomasse, sia delle tecnologieimpiegate);

� la diminuzione delle emissioni climalte-ranti o dannose per la salute (da valu-tare possibilmente in un’ottica di anali-si sul ciclo di vita);

� una ricaduta in termini di immagine perle aziende e gli enti che vi faccianoricorso.

Esistono tuttavia alcune controindicazioninel caso della generazione distribuita dafonti fossili:� i costi di installazione e gestione supe-

riori rispetto alla soluzione convenzio-nale;

� la forte dipendenza dal gas naturale;� le emissioni in genere maggiori, a pari-

tà di combustibile e salvo il caso dellacogenerazione, più difficili da controlla-re e localizzate nelle aree di consumo;

� l’introduzione di vincoli sulla domandadi calore ed elettricità delle utenze;

� la rumorosità di alcune soluzioni.È bene ricordare che con il termine digenerazione distribuita si fa riferimento aunità di generazione elettrica e, semprepiù di frequente, in assetto cogenerativoaventi taglie di potenza che vanno daqualche decina di kW fino ad alcune deci-ne di MW e sono ubicate nei pressi del-l’utilizzo finale. Questa tipologia di im-pianti, qualora avessero una significativadistribuzione sul territorio, sono in gradodi integrare sensibilmente la difficile situa-zione e l’assetto del sistema italiano diproduzione di energia elettrica.Oltre alla generazione distribuita, tecno-logia descritta alla fine del capitolo, sonoprincipalmente trattati i diversi modi di


lo sviluppo tecnologico che si è avutonella costruzione dei componenti princi-pali, fatto che ha consentito di incremen-tare notevolmente l’efficienza complessi-va degli impianti, di ridurne i costi e diabbattere la quantità di emissioni di agen-ti inquinanti. Anche la realizzazione dinuove generazioni di turbine e di motori,dalle caratteristiche sempre più spinte edall’utilizzo di nuovi materiali, ha permes-so il raggiungimento di questi obiettivi.Schematicamente un sistema di produ-zione cogenerativo è rappresentato da unmotore primo, un generatore, non presen-te solo nel caso vengano utilizzate celle acombustibile, un sistema di recupero ter-mico e interconnessioni elettriche configu-ranti un unico sistema integrato. L’energiatermica, ottenuta dal sistema di recuperotermico, può essere usata direttamente, oindirettamente, per produrre ulterioreenergia “termica” come verrà meglio det-tagliato nel seguito.

[9.2.2] Utilità della cogenerazioneDa un punto di vista puramente termodi-namico, la cogenerazione rappresentasenz’altro un sistema più efficiente di uti-lizzo dell’energia contenuta nel combusti-bile utilizzato. Infatti, in termini di rendi-mento, ovvero di quanta energia vienerealmente utilizzata rispetto all’energiafornita, si ha che:� in una centrale termoelettrica si rag-

giunge al massimo un 55-60% (ciclicombinati), ma in centrali ancora di vec-chia generazione si è al 35-38%;

� in un impianto di cogenerazione si pos-sono raggiungere anche rendimentidel 90% (tipicamente 70-85%), dove laparte elettrica raggiunge al massimo il30%-35% e il resto è il rendimento ter-mico.

quantità di combustibile iniziale daimmettere evidenzia la migliore efficienzadell’impianto cogenerativo.Come si può notare dalle figure 9.1 e 9.2,per avere le stesse quantità di energia ter-mica e di energia elettrica, un impianto ditipo cogenerativo necessita di circa il 40%in meno di energia primaria rispetto ad unimpianto di produzione di tipo separato.L’efficienza generale della cogenerazioneè incrementata, inoltre, da una sensibileriduzione delle emissioni di anidride car-bonica (CO2). A tali miglioramenti ha contribuito anche

215 Cogenerazione e generazione distribuita

Produzione separata di energia termica ed elettricaFig. 9.1

Ripartizione produzione energia termica, elettrica e perdite in un impianto cogenerativoFig. 9.2

lavori infrastrutturali e necessita dell’allac-ciamento di un ampio numero di utenze.In generale, entrambi gli aspetti possonopresentare difficoltà. Un ulteriore aspettocritico si ha nel periodo estivo quando ilteleriscaldamento è inefficace, a menoche tra le utenze non si abbia necessità dienergia frigorifera in quantità tali da giu-stificare la realizzazione di macchine adassorbimento.

[9.2.3] Tipologie impiantistiche per la cogenerazioneGli impianti di cogenerazione prevedonol’utilizzo dei seguenti motori primi:� motori endotermici, � turbine a gas (figura 9.3),� turbine a vapore (figura 9.4),� celle a combustibile,� cicli combinati (figura 9.5). Ognuno di essi presenta caratteristichetali da renderlo adatto a particolari classidi potenza e dove si abbia necessità di undeterminato rapporto fra la potenza elet-trica e quella termica generate.Nelle tabelle 9.1 e 9.2 vengono mostratii campi di applicazione e il confronto frale varie tipologie. Si noti che, nel caso deimotori a combustione interna, i valori delrendimento sono riferiti al recupero ditutto il calore disponibile; nel caso in cuisi sfruttino solo i gas di scarico il rendi-mento complessivo cala del 15-30%. Ilcontinuo sviluppo tecnico sta portandoprogressivamente verso un incrementodei rendimenti elettrici ed una maggioreflessibilità di utilizzo degli impianti.I motori a combustione interna sono adat-ti nei casi in cui si ha necessità di un limi-tato investimento iniziale e di un buonrapporto fra la potenza elettrica e quellatermica generate. Tuttavia presentano alticosti di manutenzione e la necessità di

Con l’utilizzo delle tecnologie del freddo,che sfruttano, mediante macchine adassorbimento, una sorgente calda per raf-freddare un fluido, tipicamente una solu-zione in acqua di bromuro di litio, la coge-nerazione migliora ulteriormente le suepossibilità di applicazione in quanto utiliz-za il fluido caldo che in ogni caso verreb-be disperso nell’ambiente nei periodi esti-vi, a condizione però che la produzione dienergia elettrica sia effettuata per tuttol’anno.Bisogna tenere presente che l’utilizzo delcalore necessita di un sistema di distribu-zione e se le distanze tra la centrale coge-nerativa e il punto di utilizzo del caloresono troppo elevate, i costi di distribuzio-ne e le perdite di calore risultano ecces-sivi: diventa di fondamentale importanza,quindi, conoscere l’effettivo utilizzo delleenergie prodotte ai fini di un più correttoe conveniente dimensionamento dell’im-pianto stesso.Per questi motivi, il corretto dimensiona-mento di un impianto di cogenerazionerichiede una puntigliosa determinazionedi diversi parametri quali: ore di utilizzoannue, variazioni dei carichi termici edelettrici, costi di acquisto e di gestione.Tutto ciò al fine di determinare, caso percaso, le condizioni tecnico-economichepiù adatte.Fino a non molti anni fa, nella configura-zione del sistema elettrico italiano, la fasedi generazione era attuata principalmen-te con centrali di elevata potenza (diversiMWe), spesso distanti dai centri abitati,per cui non aveva nessun senso parlare direcupero di calore.Con la nascita di produttori-distributori alivello locale si è iniziato a diffondere l’uti-lizzo del calore mediante la realizzazionedi sistemi di teleriscaldamento. Il teleri-scaldamento richiede, tuttavia, notevoli


per caso la possibilità di recuperare tuttoil calore disponibile e di raggiungere quin-di la piena efficienza della cogenerazione.I motori endotermici presentano comun-que il vantaggio di essere adatti a carichivariabili e sopportano meglio delle turbi-ne arresti e partenze.Le turbine a gas al di sotto del MWe dipotenza, generalmente indicate comemicroturbine, si sono rivelate sempre piùcompetitive con i motori endotermici perle piccole taglie, grazie ai minori oneri dimanutenzione ed alle emissioni di NOX

inferiori. Presentano rendimenti elettricilimitati, inferiori al 30%, e relativamentecostanti al variare del carico, grazie al fun-zionamento a giri variabili. I costi ancoraelevati e l’affidabilità ancora non verifica-ta per tutte le marche rappresentanoattualmente i maggiori ostacoli per que-sta tecnologia. Nelle taglie medie e gran-di le turbine a gas sono una tecnologiaaffermata da tempo. Esse offrono la pos-


Impianto di cogenerazione con turbina a gasFig. 9.3

Potenza elettrica Tecnologia impiegata

Pe < 1 MW Motori a combustione interna, celle a combustibile, turbogas

1 MW < Pe < 10 MW Motori a combustione interna, turbogas, turbovapore

Pe > 10 MW Turbogas, turbovapore, cicli combinati

Tabella 9.1 Campi di applicazione

delle tipologie impiantisticheper la cogenerazione

Motori a combustione Turbina Turbina Celle a Cicli

interna a gas a vapore combustibile combinati

Rendimento complessivo (%) 70-85 75-90 70-85 70-85 60-85

Rendimento elettrico (%) 25-50 10-30 20-38 40-60 35-55

Rendimento termico (%) 30-45 60-75 35-50 35-45 10-45

Indice elettrico-termico 0,2-0,5 0,1-0,2 0,2-0,8 0,2-0,8 0,8-10,0

Investimento (g/kWinstallato) 700-900 2000-3000 500-1300 3000-4000 600-1400

Costo manutenzione (cg/kWinstallato) 1,0-1,6 0,3-0,5 0,6-0,8 n.d. 0,4-0,6

Combustibili metano, tutti metano, idrogeno, metanogasolio gasolio metanolo, gasolio

metano

Tabella 9.2 Confronto per tipologia

impiantistica

effettuare la manutenzione straordinariapiù frequentemente degli altri sistemi.Inoltre forniscono energia termica a duetemperature distinte, di solito in due cir-cuiti separati, legate al recupero dei gasdi scarico (400-450 °C) e di acqua di raf-freddamento ed olio di lubrificazione(sotto i 100 °C). Pertanto va valutata caso

taglie medie e grandi e hanno subito laforte concorrenza delle turbine a gas,rispetto alle quali presentano un rappor-to fra la potenza elettrica e quella termi-ca generate sfavorevole in un mercato cheprivilegia sempre più gli usi elettrici rispet-to a quelli termici.Queste turbine sono caratterizzate da ele-vati investimenti iniziali e da una maggio-re complessità impiantistica e gestionaleper la presenza del generatore di vaporee del suo circuito. Rappresentano comun-que una valida soluzione qualora si doves-sero impiegare combustibili diversi dalgas naturale o gasolio. Per impianti coge-nerativi si utilizzano prevalentemente aturbine a vapore a contropressione rispet-to a quelle a condensazione a causa dellaloro maggiore flessibilità pur in presenzadi un minore rendimento elettrico.Le celle a combustibile sono ancora infase prototipale o dimostrativa, salvo ilcaso di quelle ad acido fosforico che nonrisultano però competitive in quanto aicosti. Si possono distinguere quattro tipifondamentali di cella adattabili alla coge-nerazione: � ad elettrolita polimerico (PEFC),� ad acido fosforico (PAFC),� a carbonati fusi (MCFC),� ad ossidi solidi (SOFC).Tali tipologie di cella sono in ordine cre-scente di temperatura. Si passa dai 70-100°C delle PEFC agli 800-1.000 °C delleSOFC. Le prime si sono rivelate partico-larmente adatte alle applicazioni nel set-tore automobilistico ancor prima di valu-tarne il loro impiego in quello della gene-razione statica. Sono adatte a piccoletaglie (al di sotto del megawatt) e presen-tano tempi di avviamento rapidi, al con-trario delle celle ad alta temperatura(MCFC e SOFC), rispetto alle quali sonoperò sensibili al monossido di carbonio e

sibilità di recuperare calore ad alta tem-peratura dai gas di scarico (450 °C), fattoparticolarmente importante per alcuniprocessi industriali caratterizzati da unadomanda costante di vapore o energiatermica a media temperatura. Le turbinea gas, infine, per le loro caratteristiche difunzionamento non sono adatte ad unamarcia di tipo intermittente. Le turbine a vapore sono adatte solo a


Impianto di cogenerazione con turbina a vaporeFig. 9.4

Impianto di cogenerazione a ciclo combinatoFig. 9.5

[9.2.4] Applicazioni: il teleriscaldamentoPer teleriscaldamento s'intende un siste-ma che produce calore in un sito lontanoda quello di utilizzazione e lo trasmetteattraverso un’apposita rete di trasporto edi distribuzione. Si parla di riscaldamentourbano quando l’utenza dell’impianto diteleriscaldamento riguarda una città oparte di essa, qualunque sia la sua esten-sione. Il riscaldamento urbano può esse-re garantito da una centrale di riscalda-mento, cioè da un’installazione che pro-duce esclusivamente calore, ma semprepiù spesso è combinata con una produ-zione congiunta di energia elettrica ecalore, in tal caso si parla di cogenerazio-ne urbana.Il Piano energetico nazionale del 1988attribuisce grande importanza agli impian-ti di cogenerazione urbana, prevedendoil raggiungimento di un risparmio annuomassimo di 1 Mtep/a a seguito della lororealizzazione. La valutazione della convenienza di realiz-zare impianti di riscaldamento urbanodeve essere effettuata con grande atten-zione, poiché i costi sono in genere moltoelevati e i tempi di ritorno dell’investimen-to tipicamente medi o lunghi. Situazioni

richiedono l’uso di un reformer. La tempe-ratura di funzionamento limita inoltre ilrecupero termico. Il grande vantaggiodelle celle a combustibile risiede nell’es-sere dispositivi statici, offrendo così un’af-fidabilità maggiore ed oneri di manuten-zione minori rispetto alle altre soluzioni.Esse presentano inoltre un rendimentoelettrico molto elevato, silenziosità edassenza di vibrazioni. I problemi fondamen-tali da superare sono i costi di produzione,ancora troppo elevati, e alcuni problemi diresistenza alla corrosione e/o agli stress ter-mici per le celle ad alta temperatura. I cicli combinati sono costituiti dall’unio-ne di una o più turbine a gas o, in un pros-simo futuro, anche di celle a combustibi-le ad alta temperatura, con una turbina avapore a contropressione per mezzo diun generatore di vapore a recupero. Ilvantaggio essenziale è rappresentato dal-l’elevato rendimento elettrico. Si tratta diuna soluzione adatta prevalentementealle grandi taglie, che giustificano la mag-gior complessità impiantistica, e ad unfunzionamento continuo, anche se si èsempre più orientati a cercare di rendereil funzionamento di tali impianti il più fles-sibile possibile per rispondere alle futurerichieste dei mercati liberalizzati.


Figura 9.6Impianto cogenerativo

da 800 kWe

grosse invece possono scegliere tra unarete molto estesa, che permette di utiliz-zare più fonti energetiche (come avvienenel caso di Brescia, la cui rete è alimenta-ta da impianti che possono utilizzare rifiu-ti, olio combustibile, carbone e gas natu-rale) o più reti separate, che hanno il van-taggio di richiedere minori investimenti erischi (si possono costruire dove c’è unacongrua domanda) e di ridurre i problemidi posa delle tubazioni, ma costringono alegarsi al solo gas naturale. Alla fine del 2005 erano teleriscaldate 57città con una potenza elettrica installata incogenerazione di 1.363 MWe, una poten-za termica immessa in rete di 3.035 MWt,una volumetria totale riscaldata di circa156 Mm3 attraverso 87 reti aventi una lun-ghezza complessiva di 1.667 km. Di que-sta volumetria, quasi la metà è installatain Lombardia, e solo il 2,5% degli impian-ti sono stati realizzati a sud dell’EmiliaRomagna. Gli Enti titolari dei sistemi sono n. 4 EntiLocali e n. 53 SpA/Srl. La tecnologia piùutilizzata è la turbina a vapore ed il ciclocombinato, esistono tuttavia a sistemi conturbina a gas e motore alternativo, Dieseloppure a gas.Nell’anno 2005 le centrali al servizio dellereti di teleriscaldamento in esercizio inItalia hanno prodotto 5.331 GWh elettricie 6.262 GWh termici. L’energia utile, valea dire al netto delle perdite di rete edautoconsumi di centrale, ammonta rispet-tivamente a 5.035 GWh elettrici e a 5.500GWh termici, corrispondente al 94% e al88% dell’energia prodotta.L’energia termica prodotta in cogenera-zione costituisce il 57% dell’energia tota-le immessa in rete. L’energia di integrazio-ne prodotta per mezzo di caldaie sempli-ci costituisce il 26%, mentre il restante17% è costituito da fonti rinnovabili.

che contribuiscono a determinare l’op-portunità di realizzare un sistema di riscal-damento urbano, sono: � un'elevata concentrazione di edifici ad

alta densità abitativa,� la vicinanza della centrale di produzio-

ne ai centri di utilizzazione del calore,� caratteristiche di clima rigido e stagio-

ne di riscaldamento lunga (elevato valo-re dei gradi-giorno),

� possibilità e motivazione della societàche gestisce il teleriscaldamento a pro-durre energia elettrica o in alternativadisponibilità di risorse termiche a bassocosto di utilizzazione (reflui termici, sor-genti geotermiche, biomasse, ecc.),

� facilità di installare la rete di distribuzio-ne del calore (la situazione ideale con-siste nell’intervenire in fase di realizza-zione delle opere di urbanizzazione),

� assenza di metanizzazione delle utenzepotenzialmente allacciabili.

L’installazione delle reti di distribuzione inzone edificate ed abitate comporta natu-ralmente notevole disagio per i cittadini.Una volta realizzato l’impianto urbano disolito è conveniente l’allacciamento degliedifici dotati di impianti centralizzati allarete di riscaldamento, sia per questionitariffarie sia per motivi di affidabilità delservizio. Una rete può offrire, oltre al riscaldamen-to invernale, il raffrescamento estivo, evi-tando localmente la diffusione “selvag-gia” dei condizionatori, causa delle inter-ruzioni elettriche del giugno 2003. La possibilità di utilizzare differenti fontienergetiche garantisce maggiore sicurez-za di approvvigionamento e possibilità discegliere in ogni momento la più conve-niente. I piccoli Comuni, privi di risorse geoter-miche o di biomasse locali, si affidano disolito al gas naturale, le Municipalità più


ca; per l’energia elettrica prodotta, la pos-sibilità di cederla ad altre utenze o a gros-sisti attraverso la rete, concede maggiorelibertà.Si cercheranno utenze termiche non trop-po distanti tra loro, con profili il più possi-bile complementari (uffici e teatri, scuolee impianti sportivi, ecc.) o con grossi cari-chi di base per tutto l’anno, come ospe-dali, alberghi, case di cura e ipermercati. L’utenza domestica è interessante perl’IVA al l0% sul servizio calore, ma per con-netterla occorre partire da quartieri dinuova urbanizzazione oppure si devonomettere in conto campagne informativecon i fisiologici tempi di risposta. Sonointeressanti tutte le utenze nelle quali sipossa ravvisare l’uso domestico: caserme,scuole, asili, case di riposo eccetera. Altre potenziali utenze termiche possonoessere: attività del terziario, industrie nonenergy intensive (altrimenti avrebberomaggior convenienza a cogenerare inproprio) e depuratori per l’essiccamentodei fanghi, verificando le condizioni eco-nomiche di fornitura dei combustibili odel servizio calore. Gli impianti sportivi, i centri di assistenzaper anziani ed invalidi, ecc. hanno uncosto del calore più basso rispetto alleutenze del terziario, per cui, nonostante ilcarico elevato sia abbastanza costante,possono rivelarsi poco convenienti.L’Allegato I del D. Lgs. 192/2005, infine,prescrive che per le nuove costruzioni e leristrutturazioni di edifici pubblici e privati,con superficie utile maggiore di 1.000 m2,è obbligatoria la predisposizione delleopere per favorire il collegamento a retidi teleriscaldamento, nel caso di presen-za di tratte di rete ad una distanza inferio-re a 1.000 m ovvero in presenza di proget-ti approvati nell’ambito di opportuni stru-menti pianificatori.

Complessivamente, quindi, ben il 74%dell’energia termica immessa nelle reti diteleriscaldamento è prodotta tramite tec-nologia a basso impatto ambientale. Nel2005, i sistemi di riscaldamento urbanooperanti in Italia hanno conseguito unrisparmio di energia primaria di circa474.000 tep, corrispondente a circa il 28%dell’energia consumata dai “sistemi con-venzionali sostituiti” (caldaie di edificio esistema elettrico nazionale). Il bilancioemissivo degli impianti di teleriscalda-mento in esercizio nell’anno 2005 eviden-zia minori emissioni di CO2, pari a–1.846.000 t, rispetto ai “sistemi conven-zionali sostituiti”.Per quanto attiene il teleraffrescamento,questo avviene in due modi:� mediante distribuzione di acqua refri-

gerata prodotta presso la centrale delgestore della rete,

� mediante produzione periferica diacqua refrigerata per mezzo di gruppifrigo-assorbitori alimentati dalle reti diteleriscaldamento.

In Italia la potenza installata per questatecnologia è ancora molto bassa e la tec-nologia prevalente è quella che prevedeil trasporto di calore presso l’utente e laproduzione locale di acqua refrigeratamediante gruppi frigoriferi ad assorbi-mento, alimentati sia ad acqua surriscal-data che ad acqua calda, mentre solo indue casi è a vapore.Il primo passo per valutare la possibilità dicostruire un impianto di cogenerazione eteleriscaldamento è di individuare il baci-no di utenza, verificando l’andamentogiornaliero, settimanale e annuale, e leattuali condizioni economiche di fornitu-ra energetica. Si deve cercare, aggregando più utenze,di appiattire il profilo della curva delladomanda soprattutto per la parte termi-


deve subire manutenzione, mentre l’allac-ciamento alla rete elettrica garantisce lacopertura dei carichi elettrici aggiuntivi.Il dimensionamento di un impianto condiverse unità di microcogenerazione con-sente di accendere e spegnere un’unitàquando ce n’è bisogno; non sempre,però, questo è conveniente: i costi diacquisto di un impianto di microcogene-razione si ripagano su tempi ragionevol-mente contenuti, 4-5 anni, con un utilizzominimo di almeno 3.000-4.000 ore l’anno.La differenza tra teleriscaldamento emicrocogenerazione diffusa a livello loca-le, consiste nel diverso modo di utilizzodell’energia prodotta dai due sistemi:mentre nel teleriscaldamento l’energiaelettrica viene immessa direttamente nellarete elettrica ed il calore viene trasporta-to con le reti di distribuzione presso leutenze cittadine, nella microcogenerazio-ne, invece, il calore viene prodotto ed uti-lizzato direttamente presso l’utenza cheha installato la centrale e che allo stessotempo consuma anche tutta l’energiaelettrica autoprodotta.Produrre insieme calore e elettricità con lamicrocogenerazione, direttamente pres-so l’utenza, in estrema sintesi comporta iseguenti grandi vantaggi:� risparmiare energia primaria, nell’ordi-

ne del 35-40%, diminuendo i costi ener-getici. Il risparmio energetico, in unpaese come l’Italia, grande importato-re di energia, è la prima fonte strategi-ca di approvvigionamento;

� salvaguardare l’ambiente, emettendoin atmosfera una notevole quantità dianidride carbonica in meno;

� mancanza di perdite di distribuzione delcalore dato che viene utilizzato in loco;

� mancanza di perdite di distribuzione nel-l’energia elettrica che viene inviata diret-tamente nelle linee a Bassa Tensione;

[9.3] La microcogenerazione

[9.3.1] Definizione La microcogenerazione risulta essere unadelle soluzioni applicabili per conseguireil risparmio energetico così come stabili-to dal Protocollo di Kyoto del 1997 e conquanto prefissato in sede di UnioneEuropea.Infatti, il risparmio energetico, intesocome recupero di efficienza negli usi fina-li, nonché attraverso la messa a punto disistemi di produzione di energia caratte-rizzati da un indice di efficienza ottimaleed a basso impatto ambientale, è diven-tato l’obiettivo principale da perseguireper i maggiori paesi industrializzati.Per microcogenerazione si intende quel-la parte degli impianti di cogenerazioneche forniscono potenze elettriche nomina-li inferiori al MWe. In realtà non è possi-bile stabilire un’unica definizione del ter-mine per cui spesso si definiscono comemicrocogenerativi gli impianti al di sottodel 200-300 kWe, così come è avvenutonei Paesi ove maggiormente hanno trova-to diffusione gli impianti di piccola taglia.A rigore di logica la microcogenerazioneè in grado di soddisfare un fabbisognoenergetico locale; per tale motivo con gliimpianti di piccola taglia non è prioritarioprodurre energia elettrica, ma piuttostocalore. In ogni caso nulla vieta di seguirei carichi elettrici e accumulare l’eventualecalore in eccesso, anche se parlare diaccumulo diventa molto costoso.La convenienza economica si ha se sicopre un carico base con intero autocon-sumo di calore ed energia elettrica; l’even-tuale maggiore richiesta di calore puòessere prodotto con caldaie, che funzio-nano anche da supporto se l’impianto


ficano sostanzialmente nei seguenti tipifondamentali:� motori alternativi, a ciclo Otto e Diesel,

se a combustione interna, da cui vienerecuperato il calore del circuito di raf-freddamento del motore e dell’olio abassa temperatura, da 50 a 90 °C, equello dei gas di scarico ad alta tempe-ratura circa 400-500 °C; sta trovandoapplicazione anche il motore Stirling, acombustione esterna, soprattutto perle piccole e piccolissime potenze;

� turbine a gas, i cui gas di scarico in granvolume e ad alta temperatura produco-no il calore richiesto in una caldaia arecupero, oppure possono essere utiliz-zati per altre applicazioni.

Solitamente i combustibili utilizzati nellamicrocogenerazione sono idrocarburiliquidi o gassosi. L’impiego di idrocarburigassosi come il metano è attualmentepreferito per diverse ragioni, tra le quali ilmoderato costo e il minor impatto am-bientale. Per quanto riguarda il motore Stirling lasua alimentazione può essere costituitada una differente varietà di combustibili edalle stesse fonti energetiche rinnovabili.Bisogna considerare, infine, anche la pos-sibilità di utilizzo di biogas; oltre ai gran-di impianti per il recupero dello stessodalle discariche, oggi esiste la possibilitàdi avere sistemi di piccola/ media tagliautilizzabili da utenti privati e consorzi che

� limitazione delle cadute di tensionesulle linee finali di utenza;

� nessuna necessità di costruire grandilocali appositi;

� limitazione della posa di linee elettricheinterrate o tralicci, a parità di risultati.

Infine, ma non ultimo, la diffusione di que-sti impianti ad alto contenuto tecnologi-co, potrebbe contribuire alla nascita ditutta una serie di aziende dedicate allacostruzione – manutenzione – gestionecaratterizzate dall’impiego di figure lavo-rative ad elevata professionalità.

[9.3.2]Le tecnologieNegli ultimi tempi nuove tecnologie enuove macchine di piccola taglia, giàampiamente testate e collaudate, permet-tono di realizzare una microcogenerazio-ne diffusa nel territorio, per risponderealle esigenze di calore e di elettricità pervarie tipologie di utenti finali.Per quanto concerne i filoni più interes-santi messi a punto dei sistemi di coge-nerazione per impianti di piccola e picco-lissima taglia le macchine più adatteinstallate presso l’utenza finale, si sonodimostrate le seguenti:� motori endotermici per gruppi di picco-

la taglia,� microturbine,� celle a combustibile (fuel cell).I sistemi di microcogenerazione si classi-


Potenza Potenza Consumo Rendimento Rendimento Rendimentoelettrica termica metano elettrico termico totale

kWe kWt m3/h % % %

30 62 13 26 49 75

60 127 25 25 53 78

80 154 30 28 54 82

100 167 36 30 48 78

Tabella 9.3 Caratteristiche di alcune

microturbine in commercio

� centri commerciali,� industrie,� ospedali,� hotel,� piscine,� scuole e collegi,� edifici pubblici,� serre.Tale tecnologia di produzione energeticaha la caratteristica di essere molto sempli-ce da installare, di non avere necessità dimanutenzioni particolarmente spinte esoprattutto di avere grande flessibilità diutilizzo in quanto tali impianti sono modu-labili, adeguandoli quindi alle necessitàche via via si presentano all’utilizzatore. Una particolare attenzione circa l’utilizza-zione di questa tecnologia andrebbeposta nel settore edilizio non solo di tipoabitativo, ma comprendente anche que-gli edifici e/o locali destinati ad uffici e atti-vità commerciali e artigianali.L’applicazione di sistemi di microcogene-razione può rappresentare un forte seg-mento futuro di mercato anche in previ-sione di dover attuare forme di risparmioenergetico.Il compito degli operatori nei prossimianni, per favorire lo sviluppo di tale tec-nologia, dovrà essere duplice:� sviluppare ed affinare le tecnologie ad

oggi disponibili;� investire in maniera considerevole nella

comunicazione di massa, per portare aconoscenza degli utenti finali i numero-si vantaggi collegati all’adozione di unsistema di produzione nuovo dell’ener-gia, il più possibile diffuso, sino a coin-cidere con la domanda stessa di con-sumo localizzata.

Le condizioni per lo sviluppo esteso dellapiccola cogenerazione dovrebbero partiredalla analisi preventiva di fattibilità fin dallafase di progettazione delle nuove unità abi-

dispongono di rifiuti organici dai quali èpossibile ricavare biogas.I costruttori propongono un’ampia gam-ma di potenze di microturbine a gas fra i30 e i 100 kW elettrici. Nella tabella 9.3sono riportate le caratteristiche salienti dialcuni modelli.

[9.3.3] ApplicazioniLa microcogenerazione risulta particolar-mente idonea ad essere utilizzata neiseguenti settori di applicazione:� abitazioni domestiche e più in genera-

le in complessi abitativi,


Figura 9.7Disegno 3D di una

microturbina Capstoneda 30 kW

TotaleTermicoElettrico

Potenza elettrica (%)

Ren

dim

ento

(%

)

0 20 40 60 80 100

100

80

60

40

20

0

Variazione dei rendimenti in funzione della potenza elettrica della microturbina Capstone 30Fig. 9.8

alimentare, in quella della ceramica, inquella chimica etc. e d’altra parte le stes-se fabbriche richiedono per altre utilizza-zioni di processo, oltre che per climatizza-re gli ambienti, la necessità di disporre dienergia frigorifera. La soluzione più ovvia,ma anche economicamente vantaggiosadato che il calore è già disponibile e chealtrimenti se non utilizzato verrebbe dissi-pato, è la utilizzazione di chiller ad assor-bimento, alimentati ad acqua calda, sur-riscaldata o vapore, per potere disporre acosto energetico praticamente nullo diacqua raffreddata.

Teleriscaldamento e raffreddamentoMolte città utilizzano il teleriscaldamentocome forma di approvvigionamento dicalore sia per uso residenziale che nel ter-ziario. Lo stesso sistema può essere utiliz-zato per la alimentazione di chiller adassorbimento consentendo anche la cli-matizzazione estiva, con un uso ottimizza-to delle risorse energetiche ed un miglio-re ammortamento degli impianti destina-ti così ad essere utilizzati nell’arco di tuttol’anno.

Raffreddamento solareÈ questa una applicazione fortementeinnovativa, attraverso la quale il rispettodell’ambiente diviene totale ed assoluto,e reso possibile dall’utilizzo dell’acquacalda a circa 90 °C proveniente dai pan-nelli solari o da vapore prodotto con pic-coli impianti solari a concentrazione checostituiscono l’alimentazione delle mac-chine ad assorbimento.

La necessità di attuare forme di risparmioenergetico, ma anche di evitare possibilisovraccarichi della rete in periodi estivi par-ticolarmente caldi, ha spinto verso la ricer-ca di proposte alternative ai normali chil-

tative o sviluppo di nuovi quartieri.L’adozione di un sistema decentrato con-sente di avere positive ripercussioni sullelinee di distribuzione in termini di riduzio-ne delle perdite dovute alla distanza, dellaripartizione più efficace dei carichi e delminore utilizzo di cabine di trasformazionein quanto sarà azzerato, o notevolmenteridotta la necessità del trasporto e la suc-cessiva distribuzione dell’energia con glievidenti vantaggi correlati.

[9.4] La trigenerazione

[9.4.1] DefinizioneNumerose attività industriali e quasi tuttoil settore terziario, ma non solo, hanno lanecessità di dover utilizzare quantità nontrascurabili di energia frigorifera, di pro-cesso e/o per la climatizzazione, cui nor-malmente si fa fronte utilizzando macchi-ne frigorifere tradizionali alimentate conenergia elettrica.Le macchine frigorigene con alimentazio-ne diversa da quella elettrica sono i chil-ler ad assorbimento, che hanno un vastis-simo campo di applicazione e che funzio-nano sia con alimentazione a fiammadiretta che con l’utilizzo di altre sorgentidi calore disponibile consentendo, neiconfronti dei gruppi frigoriferi con alimen-tazione elettrica, non trascurabili vantag-gi economici.Gli esempi che seguono evidenziano alcu-ne delle sorgenti di calore utilizzabili.

Calore reso disponibile da processiindustrialiUna notevole quantità di energia termicasi rende disponibile in numerosi processiindustriali, come ad esempio nell’industria


nerazione, delle quali si ha immediatadisponibilità e precisamente:� energia elettrica,� energia termica,� energia frigorifera.

[9.4.2] La tecnologiaI refrigeratori ad assorbimento impieganocome fluido di processo una soluzione diacqua e bromuro di litio o ammoniaca. Lacaratteristica tipica dei processi di refrige-razione, di sfruttare cioè il calore latente dialcuni fluidi nelle loro fasi di cambiamen-to di stato al fine di sottrarre calore da unasorgente fredda e trasferirlo in una a piùelevata temperatura, nel sistemi ad assor-bimento si realizza lasciando evaporare econdensare ciclicamente il fluido refrige-rante, tipicamente acqua, contenuto inuna soluzione con il fluido solvente, bro-muro di litio, dal quale viene assorbito.La soluzione acqua/bromuro di litio, adesempio, viene riscaldata nel generatorealimentato da acqua calda o vapore o dagas esausti di combustione; qui l’acquacontenuta nella soluzione evapora ed ilvapore viene immesso nel condensatoredove ritorna liquido mediante lo scambiotermico con l’acqua di raffreddamentoproveniente da una torre evaporativa o dauna fonte a perdere. Il liquido ottenutocomposto soltanto da acqua (refrigerante)viene immesso nell’evaporatore nel qualeevapora a spese del calore sottratto all’ac-qua che si vuole refrigerare. Il vapore passaquindi nell’assorbitore dove viene riassor-bito dal bromuro di litio per riformare lasoluzione iniziale da immettere nel gene-ratore. I principali componenti di un assor-bitore sono: � il generatore;� il condensatore;� l’evaporatore;

ler elettrici per la produzione di freddo euna delle soluzioni più interessanti indivi-duate è stata quella di utilizzare parte delcalore prodotto con la cogenerazione perprodurre anche l’energia frigorifera.Questa tecnologia permette quindi di rea-lizzare un impianto che genera le tre diver-se forme di energia, da cui il nome trige-


BILANCIO ENERGETICO

PERDITAENERGIA

12%

PERDITAGENERATORE2%

COMBU-STIBILE

100%

ENERGIAMECC.

44%

ENERGIATERMICA

56%

ENERGIATERMICA

EFFETTIVA

ENERGIAELETTRICA 42%

44% ENERGIAFRIG.

31%

Schema di bilancio energetico per un impianto di trigenerazioneFig. 9.9

TO

RR

EE

VA

P.

CHILLERASSORBIMENTO

GENE-RATOREMOTORE

ENERGIAELETTRICA

GASESAUSTI

ACQUAREFRIGERATA

ACQUA CALDA

AC

QU

A R

AFF

R.

RA

FFR

ED

D.

MO

TOR

E

RA

FFR

ED

D.

GA

S E

SA

US

TI

COMBU-STIBILE

ARIA

Schema di funzionamento di un chiller ad assorbimentoFig. 9.10

normali gruppi frigoriferi a compressionedi vapore. L’apporto energetico dell’elet-tricità richiesto nelle macchine con com-pressore è sostituito, nel ciclo ad assorbi-mento, da energia termica con tempera-tura a partire da 85 °C.In un sistema di trigenerazione il rendi-

� l’assorbitore.Si tratta, inoltre, di una macchina di tipostatico non avendo organi in movimentoall’infuori della pompa per il refrigerantee della pompa per la soluzione.L’assorbitore ed il generatore sostituisco-no il compressore elettrico presente nei


Figura 9.11Impianto solare a

concentrazione

Schema dell’impianto tririgenerativo dell’Aeroporto Malpensa di MilanoFig. 9.12

Aeroporto Milano-MalpensaSchema della Centrale elettro-termo-frigorifera

o senza cogenerazione, realizzata da unitào gruppi di unità di piccola taglia, che ingenere non superano le potenze di 10MW di picco, situate nei pressi dell’uten-za finale. Il sistema può essere isolatooppure collegato alla rete di distribuzio-ne in modo da soddisfare la domandaanche di altri utenti vicini all’installazione.In questo caso il sistema è in grado di par-tecipare alle configurazioni energetichelocali, ad esempio contribuendo all’offer-ta energetica del distributore locale.Una unità di generazione distribuita puòavere sostanzialmente tre tipi di configu-razioni, se rapportata alla rete di distribu-zione, e precisamente:� totalmente scollegata dalla rete in

modo da soddisfare esclusivamente lerichieste energetiche dell’utilizzatorefinale (configurazione ad isola);

� connessa alla rete di distribuzione edall’utilizzatore, ma senza possibilità diimmettere corrente verso la rete, utiliz-zando però la stessa solo per supplirealle carenze di generazione dell’unità(backup service);

� infine totalmente integrata nella rete didistribuzione e quindi in grado non solodi fare fronte alle esigenze del consu-matore locale ma anche di contribuirealle funzioni proprie della rete e deldistributore di energia elettrica locale.

Per quanto riguarda le tecnologie di pro-duzione ne fanno parte i sistemi di gene-razione e cogenerazione elettrica di cui siè sinteticamente riferito nei punti prece-denti e molti dispositivi a fonte rinnovabi-le che sono in grado di soddisfare unadomanda locale di energia.Sinteticamente tra le fonti rinnovabili uti-lizzabili sono compresi gli impianti miniidroelettrici, il solare termico e fotovoltai-co, le caldaie a biomassa; mentre per lagenerazione e cogenerazione tradiziona-

mento globale aumenta enormementeottenendo risparmi energetici anche nel-l’ordine del 60%, si pensi, ad esempio, adun ipermercato dove coesistono, nellostesso momento, rilevanti e costanti esi-genze di energia elettrica, energia frigo-rifera per il condizionamento ed energiatermica per il riscaldamento. Le miglioritecnologie di trigenerazione, collaudate,hanno dimostrato elevati rendimenti glo-bali (86%, di cui 42% energia elettrica, 42%energia termica o 31% frigorifera).È oggi possibile installare anche sistemi ditrigenerazione che utilizzino esclusivamen-te fonti energetiche rinnovabili come adesempio l’energia solare che permette diottenere fluidi a temperature di circa 300°C se l’impianto solare è a concentrazioneo comunque fluidi a temperature più bassema pur sempre utilizzabili in impianto.

[9.4.3] ApplicazioniLe applicazioni più significative della trige-nerazione si hanno in tutti quei settoridove si presenta la necessità di poterdisporre contemporaneamente di ener-gia elettrica e di energia termica e/o fri-gorifera da impiegare nei processi produt-tivi o per climatizzare ambienti sia in inver-no che in estate.Per tali caratteristiche questa tipologia diimpianti si rivela particolarmente adatta adessere impiegata nei complessi ospedalie-ri e negli aeroporti che si assicurano, inol-tre, una continuità di fornitura di energiaponendoli al riparo di possibili black out.

[9.5] La generazione distribuita

La generazione distribuita (GD), è un siste-ma di produzione di energia elettrica, con


no autoprodurre l’energia di cui hannobisogno.

Il possibile e sempre più probabile diffon-dersi della generazione distribuita, anchecon le tipologie impiantistiche evidenzia-te nei punti precedenti, quindi non solofinalizzate alla produzione di energia elet-trica, contribuirà in maniera sostanziale adun profondo mutamento della situazionecui siamo da tempo abituati e riassumibi-le nelle fasi generazione – trasporto –distribuzione-utilizzazione. Nella parte che segue vengono sintetica-mente riportate le caratteristiche dellevarie tecnologie che è possibile utilizzareper realizzare impianti di produzione dienergia.

Motori a combustione internaTecnologia ormai matura. Una vastagamma di costruttori propone i proprimodelli in un intervallo di potenza molto

le sono dispositivi per la generazionedistribuita le micro e le mini turbine e tuttii tipi di celle a combustibile, i motoriStirling e le pompe di calore. Le tendenze attuali mostrano che:� l’energia elettrica continuerà la sua

espansione in qualità di vettore energe-tico flessibile e fruibile;

� i bisogni crescenti di energia dovrannoprevedere lo sfruttamento sempre piùmarcato delle fonti rinnovabili aumen-tando notevolmente il numero e ladistribuzione spaziale delle centrali digenerazione, ma anche per poter diffe-renziare le varie fonti al fine di meglioassorbire le variazioni dei costi dei com-bustibili fossili;

� la comparsa sul mercato di nuove tec-nologie di produzione dell’energia elet-trica, insieme alla completa liberalizza-zione della sua distribuzione sarannoda stimolo per quegli utenti che vorran-


Confronto fra la situazione attuale ed un possibile scenario futuro con la generazione distribuitaFig. 9.13

queste macchine sono ancora poco com-petitivi, circa 1.000 m/kW. Le microturbi-ne occupano attualmente la fascia dipotenza elettrica compresa tra decine epoche centinaia di kW; le realizzazioni conrigeneratore presentano rendimenti nel-l’intervallo tra 26% e 33%, quelle senzanon vanno oltre il 20%. Le applicazioni inconfigurazione di cogenerazione risultanoquelle che attualmente presentano pro-spettive di maggior penetrazione dellemicroturbine nel mercato della genera-zione distribuita.

Celle a combustibileAttualmente sono disponibili quattro tec-nologie impiegabili nella generazionedistribuita che si differenziano per il tipodi elettrolita e per le prestazioni: � le celle ad acido fosforico (PAFC) sono

in fase di commercializzazione;� le celle a membrana a scambio di pro-

toni (PEMFC) sono prossime alla com-mercializzazione;

� le celle a carbonati fusi (MCFC) e lecelle a ossido solido (SOFC) sono infase dimostrativa e di test;

Le celle a combustibile hanno un’efficien-za che va dal 30-40% per le PAFC e lePEMFC al 50-60% per le MCFC e le SOFC.Recuperando il calore prodotto, le celle acombustibile possono raggiungere un’ef-ficienza superiore all’80%. I costi d’impian-to di queste tecnologie sono attualmen-te troppo elevati, non meno di 5.000d/kW; per questo motivo sono ancorapoco competitive in ambito di generazio-ne distribuita, oltre al fatto che l’affidabi-lità e la durata di queste macchine è anco-ra da dimostrare.

Generatori fotovoltaiciEsistono in commercio due differenti tec-nologie: quella a cristalli di silicio e quel-

ampio, da 3 kW fino a 20 MW per i moto-ri Diesel, da 5 kW fino a 5 MW per i moto-ri a gas. I rendimenti elettrici possono rag-giungere, per le taglie di potenza più ele-vate, tipicamente sopra 1 MW, anche il40%; i motori di piccola taglia hanno effi-cienze intorno al 25%. Con questi motoriè possibile produrre elettricità e calorecon efficienze che sfiorano il 90%. Sonodunque particolarmente adatti per leapplicazioni che prevedono la cogenera-zione anche se l’energia termica recupe-rata è di qualità non troppo elevata datoche solo il calore recuperato dai gas discarico è ad alta temperatura.

Turbine a gasTecnologia anch’essa matura. Il numero dicostruttori è però inferiore a quello deimotori alternativi, in quanto i costi perprodurre un turbogas, soprattutto quellidi taglia più grossa, sono difficili da soste-nere. Il mercato delle turbine a gas sirivolge ad utenze di taglia più elevata,comprese tra le centinaia di kW e le cen-tinaia di MW: sono in commercio, perimpianti di generazione distribuita, turbi-ne fino a 30 MW di potenza. Attualmentele turbine raggiungono efficienze tra il30% e il 40%, o maggiori nei sistemi conrecupero di calore. Efficienze termichecomplessive dell’80% sono piuttostocomuni.In alcuni casi si possono raggiungere effi-cienze del 90%. La turbina a gas presen-ta dunque una spiccata propensione alrecupero di calore, considerando inoltreche il calore recuperato da un turbogas ècalore di alta qualità, disponibile a tempe-rature oltre i 500 °C.

MicroturbineLa diffusione delle microturbine risultaancora relativamente bassa. I prezzi di


Turbine eolicheLa turbina eolica più diffusa è quella adasse orizzontale. Turbine di questo tipopossono raggiungere potenza elettricanominale fino a 3.600 kW. La taglia dipotenza attualmente più richiesta dal mer-cato è più o meno intorno al MW. Il ren-dimento di una macchina da 1 MW supe-ra il 30%. Il rotore può essere costituito dauna, due o tre pale.

��

la a film sottile. La prima consente di rag-giungere efficienze intorno al 19% o 15%a seconda che si tratti di silicio mono-cri-stallino o poli-cristallino. La seconda tec-nologia ha rendimenti più bassi (inferiorial 9%), ma ha il vantaggio di comportareun consumo di silicio assai limitato, che inun futuro potrebbe risultare una scelta vin-cente per ridurre i costi di produzione deimoduli.


Edito dall’ENEA

Unità Comunicazione

Lungotevere Thaon di Revel, 76 - Roma

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Edizione del volume a cura di Antonino Dattola

Finito di stampare nel mese di Ottobre 2008da Fabiano Group Srl – Canelli (AT).

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