EDILCLIMA - PROGETTO 2000

Illuminazione e ventilazione: i nuovi servizi della Raccomandazione CTI 14

Il calcolo secondo le revisioni delle UNI/TS 11300 parti 1 e 2 e l’impatto dei nuovi servizi sugli attuali requisiti di legge e sull’evoluzione futura.

La Raccomandazione CTI 14:2013, pubblicata lo scorso febbraio, ha chiarito alcuni aspetti importanti riguardanti l’applicazione delle specifiche tecniche UNI/TS 11300, predisponendo una metodologia di calcolo dell’energia primaria globale dell’edificio che, per la prima volta, si estende ai cinque servizi citati dalla Direttiva 2010/31/UE ⁽¹⁾:

• climatizzazione invernale;
• climatizzazione estiva;
• acqua calda sanitaria;
• ventilazione meccanica;
• illuminazione.

 Ventilazione ed illuminazione, quest’ultima limitatamente agli edifici a destinazione d’uso non residenziale, entrano quindi a far parte della prestazione energetica dell’edificio: ma come si calcolano questi nuovi servizi e che impatto hanno allo stato attuale?

Quadro normativo

La Raccomandazione CTI 14 richiede che ventilazione ed illuminazione vengano calcolate rispettivamente secondo le precisazioni contenute nell’Appendice B della Raccomandazione stessa (applicabili nelle more della pubblicazione delle revisioni delle UNI/TS 11300-1 e 2) e secondo la specifica tecnica pr UNI/TS 11300-2.

A distanza di alcuni mesi, con la pubblicazione della Legge n. 90 del 3 agosto 2013, il quadro normativo diventa cogente: le metodologie di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici sono definite dalla Raccomandazione CTI 14/2013, dalle specifiche tecniche UNI/TS 11300, e, per quanto riguarda il fabbisogno energetico per illuminazione, dalla norma UNI EN 15193.

Nel prospetto 1, sono indicati i riferimenti normativi per il calcolo dei fabbisogni di energia utile ideale, di energia primaria e degli assorbimenti elettrici relativi a ciascun servizio.

I due riferimenti per il calcolo del fabbisogno per illuminazione si riconducono in realtà ad un unico metodo: nel testo della pr UNI/TS 11300-2:2013⁽²⁾ si precisa infatti che la norma fornisce indicazioni e dati nazionali per la determinazione dei fabbisogni di energia primaria per il servizio di illuminazione in accordo con la UNI EN 15193.

Prospetto 1: riferimenti normativi per il calcolo dei fabbisogni di energia

NOTA ⁽¹⁾. Direttiva 2010/31/UE del 19 maggio 2010 (Art. 2 comma 4). Prestazione energetica di un edificio: quantità di energia, calcolata o misurata, necessaria per soddisfare il fabbisogno energetico connesso ad un uso normale dell’edificio, compresa, in particolare, l’energia utilizzata per il riscaldamento, il rinfrescamento, la ventilazione, la produzione di acqua calda e l’illuminazione.

NOTA ⁽²⁾. Precisazioni pr UNI/TS 11300-2.

• Ricorso al metodo completo della UNI EN 15193 basato su dati mensili.
• Specifica dei dati relativi all’uso standard dell’impianto (ore di accensione e fattore di assenza).
• Calcolo del fabbisogno per l’illuminazione delle zone esterne (dovrebbe venire adottato solo in caso di diagnosi energetiche).

Aspetti generali del calcolo dell’illuminazione

Il calcolo dell’illuminazione, applicato ai fini energetici secondo gli scopi delle UNI/TS 11300, è condotto in conformità alla UNI EN 15193. Il calcolo è destinato ai soli edifici aventi destinazione d’uso non residenziale e consente la determinazione del fabbisogno degli ambienti interni e dei dispositivi di controllo e di emergenza.

È inoltre fornita, ad integrazione della norma europea, una metodologia per la valutazione dell’illuminazione esterna (che nella stesura finale della norma dovrebbe essere adottata solo per calcoli finalizzati alla diagnosi energetica).

L’insieme dei parametri indicati dalla norma, è finalizzato a determinare la potenza delle lampade installate e le ore di accensione diurna e notturna, il cui prodotto esprime il fabbisogno di ciascun locale.

Ai fini di un calcolo standard della prestazione energetica, la durata di accensione è determinata in base al  tipo di utilizzo del locale, applicando specifiche correzioni per tenere conto del contributo della luce solare ricevuta naturalmente dall’ambiente, dalla probabile presenza di persone e dal ricorso a sistemi di controllo automatico dell’accensione (figura n. 1).

Fig. n. 1: Parametri per la determinazione del fabbisogno di illuminazione.

L’indicatore energetico di illuminazione tiene infine conto dell’energia necessaria per il mantenimento della carica dell’illuminazione di emergenza e di quella assorbita dai dispositivi di controllo dell’accensione (come rilevatori di presenza e di luce naturale).

Aspetti generali del calcolo della ventilazione

Il calcolo della ventilazione ha lo scopo di determinare il fabbisogno energetico per il rinnovo dell’aria interna degli ambienti al fine di garantire un adeguato livello di qualità dell’aria stessa.

La prima importante novità riguarda il calcolo del fabbisogno di energia dell’involucro: la pr UNI/TS 11300-1:2013 introduce il calcolo dell’energia termica utile del fabbricato, che ha come oggetto lo studio del comportamento dell’edificio senza considerare gli impianti in esso installati.

Il calcolo dell’energia termica utile deve essere quindi condotto in assenza di dispositivi per il controllo volontario della temperatura (nel caso della ventilazione, il calcolo dell’energia utile dispersa dall’involucro è eseguito trascurando l’eventuale batteria di preriscaldamento).

Per quanto riguarda il calcolo dell’impianto, la norma distingue differenti tipologie di impianti aeraulici a seconda delle funzioni:

• impianti di sola ventilazione meccanica, in cui non vi sono trattamenti dell’aria;
• impianti di climatizzazione ad aria, ovvero impianti in cui l’aria immessa viene sottoposta a trattamenti tali da portarla ad una determinata temperatura e ad un preciso grado di umidità.
  Per questi ultimi la ventilazione, oltre a garantire il rinnovo dell’aria, contribuisce anche al riscaldamento/raffrescamento e all’umidificazione/deumidificazione degli ambienti.

La pr UNI/TS 11300-2:2013 specifica che l’unico fabbisogno energetico da attribuire al servizio “Ventilazione” è quello rappresentato dall’energia elettrica assorbita dai ventilatori per la movimentazione dell’aria. Il fabbisogno termico per il riscaldamento e l’eventuale umidificazione dell’aria, e più in generale, l’energia termica necessaria per la compensazione delle dispersioni dovute al ricambio dell’aria, vengono invece attribuiti al servizio “Riscaldamento”.

Ai fini della definizione delle dispersioni per il rinnovo dell’aria, la portata minima di aria estratta deve essere calcolata in relazione alla destinazione d’uso secondo i seguenti criteri:

• per edifici residenziali ed industriali, la portata minima corrisponde a quella che garantisce un ricambio medio pari a 0,5 vol/h (nel caso di ventilazione naturale, il termine è moltiplicato per un fattore correttivo pari a 0,6, mantenendo quindi gli 0,3 vol/h già utilizzati attualmente);
• per gli altri edifici, la portata minima deve essere calcolata in conformità con la norma UNI 10339 (anche in questo caso, se la ventilazione è naturale, la portata calcolata deve essere moltiplicata per un fattore correttivo distinto in base al tipo di uso del locale).

Fig. n. 2: Principali parametri che caratterizzano la portata effettiva dell’impianto di ventilazione.

Si ricorda che la norma UNI 10339 fornisce indicazioni anche sulla tipologia di ventilazione adottata in ciascun locale, nel quale il flusso può essere di immissione, di estrazione (bagni e locali di servizio), o di mero transito. Una volta calcolati i requisiti minimi, spetta tuttavia al progettista la scelta della suddivisione dell’area servita dall’impianto in aree di immissione, estrazione, o di transito e l’eventuale indicazione delle portate reali.

Analizziamo ora come viene determinato il fabbisogno termico per il rinnovo dell’aria per le varie tipologie di impianti di ventilazione meccanica, contemplate dalla norma.

Nel calcolo dei sistemi di sola estrazione, trattandosi di sistemi che non prevedono il trattamento dell’aria, una volta determinata la portata di aria estratta, l’unico scopo è quello di determinare la potenza elettrica assorbita dai ventilatori per l’estrazione dell’aria dagli ambienti. Dal punto di vista termico, per determinare il fabbisogno di rinnovo, si considera che un’uguale quantità di aria estratta affluisca dall’esterno mediante bocchette ad una temperatura pari a quella esterna media mensile.

Per il calcolo dei sistemi di sola immissione o a doppio flusso, che prevedono l’ingresso di aria negli ambienti, sia essa trattata o no, con le nuove UNI/TS 11300 occorre innanzitutto considerare i decadimenti di temperatura che si verificano nei vari tratti di condotte che attraversano ambienti esterni o locali non climatizzati.

Si consideri ad esempio un sistema di ventilazione meccanica a doppio flusso in cui sia presente un recuperatore, ma non sia previsto il trattamento dell’aria (figura n. 3); in questo caso occorre conoscere la geometria dei seguenti tratti:

• tratto ETA (extracted air, condotto di estrazione): per determinare il decadimento di temperatura che porta l’aria dalla temperatura di estrazione (Φ_int,set) a quella di ingresso nel recuperatore (Φ_in,ext);
• tratto ODA (outdoor air, condotto di aspirazione aria esterna): per determinare l’intervallo di temperatura che porta l’aria dalla temperatura di aspirazione (normalmente pari alla temperatura esterna media mensile) a quella di ingresso nel recuperatore (Φ_in,re);
• tratto SUP (supplied air, condotto di immissione): per determinare il decadimento di temperatura che porta l’aria dalla temperatura di uscita dal recuperatore (Φ_out,re) a quella di ingresso negli ambienti (Φ_sup).

Fig. n. 3: Schema di sistema a doppio flusso con recuperatore, senza trattamento dell’aria.

La temperatura di uscita dal recuperatore, Φ_out,re, si ottiene determinando lo scambio termico che avviene all’interno del dispositivo stesso, considerandone l’efficienza e le portate circolanti nei condotti ETA e ODA; a partire da tale valore si ottiene la temperatura dell’aria immessa, Φ_sup, determinante nella definizione del carico termico per il rinnovo dell’aria.

Nel caso in cui per il medesimo sistema sia previsto il riscaldamento dell’aria (impianto ad aria primaria, figura n. 4), la temperatura di immissione Φ_sup diviene un dato progettuale e la geometria dei condotti influenza le temperature di ingresso ed uscita della batteria (Φ_out,uta e Φ_in,uta).

Una volta determinato questo salto termico, è possibile calcolare il fabbisogno di energia termica della batteria.

Fig. n. 4: Schema di sistema a doppio flusso con riscaldamento, umidificazione dell’aria e recuperatore.

Per quanto riguarda l’eventuale umidificazione dell’aria, il calcolo dell’energia utile è stabilito dalla pr UNI/TS 11300-1 e parte dalla valutazione dell’umidità specifica interna già presente nell’ambiente. Per il calcolo standard tale quantità è calcolata in base alla destinazione d’uso mediante valori rappresentativi tabellati.

E’ possibile che la produzione di vapore specifica interna sia tale da non richiedere l’intervento di un umidificatore, in questo caso il fabbisogno utile per umidificazione risulta nullo, ad indicare che l’unità immobiliare non necessita di umidificazione per il mantenimento, nella stagione invernale, di un’umidità relativa interna del 50%.

L’energia primaria per umidificazione viene calcolata in modo differente a seconda della tipologia di impianto:

• se l’umidificazione è adiabatica, il fabbisogno calcolato mediante la pr UNI/TS 11300-1 viene considerato erogato dal medesimo generatore che serve la batteria di riscaldamento;
• se l’umidificazione avviene mediante immissione di vapore, il fabbisogno è fornito da apparecchi che producono localmente vapore mediante energia elettrica, di cui occorre conoscere l’efficienza.

I fabbisogni dell’impianto aeraulico, riscaldamento dell’aria e umidificazione, risultano a questo punto definiti: cosa rimane a carico dell’impianto idronico?

La quota parte di energia termica per il ricambio dell’aria, a carico del sistema idronico, corrisponde al fabbisogno necessario per portare l’aria di rinnovo dalla temperatura di immissione (Φ_sup) alla temperatura di set-point interna.

In conclusione, l’introduzione del nuovo calcolo della ventilazione comporta fin da subito i seguenti vantaggi:

• la nuova norma, attribuisce l’assorbimento dei ventilatori al servizio di ventilazione, anziché lasciarli in carico al servizio di riscaldamento: in questo modo gli edifici dotati di sistemi di ventilazione meccanica, fino ad oggi penalizzati da questi consumi elettrici, risultano maggiormente valorizzati rispetto alla migliore qualità dell’aria che sono in grado di offrire;
• il nuovo calcolo degli impianti misti, o tutt’aria, è più preciso e di conseguenza più aderente alla reale situazione.

Cosa cambia oggi con l’introduzione dei nuovi servizi

La Legge 90/2013 ha recepito la Direttiva 2010/31/UE, dettando le nuove regole sulla prestazione energetica degli edifici nuovi e di quelli sottoposti a ristrutturazioni importanti, attraverso un aggiornamento del D.Lgs. 192/2005.

Dal punto di vista pratico però, fino all’emanazione dei decreti attuativi della legge stessa, non si hanno ad oggi particolari cambiamenti, ad esclusione del cambio della denominazione del documento da “Attestato di Certificazione Energetica” a “Attestato di Prestazione Energetica”. Rispetto al quadro legislativo attuale, l’introduzione del calcolo dell’energia primaria per ventilazione (intesa come fabbisogno elettrico per la movimentazione dell’aria) e illuminazione ha l’unica conseguenza di incrementare i fabbisogni elettrici complessivi dell’edificio: il contributo dell’eventuale impianto fotovoltaico viene in questo modo suddiviso tra più servizi.

Nello specifico la Raccomandazione CTI 14 prescrive che l’energia elettrica consegnata mensilmente dai pannelli fotovoltaici venga ripartita per servizio in base al consumo elettrico ad esso attribuito.

La figura n. 5, illustra i fabbisogni complessivi relativi ai 5 servizi della Raccomandazione CTI 14, calcolati per una palazzina composta da 4 unità immobiliari con destinazione d’uso ufficio. I servizi di riscaldamento, acqua calda sanitaria e raffrescamento sono assolti da una pompa di calore elettrica integrata da una caldaia a condensazione.

La colonna Qp indica il fabbisogno di energia primaria del servizio, mentre Q’p rappresenta il medesimo valore al netto del contributo dei pannelli fotovoltaici, determinante ai fini del dell’indice di prestazione energetica EP (terza colonna).

Gli indicatori energetici di riscaldamento e acqua calda sanitaria sono gli unici ad essere direttamente coinvolti nei requisiti di legge e nella classificazione energetica, tuttavia la presenza degli altri servizi ha contribuito a ridimensionare il contributo del solare fotovoltaico a loro favore e l’indice di prestazione energetica globale è passato da 6,12 a 6,99 kWh/m³anno (in figura 5, ciò evidenzia un passaggio dalla classe A⁺ alla classe A).

Fig. n. 5: Fabbisogno di energia primaria, con e senza contributo fotovoltaico, in presenza rispettivamente di 5 e di 2 servizi.

Evoluzioni future

E’ previsto che la Raccomandazione CTI 14 venga di nuovo sottoposta ai Gruppi di lavoro interessati per essere elaborata come norma UNI, in modo da poter costituire un utile riferimento per i decreti attuativi previsti dalla legge 90/2013, attualmente in elaborazione.

Anche questi decreti dovrebbero riservare interessanti novità, basandosi sull’edificio di riferimento, un edificio della stessa forma di quello in fase di progetto, posto nella stessa zona climatica e caratterizzato da prestazioni termiche (dell’involucro e degli impianti) non inferiori a quelle che saranno indicate, che rappresenteranno i valori ottimizzati.

In quest’ottica la presenza di più servizi non è vista come fonte di maggiori consumi, ma viene misurata in relazione alla bontà delle tecnologie utilizzate: se così non fosse, gli edifici con minor numero di servizi, che garantiscono un minor comfort degli ambienti interni, risulterebbero più virtuosi. Lo scopo è di dare migliore attuazione al comma 3 dell’art. 26 della legge 10/91 che recita:

“Gli edifici pubblici e privati, qualunque ne sia la destinazione d’uso, e gli impianti non di processo ad essi associati devono essere progettati e messi in opera in modo tale da contenere al massimo, in relazione al progresso della tecnica, i consumi di energia termica ed elettrica”.

Si tratta di una prescrizione concisa e ben difficile da eludere da parte del progettista, che dovrà spiegare, se del caso, perché non ha utilizzato una tecnologia più efficiente, se questa era economicamente sostenibile.

Se questi decreti saranno ben congegnati, il lavoro del progettista non sarà più una mera applicazione delle prescrizioni di legge, ma l’esercizio di scelte consapevoli finalizzate alle migliori prestazioni energetiche dell’edificio.