Principi di termofisica e bioclimatica per la progettazione di edifici a quasi zero energia e la riqualificazione energetica degli edifici esistenti
seconda edizione aggiornata al Decreto Legislativo 4 luglio 2014, n. 102

Con il decreto legislativo 4 luglio 2014, n. 102, che recepisce la Direttiva 2012/27/UE, vengono individuate le misure per promuovere la realizzazione di Edifici a Energia Quasi Zero, i cosiddetti NZEB (Near Zero Energy Buildings), strutture in grado di utilizzare pochissima energia per il loro funzionamento, già introdotti in Italia con il D.L. n. 63/2013.

Il presente volume costituisce una guida per quei tecnici che vogliono affrontare le prossime sfide progettuali, offrendo suggerimenti ed esempi di casi esemplificativi italiani ed esteri.

La prima parte del volume esamina la normativa sugli EQZE ed il comportamento termofisico degli edifici. Riporta, inoltre, considerazioni sull’opportunità e sui benefici legati alla costruzione di EQZE e una esposizione sui principi della bioclimatica, attraverso un esame delle architetture vernacolari tradizionali, che già presentano soluzioni in grado di offrire un livello di benessere equivalente a quello che oggi viene richiesto.

La seconda parte del volume prende in esame le singole azioni di efficientamento energetico che possono essere condotte sull’involucro e sugli impianti di un edificio e trattata la riqualificazione energetica del costruito fornendo delle linee guida ed illustrando alcuni casi studio. Un capitolo riprende i principi di bioclimatica e di termofisica, per fornire ai tecnici delle indicazioni per la progettazione degli EQZE e un capitolo è dedicato all’integrazione architettonica dei principali impianti meccanici e di produzione di energia da fonti rinnovabili.

Il volume si conclude con un’esposizione di particolari costruttivi e casi studio, realizzati in Italia e all’estero.

NOTE SUL SOFTWARE INCLUSO

Il software incluso consente di accedere ad una banca-dati normativa ed ai seguenti fogli di calcolo: calcolo relativo alla parte terza delle UNI/TS 11300 (con manuale d’uso); calcolo irradiazione; cogenerazione (tutti i mesi); combustione di biomasse; dimensionamento reti tecnologiche (con manuale d’uso); Flusso solare.

Utilità disponibili con il software: Glossario (principali termini tecnico-normativi); F.A.Q. (domande e risposte più frequenti).

Requisiti hardware e software: processore da 2.00 GHz; MS Windows XP/Vista/7/8 (per utenti MS Windows Vista/7/8 sono necessari i privilegi di “amministratore”); 250 MB liberi sull’HDD; 1 GB di RAM; MS Excel 2003 e vs. successive; Adobe Reader 9 e vs. successive.

Il software incluso è parte integrante della presente pubblicazione e resterà disponibile nel menu G-cloud dell’area personale del sito www.grafill.it.

PRESENTAZIONE

ringraziamenti

parte generale

1.INTRODUZIONE

1.1. Le problematiche energetiche

1.2. Edifici A Zero Energia

1.3. La Direttiva 2010/31/CE

1.3.1. Requisiti minimi di prestazione energetica in edifici nuovi

1.3.2. Requisiti minimi di prestazione energetica in edifici esistenti

1.3.3. Impianti tecnici nell’edilizia

1.3.4. Edifici a energia quasi zero

1.3.5. Attestato di Prestazione Energetica

1.3.6. Rilascio dell’attestato di prestazione energetica

1.3.7. Esperti indipendenti

1.3.8. Recepimento

1.3.9. Quadro comune generale per il calcolo della prestazione energetica degli edifici

2.LEGGE N. 90/2013 DI RECEPIMENTO DELLA DIRETTIVA 2010/31/CE

2.1. Ambito di applicazione

2.2. Modalità di applicazione

2.3. Edifici a Quasi Zero Energia

2.4. Attestato di Prestazione Energetica

2.5. Relazioni Tecniche e Deposito in Comune

2.6. Norme Transitorie

2.7. Sanzioni

2.8. Abrogazioni e Disposizioni Finali

2.9. Nuovi Decreti attuativi della Legge n. 90/2013

3.Direttiva 2012/27/UE

3.1. Direttiva 2012/27/CE

3.2. D.Lgs. n. 102/2014: recepimento della Direttiva 2012/27/CE

4.TERMOFISICA DEGLI EDIFICI

4.1. Grandezze e leggi Fisiche Utili per la Fisica degli Edifici

4.1.1. Sistema termodinamico

4.1.2. Massa

4.1.3. Densità

4.1.4. Viscosità dinamica

4.1.5. Viscosità cinematica

4.1.6. Energia

4.1.7. Potenza

4.1.8. Temperatura

4.1.9. Energia interna di un corpo

4.1.10. Calore specifico

4.1.11. Capacità termica

4.1.12. Potere Calorifico

4.1.13. Conducibilità termica

4.1.14. Convezione termica

4.1.15. Correlazioni adimensionali per la convezione

4.1.16. Bilancio Energetico

4.1.17. Resistenza termica

4.1.18. Ponti Termici

4.1.19. Scambi termici radiativi

4.2. Parametri climatici: gradi-giorno e temperatura esterna di progetto

4.3. Comportamento Termico dell’Involucro dell’edificio

4.3.1. Regime stazionario degli edifici

4.3.2. Transitorio termico degli edifici

4.3.3. Pareti in regime periodico stabilizzato

4.3.4. Riscaldamento e raffreddamento di un corpo

4.4. Parametri che influenzano i bilanci energetici degli edifici

4.4.1. Effetti di massa delle pareti interne

4.5. Pareti trasparenti

4.5.1. Caratteristiche ottiche dei vetri

4.5.2. Effetto Serra negli edifici

4.6. Serramenti ed infissi

4.7. Massa termica negli edifici

4.8. Bilancio di potenza per gli edifici: carico termico

4.9. Carico termico di riscaldamento di progetto

4.10. Indice di prestazione energetica

5.NUOVE NORME SULLA PRESTAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI

5.1. La transizione verso le nuove procedure di valutazione energetiche degli edifici

5.1.1. Edificio di Riferimento

5.1.2. Regolamento delegato UE n. 244/2012 del 16 gennaio 2012

5.2. Il Decreto sui Requisiti minimi degli Edifici

5.2.1. Definizione di Edifici a Quasi Zero Energia

5.2.2. Indici di Prestazione Energetica

5.2.3. Verifica del Coefficiente Medio Globale di scambio termico

5.2.4. Verifica del valore massimo del rapporto fra l’area equivalente estiva e la superficie utile

5.3. Parametri relativi agli impianti tecnici

5.3.1. Servizi di climatizzazione invernale, climatizzazione estiva, acqua calda sanitaria e produzione di energia elettrica in situ

5.3.2. Fabbisogni energetici di illuminazione

5.3.3. Fabbisogni energetici di ventilazione

5.4. Nuova Certificazione Energetica – Linee Guida Nazionali

5.4.1. Prestazione energetica e servizi energetici

5.4.2. Metodologie di Calcolo per la Prestazione Energetica

5.4.3. Metodo di calcolo di progetto

5.4.4. Metodo di calcolo da rilievo sull’edificio

5.5. Nuova Metodologia per la classificazione degli edifici

5.5.1. Rappresentazione delle prestazioni, struttura della scala delle classi e soglia di riferimento legislativo

5.5.2. Il formato dell’APE

5.6. Altri indicatori presenti nell’APE

5.6.1. Prestazione energetica invernale e d estiva dell’involucro

5.6.2. Prestazione degli impianti tecnici

5.7. Nuove Norme UNI/TS 11300 – Parte 1 e 2

6.LA QUALITÀ DEGLI EDIFICI A QUASI ZERO ENERGIA

6.1. Considerazioni generali

6.2. I benefici degli Edifici Quasi Zero Energia

6.2.1. Sviluppo sostenibile e riduzione delle emissioni in atmosfera di CO2

6.2.2. Ridurre, riciclare, Ristrutturare

6.2.3. Comfort termico

6.2.4. Comfort acustico

6.3. Classificazione degli edifici

6.3.1. Requisiti di un edificio passivo

7.ELEMENTI DI ARCHITETTURA BIOCLIMATICA

7.1. Architettura bioclimatica

7.1.1. Principi generali di Bioarchitettura

7.1.2. Influenza del clima

7.2. Esempi di Bioclimatica nella storia dell’Architettura

7.2.1. Insediamento indiano di MESA Verde in Colorado

7.2.2. La casa romana – DOMUS Romana

7.2.3. La casa Greca antica

7.2.4. Casa medievale

7.2.5. Architettura araba

7.2.6. Le abitazioni rinascimentali

7.2.7. La masseria siciliana

7.2.8. I dammusi di Pantelleria e i trulli di Alberobello

7.3. Osservazioni sulle case Vernacolari

7.4. Tipologie costruttive e Bioclimatica

7.5. Sistemi passivi

7.5.1. Sistemi a guadagno solare diretto

7.5.2. Sistemi a guadagno solare indiretto

7.5.3. Il sistema a guadagno indiretto con assorbitore di massa trascurabile: solar-wall

7.5.4. Sistemi a guadagno termico misto: serra Solare

7.6. Sistemi di raffrescamento

7.7. Apporti termici dovuti a componenti edilizi speciali (Norma UNI 10344 – Appendice F)

7.7.1. Muro con copertura trasparente senza aperture

7.7.2. Muro con copertura trasparente e dotato di aperture verso l’ambiente interno

7.7.3. Serre solari

7.8. Sistemi attivi

7.9. Le case attive

7.9.1. Le specifiche Active House

7.9.2. Spazio minimo per l’autosufficienza

azioni sull’involucro degli edifici

8.IL RINNOVAMENTO ENERGETICO DEL COSTRUITO

8.1. L’opportunità d’intervenire sul costruito

8.2. Ostacoli al rinnovamento energetico del costruito

8.3. Politiche di incentivazione per gli EQZE della Regione Piemonte

8.4. La necessità di intervenire con un approccio progettuale di tipo integrato

8.5. Linee guida per gli interventi sugli edifici esistenti

8.5.1. Coibentare l’involucro

8.5.2. Ridurre le dispersioni delle Superfici vetrate

8.5.3. Ridurre i ponti termici

8.6. Gli interventi sugli edifici storici

8.6.1. I tubi di luce

8.6.2. Le nanotecnologie

8.6.3. CASO STUDIO: ristrutturazione ed ampliamento di un edificio rurale nel Piacentino (edificio in muratura) – Arch. Michael Tribus

8.6.4. CASO STUDIO: riqualificazione energetica del Centro Servizi di Nicolosi (edificio con struttura mista) – Arch. Fabrizio Russo e Ing. Ignazio Garra

9.PROGETTO DI EDIFICI QUASI ZERO ENERGIA

9.1. Applicazione dei criteri di Architettura Bioclimatica e scelta dei materiali

9.2. Linee guida per la progettazione degli edifici

9.2.1. Orientamento dell’edificio

9.2.2. Assenza di elementi ombreggianti

9.2.3. Rapporto architettonico S/V

9.2.4. Distribuzione e disposizione dei locali

9.2.5. Isolamento termico

9.2.6. Assenza di ponti termici

9.2.7. Massa termica dell’edificio

9.2.8. Impermeabilità al vento

9.2.9. Finestre speciali

9.2.10. Schermatura solare

9.3. Azioni progettuali per gli Edifici Quasi Zero Energia

9.3.1. Pareti esterne

9.3.2. Facciata ventilata

9.3.3. Utilizzo di schermi esterni

9.3.4. Utilizzo di adeguate finestre

9.3.5. Pareti interne

9.3.6. Solai e coperture

9.3.7. Riduzione dei Ponti Termici

9.4. Involucri interattivi

9.5. Linee guida per l’utilizzo degli impianti meccanici

9.5.1. Calcolo dei Carichi Termici

9.5.2. Sistema di ventilazione

9.5.3. Generatori di calore

9.5.4. Produzione di acqua sanitaria

9.5.5. Illuminazione naturale

9.5.6. Illuminazione artificiale

9.5.7. Utilizzo di fonti di energia rinnovabili (FER)

9.5.8. Limitazione dell’utilizzo dell’energia elettrica

9.5.9. Riduzione dei consumi energetici per il raffrescamento estivo

9.6. Inserimento di componenti attivi esterni

9.6.1. Inserimento di collettori solari Termici

9.6.2. Inserimento di collettori fotovoltaici

9.6.3. Inserimento di micro turbine eoliche

9.7. Inserimento degli impianti meccanici

9.7.1. Centrale termica

9.7.2. Sistema di ventilazione con recupero di calore

9.8. Architettura dinamica

9.9. Particolari costruttivi

9.9.1. Strutture verticali

9.9.2. Strutture orizzontali

9.10. Esempi

9.10.1. CASO STUDIO: progetto per un centro servizi a San Giovanni La Punta (edificio con struttura in legno X-Lam) – Arch. Fabrizio Russo

9.10.2. CASO STUDIO: casa Magnanelli a Montescudo in classe oro nature A (casa con muratura massiccia)

9.10.3. CASO STUDIO: CSET, Centre for Sustainable Energy Technologies, Ningbo, Giappone (Edificio con struttura mista) – Arch. Mario Cucinella

9.10.4. CASO STUDIO: Casa Biquadro, Italia (casa con struttura in legno massiccio) – Arch. Fabrizio Russo e Arch. Giovanni D’Amico

9.10.5. CASO STUDIO: kingspan Lighthouse a Watford, Inghilterra (casa con struttura in legno) – Arch. Sheppard Robson

9.10.6. CASO STUDIO: CSET, Centre for Sustainable Energy Technologies, Ningbo, Giappone – Arch. Mario Cucinella

9.10.7. CASO STUDIO – casa in collina, realizzazione di una villa con struttura prefabbricata in legno – Arch. Federica Capannini

9.10.8. CASO STUDIO: casa sul Lago D’Iseo – Arch. Gabriele Gotti

9.10.9. CASO STUDIO: Milanofiori Residential Complex – OBR

9.10.10. CASO STUDIO: maison Damico – Atelier Karawitz

9.10.11. CASO STUDIO: maison Bambù – Atelier Karawitz

9.10.12. CASO STUDIO: Lenté – Atelier Karawitz

9.10.13. CASO STUDIO: VeluxLAB – Roberto Aparicio Ronda

9.10.14. CASO STUDIO: residenza Verdiana a Clusone – Giovanni Maria Facchini

9.10.15. CASO STUDIO: riqualificazione energetica della sede della comunita montana val Brembana – Studio Architettura Carminati

9.10.16. CASO STUDIO – R-House a Syracuse, NY – Della Valle Bernheimer and Architecture Research Office

9.10.17. CASO STUDIO: casa a San Gregorio (CT), struttura in X-Lam – Studio Fra – Architettura ed Ecoinnovazione

azioni sugli impianti

10.INTEGRAZIONE DEGLI IMPIANTI MECCANICI

10.1. La problematica degli impianti meccanici

10.1.1. Gli sviluppi normativi in campo energetico per gli edifici

10.2. D.Lgs. n. 28/2011 (promozione delle Fonti di Energia Rinnovabile, FER)

10.2.1. Integrazione delle Fonti di Energia Rinnovabili (FER)

10.2.2. I fattori di conversione in energia primaria

10.2.3. Raccomandazione 14/2013 del CTI

10.2.4. Esempio di utilizzo integrato del D.Lgs. n. 28/2011 e della UNI/TS11300-4

10.2.5. Energia prodotta da pompe di calore e Decisione delle CE 1 marzo 2013

10.2.6. Esempio di catalogo aggiornato di pompe di calore

10.2.7. Verifica del grado di copertura con il metodo dell’energia primaria totale

10.2.8. Uso dei pannelli fotovoltaici

10.2.9. Obbligo di integrazione dei pannelli fotovoltaici sui tetti

10.2.10. Conclusioni sul D.Lgs. n. 28/2011

10.3. Utilizzo di energia elettrica da rete

10.4. Integrazione energetica negli edifici con pompa di calore

10.4.1. Edificio con solo riscaldamento ACS ed illuminazione

10.4.2. Edifico con impianti di riscaldamento e raffrescamento, ACS e illuminazione

10.4.3. Condizioni per l’accettazione della rinnovabilità dell’energia

10.4.4. Calcolo dell’energia rinnovabile reale ai fini della valutazione energetica

10.5. Utilizzo delle fonti di energia rinnovabili secondo la UNI/TS 11300-4

10.5.1. Fabbisogni di energia primaria

10.5.2. Valutazione delle emissioni di CO2

10.6. Impianti solari

10.6.1. Specifica tecnica

10.6.2. Calcolo del coefficiente di correzione della capacità di accumulo fst

10.6.3. Fabbisogno di energia elettrica degli ausiliari

10.6.4. Perdite dell’impianto solare termico

10.6.5. Frazione solare e riduzione del fabbisogno di energia primaria

10.6.6. Esempio di calcolo

10.7. Impianti fotovoltaici

10.7.1. Specifica tecnica

10.7.2. Procedura di calcolo

10.7.3. Esempio di calcolo

10.8. Combustibile da biomasse

10.8.1. Procedura di calcolo

10.8.2. Generalità sui metodi di calcolo

10.8.3. Procedura per il calcolo delle perdite di generazione

10.8.4. Rendimenti minimi a carico nominale e intermedio calcolati secondo la Direttiva 92/42/CEE

10.8.5. Calcolo del fabbisogno di energia degli ausiliari

10.8.6. Calcolo delle perdite d’energia recuperabili

10.8.7. Energia termica recuperabile dall’energia ausiliaria elettrica

10.8.8. Sottosistemi multipli

10.8.9. Esempio di calcolo

10.9. Pompe di calore

10.9.1. Pompe di calore a compressione di vapore

10.9.2. Pompe di calore ad assorbimento

10.9.3. Classificazione delle pompe di calore in base al fluido termovettore e al pozzo freddo

10.9.4. Applicazioni della pompa di calore

10.9.5. Specifica tecnica

10.9.6. Correzione del COP o del GUE al variare delle temperature della sorgente fredda e del pozzo caldo

10.9.7. Rendimento di secondo principio

10.9.8. Fattore correttivo del COP o del GUE in base al fattore di carico CR

10.9.9. Calcolo del fattore correttivo dai dati forniti dal costruttore

10.9.10. Calcolo del fattore correttivo in base a dei modelli di calcolo di default

10.9.11. Intervalli di calcolo

10.9.12. Metodo per la determinazione dei Bin mensili

10.9.13. Procedura di calcolo

10.9.14. Pompe di calore per produzione di sola acqua calda sanitaria

10.9.15. Pompe di calore per il riscaldamento

10.9.16. Calcolo dei fabbisogni di energia

10.9.17. Esempio di calcolo

10.10. Teleriscaldamento

10.10.1. Efficienza del teleriscaldamento

10.10.2. Teleraffrescamento

10.10.3. Specifica tecnica

10.10.4. Perdite di potenza termica della sottostazione

10.11. Cogenerazione

10.11.1. Efficienza di un impianto di cogenerazione

10.11.2. Tipologie di impianti cogenerativi

10.11.3. Vantaggi della cogenerazione

10.11.4. Specifica tecnica

10.11.5. Verifica del dimensionamento dei sistemi di accumulo inerziale

10.11.6. Metodi di calcolo

10.11.7. Metodo del contributo frazionale mensile

10.11.8. Calcolo della frazione cogenerata

10.11.9. Fabbisogno di energia per la combustione

10.11.10. Metodo del profilo del giorno mensile

10.11.11. Determinazione del profilo di carico del giorno tipo mensile

10.11.12. Curve prestazionali standard

10.11.13. Esempio di calcolo

11.INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE INCLUSO

11.1. Note sul software incluso

11.2. Requisiti hardware e software

11.3. Download del software e richiesta della password di attivazione

11.4. Installazione ed attivazione del software

INDICE DELLE FIGURE

INDICE DELLE TABELLE