il recupero energetico e sismico degli edifici
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Reggio Emilia, 14 gennaio 2014
Prof. Marco D’OrazioUniversità Politecnica
delle Marche
Il recupero energetico
e sismico degli edifici
Le coperture: recupero termo-igrometrico e
fonti di energia rinnovabile
• Direttive comunitarie▫ …SAVE…NZEB…EPBD…
• Decreti di attuazione delle direttive comunitarie▫ ……DL 63/2013
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Il recupero energetico e sismico degli edifici
Quale valore ?
In che modo ?
Nearly - Net ZERO ENERGY ?• Edificio che
minimizza il consumo netto(tenendo conto cioè della capacità di autoproduzione energetica on-site – pertinenze –confine del sistema)
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Detrazioni
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DM 28.12.12
▫ coibentazione pareti e coperture, sostituzione serramenti e installazione schermature solari
▫ sostituzione di impianti esistenti per la climatizzazione invernale con impianti a più alta efficienza
▫ sostituzione o, in alcuni casi, nuova installazione di impianti alimentati a fonti rinnovabili (pompe di calore, caldaie, stufe e camini a biomassa, impianti solari termici anche abbinati a tecnologia solar cooling per la produzione di freddo)
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I requisiti per l’incentivazione
coperture
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Cosa emerge• Si ha un sistema legislativo che forza, per ottenere
l’NZEB, sui seguenti aspetti
1.Abbattimento consumi energetici (interventi involucro/isolamento - e impianti) sia in fase invernale che estiva (?) sia nel nuovo che nel recupero
2.Produzione energetica on site (pertinenze) per raggiungere valori di quasi autosufficienza
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Limiti e necessitàPARAMETRI TERMICI/ENERGETICI VALORI LIMITE CASE PASSIVE
TRASMITTANZA TERMICA (U)[W/mqK]
Parete 0.15
Copertura 0.15
TRASMITTANZA TERMICA LINEICA (Ψ)[W/mqK]
Attacco Parete‐Pilastro 0.01
Attacco Alla Copertura 0.01
Attacco al Terreno 0.01
TRASMITTANZA TERMICA PERIODICA (Yie) [W/mqK]
Parete 0.12
Copertura 0.20
FABBISOGNO ENERGETICO[KWh/mq anno]
Riscaldamento 15.00
Raffrescamento 15.00
FABBISOGNO PER ACSBasato su 40 lt/persona (4
persone in 100 mq)30 kWh/ mq anno
FABBISOGNO PER ILLUMINAZIONE ‐
PRODUZIONE DI ENERGIA ON‐SITESenza considerare fattori di
conversione
> 30 kWh/mq annose compensa solo risc. e raffr.
> 60 kWh/mq anno se compensa anche ACS
Sembra semplice
• Aumento tantissimo il livello di isolamento delle strutture esistenti (coperture e pareti nel recupero)
• Introduco infissi ad altissima tenuta• Inserisco in luogo di parti della copertura
sistemi di produzione energetica on-site a compensazione….
….ma è così semplice ?
Dobbiamo mediare le esigenze con il nostro contesto climatico
Quali azioni possibili sulle coperture
• Isolamento ? (prima ma non unica)▫ Con quale spessore e con quale
isolante e in che modo sui ponti termici
• Ventilazione ?▫ Con quale spessore e con quali
benefici ?• Inerzia ?▫ Con quale manto, con quale
solaio ?• Inserimento di sistemi di produzione
energetica on-site ?▫ Quali e per quale estensione
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……il limite dell’isolamento….
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Alcuni autori mettono in dubbio già da molti anni che l’incremento di isolamento (oltre certi livelli) possa dar luogo ad un risparmio nel ciclo di vita dell’edificio, anzi in climi caldi e temperati può essere controproducente
Harris, 1999
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Verso dove siamo stati spinti
• 2006
• 2012
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I livelli ottimali di isolamento• E’ stato condotto uno studio volto a comprendere se
un ulteriore inasprimento del livello di isolamento sia per coperture che per pareti determina vantaggi o se per caso non si sposta l’energia necessaria dall’uso alla produzione
• Lo studio si basa sull’analisi in fase invernale di 3 modelli di edifici (S/V variabile) ai quali sono stati fatti variare i componenti dell’involucro e le tipologie di isolante in differenti zone climatiche▫ 3 S/V▫ 3 Zone climatiche▫ Isolamento spinto fino a trasmittanze
U = 0.05 W/m2°K
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Pun
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Minimo per incentivazioni
Punto nel quale cessa l’utilità
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Punto nel quale abbiamo solo spostato il luogo di consumo energetico
Il calcolo del punto ottimale
Punto oltre il quale ogni ulterioreintervento sono necessari grandi risorse economiche per otteneremodeste riduzioni dei consumi energetici considerando sia l’uso (30 anni) che la produzione
Punto di pareggio
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€
S/V 0.9
S/V 0.4
PA
TO
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• Non serve spingere ulteriormente sull’isolamento, siamo già sul limite oltre il quale un ulteriore innalzamento delle prestazioni dell’involucro rischia di non determinare reali riduzioni nei consumi energetici e nel costo (ma solo spostamenti di dove si consuma l’energia)
• Dobbiamo spingere su altri aspetti:▫ Introduzione di aspetti non contemplabili nelle norme
di calcolo (ma considerati negli incentivi)▫ Vivibilità/Salubrità degli ambienti (non solo massimo
risparmio) ▫ Correzione dei ponti termici▫ Contenimento EE e durata delle soluzioni costruttive
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……oltre l’isolamento….ventilazione
inerziaigrometria
durata
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Solaio massivoSolaio leggero
Manto leggero / a> Manto pesante / a<
Ventilazione / Non ventilazione
Stessa Trasmittanza dinamica
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Copertura in laterizio – microventilata (h=3 cm)– solaio ligneo
Copertura in laterizio – ventilata (h=4.5/6 cm) – solaio ligneo
Copertura in laterizio – ventilata (h=3/4.5/6 cm) – solaio laterocemento
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I MODELLI NORD-EUROPEI
Copertura metallica – non ventilata – solaio ligneo
Copertura metallica – ventilata (h=3/4.5/6 cm) –solaio ligneo
Copertura metallica – ventilata (h=3/4.5/6 cm) –solaio laterocemento
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Sistema a cassetti per la posa in opera dei campioni di isolante
Materiali isolanti posti in opera nell’edificio di Agugliano
Fibra Poliestere PoliuretanoLana roccia Celenit Sughero Lana pecoraFibra legno
Vano per l’inserimento dei cassetti
Cassetto per la posa inopera dei campioni
XPS EPS
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• FASE ESTIVA▫ Climatizzato (T costante)▫ Non climatizzato
• FASE INVERNALE▫ Climatizzato (intermittente)
4 h: 2 ore riscaldamento acceso e 2 ore riscaldamento spento da ripetere tre volte;6 h: 3 ore riscaldamento acceso e 3 ore riscaldamento spento da ripetere duevolte;8 h: 4 ore riscaldamento acceso e 4 ore riscaldamento spento da ripetere due volte;12 h: 6 ore riscaldamento acceso e 6 ore riscaldamento spento da ripetere una volta.
▫ Non climatizzato
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Andamento Flusso Termico 07-08_31-08
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Mantometallico
MantoIn laterizio
Ventilazione e flussi termici
Andamento del Flusso Termico 01-08_05-08
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q)
MNV-AMV6-A
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Presenza / Assenza ventilazione
Un sistema senza ventilazione determina flussi entranti doppi a parità di isolamento
Coperture con manto metallico
Andamento del Flusso temico: 12-08_19-08
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so T
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ico
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2)
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Dove c’è permeabilità del manto non serve un canale di grande dimensione
Grande / Limitata ventilazione
Coperture in laterizio
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……oltre l’isolamento….ventilazione
inerziaigrometria
durata
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33
LATERIZIO
LEGNO
FASE INVERNALE
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……oltre l’isolamento….ventilazione
inerziaigrometria / muffe
durata
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Una volta erano i ponti termici…..• Oggi invece è l’idea di
risparmiare energia che causa un brusco innalzamento dei contenuti di UR% negli ambienti
• Si ha condensazione per infissi classe 3 o 4 uniti a coperture e pareti con Sd enormi (dovuti a grandi spessori di isolanti
Pannello sottomanto
(solo tipologie metalliche)
isopleth pannello ligneo sotto manto verso zinco
45
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65
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0 5 10 15 20 25 30
temperatura (°C)
umid
ità r
elat
iva
(-)
metallica ventilata (h=3 cm)
metallica ventilata (h=6 cm)
metallica non ventilata senza strato sottomanto
metallica non ventilata con strato sottomanto
Formazione muffe su cop. met. NVISOPLETH
Dipende dalle temperature di dew-point (undercooling) in coperture fortemente isolate senza ventilazione associate all’aumento dell’UR% in ambiente
-10,00
0,00
10,00
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40,00
50,00
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Tem
pera
tura
est
rado
sso
este
rno
[°C]
MNV-AMV6-ALV3-ALV6-AT° rugiada
Discesa sottola T di dew-point
conducibilità termica isolante LANA DI LEGNO
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0.0750
0.0800
0.0850
0.0900
0.0950
0.1000
0.1050
0.1100
0.1150
0.1200
0.1250
0.1300
0.1350
0.1400
1°ann
o
2°ann
o
3°ann
o
4°ann
o
5°ann
o
anni
cond
ucib
ilità
term
ica
(W/m
K)
metallica ventilata (h=3 cm)metallica ventilata (h=6 cm)laterizio microventilata (h=1 cm)laterizio ventilata (h=3 cm)laterizio ventilata (h=6 cm)metallica non ventilata senza strato sottomantometallica non ventilata con strato sottomanto
λ limite=0.099
Metalliche non ventilate
Tipologie ventilate (metalliche e in laterizio)
Incremento della conducibilità termica dell’ isolante nel tempo
……oltre l’isolamento….ventilazione
inerziaigrometria
durata
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ANDAMENTO TEMPERATURE SUPERFICALI ESTRADOSSO MANTO 19-08-08
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MNV_AMV6_ALV3_ALV6_AARIA ESTERNA
Si osserva su alcune tipologie di coperture un significativo innalzamento delle temperature superficiali per via dell’inibizione degli scambi termici verso l’interno
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Le temperature del manto
ANDAMENTO TEMPERATURE SUPERFICALI ESTRADOSSO ISOLANTE 19-08-08
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TEM
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(C)
MNV_AMV6_ALV3_ALV6_AARIA ESTERNA
L’inibizione dei flussi termici determina un significativo incremento delle temperature di esercizio degli isolanti che in alcune coperture supera i 60°C
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Le temperature nell’isolante
Inerzia termica ed igroscopica
Ventilazione
Permeabilità
Adeguate proprietàradiative
……oltre l’involucro….le energie rinnovabili
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Fotovoltaico Solare termico
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L’efficienza e temperatura
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EPBT (tempo di ritorno energetico)….i pannelli devono compensare l’energiaspesa per la loro produzione….
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Ma questo deriva dall’efficienza
… anche qui la scelta della copertura èdeterminante…..
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Efficienza
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Conclusioni1. Occorre spostarsi dall’enfatizzazione dell’isolamento (modelli
costruttivi nord-europei), alla scelta della copertura considerando anche aspetti non necessariamente riconducibili ad una grandezza inseribile in un modello di calcolo (ventilazione,inerzia, durata…..)
2. Tanto isolamento non necessariamente da luogo a risparmio energetico e confort anzi oltre un certo limite determina piùproblemi che soluzioni
▫ Semplice spostamento del luogo di consumo dell’energia▫ Forte aumento Sd soluzioni costruttive con problemi igrometrici
(condensazione)▫ Effetto «scatola» con immagazzinamento di ciò che viene prodotto
dentro l’edificio e problemi di IAQ▫ Durata delle soluzioni costruttive
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