Impianti di riscaldamento - Guida alla progettazione del sistema edificio-impianto [IV ed.] 0239090273, 0239090255, 0239090440, 0239090373, 9788848175807

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i libri di

Vittorio Bearzi

Impianti di riscaldamento

Guida alla progettazione del sistema edificio-impianto

IV EDIZIONE

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Vittorio Bearzi

Impianti di riscaldamento

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Impianti di riscaldamento Guida alla progettazione del sistema edificio-impianto

IV EDIZIONE

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© 1996, 2001, 2005, 2012 Tecniche Nuove - via Eritrea, 21 - 20157 Milano Redazione: tel. 0239090273, fax 0239090255 [email protected] Vendite: tel. 0239090440, fax 0239090373 [email protected] www.tecnichenuove.com ISBN 978-88-481-7580-7 Questo libro è disponibile in versione digitale su www.libridigitali.com Tutti i diritti sono riservati. Nessuna parte del libro può essere riprodotta o diffusa con un mezzo qualsiasi, fotocopie, microfilm o altro, senza il permesso scritto dell’editore. All rights reserved. No part of this book shall be reproduced, stored in a retrieval system, or transmitted, by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, or otherwise without written permission from the publisher. In copertina: centrale termica dell’Ospedale di Conegliano Veneto (TV). Per gentile concessione dell’Ulss 7 del Veneto. Copertina di Franco Beretta Realizzazione editoriale di Nuova Videostena, Milano Stampa: Andersen, Borgomanero (NO) Finito di stampare nel mese di marzo 2012 Printed in Italy

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Prefazione

Laudato si’, mi’ Signore, per frate vento et per aere et nubilo et sereno et onne tempo, per lo quale a le Tue creature dai sustentamento. Francesco d’Assisi (Il Cantico delle Creature) Al tempo della prima edizione di questo manuale c’era grande necessità di disporre di un metodo interpretativo dei dettati della legge 10 /1991 sul corretto impiego dell’energia e in effetti questo testo si è dimostrato, e si dimostra, il principale supporto per la progettazione di impianti di riscaldamento. È uno strumento guida arricchito di esemplificazioni; è nato in concomitanza e a supporto di corsi di termotecnica destinati agli ingegneri, ai periti industriali e ai tecnici di aziende pubbliche e private, ovunque vi sia progettazione, costruzione, assistenza tecnico-commerciale, verifica e ricerca-sviluppo in materia di comfort. Uno sguardo in quest’arco di tempo fa constatare l’imponente evoluzione intervenuta nella tecnologia dei prodotti e dei sistemi, ma anche nel costume degli utenti, più consapevoli delle reali esigenze di comfort, sicurezza e tutela ambientale. Altrettanta evoluzione c’è stata nel campo delle leggi, dei decreti e delle norme unificate: la Normativa nel suo insieme è passata in primo piano e ora si corre addirittura il rischio di confinare la Tecnica in un ruolo secondario. Frattanto il ricorso ai software professionali è divenuto normale routine, il che semplifica il lavoro, ma comporta il rischio di sorvolare e di non apprezzare i fenomeni termotecnici nei dettagli o addirittura nella loro essenza. Il computer non divenga dunque una scatola nera che fornisce risultati numerici senza significato, bensì mantenga la sua funzione di efficace coadiutore del progettista, quest'ultimo cosciente e partecipe dei procedimenti sviluppati. Questa quarta edizione, pur nell’osservanza rigorosa della normativa più aggiornata, riprende i concetti della Fisica per l’analisi termica e igrometrica del complesso edificio-impianto, approfondendo la componente radiante per un miglior affiancamento ai tradizionali effetti convettivi. Di pari passo si sviluppa la contabilizzazione dei consumi di energia,

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Prefazione

l’utilizzo dell’energia solare in un’ottica aggiornata e, in genere, il contenimento dell’inquinamento ambientale e delle emissioni di gas serra nell’atmosfera del nostro Pianeta. Alla stesura della prima edizione ha attivamente partecipato Roberta Iuzzolino con il suo bagaglio di dottore in scienze matematiche, senza il cui aiuto avrei navigato in acque poco sicure. Ora il testo è stato integralmente ricostruito e riscritto, ma mantiene l’impronta della collega che qui saluto con affetto e riconoscenza. Vittorio Bearzi

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Indice

Prefazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

V

Capitolo 1 – I criteri del progetto termotecnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.1 Il benessere e il suo approvvigionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.1 Potenziale energetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.2 Temperatura dei locali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Il cerchio della qualità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Proprietario e conduttore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.2 Progettisti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3 Costruttore dell’impianto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.4 Manutentore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.5 Comune e sindaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.6 Verificatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.7 Energy manager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Il progetto secondo la legge 10/91 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.1 Dichiarazione di rispondenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.2 Uso delle norme tecniche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.3 Definizioni ed esigenze edilizie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3.4 Deposito del progetto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Certificazione energetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



4 5 9 14 18 18 19 20 21 21 23 24 25 26 30 32 33 35

Capitolo 2 – Calcolo termico dell’edificio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

2.1 Dati di base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Temperatura dell’aria esterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.2 Gradi giorno e zona climatica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37 40 42



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2.2 2.3 2.4

2.1.3 Umidità e permeabilità . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Limiti categorici di dispersione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Superfici e volumi significativi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Preliminari al calcolo di potenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.1 Calore di dispersione nell’unità di tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.2 Temperatura dell’ambiente interno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.3 Trasmittanza unitaria delle pareti esterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.4 Trasmittanza unitaria dei serramenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.5 Flusso termico attraverso locali non riscaldati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.6 Dispersioni attraverso il pavimento o le murature addossate al terreno . . 2.3.7 Dispersioni attraverso il solaio di copertura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.8 Trasmittanze lineari di giunti e spigoli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.9 Altri fattori che incrementano le dispersioni termiche . . . . . . . . . . . . . . . 2.3.10 Fattori per intermittenza di funzionamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Calcolo della potenza termica dell’impianto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Flusso termico per dispersioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.2 Calore di ventilazione nei locali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.3 Potenza termica risultante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.4 Verifiche sulla trasmittanza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.5 Primi dimensionamenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.6 Apporti termici gratuiti nel calcolo di potenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



44 45 48 48 50 52 56 63 67 68 70 72 73 74 76 76 76 80 80 82 83

Capitolo 3 – Umidità e ventilazione dei locali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

85

3.1 Il controllo igrometrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Il flusso di vapore attraverso le strutture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 La verifica igrometrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Calcolo della temperatura superficiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4 Calcolo della condensa interstiziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.5 Esempi di calcolo della condensa interstiziale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.6 Accumulo di acqua ammissibile nelle strutture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.7 Relazione sulla verifica igrometrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 La ventilazione degli ambienti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Il quadro normativo d’origine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Il Dlgs 626/94, la UNI 10339/95 e altri decreti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3 Fabbisogno termico istantaneo per ventilazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.4 Fabbisogno annuale di energia per ventilazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



86 86 92 93 97 102 105 108 108 110 112 124 125 128

Capitolo 4 – Scelte impiantistiche e prime verifiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.1 Obbligo del recuperatore sull’aria espulsa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.2 Scelta del generatore di calore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 VIII eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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4.2.1 Classificazione funzionale dei generatori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Generatori ad acqua calda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.3 Il campo di temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.4 Criteri costruttivi delle caldaie ad acqua calda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.5 Cenni normativi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.6 Dati caratteristici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.7 Gruppi termici domestici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.8 Generatori a combustibili solidi e policombustibili . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.9 Il problema dell’acqua calda sanitaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.10 Rendimento globale medio stagionale limite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Il terminale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Rendimento di emissione per i differenti terminali . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.2 Il radiatore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3.3 I sistemi radianti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 La rete di distribuzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.1 Coibentazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4.2 Rendimento di distribuzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Regolazione degli impianti di riscaldamento e correttezza dei circuiti . . . . . . . 4.5.1 Zona singola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.2 Impianto a zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.3 Un’alternativa che privilegia il bagno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.4 Compensatori idraulici e serbatoi inerziali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.5 Raccomandazioni sulla regolazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.6 Valvole termosensibili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.7 Rendimento di regolazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5.8 Contabilizzazione del consumo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



132 134 134 134 139 139 144 145 146 151 152 153 154 156 164 168 170 171 171 172 175 175 183 184 184 186 188

Capitolo 5 – Calcolo dell’energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 5.1 5.2 5.3

Il fabbisogno normalizzato di energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1.1 Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale . . . . . . 5.1.2 Criteri di calcolo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lo scambio mensile di energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.1 Apporti termici interni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2.2 L’azione del sole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Energia da produrre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



189 191 192 195 196 199 205

Capitolo 6 – Controllare il consumo di energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6.1 Il controllo della temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6.1.1 Le condizioni in ambiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 6.1.2 Temperatura dei fluidi vettori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

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6.1.3 Temperatura dei corpi scaldanti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Orari di esercizio e termoregolazioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Attenuazione notturna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.2 Regolazione del riscaldamento a pavimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.3 Regolazione della temperatura nei locali favoriti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Conservazione dell’energia prodotta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



212 213 214 215 218 220 220

Capitolo 7 – Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici . . . . . . . . . . . . . . . 221 7.1 Il recupero del calore delle espulsioni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.1 Recuperatori a secco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.2 Batterie gemelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.3 Batterie a tubi di calore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.4 Un sistema modulare per edifici industriali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.5 Aria corretta tutto l’anno con la pompa di calore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1.6 Calcolo del recuperatore di calore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Utilizzo dell’energia solare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.1 Diritto al sole nella nuova edilizia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.2 Progettazione specifica: le ombre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.3 L’inclinazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.4 Accessibilità e libertà nella progettazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.5 Solarizzazione integrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.6 Schemi d’impianto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.7 Come produrre acqua calda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2.8 Esempio di calcolo di un impianto solare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Tempo di recupero della spesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



222 226 227 227 228 229 229 235 236 241 243 244 247 251 262 265 268 277

Capitolo 8 – Etica e formazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279 8.1 8.2

Confusione fra princìpi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.1 Economia del rapporto Sole/Terra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.2 Ossigeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.3 Idrogeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.4 Il regime energetico complessivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.5 Gli investimenti e le leggi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.6 L’energy pay back time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1.7 Le regole civilistiche nel sistema italiano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Strumenti e meccanismi per i nuovi obiettivi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 Solare termico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2 Inclinazione impropria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.3 Norme complementari e compiti del progettista . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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279 281 282 282 283 284 284 286 287 288 289 289

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8.2.4 Informazione e formazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 8.2.5 Sostegno alle rinnovabili . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 Capitolo 9 – Aspetti generali ed esempi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 9.1 Condizionamento o climatizzazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Centralizzato o autonomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.1 Architettura degli impianti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.2 Contese condominiali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2.3 Dall’autonomo al centralizzato contabilizzando il consumo . . . . . . . . . . 9.3 Emissione dei prodotti della combustione all’atmosfera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3.1 Generatori muniti di ventilatore nel circuito di combustione . . . . . . . . . . 9.3.2 Calcolo del camino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4 Esempio di intervento in una ristrutturazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.1 Analisi della situazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.2 Progetto di ristrutturazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.3 Nuova centrale termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.4 Consuntivi del periodo 1982-1996 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.4.5 Gradi giorno reali e consumi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5 Efficienza energetica e architettura bioclimatica in un nuovo ospedale . . . . . . . 9.5.1 Il motivo progettuale dominante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.2 I servizi idrici per il consumo umano, per servizio . . . . . . . . . . . . . . . . . e per il raffreddamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.3 Energia e architettura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.4 Minimo impatto termico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.5 Utilizzo dell’energia solare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.6 Cogenerazione e raffreddamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.7 Acqua calda sanitaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.8 Climatizzazione degli ambienti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.5.9 Acqua calda vettore del riscaldamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



293 294 296 297 298 299 306 309 314 314 318 319 324 325 328 331



333 334 335 335 339 339 340 342 347

Capitolo 10 – Relazione finale e certificazione energetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 10.1 La relazione tecnica conclusiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.1 Informazioni generali . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.2 Fattori tipologici dell’edificio (o del complesso di edifici) . . . . . . . . . . . 10.1.3 Parametri climatici della località . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.4 Dati tecnici e costruttivi dell’edificio (o del complesso di edifici) e delle strutture relative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.5 Dati relativi agli impianti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.6 Principali risultati dei calcoli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



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351 352 355 XI

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10.1.7 Elementi specifici che motivano eventuali deroghe a norme stabilite dalla normativa vigente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1.8 Valutazioni specifiche per l’utilizzo delle fonti rinnovabili di energia . 10.1.9 Documentazione allegata (qui un elenco indicativo) . . . . . . . . . . . . . . 10.1.10 Dichiarazione di rispondenza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2 Certificazione energetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.1 Considerazione delle risorse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.2 Calcolo del rendimento energetico integrato degli edifici . . . . . . . . . . . 10.2.3 Requisiti minimi di rendimento energetico degli edifici . . . . . . . . . . . . 10.2.4 Fonti rinnovabili di energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.5 Certificazione energetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2.6 Soggetti abilitati alle analisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Capitolo

1

I criteri del progetto termotecnico Riscaldare gli ambienti di vita e di lavoro significa dotare gli edifici di sistemi e componenti apportatori di comfort, governati da regole tecniche e legislative tanto complesse quanto necessarie. Questo testo intende fornire al lettore le nozioni e gli strumenti da dedicare alla progettazione del riscaldamento dei locali, percorrendo tutte le metodologie proposte o imposte dalla normativa in vigore. La progettazione viene trattata a partire dal capitolo 2, ove si esamina il bilancio termico dell’edificio nelle condizioni limite, identificando di seguito, al capitolo 3, i fenomeni legati all’umidità degli ambienti con i relativi effetti sulle strutture d’involucro. Si tratta per prima cosa di scegliere gli elementi costruttivi delle pareti che circondano l’ambiente in modo che le perdite termiche che le attraversano siano contenute entro limiti corretti, controllando così che il calore, prodotto a caro prezzo, sia conservato il più possibile entro l’involucro, senza per questo impedire il rinnovo d’aria, indispensabile per la respirazione umana e per l’evacuazione dei prodotti gassosi indesiderati che si vanno formando all’interno. I fenomeni di trasmittanza caratteristici di questa fase vanno dunque comparati alla permeabilità delle strutture di tamponamento affinché sia garantita la traspirazione dell’ambiente abitato, evitando fra l’altro insalubri formazioni di condensa sulle superfici interne o negli interstizi dell’involucro edilizio. Qui viene approfondita l’aerazione dell’ambiente, soppesando le norme in materia, piuttosto inosservate e in parte obsolete, confrontandole con le esigenze reali dell’uomo e con le regole più aggiornate. In prima battuta, e dunque a livello preliminare, il progettista opera le scelte tipologiche dei componenti, delle reti e delle regolazioni (capitolo 4) per delineare e definire il complesso impianto-edificio che coinvolge le relazioni dirette fra i terminali impiantistici e il benessere, ma anche quelle fra l’intero sistema che vive e opera entro l’involucro edilizio e l’ambiente esterno, a sua volta bisognevole di rispetto e di cure: ecco il duplice vantaggio ottenibile dalla limitazione delle emissioni in atmosfera, che consente di conseguire qualificate prestazioni ed elevati livelli di efficienza.

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Capitolo 1

I criteri del progetto termotecnico

Nella fase di bilancio complessivo vengono valutati gli apporti termici “gratuiti” costituiti dalle rientrate termiche per il naturale utilizzo dell’energia solare, che penetra le superfici trasparenti e coinvolge l’intera morfologia edilizia, cui si sommano gli effetti termici di tutti gli utilizzi elettrodomestici, delle combustioni e dello stesso metabolismo umano (capitoli 5 e 6). Le scelte di fondo sono oggetto peraltro di valutazioni e di confronto fra impianto centralizzato e autonomo, suggerendo il modo di preparare gli edifici al mutare degli eventi energetici con la predisposizione di schemi intercambiabili, senza perdere di vista gli effetti immediati sul calcolo del fabbisogno di energia annuale, che divengono oggetto di un’attenta analisi delle protezioni termiche. Quadro 1.1 QUADRO NORMATIVO SUGLI IMPIANTI: DINAMICA AL 31 DICEMBRE 2010 Il progetto, la costruzione e la conduzione degli impianti di riscaldamento sono regolati in Italia dalle leggi sulla sicurezza negli ambienti di vita e di lavoro e da quelle sul corretto impiego dell’energia e sulla tutela dell’ambiente. Si tratta di diversi filoni normativi fittamente interconnessi, complessivamente contenuti in svariate centinaia di dispositivi, quali leggi, decreti presidenziali (Dpr e Dpcm), decreti legislativi in applicazione di direttive europee, decreti legge, decreti ministeriali, delibere, circolari e norme tecniche. È compito di questo manuale accompagnare il lettore nella comprensione e interpretazione dell’insieme: infatti progettare e operare significa essenzialmente applicare le norme. La chiave di lettura consigliata si atterrà all’acquisizione dei concetti, in vista della ricorrente emanazione di nuove regole, dell’aggiornamento di quelle esistenti e del progressivo recepimento di direttive europee. Si possono individuare i percorsi essenziali nello sviluppo delle norme, contrassegnandone le tappe principali con l’indicazione delle leggi che più hanno avuto incidenza e risonanza sul nostro costume: la distinzione, illustrata al quadro 1.2, è del tutto soggettiva e necessariamente episodica, il che non può mettere in ombra altri documenti altrettanto importanti nel settore d’interesse.

Il capitolo 7 tratta dell’utilizzo delle fonti alternative di energia, nella direzione già indicata dal PEN, Piano Energetico Nazionale concepito negli anni ’80; nella stessa direzione, con più efficacia, si dirigono i programmi dell’Unione Europea per il risparmio energetico e l’uso delle fonti rinnovabili, tradotti nei decreti legislativi, nei Dpr e nei decreti ministeriali che progressivamente vanno integrando e aggiornando la legge 10 del 1991, fondamentale per il settore considerato. In tali decreti sono contenute nuove regole che determinano sostanziali mutamenti del modo e del costume del costruire. Più avanti nel tempo analoghi programmi assumeranno dimensione e diffusione mondiale, 2 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Due percorsi normativi per la termotecnica

nel tentativo di limitare i danni al pianeta dovuti all’inquinamento da gas serra: in tal senso il testo è dedicato anche al recupero termico dalle espulsioni e all’utilizzo di fonti energetiche fino a ieri trascurate, a cominciare dall’energia solare per il riscaldamento degli ambienti e la produzione dell’acqua calda sanitaria. I capitoli 8 e 9 trattano di aspetti e problemi di carattere generale sia per la rispondenza a principi di etica, sia per il perseguire obiettivi del presente, con esempi applicativi e riscontri. La relazione di progetto, completa di tutti gli aspetti rispondenti alla norma, è trattata nel capitolo 10, seguendo la forma introdotta dai decreti e presentando le novità introdotte dalla direttiva 2002/91/CE sull’applicazione dei requisiti minimi di rendimento energetico e sulla relativa Certificazione energetica, con tutta la normativa che ne consegue. Il vero scopo che il testo si propone è di rispondere alle regole formulando la progettaQuadro 1.2 DUE PERCORSI NORMATIVI PER LA TERMOTECNICA Sicurezza delle persone

Comfort e tutela ambientale

Dpr 19.3.1956 n. 302 sulla sicurezza sul lavoro e norme integrative al Dlgs 9.4.2008 n. 81

Legge 29.5.1982 n. 308 sull’impiego delle fonti alternative di energia; rimane in vigore l’art. 23 sull’etichettatura

Legge 1.3.1968 n. 186 su materiali e installazioni in elettricità ed elettronica

Legge 9.1.1991 n. 10, attuazione del Piano Energetico Nazionale in materia di uso razionale dell’energia, risparmio energetico e sviluppo delle fonti rinnovabili

Legge 6.12.1971 n. 1083, norme per la sicurezza dell’impiego del gas combustibile Dm 1.12.1975 sulla sicurezza degli impianti termici Legge 5.3.1990 n. 46 sulla sicurezza degli impianti: è legge per gran parte abrogata salvo che per le verifiche e sanzioni Legge 27.3.1992 n. 257 recante norme per la cessazione dell’impiego dell’amianto Legge 26.10.1995 n. 447, legge quadro sull’inquinamento acustico Dlgs 8.3.2006 n. 139 sulle funzioni e sui compiti del Corpo nazionale dei Vigili del fuoco

Dpr 26.8.1993 n. 412, regolamento di attuazione della legge 10/1991 art. 4.4 modificato e integrato ai sensi del Dlgs 19.8.2005 n. 192 Dlgs 19.8.2005 n. 192 sul rendimento energetico in edilizia modificato dal Dlgs 29.12.2006 n. 311: l’allegato E pubblica il facsimile di relazione tecnica rispondente alle prescrizioni sul contenimento del consumo di energia Dlgs 3.4.2006 n. 152, norme in materia ambientale

Segue

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Capitolo 1

I criteri del progetto termotecnico

Quadro 1.2 – Seguito Legge 3.8.2007 n. 123 su salute e sicurezza sul lavoro Dlgs 9.4.2008 n. 81 di attuazione della legge 123/2007 Legge 7.7.2009 n. 88 con attuazione delle direttive sulla qualità dell’aria (art. 10), sull’inquinamento acustico e sull’attuazione di direttive europee Dlgs 3.8.2009 n. 106 su disposizioni integrative al Dlgs 81/2008 Dm 13.8.2009 con l’elenco riepilogativo aggiornato delle norme nazionali che traspongono le norme armonizzate europee in materia di apparecchi a gas di cui alla direttiva 90/396/CEE

Dm 22.1.2008 n. 37 modificato dal Dm 19.5.2010, riordino delle disposizioni in materia di attività di installazione degli impianti all’interno degli edifici Dlgs 30.5.2008 n. 115, attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa all’efficienza degli usi finali dell’energia con abrogazione della direttiva 93/76/ CEE Dpr 2.4.2009 n. 59, regolamento di attuazione del Dlgs 192/2005 (art. 4) sul rendimento energetico in edilizia Dm 26.6.2009, linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici Dlgs 29.3.2010 n. 56, modifiche e integrazioni ai DDlgs 19.8.2005 n. 192 e 30.5.2008 n. 115

zione in modo conseguente, ma il sentiero del calcolo viene percorso in chiave critica sia per comprendere, da termotecnici, il significato di ciascun passaggio, sia per preparare e sollecitare aggiornamenti o modifiche alla normativa.

1.1 Il benessere e il suo approvvigionamento La crescita della società umana è possibile soltanto con l’elevarsi del livello di qualità della vita, la cui soglia minima è stata superata grazie alla diffusione della climatizzazione degli ambienti e il progressivo perfezionamento degli impianti che regolano il microclima in cui si vive: si noti che l’uomo moderno, per l’85% del proprio tempo, vive e opera all’interno di edifici o di abitacoli. In questo ambito il benessere va considerato quale stato mentale complessivo [1] che dipende da relazioni fisiche dirette (figura 1.1), come temperatura, velocità dell’aria, umidità relativa, visuale, rumore e sensazioni olfattive, ma anche da stati di allarme più o meno palesi e dall’esigenza di salvaguardia dell’ambiente. Si tratta di soddisfare l’intera serie dei bisogni con l’applicazione delle leggi preposte alla qualificazione degli impianti e degli addetti, affermando nel contempo una nuova dignità per le figure tecnico-professionali rivolte alla tutela della sicurezza dell’utenza e al corretto impiego dell’energia. L’esigenza di comfort, che ci abitua ad ambienti riscaldati d’inverno e freschi d’estate, 4 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il benessere e il suo approvvigionamento

16

20

14

Umidità assoluta (g/kg) Non risultano indicazioni sufficienti sul limite inferiore di umidità sopportabile

15

10 8

90 80 6 70 60 4 50 40 30 2 20 10% 10

10 5

Punto di rugiada (°C)

12 g/kg è il limite massimo sopportabile di umidità assoluta

12

0 –5

U.R. 13

16

–10 18

21

24

27

29

32

35

38

Temperatura operante (°C)

Figura 1.1 – Rappresentazione delle zone di benessere invernale ed estivo secondo gli standard ANSI ASHRAE 55 ovvero ISO 7730, per persone in abbigliamento tipico della rispettiva stagione. Velocità dell’aria ≤ 0,2 m/s [2].

è vista come bene acquisito ed essenziale che fa parte della civiltà dell’uomo. Non si dimentichi che negli ultimi decenni è aumentata la durata media della vita umana e si sono drasticamente ridotte le patologie legate ad ambienti poco sani, per esempio quelle polmonari. In un ambiente correttamente riscaldato si vive e si lavora meglio. Lo studio, il lavoro, l’attività fisica, il riposo hanno maggiore efficacia in luoghi confortevoli e salubri, come appunto quelli serviti da impianti ben dimensionati e mantenuti. 1.1.1 Potenziale energetico Nel contesto delineato, l’aspetto economico riveste un ruolo importante: il benessere deve avere un costo di gestione ragionevole, accessibile a tutti. Si devono perciò abbattere gli sprechi di energia, lasciando in tal modo a disposizione di chiunque, e possibilmente delle prossime generazioni, le risorse accumulate nelle viscere del pianeta. In Italia è stata attuata la liberalizzazione del mercato e la capillare distribuzione del gas naturale, considerato dal PEN quale fonte di energia disponibile con continuità: per questo le leggi sull’energia ne hanno favorito e agevolato l’impiego in un’ottica che peraltro guardava poco oltre il millennio trascorso. Frattanto si è affacciato sulla scena il teleriscaldamento, sistema aperto allo sfruttamento di qualsiasi tipo di combustibile o di fonte energetica, inclusi i rifiuti solidi urbani. Purtroppo le risorse più note, come gli idrocarburi, stanno rapidamente scemando. Milioni di anni sono stati necessari per formare depositi fossili che l’uomo, in poco più di un secolo, 5 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 1

I criteri del progetto termotecnico

106 GWh 120

Energia totale

Energia delle maree

100 1970

80

Carbone

60 Fissione nucleare Gas naturale

40

20

Energia solare Fusione termonucleare

Petrolio

0 1800

Scisti sabbie bituminose

Legno, vento mulini ad acqua

1850

1900

1950

2000

2050

2100

2150

2200

2250

Energia idroelettrica

Figura 1.2 – Il potenziale energetico secondo una proiezione pubblicata intorno al 1970.

sta esaurendo. La figura 1.2, tracciata nei primi anni ’70 per rappresentare l’evoluzione prevedibile del potenziale energetico, si dimostra sorprendentemente valida, nonostante gli scostamenti e scorrimenti dovuti ai fatti internazionali, alle guerre del petrolio e ai grandi eventi superiori alle facoltà di controllo dei governi meno illuminati, il tutto a danno e appesantimento del problema dell’energia. L’impennarsi dell’andamento dei prezzi dei combustibili non è certamente casuale e offre ulteriori elementi di riflessione. Processi dannosi al pianeta si sono rivelati, in ordine di apparizione, l’inquinamento dell’aria da composti solforosi e poi da ossidi d’azoto (piogge acide), l’inquinamento dell’acqua da veleni e nutrienti, l’inquinamento del terreno da rifiuti, l’impoverimento dell’ozono stratosferico e l’incremento dell’anidride carbonica nell’atmosfera con il suo effetto serra. Ma si è protagonisti del dimenticare ogni pubblica preoccupazione via via che se ne presenta una nuova e così si preferisce evitare la considerazione di altri problemi imponenti, generatori di squilibrio, già riconosciuti e attuali ma privi dell’innesco distribuito dal terrorismo mediatico. Si possono elencare fra questi il depauperamento delle risorse fossili, l’effetto termico diretto sul pianeta della combustione di idrocarburi e della fissione dell’atomo, l’entropia, calore inutile e uniformemente diffuso risultante da ciascun processo termodinamico, le evaporazioni da torri di raffreddamento con effetto aerosol vettore di microrganismi patogeni, l’oscurazione dell’atmosfera da vapor d’acqua risultante dalle 6 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il benessere e il suo approvvigionamento

Figura 1.3 – Fra i gas serra è da considerare e temere anche il vapor d’acqua diffuso dalle torri evaporative e da altre evaporazioni. Oltre a opporsi alla radiazione nell’infrarosso del pianeta verso la volta celeste, è dannoso per la diffusione in atmosfera di una fauna batterica proliferante nei bacini di raccolta.

combustioni, dai motori endotermici e dalle evaporazioni tecnologiche (figura 1.3), la riduzione dell’ossigeno vitale. È proprio in questo ambito che ha preso vigore la legge 10/91, in esecuzione del PEN. Essa esordisce, all’art. 1, tracciando gli obiettivi fondamentali cui corrisponde un nuovo e più aggiornato metodo di progettare, costruire e gestire gli impianti termici. Vi si afferma la necessità di: 7 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 1

I criteri del progetto termotecnico

– migliorare i processi di trasformazione dell’energia; – ridurre i consumi; – migliorare le condizioni di compatibilità ambientale a parità di servizio reso e di qualità della vita. Qualunque intervento venga compiuto secondo l’insieme dei criteri espressi da questa legge permette di raggiungere contemporaneamente i tre scopi rappresentati alla figura 1.4: ne sono esempi la buona coibenza degli edifici, l’utilizzo di fonti rinnovabili di energia, la corretta manutenzione, la sostituzione di impianti obsoleti, un elenco che può allungarsi a piacere. Questa dichiarazione generale di princìpi si rivolge poi alla concreta realtà italiana: non avendo risorse promettenti da sfruttare si deve consumare meno, con il complemento del minore inquinamento dell’ambiente che un ridotto consumo di idrocarburi garantisce. La legge abbina le limitate fonti di energia alle pratiche di risparmio e all’utilizzo delle fonti rinnovabili di energia, scendendo nel dettaglio di ciascuna di queste opportunità. Si pensi che la spesa annua complessiva per il riscaldamento, riferita all’anno 2010, si aggira in Italia intorno ai 46 miliardi di euro essendo quasi raddoppiata nell’ultimo ventennio. Di questi, circa la metà vanno perduti per necessità fisico-chimiche e per sprechi difficilmente limitabili. Alla luce della legge 10/91 buona parte di tale spesa nazionale potrebbe contrarsi in conseguenza di un maggior ricorso a risorse del nostro paese (prodotto interno lordo), attraverso l’uso razionale dell’energia e il ricorso alle fonti rinnovabili, riducendo i consumi e migliorando i processi.

Figura 1.4 – Sintesi grafica dei criteri che contraddistinguono la legge 10/91: ciascun intervento promosso dalla legge consente di raggiungere contemporaneamente i tre obiettivi rappresentati.

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Il benessere e il suo approvvigionamento

Ciò implica la sostituzione di impianti insicuri e a basso rendimento con sistemi più moderni e affidabili. Il corrispettivo del risparmio conseguibile potrebbe essere impiegato nel settore termotecnico a tutto vantaggio del prodotto interno lordo, come si è detto, investendo perciò in migliori apparecchiature, installazioni e pratiche gestionali. Si vanno raggiungendo così importanti risultati: risparmio di combustibile, riduzione di inquinamento, maggiore occupazione nelle industrie del settore o in attività come quelle rivolte alla manutenzione dei generatori, al controllo della combustione, alle misure, alle tarature, ai controlli, alle verifiche e alla buona conservazione degli impianti. È per questi motivi che l’art. 1 della legge 10/91 prosegue richiamando a una più rapida sostituzione degli impianti al fine di migliorare i processi di trasformazione dell’energia, di ridurre i consumi e di migliorare le condizioni di compatibilità ambientale. Si promuove l’installazione di generatori ad alto rendimento e viene istituito l’obbligo della manutenzione programmata, cioè dell’esecuzione di tutte le operazioni di manutenzione ordinaria e straordinaria secondo le prescrizioni della vigente normativa UNI e CEI al fine di contenere i consumi di energia e di salvaguardare la sicurezza dell’utente. Ecco dunque delinearsi il compito complessivo degli operatori del settore, orientato allo sviluppo di una diffusa cultura del benessere nelle case di tutti e all’acquisizione di quel ruolo di responsabilità e importanza nel contesto edilizio che ai tecnici del riscaldamento compete. Un freno all’intero processo innescato dalla legge 10/91 consiste purtroppo nella mancata pubblicazione di atti e decreti delegati dal legislatore agli organi governativi e alle regioni, né si riesce a intravedere, dopo tanto tempo, un cambiamento significativo su tale linea. Infine, ciò che il PEN aveva preconizzato è accaduto e al mancato adempimento dei dettati della legge ora si vanno sostituendo i dettati delle direttive europee i quali determinano, obbligatoriamente, la decretazione legislativa di regole che già avrebbero dovuto essere emesse per delega del Parlamento italiano al Governo e al Presidente della Repubblica. 1.1.2 Temperatura dei locali Rappresenta il parametro più noto e di più facile comprensione, che consente di interpretare il microclima degli ambienti e di confrontare il servizio acquisito con esigenze generali o particolari. La temperatura ottimale nei locali riscaldati si attesta nel nostro Paese intorno al valore di 20 °C, che costituisce anche il limite fissato dal Dpr 412/93 (articolo 4) per quasi tutti i locali abitati. Un limite più ristretto (18 °C) viene riservato ai locali adibiti ad attività industriali, artigianali e assimilabili. Le suddette temperature possono essere superate, stando alle nostre leggi, per esigenze tecnologiche o di produzione in edifici industriali ecc., ovvero quando il riscaldamento ambiente sia alimentato da fonti non convenientemente utilizzabili in altro modo, come ad esempio quando vi siano recuperi di cascami termici o utilizzo di energie alternative con fasi di esubero termico. Chiaramente vi sono locali o interi edifici adibiti a ospedali o simili ove la temperatura 9 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 1

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deve essere mantenuta a livelli più alti rispetto allo standard di 20 °C per consentire visite e interventi o per esigenze mediche e curative. Il progettista dell’impianto deve indicare nella propria relazione tecnica la temperatura massima fissata per tali locali e gli elementi di carattere oggettivo che la giustificano. In proposito è previsto (art. 4, comma 5) che le autorità comunali forniscano il benestare all’assunzione dei valori di temperatura oltre il limite di 20 °C entro sessanta giorni dalla presentazione della relazione. Il silenzio corrisponde ad assenso. Locali piscina, saune e altri assimilabili reclamano temperature ambientali ben superiori al limite di legge; anche in questo caso il progettista seguirà i criteri sopra indicati. Nel locale piscina, ad esempio, la temperatura dell’aria dovrebbe sempre essere uguale o maggiore di quella dell’acqua in vasca, onde evitare fenomeni di condensa tali da rendere il locale impraticabile. Per questo la temperatura dell’acqua va contenuta al minimo indispensabile, compatibilmente con il tipo di attività svolta: scuola nuoto, competizione sportiva o libero nuoto. La temperatura assegnata ai locali ove le persone indossano un abbigliamento corrispondente a quello adottato all’aria aperta può essere fissata nei seguenti valori: – hall, corridoi e gallerie di complessi commerciali e supermercati 14÷16 °C – luoghi di culto 16÷18 °C – musei, mostre, sale di esposizione, pinacoteche 16÷18 °C – corridoi, scale, atri 14÷18 °C. Nei locali ove si svolge intensa attività fisica le temperature potranno scendere a valori più bassi: – palestre 14÷16 °C – stabilimenti adibiti ad attività in pieno movimento 14÷16 °C. Nell’operare queste scelte è necessario prestare attenzione alle reali condizioni d’uso dei locali e anche alle esigenze del personale che opera all’interno in forma maggiormente sedentaria, come guardiani, portieri, commessi, sorveglianti ecc.: nei locali più freddi è augurabile che costoro dispongano di guardiole, pulpiti o spazi appositi, riscaldati alla temperatura di maggior comfort. In generale la temperatura assunta nei locali è quella dell’aria, come ribadisce il Dpr 412/93 al comma 1 dell’art. 4, ma il reale effetto sull’uomo è determinato dalla temperatura operante, intesa come media aritmetica fra la temperatura dell’aria misurata al centro dello spazio e la temperatura media radiante emessa dalle pareti che circondano lo spazio considerato (si veda il quadro 1.4). Si può fare l’esempio di un locale, riscaldato fuori legge, con l’aria a 20 °C e le pareti circostanti di lamiera. Quando la temperatura esterna dovesse scendere, l’effetto sulle persone sarebbe del tutto insoddisfacente: freddo e malessere. Quegli stessi 20 °C nell’aria diverrebbero viceversa eccessivi in un ambiente ben costruito e dotato di riscaldamento radiante, dove le pareti, il pavimento e il soffitto che circondano l’osservatore si portano, per loro stessa natura, a una temperatura ben maggiore: l’effetto sulle persone sarebbe anche qui insoddisfacente. Da questo esempio essenziale si può ricavare il convincimento 10 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Quadro 1.3 CLASSIFICAZIONE DEGLI EDIFICI SECONDO IL DPR 412/93 Classe Destinazione d’uso E 1 Edifici adibiti a residenza e assimilabili: E 1.1 abitazioni adibite a residenza con carattere continuativo, quali abitazioni civili e rurali, collegi, conventi, case di pena e caserme; E 1.2 abitazioni adibite a residenza con occupazione saltuaria, quali case per vacanze, fine settimana e simili; E 1.3 edifici adibiti ad albergo, pensione e attività similari. E 2 Edifici adibiti a uffici e assimilabili: pubblici o privati, indipendenti o contigui a costruzioni adibite anche ad attività industriali o artigianali, purché siano da tali costruzioni scorporabili agli effetti dell’isolamento termico. E 3 Edifici adibiti a ospedali, cliniche o case di cura e assimilabili, ivi compresi quelli adibiti a ricovero o cura di minori o anziani nonché le strutture protette per l’assistenza e il recupero dei tossicodipendenti e di altri soggetti affidati a servizi sociali pubblici. E 4 E 4.1 E 4.2 E 4.3

Edifici adibiti ad attività ricreative, associative o di culto e assimilabili: cinema e teatri, sale di riunione per congressi; mostre, musei e biblioteche, luoghi di culto; bar, ristoranti, sale da ballo.

E 5 Edifici adibiti ad attività commerciali e assimilabili: negozi, magazzini di vendita all’ingrosso o al minuto, supermercati, esposizioni. E 6 E 6.1 E 6.2 E 6.3

Edifici adibiti ad attività sportive: piscine, saune e assimilabili; palestre e assimilabili; servizi di supporto ad attività sportive.

E 7 Edifici adibiti ad attività scolastiche a tutti i livelli e assimilabili. E 8 Edifici adibiti ad attività industriali, artigianali e assimilabili. Qualora un edificio sia costituito da parti individuabili come appartenenti a categorie diverse, le stesse devono essere considerate separatamente, cioè ciascuna nella categoria che le compete.

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della necessità di una regola approfondita a riguardo della temperatura dei locali, basata dunque sui concetti e sui contenuti del quadro 1.4 e non semplicemente sulla temperatura dell’aria. Ciò sia detto per il dovuto rispetto alle esigenze dell’utente che potrebbe veder collaudare con esito positivo un impianto-edificio dalle prestazioni inaccettabili. Quadro 1.4 TEMPERATURA OPERANTE IN UNO SPAZIO CHIUSO SECONDO UNI 10344 In uno spazio chiuso delimitato da un involucro edilizio, il valore della temperatura operante dipende da: – temperatura interna; – irradianza termica interna; – coefficiente superficiale di scambio termico convettivo interno; – area delle diverse pareti che racchiudono lo spazio; – trasmittanza termica; – temperatura dell’aria esterna; – quantità dell’aria di ventilazione; – tipo di terminale di erogazione del calore. La temperatura operante θop è definita come: θop = (θai + θmr)/2 dove: θai è la temperatura dell’aria interna misurata al centro dello spazio; θmr è la temperatura media radiante dalle pareti, definita approssimativamente come media, pesata su ciascuna area, della temperatura superficiale interna di ogni parete che delimita lo spazio chiuso. La temperatura operante di un ambiente – in funzione della temperatura dell’aria interna ed esterna, delle caratteristiche dell’involucro edilizio e dell’impianto di riscaldamento – è data da: θop = θe + (θai – θe) · (1 + Caφ/AT) · Cb dove: θe θai φ AT Ca e Cb

è la temperatura dell’aria esterna (°C); è la temperatura dell’aria interna (°C); è la portata dell’aria di ventilazione (m3/h); è l’area totale dell’involucro edilizio che racchiude il volume dell’ambiente; sono due coefficienti che tengono conto del tipo di terminale di erogazione e sono riportati rispettivamente nei prospetti seguenti. Segue

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Quadro 1.4 – Seguito Valori del coefficiente Ca

Ca

Tipo di terminale di erogazione Convettori Terminali ad aria Radiatori (tutte le tipologie esclusa la successiva) Radiatori con superficie di emissione piana e continua Pannelli radianti isolati dalla struttura Pannelli radianti annegati nella struttura

0,000 0,000 0,015 0,025 0,030 0,040

Valori del coefficiente Cb correlato alla trasmittanza della struttura

Tipo di terminale di erogazione

Trasmittanza media della struttura Um (W/m2K)



0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

Convettori

0,95

0,92

0,90

0,88

0,87

0,86

Terminali ad aria

0,95

0,95

0,90

0,88

0,87

0,86

Radiatori (tutte le tipologie esclusa la successiva)

0,97

0,95

0,94

0,92

0,91

0,90

Radiatori con superficie di emissione piana e continua

0,98

0,96

0,95

0,93

0,93

0,92

Pannelli radianti

0,99

0,98

0,96

0,95

0,95

0,95

Um è la trasmittanza media specifica della struttura edilizia espressa come rapporto (Hk – Hv)/AT dove: Hk è il coefficiente di dispersione termica globale della zona; Hv è il coefficiente di dispersione per ventilazione; AT è l’area totale dell’involucro che racchiude lo spazio. Nella determinazione della temperatura operante di una zona, ricavata come somma di singoli ambienti mantenuti a una stessa temperatura, il valore dell’area totale deve essere calcolato considerando tutte le pareti esistenti nella struttura edilizia. Si devono peraltro conteggiare, oltre alle pareti esterne, anche i solai e le pareti divisorie interne per ciascuno dei locali costituenti la zona. I solai e le pareti che dividono due ambienti devono essere considerati due volte. Per tipologie edilizie costituite da unità abitative o assimilabili di tipo residenziale, uffici, ospedali ecc., il valore dell’area totale dell’involucro edilizio è dato approssimativamente da: AT = 6,04 · Ad /(1 + 2,47/np) dove: Ad è l’area dell’involucro edilizio che racchiude il volume riscaldato; np è il numero di piani.

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1.2 Il cerchio della qualità Le considerazioni fin qui svolte portano al concetto di qualità complessiva, che non può risultare dall’opera di un singolo individuo o di un segmento isolato del sistema, ma deve essere il compendio della collaborazione non condizionata fra tutti gli operatori che contribuiscono al prodotto finito. Il titolo II della legge 10/91 è molto chiaro in proposito: attraverso gli articoli dal 27 al 32 viene implicitamente imposto un modo di operare che propone quale unico beneficiario l’utente con tutti i suoi diritti, garantito dalle azioni di controllo degli organi a ciò preposti, ma ancor più dall’azione diretta dei progettisti, dei costruttori e dei manutentori (figura 1.5). L’azione combinata di questi operatori è determinante per raggiungere un prodotto idoneo all’uso, mediante l’applicazione dei princìpi attinenti alla garanzia della qualità contenuti nelle norme ISO 9000 e successive. Vi si ritrova la necessità che ciascun protagonista Proprietario

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Manutentore

Progettista

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Costruttore edile

Figura 1.5 – Soltanto l’azione coordinata di tutti i membri di un processo tecnologico, segmenti protagonisti del rispetto delle norme, può portare al conseguimento dei tre obiettivi tracciati alla figura 1.4 completando così il cerchio della qualità.

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Il cerchio della qualità

di un processo sia in grado di consegnare al successivo un prodotto del quale si possano garantire i requisiti, procedendo così in un’azione armonica e coordinata rappresentabile nel “cerchio della qualità”. A questo portano immancabilmente leggi e decreti che impongono l’obbligo del progetto ed è senz’altro da stigmatizzare la mancanza di un testo unitario e omogeneo in materia di impianti che sarebbe in grado di coinvolgere gli operatori del settore sottraendoli al rischio di fraintendimenti e di inconsapevole assunzione di responsabilità improprie. Si procede a questo esame a partire dall’obbligo di progettazione degli impianti di riscaldamento. Che si tratti di ristrutturazioni o di impianti nuovi, è la legge 10 del 1991 a definire l’obbligo di progettazione da parte di un professionista iscritto negli appositi albi, anzi è proprio la progettazione a legare intimamente l’impianto all’involucro edilizio, il che non può realizzarsi nel caso di progetto d’impianto consegnato a lavori ultimati come talvolta, o spesso, è accaduto. L’art. 25 definisce l’ambito di applicazione ove afferma: sono regolati dalle norme del presente titolo i consumi di energia negli edifici pubblici e privati, qualunque ne sia la destinazione d’uso; e poi, al secondo comma: nei casi di recupero del patrimonio edilizio esistente, l’applicazione del presente titolo è graduata in relazione al tipo di intervento, secondo la tipologia individuata dall’art. 31 della legge 5-8-1978, n. 457. A queste regole hanno fatto seguito le precisazioni dell’art. 3 del Dlgs 192/2005 sviluppate poi dal Dpr 59/2009. L’articolo 26 della legge 10/91, al terzo comma, specifica che gli edifici pubblici e privati, qualunque ne sia la destinazione d’uso, e gli impianti non di processo a 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 e che sono regolate, con riguardo ai momenti della progettazione, della messa in opera e dell’esercizio, le caratteristiche energetiche degli edifici e degli impianti non di processo a essi associati, nonché dei componenti degli edifici e degli impianti. E, per chiudere questa parte fondamentale, ecco il dettato della legge all’art. 28: il proprietario dell’edificio, o chi ne ha titolo, deve depositare in comune, in doppia copia, insieme alla denuncia dell’inizio dei lavori relativi alle opere di cui agli artt. 25 e 26, il progetto delle opere stesse corredate da una relazione tecnica, sottoscritta dal progettista o dai progettisti, che ne attesti la rispondenza alle prescrizioni della presente legge. Nel caso in cui la denuncia e la documentazione di cui al comma precedente non siano state presentate al comune prima dell’inizio dei lavori, il sindaco, fatta salva la sanzione amministrativa di cui all’art. 34, ordina la sospensione dei lavori sino al compimento del suddetto adempimento. Come si vede non vi è alcun livello di potenzialità dell’impianto che possa limitare l’obbligo di progettazione, da adempiere e concludere prima dell’inizio dei lavori, sia edili, sia impiantistici. Recenti disposizioni in materia sono contenute nel Dpr 59/2009. L’articolo 1 si occupa dell’ambito di intervento e delle finalità stabilendo i criteri generali, le metodologie di calcolo e i requisiti minimi per la prestazione energetica degli edifici e degli impianti termici per la climatizzazione invernale e per la preparazione dell’acqua calda per usi igienici sanitari, di cui all’art. 4, primo comma, lettere a) e b), del decreto legislativo 192/2005. Al terzo comma dello stesso art. 1 è precisato che i criteri generali di cui al primo e secondo 15 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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comma si applicano alla prestazione energetica per l’edilizia pubblica e privata anche riguardo alle ristrutturazioni di edifici esistenti. All’articolo 3 del Dpr 59/2009 sono definite le metodologie di calcolo della prestazione energetica degli edifici e degli impianti. Ai fini dell’art. 4, primo comma, lettere a) e b), del Dlgs 192/2005, per le metodologie di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici si adottano le norme tecniche nazionali, definite nel contesto delle norme EN a supporto della direttiva 2002/91/CE, della serie UNI/TS 11300 e loro successive modificazioni; di seguito si riportano le norme a oggi disponibili. • UNI/TS 11300-1 Prestazioni energetiche degli edifici. Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva e invernale; • UNI/TS 11300-2 Prestazioni energetiche degli edifici. Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria. • Ai fini della certificazione degli edifici, le metodologie per il calcolo della prestazione energetica, sono riportate nelle linee guida nazionali di cui al decreto del ministro dello sviluppo economico, adottato ai sensi dell’art. 6, nono comma, del Dlgs 192/2005. L’articolo 4 dello stesso Dpr 59/2009 fissa criteri generali e requisiti delle prestazioni energetiche degli edifici e degli impianti e, fra questi, al comma 5, si acquisisce che per tutte le categorie di edifici, così come classificati in base alla destinazione d’uso all’art. 3 del Dpr 412/1993, nel caso di nuova installazione e ristrutturazione di impianti termici o sostituzione di generatori di calore, previsti all’art. 3, secondo comma, lettera c), numeri 2) e 3), del decreto legislativo 192/2005, si procede al calcolo del rendimento globale medio stagionale dell’impianto termico e alla verifica che lo stesso risulti superiore al valore limite riportato al punto 5 dell’allegato C al citato decreto legislativo. Nel caso di installazioni di potenze nominali del focolare maggiori o uguali a 100 kW, è fatto obbligo di allegare alla relazione tecnica di cui all’art. 8, primo comma del suddetto decreto legislativo, una diagnosi energetica dell’edificio e dell’impianto nella quale si individuano gli interventi di riduzione della spesa energetica, i relativi tempi di ritorno degli investimenti e i possibili miglioramenti di classe dell’edificio nel sistema di certificazione energetica in vigore, in base alla quale sono state determinate le scelte impiantistiche che si vanno a realizzare. Appurato l’obbligo di progettazione degli impianti di riscaldamento, parte preminente del progetto per il comportamento energetico dell’edificio-impianto, si può esaminare il Dm 37/2008 che riordina le disposizioni in materia di attività di installazione impianti all’interno degli edifici: si applica agli impianti posti al servizio degli edifici, indipendentemente dalla destinazione d’uso, collocati all’interno degli stessi o delle relative pertinenze. Gli impianti considerati da questo decreto (art. 1) che hanno relazione con il presente testo, sono classificati alle lettere c) ed e) come segue: c) impianti di riscaldamento, di climatizzazione, di condizionamento e di refrigerazione di qualsiasi natura o specie, comprese le opere di evacuazione dei prodotti della combustione e delle condense e di ventilazione e aerazione dei locali; 16 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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e) impianti per la distribuzione e l’utilizzazione di gas di qualsiasi tipo, comprese le opere di evacuazione dei prodotti della combustione e ventilazione e aerazione dei locali. L’articolo 5 tratta della progettazione per l’installazione, l’ampliamento e la trasformazione degli impianti di cui all’art. 1, secondo comma, compresi quelli elencati alle lettere c) ed e) per i quali va redatto un progetto. In questo stesso articolo è richiamata l’osservanza di normative più rigorose in materia di progettazione e le normative per gli impianti cui al punto c) sono appunto quelle trascritte ai paragrafi precedenti discendenti dal Piano Energetico Nazionale, dalla legge 10/91 e dai decreti che si sono susseguiti per il riscaldamento degli ambienti o climatizzazione invernale che dir si voglia. Il progetto va sempre redatto da un professionista iscritto negli albi professionali secondo la specifica competenza tecnica richiesta. Per converso leggi e decreti escludono per gli impianti di riscaldamento la presentazione del progetto al termine dei lavori, in allegato alla dichiarazione di conformità, che è facoltà del responsabile tecnico d’impresa in altre tipologie d’impianto. Va da sé che il progetto dell’impianto di riscaldamento viene inteso come un tutt’uno comprendente l’impianto di combustione, il quale ne risulta parte principale sia per gli effetti sul risparmio energetico e sul rispetto dell’ambiente, di cui si occupa il quadro normativo discendente dalla legge 10/91, sia per la sicurezza della combustione e dei suoi effetti, seguendo l’ambito di applicazione della legge 46/90 oggi trasferito nel Dm 37/08. Le prescrizioni dell’art. 5 del Dm 37/2008 riguardano anche gli impianti di climatizzazione ed è precisato che il progetto per l’installazione, trasformazione e ampliamento è redatto da un professionista iscritto agli albi professionali secondo le specifiche competenze tecniche, per tutte le utilizzazioni aventi una potenzialità frigorifera pari o superiore a 46,5 kW (40.000 frigorie/ora).1 Chiaramente il responsabile tecnico d’impresa potrà assumere la progettazione dell’impianto di climatizzazione estiva in tutti gli altri casi, cioè quando si tratti di impianti aventi potenzialità frigorifera inferiore al detto limite, come specificato all’art. 7, secondo comma. Chiunque sia il progettista, egli dovrà attenersi alle prescrizioni del Dlgs 192/2005 nel rispetto dell’art. 4, primo comma, lettere a) e b), per le metodologie di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici, adottando le norme tecniche nazionali definite nel contesto delle norme EN a supporto della direttiva 2002/91/CE, applicando come detto le regole della UNI/TS 11300 Prestazioni energetiche degli edifici - parte 1 che concerne la determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva e invernale. Si può ora entrare nel dettaglio dei doveri di ogni singolo membro componente il cerchio della qualità. È obbligatorio attenersi alle norme vigenti sulle unità di misura e per questo la potenza frigorifera va espressa in watt. Il Dm 37/2008 usa ancora la vecchia unità, le frigorie/ora, davvero una svista. Infatti il Dpr 12.8.1982 n. 802 stabilisce quali siano le unità di misura legalmente ammesse (la potenza e il flusso energetico si misurano in watt) e promette sanzioni per chiunque contravvenga alle disposizioni del decreto. 1

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1.2.1 Proprietario e conduttore Durante la fase di realizzazione dell’opera il proprietario si identifica con il committente; in questa veste egli ha l’obbligo di depositare allo sportello comunale la relazione (legge 10/91, art. 28, e Dlgs 192/05, all. E) e il progetto che l’accompagna per tutte le opere di installazione, di trasformazione e di ampliamento di impianti connesse a interventi edilizi subordinati a permesso di costruire ovvero a denuncia di inizio attività, cui al Dpr 6 giugno 2001 n. 380. È dunque il soggetto titolare del permesso di costruire o il soggetto che ha presentato la denuncia di inizio attività a depositare il progetto presso lo sportello unico per l’edilizia del comune dove dovrà essere realizzato l’intervento, contestualmente al progetto edilizio. Il committente è tenuto ad affidare i lavori di installazione, di trasformazione, di ampliamento e di ristrutturazione o manutenzione straordinaria degli impianti a imprese abilitate, cioè iscritte nel registro delle imprese di cui al Dpr 581/1995 e successive modificazioni o nell’albo provinciale delle imprese artigiane di cui alla legge 443/1985, con l’imprenditore individuale o il legale rappresentante, ovvero il responsabile tecnico preposto con atto formale, in possesso dei requisiti professionali. Dopo la conclusione dei lavori si avviano l’esercizio e la manutenzione degli impianti; il conduttore dell’unità immobiliare o l’amministratore del complesso edilizio condominiale, oppure il dirigente equivalente per gli enti pubblici, assume la funzione di primo responsabile. Può delegare tale funzione a un terzo, che se ne assume la responsabilità per iscritto. Suoi obblighi sono la compilazione del libretto e dell’orario della centrale termica; almeno una volta all’anno dovrà affidare la manutenzione dell’impianto, dovrà eseguire le verifiche periodiche e attuare, se occorrono, gli interventi correttivi, inclusa la sostituzione del generatore quando necessaria, per riportare il rendimento ai limiti ammessi. La figura del conduttore più di una volta si affianca a quella del proprietario o con essa coincide. In questi casi la stessa persona assomma su di sé, oltre ai diritti garantiti dalla legge, anche tutti i doveri del proprietario nei confronti dei propri familiari, degli eventuali ospiti e dei terzi, con tutte le conseguenze, anche penali, che ne conseguono. 1.2.2 Progettisti I professionisti iscritti negli appositi albi professionali sono i consulenti e i più diretti collaboratori del proprietario. Progettare ha il significato di interpretare norme, leggi e regolamenti, e per questo i progettisti vengono ad assumersene i relativi oneri e le responsabilità. Il Dlgs 192/05, all. E, distingue funzioni e linee principali di progettazione e costruzione che presumono la facoltà del committente di incaricare un singolo o una pluralità di professionisti. Si elencano le quattro funzioni indispensabili: • progettazione degli impianti termici; • progettazione dell’isolamento termico dell’edificio; • direzione lavori degli impianti termici; • direzione lavori dell’isolamento termico dell’edificio. 18 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il cerchio della qualità

L’articolo 5 del Dm 22.1.2008 n. 37 precisa che i progetti devono contenere almeno gli schemi dell’impianto e i disegni planimetrici nonché una relazione tecnica sulla consistenza e sulla tipologia dell’installazione, della trasformazione o dell’ampliamento dell’impianto stesso, con particolare riguardo alla tipologia e alle caratteristiche dei materiali e componenti da utilizzare e alle misure di prevenzione e di sicurezza da adottare. Nei luoghi a maggior rischio di incendio e in quelli con pericoli di esplosione, è posta particolare attenzione nella scelta dei materiali e componenti da utilizzare nel rispetto della specifica normativa tecnica vigente. Se l’impianto a base di progetto è variato in corso d’opera, il progetto presentato è integrato con la necessaria documentazione tecnica attestante le varianti, alle quali, oltre che al progetto, l’installatore è tenuto a fare riferimento nella dichiarazione di conformità. La relazione tecnica, oltre a rispettare i requisiti richiesti dal Dm 37/2008, deve seguire schemi ben precisi come già indicato, definiti dal Dlgs 192/05, all. E, inclusa la sottoscrizione di una dichiarazione impegnativa con assunzione da parte del professionista o dei professionisti delle responsabilità che competono. Il progetto va depositato presso lo sportello unico per l’edilizia del comune in cui dovrà essere realizzato l’impianto secondo le modalità descritte al precedente paragrafo. Il direttore dei lavori, a sua volta, deve predisporre a fine lavori l’attestato di qualificazione energetica. La conformità delle opere realizzate rispetto al progetto e alle sue eventuali varianti, nonché l’attestato di qualificazione energetica dell’edificio come realizzato, devono essere asseverati dal direttore dei lavori e presentati al comune di competenza contestualmente alla dichiarazione di fine lavori senza alcun onere aggiuntivo per il committente. La dichiarazione di fine lavori è inefficace a qualsiasi titolo se la stessa non è accompagnata da tale documentazione asseverata. Una copia della documentazione è conservata dal comune, il quale può richiedere la consegna della documentazione anche in versione informatica. 1.2.3 Costruttore dell’impianto Il costruttore, impresa abilitata come detto al paragrafo 1.2.1, realizza gli impianti secondo la regola dell’arte, in conformità alla normativa vigente, ed è responsabile della corretta esecuzione degli stessi. All’inizio dei lavori per la costruzione o ristrutturazione dell’edificio contenente gli impianti il costruttore affigge un cartello informativo dal quale devono risultare i propri dati identificativi e il nome dei progettisti dell’impianto. Deve osservare il progetto depositato attenendosi alle prescrizioni contenute nella relazione tecnica, negli schemi e nelle tavole di disegno. Nel caso di varianti, deve pretendere l’aggiornamento del progetto da parte del progettista incaricato e, alla fine dei lavori, deve applicare le procedure dell’art. 7 del Dm 37/2008 previa effettuazione delle verifiche previste dalla normativa vigente, comprese quelle di funzionalità dell’impianto. L’impresa installatrice rilascia al committente la dichiarazione di conformità degli impianti realizzati nel rispetto delle norme. Ne fa parte integrante la relazione contenente la tipologia dei 19 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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materiali impiegati, nonché il progetto di cui al precedente paragrafo e l’asseverazione del direttore dei lavori. Come si è visto al paragrafo 1.2.1 va considerato il caso di rifacimento o installazione di nuovi impianti relativi a edifici per i quali è già stato rilasciato il certificato di agibilità: nella fattispecie sarà l’impresa installatrice a depositare presso lo sportello unico per l’edilizia, entro 30 giorni dalla conclusione dei lavori, la dichiarazione di conformità e il progetto o il certificato di collaudo degli impianti installati, inclusi gli atti asseverati dal direttore dei lavori sull’efficienza energetica. Vi è poi il caso di rifacimento parziale di impianti laddove il progetto, la dichiarazione di conformità e l’attestazione di collaudo, ove prevista, si riferiranno alla sola parte degli impianti oggetto dell’opera di rifacimento, tenendo però conto della sicurezza e funzionalità dell’intero impianto con espressa indicazione di compatibilità tecnica con le condizioni preesistenti dell’impianto stesso. Ultimo obbligo del costruttore consiste nella compilazione iniziale del libretto di centrale o d’impianto, che va consegnato nelle mani del proprietario. È frequente che il costruttore dell’impianto, avvalendosi della propria esperienza, proponga modifiche al progetto, talvolta sostanziali, coinvolgendo il proprio committente in una sequenza di problemi e di spese. Si tratta di una pratica da sconsigliare, favorendo piuttosto lo svolgimento di ciascun segmento dell’opera da parte di chi ne ha la competenza e l’incarico, seguendo il percorso cui alla figura 1.5. Essa propone, in sostanza, l’affidamento dell’incarico professionale a progettisti competenti e iscritti agli albi professionali, prevede controlli sui progetti e sulle opere, subordina la concessione edilizia all’avvenuto deposito progettuale, dà per scontato l’obbligo di costruire secondo il progetto depositato, considera il deposito della dichiarazione di conformità a fine lavori da parte della ditta installatrice, comporta la consegna della certificazione energetica dell’edificio all’acquirente o al locatario, impedisce al sindaco il rilascio del certificato di abitabilità in assenza degli adempimenti suddetti e lo induce ad attuare nella pratica le verifiche e i controlli. 1.2.4 Manutentore È una figura che ha assunto rilievo con l’emanazione della legge 10/91 modificando il costume preesistente, quando l’utente era rassegnato al mero intervento sui guasti. L’ordinaria manutenzione non richiede specialistiche iscrizioni agli albi camerali e comprende gli interventi finalizzati a contenere il degrado normale d’uso e a far fronte agli eventi accidentali che comportano la necessità di primi interventi, senza comunque modificare la struttura dell’impianto su cui si interviene o la sua destinazione d’uso secondo le prescrizioni previste dalla normativa tecnica vigente e dal libretto di uso e manutenzione del costruttore. La manutenzione straordinaria comprende invece gli interventi atti a ricondurre il funzionamento dell’impianto a quello previsto dal progetto e/o dalla normativa vigente mediante il ricorso, in tutto o in parte, a mezzi, attrezzature, strumentazioni, riparazioni, ricambi di parti, ripristini, revisione o sostituzione di apparecchi o componenti dell’impianto termico. La manutenzione straordinaria, in analogia a quanto riguarda la ristrutturazione di impianti 20 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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ed edifici, va svolta, come specificato al paragrafo 1.2.1, da tecnici iscritti nei propri albi. Il manutentore ha compiti sia correttivi sia preventivi: le operazioni devono corrispondere alle istruzioni del costruttore dell’impianto e a quelle del fabbricante dei singoli apparecchi. In mancanza di istruzioni specifiche, il manutentore deve provvedere alla manutenzione con periodicità programmata, operando a regola d’arte e nel rispetto della normativa vigente, in ogni caso seguendo le specifiche norme UNI e CEI. Deve eseguire gli interventi necessari sotto la guida del proprietario o del terzo responsabile. Al termine di ciascuna delle operazioni ha l’obbligo di redigere e sottoscrivere un rapporto di controllo tecnico conformemente ai modelli previsti dalle norme in vigore, in relazione alle tipologie e potenzialità dell’impianto, da rilasciare al soggetto responsabile, proprietario o delegato che sia, il quale ne sottoscrive copia per ricevuta e presa visione. 1.2.5 Comune e sindaco L’amministrazione comunale, e per essa lo sportello unico di cui all’art. 5 del Dpr 380/2001, è tenuta a vigilare sull’osservanza delle leggi, essendo le stesse rivolte alla tutela del cittadino. L’amministrazione rilascia la concessione edilizia a condizione che sia stato depositato il progetto dell’impianto e accerta che il deposito della relazione tecnica preceda l’inizio dei lavori. Nel caso di difformità il sindaco sospende i lavori, ordina le necessarie modifiche e informa il prefetto, il quale provvede alle eventuali sanzioni amministrative. La verifica durante il progetto, in corso d’opera o alla fine dei lavori (entro cinque anni) può essere eseguita dai comuni avvalendosi della collaborazione di professionisti abilitati. La stessa può avvenire anche su domanda (e a spese) del committente o acquirente dell’immobile, del conduttore o dell’esercente gli impianti con lo scopo di verificare la conformità alla documentazione progettuale depositata. Ricevuta la dichiarazione di conformità, il comune ne invia copia alla camera di commercio industria artigianato e agricoltura nella cui circoscrizione ha sede l’impresa esecutrice dell’impianto, che provvede ai conseguenti riscontri con le risultanze del registro delle imprese o dell’albo provinciale delle imprese artigiane, alle contestazioni e notificazioni, a norma dell’art. 14 della legge 689/1981 e successive modificazioni, e all’irrogazione delle sanzioni pecuniarie ai sensi del Dlgs 112/1998. La dichiarazione di fine lavori può essere ritenuta irricevibile dal comune qualora non accompagnata dall’attestato di qualificazione energetica asseverato dal direttore dei lavori, il quale dovrà confermare la conformità delle opere rispetto alla relazione tecnica, al progetto nel suo insieme e alle eventuali varianti in corso d’opera, opportunamente documentate. 1.2.6 Verificatori Leggi e decreti in vigore prevedono diversi modelli e stadi di verifica sugli impianti, a cominciare dalla responsabilizzazione dei soggetti che operano nella costruzione e nella gestione degli impianti stessi. Ad esempio, le verifiche periodiche sul rendimento dei 21 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 1

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generatori di calore vanno effettuate direttamente dal responsabile dell’esercizio e della manutenzione dell’impianto termico. Vi è poi l’obbligo, per comuni e province, di eseguire controlli sull’effettivo stato di manutenzione ed esercizio di tutti gli impianti termici: ciò corrisponde alla chiusura del cerchio della qualità con la comparsa della figura del verificatore, il quale ha il compito di assicurare la completa funzionalità del circuito applicativo, collaborando in tal senso con l’utente finale. Le autorità competenti realizzano, con cadenza periodica, privilegiando accordi tra gli enti locali o anche attraverso altri organismi pubblici o privati di cui sia garantita la qualificazione e l’indipendenza, gli accertamenti e le ispezioni necessarie all’osservanza delle norme relative al contenimento dei consumi di energia nell’esercizio e nella manutenzione degli impianti di climatizzazione, e assicurano che la copertura dei costi avvenga con una equa ripartizione tra tutti gli utenti finali e l’integrazione di questa attività nel sistema delle ispezioni degli impianti all’interno degli edifici previsto all’art. 1, comma 44, della legge 239/2004, così da garantire il minor onere e il minor impatto possibile a carico dei cittadini. Tali attività sono svolte secondo princìpi di imparzialità, trasparenza, pubblicità e omogeneità territoriale e sono finalizzate a: a) ridurre il consumo di energia e i livelli di emissioni inquinanti; b) correggere le situazioni non conformi alle prescrizioni del Dlgs 192/2005; c) rispettare quanto prescritto in materia di esercizio e manutenzione degli impianti termici per la climatizzazione; d) monitorare l’efficacia delle politiche pubbliche. Le regioni e le province autonome di Trento e di Bolzano, al fine di facilitare e omogeneizzare territorialmente l’impegno degli enti e organismi preposti agli accertamenti e alle ispezioni sugli edifici e sugli impianti, nonché per adempiere in modo più efficace agli obblighi cui appresso, possono promuovere la realizzazione di programmi informatici per la costituzione dei catasti degli impianti di climatizzazione. I comuni possono richiedere ai proprietari e agli amministratori degli immobili nel territorio di competenza di fornire gli elementi essenziali per la costituzione di un sistema informativo relativo agli usi energetici degli edifici. A titolo esemplificativo, tra detti elementi, si segnalano: il volume lordo climatizzato, la superficie utile corrispondente e i relativi consumi di combustibile e di energia elettrica. Su richiesta delle regioni e dei comuni, le aziende di distribuzione dell’energia rendono disponibili i dati che le predette amministrazioni ritengono utili per i riscontri e le elaborazioni necessarie. Per gli impianti che sono dotati di generatori di calore di età superiore a 15 anni, le autorità competenti effettuano ispezioni dell’impianto termico nel suo complesso comprendendo una valutazione del rendimento medio stagionale del generatore e una consulenza su interventi migliorativi che possono essere correlati. Le regioni, le province autonome di Trento e di Bolzano e gli enti locali considerano, nelle normative e negli strumenti di pianificazione e urbanistici di competenza, le norme contenute nelle leggi e nei decreti ponendo particolare attenzione alle soluzioni tipologiche e 22 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il cerchio della qualità

tecnologiche volte all’uso razionale dell’energia e all’uso di fonti energetiche rinnovabili, con indicazioni anche in ordine all’orientamento e alla conformazione degli edifici da realizzare per massimizzare lo sfruttamento della radiazione solare, con particolare cura nel non penalizzare, in termini di volume edificabile, le scelte conseguenti. 1.2.7 Energy manager Si tratta di un tecnico idealmente configurato come soggetto con bagaglio di conoscenze acquisibili non soltanto mediante laurea in ingegneria, ma a seguito di pluriennale attività nel settore di competenza ed esperienza reale nel campo degli studi di fattibilità e della progettazione di sistemi per la produzione e l’utilizzo dell’energia, con una buona conoscenza delle tecnologie più avanzate nel settore. Le funzioni affidate a questa figura professionale sono quelle di individuare azioni e procedure per promuovere nell’ambito di competenza l’uso razionale dell’energia, predisporre i bilanci energetici preventivo e consuntivo, riscontrare i dati in relazione a interventi agevolativi e, più in generale, le mansioni di supporto al decisore in merito al miglior utilizzo dell’energia. Il tecnico responsabile dell’energia è una figura istituita dalla legge 10/91, articolo 19, la cui attività è disciplinata dalle circolari ministeriali 2.3.1992 n. 219/F e 3.3.1993 n. 226/F del ministero dell’Industria. Sono tenuti alla sua nomina tutti i soggetti pubblici e privati operanti nei settori industriale, civile, terziario e dei trasporti che nell’anno precedente abbiano avuto un consumo di energia: – superiore a 10.000 tonnellate equivalenti di petrolio (tep) per il settore industriale; – superiore a 1000 tep per tutti gli altri settori. I compiti dell’energy manager spaziano dalle diagnosi energetiche alla formulazione dei piani di intervento per promuovere l’uso razionale dell’energia. Nel dettaglio si possono indicare, orientativamente, le seguenti funzioni e azioni [3]: – analisi della situazione impiantistica ed energetica della struttura oggetto dell’attività; – proposte alla direzione generale di migliorie alla conduzione e manutenzione degli impianti; – acquisizione degli elementi economici e contabili connessi, compresi quelli degli esercizi trascorsi; – studio critico dei testi contrattuali in materia di servizi-energia e stesura di bozza aggiornata per migliorie e nuove proposte; – diagnosi energetiche in diverse e diversificate fasi dell’esercizio; – indicazioni di base e proposte di aggiornamento e innovazione degli impianti, con valutazione dei problemi potenziali; – abbozzo di studi di fattibilità e valutazione degli investimenti necessari; – modalità del miglior impiego dei sistemi esistenti con proposte di miglior efficienza; – elaborazione di piani e programmi; – consuntivi di fine esercizio e comparazione con i precedenti, confrontando i gradi giorno reali. 23 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Sulla funzione dell’energy manager si esprime anche il Dlgs 30.5.2008 n. 115 in attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa all’efficienza degli usi finali dell’energia e i servizi energetici. Vi si tratta dei contratti “servizio energia” che debbono basarsi su un attestato di certificazione energetica dell’edificio o di qualificazione energetica, ambedue secondo l’art. 6 del Dlgs 19.8.2005 n. 192. Il committente, qualora si tratti di un ente obbligato alla nomina del tecnico responsabile per la conservazione e l’uso razionale dell’energia, lo deve indicare contrattualmente come tecnico di controparte. I bilanci energetici preventivi e consuntivi devono essere resi disponibili anche al ministero dell’Industria. Il fine delle leggi e delle norme è di individuare e incaricare i responsabili di ciascuna fase operativa e, ancor più, di ottenere la collaborazione tra i vari settori che concorrono alla realizzazione dell’opera, con il risultato innanzitutto del miglioramento dei servizi per l’utenza, ma anche della crescita del mercato dal punto di vista professionale ed economico, ponendo in rilievo le capacità e le potenzialità tecniche a favore della tecnologia più avanzata. D’altra parte la qualità è configurata dalle norme ISO 9000 come obbligo solidale da raggiungersi attraverso l’opera combinata di costruttori, progettisti, installatori, pubblica amministrazione e rispettivi subfornitori. Ampliando la visuale si può cogliere un movimento d’insieme nel quale ogni settore collabora con gli altri in uno scambio vicendevole che può essere sintetizzato ancora con un emblema: il cerchio della qualità (figura 1.5). Ciascun segmento consegna al segmento successivo il proprio “semilavorato” essendo in grado di garantire che, fino a quel punto, ogni azione destinata alla formazione del “prodotto” o del “servizio” si è svolta secondo criteri ispirati alla migliore tecnologia, inclusa l’opera dell’intera catena di progettisti e costruttori che ha portato il prodotto o il servizio fino a quel punto. Ad esempio, il progettista edile è consulente diretto del proprietario; a sua volta il progettista dell’impianto sarà consulente di ambedue fin dall’operazione iniziale di abbozzo progettuale del complesso “impianto-edificio”. Il sindaco stesso, con le pubbliche strutture che lo affiancano, è coinvolto nel concedere la possibilità di costruire e di consentire, alla fine delle opere, l’agibilità delle medesime. Le due fasi si devono necessariamente collegare alla verifica degli adempimenti formali e sostanziali che la legge impone. Non va dimenticato che al centro del cerchio siede il “sovrano”, un cittadino sempre più informato, il quale è titolare di tutti i diritti. Egli soltanto casualmente può coincidere con una delle figure caratteristiche del “cerchio”.

1.3 Il progetto secondo la legge 10/91 L’adempimento sostanziale per i termotecnici è dettato dal Dlgs 192/2005, delegato dall’art. 28 della legge 10/1991, in attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell’edilizia, con la pubblicazione del modello per la compilazione della relazione tecnica risultante al più volte citato allegato E. 24 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il progetto secondo la legge 10/91

I progetti degli impianti termici vanno dunque redatti secondo uno schema preciso e definito: vi dovranno essere elencati le informazioni generali, i fattori tipologici dell’edificio, i parametri climatici della località, i dati tecnico-costruttivi edilizi, i dati relativi agli impianti termici e i principali risultati dei calcoli. Dovranno essere dettagliati i motivi di eventuali deroghe alle prescrizioni relative alla temperatura massima ammessa negli ambienti, alla separazione fra il generatore per servizio di climatizzazione e quello per la produzione di acqua calda sanitaria e all’adozione di dispositivi di regolazione automatica. Un altro capitolo della relazione dovrà riguardare le valutazioni specifiche per l’utilizzo delle fonti rinnovabili di energia, obbligatorie per gli edifici pubblici, e la predisposizione di opere riguardanti l’involucro dell’edificio e gli impianti necessarie a favorire il collegamento a reti di teleriscaldamento, nel caso di presenza di tratte di rete a una distanza inferiore a 1000 metri ovvero in presenza di progetti approvati nell’ambito di opportuni strumenti pianificatori. Alla relazione tecnica andranno allegati: le planimetrie di ogni piano dell’edificio, i prospetti e le sezioni che evidenzino possibili sistemi di protezione solare, gli elaborati grafici relativi a eventuali sistemi solari passivi e gli schemi funzionali dell’impianto termico, oltre a una serie di tabelle, delle quali è fornito il facsimile, su cui vanno indicate le caratteristiche igrometriche dei componenti opachi e di quelli finestrati dell’involucro edilizio. Il Dlgs 19 agosto 2005 n. 192, appositamente integrato dall’art. 4 del Dlgs 29 dicembre 2006 n. 311, al comma 5 bis dell’art. 9 affida alle regioni il compito di dare indicazioni in ordine all’orientamento e alla conformazione degli edifici da realizzare per massimizzare lo sfruttamento della radiazione solare e ciò per rendere efficace l’utilizzo delle fonti rinnovabili. Lo stesso decreto 192/2005 va citato anche per l’allegato I, così come integrato dall’art. 8 del Dlgs 29 dicembre 2006 n. 311: ai commi 12 e 13 vi è imposto l’obbligo dell’utilizzo di fonti rinnovabili per la produzione di energia termica ed elettrica in tutti gli edifici di nuova costruzione. 1.3.1 Dichiarazione di rispondenza Corredo e avallo indispensabile alla quadratura di questo sistema di qualità è la dichiarazione di rispondenza; la sottoscrizione di una tale dichiarazione sgombera il terreno professionale dagli abusivismi o dai conflitti sulle competenze, innanzitutto per il rispetto che ciascuno sa di avere per la propria firma. L’esame di dettaglio consente di constatare la stretta correlazione fra il progetto degli impianti, quello edilizio e quello dell’isolamento termico; infatti nel modulo dell’allegato E è formulato un invito, fin dalla fase progettuale, a indicare anche i professionisti designati alla direzione delle opere, sia impiantistiche sia di protezione termica, pur non essendo ancora pervenuti alla fase esecutiva.

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I criteri del progetto termotecnico

1.3.2 Uso delle norme tecniche Un consolidato rapporto collega in Italia le leggi del settore con le norme tecniche, UNI e CEI in particolare. Per le norme CEI il via a questa prassi era stato dato già nel 1968 con la legge 186 sulla sicurezza degli impianti elettrici: due soli articoli molto chiari, tre righe in tutto. Le norme UNI, subito dopo, venivano anch’esse istituzionalizzate, divenendo prassi con la legge 1083 del 1971 in materia di sicurezza del gas, ma le norme tecniche che ne discendono sono talvolta redatte in una forma che fa apparire la facoltà d’imporre obblighi e divieti, senza considerare il fatto che l’operatore europeo è autorizzato ad adottare le norme tecniche in vigore in qualunque degli Stati membri dell’Unione Europea. La risposta nel settore dell’edilizia civile a queste spinte iniziali era rimasta tiepida per diverso tempo, fino alla svolta decisiva impressa dalla legge 46/1990, ora per gran parte abrogata ma trasferita con i propri contenuti nei decreti elencati al quadro 1.2. Questo filone legislativo ha riconfermato inequivocabilmente la funzione della normativa tecnica, affidandole il compito di interpretazione e applicazione della tecnologia e perseguendo il risultato di mantenere la legge sempre attiva e attuale, attraverso i meccanismi incrociati e i coinvolgimenti connessi con l’edizione di nuove norme o con il loro aggiornamento. Il cambiamento fondamentale impresso frattanto dalla legislazione è consistito nell’individuazione del responsabile di ciascuna operazione o di ciascuna fase o segmento, mentre la norma tecnica si è rivolta a stabilire regole la cui interpretazione da parte degli operatori è spesso risultata difficile o addirittura rigettata nei fatti. Per approfondire i compiti istituzionali: – la legge fissa princìpi e scopi di largo respiro, proiettati in un tempo medio-lungo di attuazione; essa dovrebbe dichiarare e comportare obblighi e divieti; – la norma tecnica è istituzionalmente depositaria delle regole dell’arte e insegna “come si fa”; essendo soggetta a ricorrenti revisioni consente di applicare le leggi anche con l’evolversi della tecnica; in altre parole, la norma tecnica ha natura e prospettiva dinamica. Il richiamo a specifiche norme tecniche nei testi delle leggi e dei decreti è sempre più frequente e articolato, ma la legge 10/1991, con i suoi regolamenti di attuazione, costituisce un esempio emblematico di incrocio tra la funzione legislativa e l’introduzione alle regole dell’arte. Già nel testo base essa richiama sia le norme UNI sia le CEI in materia di esercizio e manutenzione degli impianti (art. 31), mentre la consorella legge 9/1991, anch’essa all’art. 31, chiama in causa le stesse UNI e CEI per il marchio di qualità intitolato al “Risparmio energetico”, iniziativa peraltro mai decollata, a dispetto della legge istitutiva. Il progetto che questo manuale propone prende il via dalla UNI 7357, che tratta del calcolo del fabbisogno termico ai fini del dimensionamento degli impianti di riscaldamento. Ha subìto revisioni e snellimenti nella parte riguardante il calcolo delle trasmittanze e le caratteristiche dei materiali, trasferita, ampliata e aggiornata in altri fascicoli della serie 10300. Fra questi, la UNI 10351 che analizza i materiali per l’edilizia, la conduttività termica e 26 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il progetto secondo la legge 10/91

la permeabilità al vapore. La UNI 10355 ha per oggetto la resistenza termica di murature e solai, e altre norme elencate al quadro 1.5, come per esempio la UNI EN ISO 10077, riguardano la trasmittanza e la permeabilità all’aria dei serramenti esterni e di ogni altro elemento dell’involucro. Vengono trattate nelle UNI 10344 e 10348 la valutazione degli apporti termici gratuiti e la determinazione, almeno empirica, dei quattro rendimenti medi stagionali dell’impianto termico: di emissione, di distribuzione, di regolazione e di produzione. La UNI 10344 viene a sua volta affiancata da altri distinti testi, uno per i dati climatici (UNI 10349) e uno per il calcolo degli scambi di energia fra terreno ed edificio (UNI 10346). Ai paragrafi precedenti si è analizzato il Dpr 412/1993 sulla classificazione della tipologia degli edifici e sulle temperature ottimali per gli ambienti abitati. In altra parte dello stesso Dpr (art. 5) viene reso obbligatorio, per potenze termiche maggiori di 350 kW, il trattamento dell’acqua di alimentazione dei generatori secondo UNI 8065. La produzione e l’accumulo dell’acqua calda negli impianti centralizzati vanno progettati secondo le regole idrico-sanitarie UNI 9182, separando il generatore termico per riscaldamento da quello destinato al servizio idrico-sanitario. Nella lettura di queste regole si assiste a una commistione fra leggi e norme tecniche, il che altera la funzione dinamica delle norme medesime. D’altronde la UNI CIG 7129 viene chiamata in causa per quanto riguarda la quota di sbocco sopra il tetto dei condotti di evacuazione dei prodotti di combustione, nonché per la tipologia dei gruppi termici in rapporto al luogo di installazione. Vi sarebbe la necessità di rendere omogenee le regole relative alla sicurezza delle persone con quelle della tutela dell’ambiente, ma in questa parte la normativa tecnica ha subìto influenze meramente commerciali, come il forte interesse delle società fornitrici e distributrici del gas combustibile tradotto nella tendenza al permissivismo quando si tratta di installazione nei luoghi abitati di generatori o gruppi termici a gas di tipologie a basso prezzo, in sé poco rispettosi della sicurezza degli utenti e della tutela ambientale. Per esemplificare quanto sopra, al Dpr 412/1993 è seguito il Dpr 551/1999 ove è stata istituzionalizzata, per casi definiti, la possibilità di installazione con scarico a parete di generatori di calore a gas. Ecco dunque un’agevolazione per legge di soluzioni comode per il singolo utente, che contribuiscono però all’inquinamento dell’ambiente esterno, senza esentare l’intorno da rischi di esplosione per fughe di gas. Questa regola, peraltro conclamata dalla UNI CIG 7129, è resa meno punitiva per l’ambiente in quanto ammette generatori appartenenti alla classe meno inquinante definita dalla UNI EN 297, ma lascia perplessi sulla salubrità del microclima locale. In sostanza questo intervento, autorizzato dai decreti, non rispetta la logica espressa dalla figura 1.4, che si basa sui princìpi dell’art. 1 della legge 10/1991, li sintetizza e li interpreta. Si deve altresì prendere atto di un’alternanza di disposizioni contrastanti fra loro nella storia del Dpr 412/93, che alla fine ha preso le posizioni più rischiose per l’utente per quanto riguarda l’installazione di caldaie a camera aperta in ambienti abitati, un reale rischio di avvelenamento, spesso latente e subdolo, che investe moltissimi utenti. Non si è avuto il coraggio fino a qui di rendere obbligatorio il ricorso alla tecnologia più progredita, determinando la proibizione dell’adozione di focolari direttamente comunicanti con l’ambiente di vita, che costituirebbe un balzo in avanti per la sicurezza dei cittadini e per il rispetto 27 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 1

I criteri del progetto termotecnico

dell’ambiente. Sarà il progettista a compensare tale lacuna consegnando alla nuova edilizia progetti nei quali i focolari a combustione di gas siano decisamente compartimentati, separandoli dall’ambiente abitato. La metodologia di calcolo utilizzata nella progettazione dovrà garantire risultati conformi alle migliori regole tecniche, requisito al quale rispondono le normative UNI e CEN vigenti nel settore. In proposito si veda il quadro 1.5, considerando che gli aggiornamenti delle norme tecniche riportate e di eventuali norme sostitutive sono abbastanza frequenti: per questo è vivamente consigliabile la costante sorveglianza e verifica delle nuove pubblicazioni. Si consideri altresì la presenza di norme locali, redatte e pubblicate dagli enti regione e dalle province autonome, che possono sovrapporsi, ampliare o sostituire le norme qui elencate, le quali rappresentano un quadro di riferimento nazionale. Quadro 1.5 NORME TECNICHE DI RIFERIMENTO UNI EN 303-5

Caldaie per riscaldamento – Caldaie per combustibili solidi, con alimentazione manuale e automatica, con una potenza termica nominale fino a 300 kW – Parte 5: Terminologia, requisiti, prove e marcatura. UNI EN 297 Caldaie di riscaldamento centralizzato alimentate a combustibili 1994/A2:1996/AC:2006 gassosi – Caldaie di tipo B11 e BI IBS equipaggiate con bruciatore atmosferico, con portata termica nominale minore o uguale a 70 kW. UNI EN 410 Vetro per edilizia – Determinazione delle caratteristiche luminose e solari delle vetrate. UNI EN 673 Vetro per edilizia – Determinazione della trasmittanza termica (valore U) – Metodo di calcolo. UNI EN 832 Prestazione termica degli edifici – Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento – Edifici residenziali. UNI 5364/1976 Impianti di riscaldamento ad acqua calda – Norme per la presentazione dell’offerta e per il collaudo. UNI EN ISO 6946 Componenti ed elementi per edilizia – Resistenza termica e trasmittanza termica – Metodo di calcolo. UNI CIG 7129/2008 Impianti a gas per uso domestico alimentati da rete di distribuzione – Progettazione, installazione e manutenzione. UNI EN ISO 7345 Isolamento termico – Grandezze fisiche e definizioni. UNI 7357/1974 Calcolo del fabbisogno termico per il riscaldamento degli edifici (parzialmente modificata, con parti sostituite dalle UNI 10351 e 10355). UNI 7357 FA-3/1989 Calcolo del fabbisogno termico. Foglio aggiuntivo. UNI 7939/1979 Terminologia per la regolazione automatica degli impianti di benessere – Impianti di riscaldamento degli ambienti. Segue

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Il progetto secondo la legge 10/91

Quadro 1.5 – Seguito UNI 7979/1979 UNI 8065/1989 UNI 8855/1986 UNI 9182/1987 UNI EN ISO 9346 UNI 9511/1989 UNI 9615/1990 UNI EN ISO 10077-1 UNI EN ISO 10077-2 UNI 10200 UNI EN ISO 10211 UNI 10339

UNI 10344/1993 UNI 10345/1993 UNI 10346/1993 UNI 10347/1993

UNI 10348/1993 UNI 10349/1994 UNI 10350/1999 UNI 10351 UNI 10355 UNI 10379/2005 UNI 11235 UNI/TS 11300-1

UNI/TS 11300-2

Serramenti esterni verticali – Classificazione in base alla permeabilità all’aria, alla tenuta all’acqua e alla resistenza al vento. Trattamento dell’acqua negli impianti termici a uso civile. Riscaldamento a distanza – Modalità per l’allacciamento di edifici a reti di acqua calda. Impianti di alimentazione e distribuzione d’acqua fredda e calda. Isolamento termico – Trasferimenti di massa – Grandezze fisiche e definizioni. Parti 1÷5: Disegni tecnici – Rappresentazione delle installazioni. Calcolo delle dimensioni interne dei camini – Definizioni, procedimenti di calcolo fondamentali. Prestazione termica di finestre, porte e chiusure oscuranti – Calcolo della trasmittanza termica – Parte 1: Generalità. Prestazione termica di finestre, porte e chiusure – Calcolo della trasmittanza termica – Metodo numerico per i telai. Impianti di riscaldamento centralizzati – Ripartizione delle spese di riscaldamento. Ponti termici in edilizia – Flussi termici e temperature superficiali – Metodi generali di calcolo. Impianti aeraulici a fini di benessere – Generalità, classificazione e requisiti – Regole per la richiesta d’offerta, l’offerta, l’ordine e la fornitura. Riscaldamento degli edifici – Calcolo del fabbisogno di energia. Riscaldamento e raffrescamento degli edifici – Trasmittanza termica dei componenti edilizi finestrati – Metodo di calcolo. Riscaldamento e raffrescamento degli edifici – Scambi di energia termica tra terreno ed edificio – Metodo di calcolo. Riscaldamento e raffrescamento degli edifici – Energia termica scambiata tra una tubazione e l’ambiente circostante – Metodo di calcolo. Riscaldamento degli edifici – Rendimento dei sistemi di riscaldamento. Metodo di calcolo. Riscaldamento e raffrescamento degli edifici – Dati climatici. Componenti edilizie e strutture edilizie – Prestazioni igrotermiche. Materiali da costruzione – Conduttività termica e permeabilità al vapore. Murature e solai – Valori di resistenza termica e metodo di calcolo. Riscaldamento degli edifici – Fabbisogno energetico convenzionale. Istruzioni per la progettazione, l’esecuzione, il controllo e la manutenzione di coperture a verde. Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale. Prestazioni energetiche degli edifici – Parte 2: Determinazione del Segue

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Capitolo 1

I criteri del progetto termotecnico

Quadro 1.5 – Seguito

UNI EN 13363-1

UNI EN 13363-2

UNI EN ISO 13370 UNI EN 13779 UNI EN ISO 13786 UNI EN ISO 13788

UNI EN ISO 13789 UNI EN ISO 13790 UNI EN ISO 14683

UNI EN 15242

fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria e successive integrazioni. Dispositivi di protezione solare in combinazione con vetrate – Calcolo della trasmittanza solare e luminosa – Parte 1: Metodo semplificato. Dispositivi di protezione solare in combinazione con vetrate – Calcolo della trasmittanza solare e luminosa – Parte 2: Metodo di calcolo dettagliato. Prestazione termica degli edifici – Trasferimento di calore attraverso il terreno – Metodi di calcolo. Ventilazione degli edifici non residenziali – Requisiti di prestazione per i sistemi di ventilazione e di climatizzazione. Prestazione termica dei componenti per edilizia – Caratteristiche termiche dinamiche – Metodi di calcolo. Prestazione igrotermica dei componenti e degli elementi per edilizia – Temperatura superficiale interna per evitare l’umidità superficiale critica e condensazione interstiziale – Metodo di calcolo. Prestazione termica degli edifici – Coefficienti di trasferimento del calore per trasmissione e ventilazione – Metodo di calcolo. Prestazione energetica degli edifici – Calcolo del fabbisogno di energia per il riscaldamento e il raffrescamento. Ponti termici in edilizia – Coefficiente di trasmissione termica lineica – Metodi semplificati e valori di riferimento. Sono in corso di elaborazione le seguenti parti: Parte 3 – Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva. Parte 4 – Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per riscaldamento di ambienti e preparazione acqua calda sanitaria. Ventilazione degli edifici – Metodi di calcolo per la determinazione delle portate d’aria negli edifici, comprese le infiltrazioni.

1.3.3 Definizioni ed esigenze edilizie È necessario adottare un linguaggio convenzionale, uniforme e corrispondente alla normativa, nell’identificare locali, zone, edifici e complessi edilizi. L’edificio è un sistema costituito da strutture edilizie esterne che delimitano uno spazio di volume definito, da strutture interne che ripartiscono detto volume e da tutti gli impianti e dispositivi tecnologici che si trovano al suo interno. La superficie esterna che delimita un edificio può confinare con tutti o alcuni di questi elementi: l’ambiente esterno, il terreno, altri edifici. Il termine può riferirsi a un intero edificio ovvero a parti progettate o ristrutturate per essere utilizzate come unità immobiliari a sé stanti. Così recita l’art. 2, comma 1, del Dlgs 192/2005, ammettendo una pluralità di impianti. La norma UNI 10344 corregge parzialmente la definizione legislativa (e per quanto in con30 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il progetto secondo la legge 10/91

trasto non va considerata) affermando che l’edificio ha i suoi limiti nello spazio riscaldato “da un unico impianto termico”, formula che può trarre in confusione qualora, ad esempio, un edificio condominiale formato da più alloggi serviti ciascuno da un impianto di riscaldamento autonomo debba essere considerato unico edificio ai sensi del Dlgs 192/2005 e pluralità di edifici secondo la UNI 10344. Prevalendo la legge sulla norma e trattandosi con evidenza, nel caso di un palazzo condominiale, di unico edificio, ne consegue la regola, indispensabile peraltro dal punto di vista della funzionalità e della sicurezza, che gli impianti autonomi di un edificio condominiale rientrino comunque nella proprietà comune e che le modifiche straordinarie debbano essere approvate dalle assemblee ancorché di competenza dei singoli proprietari, a differenza della gestione e della manutenzione che fa invece carico al conduttore di ciascun alloggio. Questa interpretazione apre il futuro energetico dell’edificio, consentendo, ad esempio, grandi modifiche per passare da più impianti autonomi a un solo impianto centralizzato o viceversa, come pure di allacciarsi razionalmente al teleriscaldamento, secondo il mutare delle esigenze e della disponibilità delle fonti di energia. Si dà per scontato, d’altra parte, il rispetto per la sicurezza comune, poiché vi può essere tutela di tutti gli abitanti di un edificio soltanto quando tutti gli impianti, anche e specialmente quelli autonomi, siano costruiti secondo le regole e rientrino sotto unico controllo. Il pensare in malintesi termini di autonomia e di privacy, quando si tratta di impianti necessariamente ospitati in parti comuni (ad esempio le tubazioni di distribuzione a pavimento sopra la testa del vicino del piano di sotto), porta a dimenticare le conseguenze di eventi tragici che spesso hanno coinvolto diversi nuclei familiari per colpa della trascuratezza del singolo, come, ad esempio, le deflagrazioni per fughe da impianti del gas. Quando l’edificio è riscaldato tutto e costantemente alla stessa temperatura, esso viene considerato come unica zona; se è composto da unità immobiliari con regimi di orario e di temperatura differenti, come appartamenti, laboratori e negozi, è necessario suddividere lo spazio in zone omogenee caratterizzate ciascuna da regime orario e livello di temperatura specifici. Vedremo più avanti che anche l’impianto o gli impianti a servizio dell’edificio seguono la stessa suddivisione per settori, con proprie termoregolazioni e controlli. Il calcolo di potenza può essere eseguito per l’intero edificio, ma è consigliabile che sia suddiviso a partire da questa prima fase secondo zone omogenee. Infatti il successivo calcolo del fabbisogno energetico va senz’altro separato per ciascun settore, valutando, se occorre, anche i flussi termici scambiati fra le zone adiacenti secondo UNI 10344, punto 8. Il Dpr 412/93 classifica gli edifici pubblici con definizioni precise: – “l’edificio di proprietà pubblica” è di proprietà dello Stato, delle regioni, degli enti locali nonché di altri enti pubblici, anche economici, ed è destinato sia allo svolgimento delle attività dell’ente, sia ad altre attività e usi, compreso quello di abitazione privata (sono inclusi, dunque, gli edifici dell’Istituto autonomo case popolari); – “l’edificio adibito a uso pubblico” è un edificio nel quale si svolge, in tutto o in parte, l’attività istituzionale di enti pubblici; – da ultimo si definisce il “complesso edilizio”, configurabile agli effetti del progetto termotecnico quale insieme di edifici di uguali o diverse destinazioni che rientrino in unica concessione edilizia. 31 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 1

I criteri del progetto termotecnico

1.3.4 Deposito del progetto Non vi sarebbe alcun progresso nel settore degli impianti se il deposito del progetto non fosse reso obbligatorio. La lentezza con la quale questa prassi si è avviata, dai tempi della legge 373 del 1976 in avanti, è emblematica dell’agnosticismo che avvilisce cultura e desiderio di progredire. Ancora oggi, superata la soglia fatidica del nuovo millennio, moltissimi impianti, non solo termici, vengono costruiti senza che vi sia un progetto. Eppure la diffusione dell’attività dei tecnici, affiancata a quella dei costruttori di impianti, ha modificato sostanzialmente il settore. Il mercato si muove bene, le tecnologie più aggiornate si affermano, gli utenti sono meglio garantiti nei propri diritti e, specialmente, si constata maggiore vivacità commerciale e più lavoro laddove le regole sono meglio osservate. Va chiarito, in questo contesto, se la relazione tecnica, obbligatoria ai sensi della legge 10/91, debba essere presentata agli uffici tecnici del comune prima o dopo il rilascio della concessione edilizia. Diverse disposizioni trattano l’argomento, fornendo due differenti regole per quanto riguarda gli impianti di riscaldamento. La legge 10/91 precisa: il progetto dell’impianto termico va depositato insieme alla denuncia dell’inizio dei lavori, ove per lavori si devono intendere quelli “relativi alle opere di cui agli articoli 25 e 26” (nuovi impianti, opere, modifiche, installazioni, come appunto recita l’art. 25). A questa norma si associano tutti i decreti legislativi pubblicati successivamente. Il decreto del ministero dello Sviluppo economico n. 37/2008, succedaneo della legge 46/1990 e dedicato a tutte le tipologie impiantistiche, impone invece che il progetto di “installazione, trasformazione e ampliamento degli impianti” vada depositato “contestualmente al progetto edilizio”. La spiegazione si può trovare nelle diverse finalità delle due norme: la legge 10/1991 rivolta al corretto impiego dell’energia, il Dm 37/2008 alla sicurezza delle persone. Se infatti si esamina l’argomento dal punto di vista della sicurezza, si capisce la necessità di presentare il progetto impiantistico assieme a quello edilizio, il che si traduce nell’indispensabile confronto fra progettisti edili ed elettromeccanici per individuare in collaborazione i siti ove alloggiare caldaie, canne fumarie, apparecchiature e condotti. Soltanto così possono essere risolte all’origine le scelte che hanno a che fare con la sicurezza, in modo che gli edifici non vengano presentati al costruttore degli impianti privi di adatti vani, passaggi, condotti per adduzione e scarico dei fluidi e dei fumi, come purtroppo avveniva in un passato non tanto lontano (e ancora avviene). Per la legge 10/1991 sul razionale impiego dell’energia, la collaborazione fra edili e impiantisti è altrettanto importante, ma il legislatore ha ammesso che tale collaborazione possa prolungarsi e produrre documentazioni tecniche anche dopo la concessione edilizia, prima comunque dell’inizio dei lavori. Questo secondo progetto è tuttavia molto più articolato ed evoluto, rispetto a quello preteso dal Dm 37/2008, poiché si tratta di uno studio che coinvolge analiticamente il complesso edificio-impianto. Letteralmente si può affermare che la relazione tecnica redatta ai sensi della legge 10/1991 deve seguire schemi ben precisi, definiti dal Dlgs 192/05, all. E, e va presentata agli uffici comunali assieme alla denuncia di inizio lavori, pertanto dopo il rilascio della concessione 32 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Certificazione energetica

edilizia. Ciò non toglie che sia necessario soddisfare anche le esigenze della sicurezza e perciò depositare, prima della concessione edilizia, il progetto degli impianti che, ai sensi di una o dell’altra disposizione, è reso obbligatorio. Non è detto che questo primo progetto debba essere redatto secondo gli schemi del Dlgs 192/05, all. E, in quanto dovrà rispondere soltanto ai dettami del Dm 37/2008. Nella pratica si potranno avere procedimenti diversi a seconda della complessità dell’edificio. Il modo più semplice di rispondere ai dettami normativi, applicabile in tutti i casi che si possono presentare, consiste nel depositare il progetto completo contestualmente al progetto edilizio. Tuttavia, definendo a priori l’insieme dei dettagli che riguardano edificio e impianto sia dal punto di vista termico sia da quello della sicurezza, si corre il rischio di dover rifare buona parte del lavoro, seguendo le sorti del progetto generale, nel caso di modifiche alle planimetrie, le quali possono derivare dalle rettifiche richieste dagli enti di controllo e dai ripensamenti del committente. Il secondo modo di procedere consiste nel presentare un progetto, limitato agli obblighi del Dm 37/2008 e sviluppato soprattutto per quanto riguarda le norme sulla sicurezza, contestualmente al progetto edilizio. Si tratterà, in questa prima fase, di preparare disegni planimetrici e schemi dell’impianto – non necessariamente quotati e accompagnati da una relazione tecnica sulla consistenza e sulla tipologia dell’installazione, della trasformazione o dell’ampliamento dell’impianto considerato – avendo particolare riguardo all’individuazione dei materiali e componenti da utilizzare e alle misure di prevenzione e di sicurezza da adottare. Così, appunto, recita il comma 4 dell’art. 5 del decreto più volte citato. La sequenza progettuale può essere ulteriormente ampliata quando si tratti di edifici più grandi e complessi e comunque quando si ricada nel campo dei lavori pubblici. Il Dlgs 12.4.2006 n. 163, modificato dal Dlgs 31.7.2007 n.113, prevede infatti nei suoi numerosi articoli, tre stadi di progettazione: – preliminare; – definitivo; – esecutivo. Si noti che quest’ultima impostazione corrisponde a quella in atto ovunque, anche per i lavori a favore di committenti privati. Si potrà senz’altro inserire nel progetto preliminare la parte relativa alla sicurezza e nel definitivo quella relativa al corretto impiego dell’energia.

1.4 Certificazione energetica L’articolo 30 della legge 10/91 ha istituito il principio della certificazione energetica degli edifici e ne ha annunciato la regolamentazione: si tratta di procedere alla classificazione energetica e ai criteri di formulazione della certificazione stessa, sia per edifici nuovi, sia per quelli esistenti, il tutto allo scopo della conoscenza della natura conseguita dagli immobili, valutandone gli aspetti legati al problema energetico e al benessere. La procedura trae dunque origine, in Europa, dal Piano Energetico Nazionale italiano, ma i nostri apparati governativi hanno ritenuto di lasciar scorrere un decennio nell’attesa 33 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 1

I criteri del progetto termotecnico

della pubblicazione della direttiva 2002/91/CE, relativa appunto al rendimento energetico nell’edilizia. Essa è definita come il complesso delle operazioni svolte dai soggetti accreditati per il rilascio dell’attestato e delle raccomandazioni per il miglioramento della prestazione energetica dell’edificio, come viene approfondito nel capitolo 10 di questo testo. Obiettivo coniugato è favorire lo sviluppo, la valorizzazione e l’integrazione delle fonti rinnovabili e la diversificazione energetica, contribuire al conseguimento degli obiettivi nazionali di limitazione delle emissioni di gas a effetto serra posti dal protocollo di Kyoto e promuovere efficacemente la competitività dei comparti più avanzati mediante lo sviluppo tecnologico. La certificazione energetica di ciascun impianto-edificio va redatta sulla scorta di un software professionale, munito di certificazione ministeriale. Sono abilitati all’attività di certificazione energetica e quindi riconosciuti come soggetti certificatori i tecnici che operano quali dipendenti di enti e organismi pubblici o di società di servizi pubbliche o private (comprese le società di ingegneria), ovvero professionisti, liberi o associati, iscritti ai relativi ordini e collegi professionali e abilitati all’esercizio della professione nel campo della progettazione di edifici e impianti asserviti agli edifici stessi. Il tecnici abilitati operano quindi all’interno delle proprie competenze e qualora siano soltanto parzialmente competenti nei campi citati saranno tenuti ad affiancare altri tecnici abilitati in modo che il gruppo così costituito sia in grado di coprire tutti gli ambiti professionali nei quali è richiesta la competenza. Ai soli fini della certificazione energetica, sono tecnici abilitati anche i soggetti in possesso di titoli di studio tecnico-scientifici individuati in ambito territoriale da regioni e province autonome e abilitati dalle predette amministrazioni a seguito di specifici corsi di formazione per la certificazione energetica degli edifici, previo superamento di esame finale. I suddetti corsi ed esami sono svolti direttamente da regioni e province autonome o autorizzati dalle stesse amministrazioni. Ai fini di assicurare indipendenza e imparzialità di giudizio dei soggetti certificatori, i tecnici abilitati, con la sottoscrizione dell’attestato di certificazione energetica, dichiarano: a) nel caso di certificazione di edifici di nuova costruzione, l’assenza di conflitto di interessi, tra l’altro espressa attraverso il non coinvolgimento diretto o indiretto nel processo di progettazione e realizzazione dell’edificio da certificare o con i produttori dei materiali e dei componenti in esso incorporati, nonché rispetto ai vantaggi che possano derivarne al richiedente; b) nel caso di certificazione di edifici esistenti, l’assenza di conflitto di interessi, ovvero di non coinvolgimento diretto o indiretto con i produttori dei materiali e dei componenti in esso incorporati, nonché rispetto ai vantaggi che possano derivarne al richiedente. Qualora il tecnico abilitato sia dipendente o comunque operi per conto di enti pubblici o di organismi di diritto pubblico, il requisito di indipendenza di cui sopra è da intendersi superato dalle stesse finalità istituzionali di perseguimento di obiettivi di interesse pubblico proprie di tali enti e organismi. Per gli edifici già dotati di attestato di certificazione energetica, sottoposti ad adeguamenti 34 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Certificazione energetica

Quadro 1.6 L’ALFABETO GRECO

Minuscole

Maiuscole



α β γ δ ε ζ η θ ι κ λ µ ν ξ ο π ρ σ, ς τ υ ϕ χ ψ ω

Α Β Γ ∆ Ε Ζ Η Θ Ι Κ Λ Μ Ν Ξ Ο Π Ρ Σ Τ ϒ Φ Χ Ψ Ω



alpha (alfa) beta gamma delta epsilon zeta eta theta iota cappa lambda mi ni csi omicron pi rho sigma tau ipsilon phi (fi) chi (aspirata) psi omega

impiantistici, compresa la sostituzione del generatore di calore, l’eventuale aggiornamento dell’attestato di certificazione può essere redatto e sottoscritto anche da un tecnico abilitato dell’impresa di costruzione e/o installatrice incaricata dei predetti adeguamenti.

Bibliografia [1] Calza F., Manuale degli impianti termici e idrici, 2a ediz, Tecniche Nuove, Milano 2010, cap. 12. [2] ASHRAE Handbook 2009, “Fundamentals – Thermal Comfort”, Atlanta GA, USA. [3] De Renzio M., Ripensare la figura e il ruolo dell’Energy Manager, “Gestione Energia”, 2-3/2002.

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Capitolo

2

Calcolo termico dell’edificio In ossequio alla legge 10/91 “il proprietario dell’edificio, o chi ne ha il titolo, deve depositare in comune il progetto delle opere corredato da una relazione tecnica sottoscritta dai progettisti, che ne attesti la rispondenza alle prescrizioni”, come si è visto più sopra nel dettaglio (par. 1.3.4). Lo schema di relazione tecnica, cui ci si attiene nella presente trattazione, è pubblicato nell’allegato E del Dlgs 192/2005. Il percorso seguito, nella logica del dimensionare e poi verificare, consiste nel separare le fasi principali della progettazione distinguendo: – il calcolo di potenza, che consente di dimensionare l’impianto secondo il fabbisogno termico nelle condizioni climatiche peggiori, senza far conto sugli apporti termici cosiddetti gratuiti; – le scelte impiantistiche che ne conseguono; – il calcolo dell’energia consumata dall’edificio-impianto; – le verifiche sull’efficienza energetica imposte dalla legislazione; – la risposta alle esigenze e alle pressioni del mondo sull’opportunità dell’utilizzo delle fonti rinnovabili.

2.1 Dati di base Alla luce di quanto premesso è importante vengano raccolti i dati e la documentazione necessari, con i relativi disegni: planimetrie e sezioni; mappa con l’intensità di investimento edilizio nell’area, l’orientamento e l’altitudine della località in cui è o va situato l’edificio; informazioni sulle strutture che, in questa fase, il progettista edile intenderebbe scegliere. A tale proposito può risultare comodo utilizzare una scheda da compilare assieme al committente e al progettista edile, per riassumere i dati essenziali che poi serviranno nel corso del progetto. Un esempio, introdotto nel quadro 2.1, riporta indirizzi e altri dati del committente, dell’edificio e della località ove viene costruito l’impianto. L’esempio, che si svilupperà nello

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

scorrere dei capitoli, è di fantasia e ha lo scopo di dare al lettore la facoltà di leggere e praticare metodologie e calcoli esecutivi, acquisendo l’occhio sulle grandezze in gioco. Quadro 2.1 DATI ANAGRAFICI E INFORMAZIONI BASILARI Ubicazione (in carenza di dati definiti 33081 Aviano specificare estremi catasto territoriale)

(PN)

Via Piancavallo 72

Opera in progetto

Ristrutturazione di edificio esistente

Concessione edilizia

n. 753/AC

Categoria Dm 37/2008

c) Impianti di riscaldamento

Classifica Dpr 412/93

E 1.1 residenza continuativa

del 26.11.2010

Unità abitative n. 2 abitazioni familiari Proprietà pubblica/uso pubblico no/no Consistenza demografica comune 9.277 abitanti Committente Simon Riccardo Progettista incaricato Direttori dei lavori

Ing. Gino Rossi per impianti termici e isolamento termico dell’edificio Da designare (è in corso la sola fase di progettazione)

FATTORI TIPOLOGICI E PARAMETRI CLIMATICI Elementi tipologici (a supporto della relazione tecnica)

Planimetrie di ciascun piano dell’edificio con orientamento e indicazione dell’uso prevalente dei singoli locali

Idem

Prospetti e sezioni con evidenziazione dei sistemi di protezione solare

Idem

Elaborati grafici relativi a eventuali sistemi passivi specificamente progettati per favorire l’utilizzo solare Segue

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Dati di base

Quadro 2.1 – Seguito Altitudine della villa comunale

159 m s.l.m.*

Temperatura convenzionale minima esterna

– 5 °C

Gradi giorno comune di Aviano

2417 GG zona climatica E

Giorni di riscaldamento in zona climatica E

n. 183

Velocità del vento sulla villa comunale

1,3 m/s

Irradianza solare media

74 W/m2

* La Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana, nel supplemento n. 242 del 14 ottobre 1993, ha pubblicato, fra gli allegati al Dpr 412/1993, i dati di altitudine della casa comunale, zona climatica e gradi giorno di tutti i comuni italiani.

L’esemplificazione riguarda un edificio elementare, rappresentato alla figura 2.1, che accompagnerà questo testo nell’elaborazione completa di un ipotetico progetto da presentare allo sportello comunale. Vengono indicate via via le norme tecniche cui attingere per esaminare le innumerevoli varianti di ciascun passaggio, fornendo perciò al lettore la possibilità di risolvere edifici o complessi edilizi di qualsiasi dimensione o complicazione morfologica. Non si dimenticherà di acquisire l’altitudine sul livello del mare e l’orientamento dell’edificio, dati essenziali per il calcolo termico, come si vedrà in seguito. In questa fase va anche prescelto, nell’elenco dei possibili combustibili disponibili e accessibili in loco, quello da utilizzare nell’impianto. L’impianto da progettare ha il compito di sopperire alle perdite termiche dell’edificio. Per mantenere nei locali la temperatura prescelta è necessario pertanto mettere in equilibrio il calore erogato con quello disperso; tale equilibrio va ricercato alle condizioni limite nelle quali può trovarsi l’edificio esaminato, cioè: – la temperatura esterna più bassa convenzionalmente adottata per il luogo in esame; non si tratta della minima assoluta registrata nel luogo, bensì di un valore mediato tratto dalle tabelle e corretto, se necessario, a seconda della situazione; – la temperatura interna massima consentita o comunque la temperatura assunta come ottimale per gli ambienti considerati; – l’assenza di apporti termici gratuiti (sole, impieghi elettrodomestici, cotture ecc.), che in questa fase non vengono considerati; – l’insistenza di particolari fenomeni che possono determinare condizioni eccezionali di raffreddamento degli edifici, come, ad esempio, forti venti locali. 39 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

Figura 2.1 – Planimetrie di una piccola casa bifamiliare sulla quale sviluppare gli esempi del testo.

Il calcolo da svolgere punta a identificare il fabbisogno termico di progetto che consente il calcolo di potenza dell’impianto. I dati necessari riguarderanno perciò il clima della zona in cui l’edificio è situato e la struttura dell’edificio stesso. Seguendo il Dpr 412/93, innanzitutto va definita la classificazione dell’edificio, secondo il quadro 1.3, in base alla destinazione d’uso (artt. 3 e 4). Ne consegue il valore della temperatura massima che si può mantenere nell’ambiente. 2.1.1 Temperatura dell’aria esterna La temperatura minima dell’aria esterna va scelta secondo la norma UNI 5364,1 che riporta le temperature esterne di progetto delle principali località italiane (quadro 2.2). Se la loca1

Valori ribaditi e imposti dalla UNI EN 12831 del dicembre 2006.

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Dati di base

lità che interessa non fosse presente nell’elenco, è necessario assumere il dato della località presa come riferimento e operare le correzioni del caso per tenere conto della diversa altitudine sul livello del mare: si aumenta o si diminuisce di 1 K (kelvin) ogni 200 m di differenza di quota. Inoltre, per tenere conto della diversa situazione dell’ambiente circostante, la temperatura va ridotta a seconda della concentrazione di abitazioni nei dintorni: nei piccoli agglomerati si riduce la temperatura di 0,5÷1 K, mentre se l’edificio è isolato si diminuisce di 1÷2 K. Lo stesso deve essere fatto per la parte di edificio che superi in altezza gli edifici vicini, sporgendo pertanto dal profilo dell’agglomerato. Un esempio articolato, rappresentato nel quadro 2.3, riporta la temperatura minima di progetto di –11 °C che si ottiene seguendo il procedimento illustrato qui di seguito. L’edificio, una casa da ristrutturare e da dotare di impianto di riscaldamento, è situato nel comune di Aviano (PN) sulla strada panoramica che dal capoluogo conduce alla stazione turistica di Piancavallo. Si tratta di una casa isolata, molto esposta, sita all’altitudine di 800 m s.l.m. Poiché la località in cui è ubicato l’edificio non è indicata nel quadro 2.2, si assume dapprima la temperatura minima θe della località più vicina: Pordenone, –5 °C, 24 m s.l.m. La differenza di quota tra Pordenone e la località in esame è: 800 – 24 = 776 m Pertanto la θe minima va diminuita di: 776/200 = 3,88 K Inoltre, considerando che si tratta di un edificio isolato, va operata un’ulteriore diminuzione di 2 K e in tal modo si ottiene: θe = –5 – 3,88 – 2 = –10,88 °C arrotondato a –11 °C. Quando si tratterà del calcolo dell’energia consumata dall’edificio nella stagione invernale, si assumerà la temperatura media mensile della località di riferimento (prospetto VI della UNI 10349) oppure la media stagionale ricavata dalla media ponderale delle precedenti. La temperatura media stagionale risulterà: θe = 7,3 – (800 – 24) × 178-1 = 2,9 °C secondo UNI 10349, punto 4.

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

Quadro 2.2. Temperatura esterna convenzionale riferita alle principali località italiane. Nelle zone montuose o collinari, con dati che variano a seconda dell’altitudine, i dati disponibili si riferiscono alla quota della villa comunale della città nominata. –20 °C

Alta valle d’Aosta

–15 °C

Alta valle cuneese, Tarvisio, Valle d’Aosta

–12 °C

Trento

–10 °C

Alta Carnia, Aosta, Belluno, Cuneo, Sondrio, Verona (zona montana), Vicenza (zona altopiani)

–8 °C

Alessandria, Asti, Torino

–7 °C

Bassa Carnia, Brescia, provincia di Como, provincia di Piacenza, Vercelli

–5 °C

Como, Cremona, Bergamo, Bologna, Ferrara, Forlì, Gorizia, L’Aquila, Mantova, Milano, Modena, Novara, Parma, Pavia, Padova, Piacenza, Pordenone, Ravenna, Reggio Emilia, Rovigo, Treviso, Trieste, Udine, Varese, Venezia, Verona, Vicenza

–4 °C

Campobasso

–3 °C

Cosenza, Enna, Potenza, Rieti, Verona (zona lago)

–2 °C

Ancona, Ascoli Piceno, Avellino, Benevento, Catanzaro, Macerata, Matera, Perugia, Pesaro, Siena, Terni

0 °C

Arezzo, Bari, Brindisi, Caltanissetta, Caserta, Chieti, Firenze, Foggia, Frosinone, Genova, Grosseto L., Imperia, La Spezia, Lecce, Livorno, Lucca, Massa Carrara, Nuoro, Pisa, Ragusa, ROMA, Savona, Taranto, Teramo

2 °C

Latina, Napoli, Pescara, Salerno, Sassari

3 °C

Agrigento, Cagliari, Reggio Calabria

5 °C

Catania, Messina, Palermo, Siracusa, Trapani

2.1.2 Gradi giorno e zona climatica Nel quadro 2.3 è indicata la zona climatica con i gradi giorno (GG), la cui definizione è contenuta nel Dpr 412/93, art. 1. Per gradi giorno di una località si intende la somma, estesa a tutti i giorni di un periodo annuale convenzionale di riscaldamento, delle sole differenze positive giornaliere tra la temperatura dell’ambiente, convenzionalmente fissata a 20 °C, e la temperatura esterna 42 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Dati di base

media giornaliera; l’unità di misura utilizzata è il grado giorno (GG). Tutto il territorio nazionale è diviso in sei zone climatiche in funzione dei gradi giorno. Il progettista dovrà consultare la tabella in allegato A del Dpr 412/93, ove sono riportati i valori dei gradi giorno nonché l’altitudine della casa comunale e la zona climatica di appartenenza di ciascun comune d’Italia. Va anche consultato il Dm 16.5.1995, che integra e modifica l’allegato A suddetto. Disponendo di un programma di calcolo con archivi, nel caso di aggiornamenti pubblicati da questo o da successivi decreti, si potrà prelevare il dato relativo al caso o alimentare l’archivio con nuovi dati. Può accadere, come nell’esempio, che i gradi giorno e la zona climatica relativi all’edificio risultino palesemente differenti rispetto a quelli indicati dall’allegato A, qualora la località in esame si trovi in un’area molto diversa dal punto di vista dell’orografia rispetto alla casa comunale. Il caso è contemplato dal Dpr 412/93, che riserva ai comuni la facoltà di determinare zone climatiche differenti nel proprio territorio. Il progettista che si trovi nella condizione di non disporre di dati credibili, come nell’esempio riportato, potrà procedere per analogia. Il comune di Aviano comprende aree abitate sia nella fascia pedemontana, di altitudine intorno ai 150 m s.l.m., sia nella località turistica di Piancavallo, edificata fino all’altitudine di 1300 m s.l.m. Per il calcolo dei gradi giorno si proceda secondo le indicazioni dell’art. 2 del Dpr 412, ove viene indicato un metodo per il calcolo: “I comuni aventi zone edificate del proprio territorio a quota superiore rispetto alla quota della casa comunale con variazione di zona climatica possono, mediante provvedimento del sindaco, attribuire esclusivamente a dette porzioni del territorio una zona climatica differente da quella indicata in allegato A”. Dal comma 3 si deduce che i gradi giorno della zona interessata si calcolano riferendosi ai “gradi giorno riportati nel quadro suddetto per il comune più vicino in linea d’aria, sullo stesso versante, rettificati, in aumento o in diminuzione, di una quantità pari a un centesimo del numero di giorni di durata convenzionale del periodo di riscaldamento di cui all’articolo 9 comma 2 per ogni metro di elevazione di quota sul livello del mare in più o in meno rispetto al comune di riferimento”. Nell’esempio, l’abitazione si trova a quota 800 m s.l.m., il comune sullo stesso versante assunto a base è ancora Aviano a 159 m s.l.m. con dislivello di 641 m, la durata convenzionale è di 183 giorni e i gradi giorno da adottare sono pari a quelli di Aviano (2417) più 183/100 · 641. Risulterebbero 3590 GG, da assumere in prima approssimazione. Con la rettifica dei gradi giorno ci si può trovare in una zona climatica differente rispetto a quella di riferimento, secondo le indicazioni dell’art. 2 del Dpr 412/93: nella fattispecie ci si trova in zona F, essendo i gradi giorno assunti in prima approssimazione superiori a 3000. A questo punto si deve riscontrare che la durata convenzionale per la zona F è pari a 200 giorni, anziché a 183, come prevede l’art. 8, comma 1, del Dpr 412/93, il che comporta la definitiva correzione del calcolo dei gradi giorno: GG del luogo = GG di Aviano + 200/100 · (alt. del luogo – alt. Aviano) = 3699 GG I gradi giorno permettono di effettuare una prima valutazione del consumo annuale per il riscaldamento dell’edificio, poiché rappresentano un fattore significativo della quantità 43 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

di energia che attraversa le strutture e, in definitiva, della rigidità dell’inverno nell’area considerata. Quadro 2.3. I PRIMI DATI ELABORATI PER L’ESEMPIO DEL TESTO Tipologia dell’edificio nell’area

Casa isolata in zona F

Altitudine località di installazione

800 m s.l.m.

Temperatura interna ambienti

20 °C

Gradi giorno corretti

3699 GG

Giorni di riscaldamento corretti

n. 212

Velocità del vento secondo UNI 10349 ed esperienze

10 m/s

Pressione atmosferica



Temperatura minima esterna corretta

– 11 °C

Rapporto di forma S/V

0,72 m–1

2.1.3 Umidità e permeabilità Un altro dato che ha effetti diretti sul benessere e riguarda la zona abitata è l’umidità. La norma UNI 10339, nel definire al punto 9.2 le condizioni ideali interne di temperatura e di umidità dell’aria, indica nell’intervallo 35÷45 % l’umidità relativa da assumere quale dato di progetto. L’umidità ambientale, che in termini assoluti è maggiore di quella esterna, comporta eventuali problemi anche nelle strutture perimetrali; questo argomento verrà approfondito nel capitolo successivo. Prima di accingerci al calcolo è inoltre necessario conoscere la tipologia e la qualità dei serramenti per poterli classificare nei confronti della permeabilità all’aria secondo la norma UNI 7979. Anche questo dato è da inserire, come tutti i precedenti, nella relazione tecnica di progetto. La classificazione va confermata dal costruttore dei serramenti prescelti, che accompagnerà la fornitura con documenti di certificazione del prodotto o di attestazione di conformità alle norme. Nel caso di discordanza fra i dati riferiti alla lunghezza dei giunti apribili e quelli riferiti alla superficie, vale il criterio più restrittivo.

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Limiti categorici di dispersione

2.2 Limiti categorici di dispersione Note le temperature interna ed esterna, il calcolo del fabbisogno termico dell’edificio si sviluppa lungo due direttive: – la valutazione delle perdite per dispersione, quelle cioè dovute al flusso che attraversa l’involucro, distinto in strutture opache e finestrate, portando il calore dai locali riscaldati all’esterno; – la valutazione del carico termico per ventilazione dei locali, dovuto alla necessità di riscaldare l’aria di rinnovo, indispensabile al metabolismo umano e al lavaggio interno degli ambienti abitati, che viene immessa o che si infiltra. Queste valutazioni incontrano alcuni limiti definiti nei decreti regolamentari, distinguibili in diverse grandezze fisiche: – limiti alla trasmittanza unitaria delle strutture opache dell’involucro, dei serramenti esterni, del pavimento e del soffitto di copertura, dati che condizionano direttamente il calcolo di potenza dell’edificio-impianto; – limiti alla prestazione energetica nell’arco della stagione di riscaldamento; – limiti nel campo delle portate d’aria di rinnovo e nel tempo di funzionamento dei sistemi di ventilazione, superati i quali è prescritta l’adozione dei recuperatori di calore. Le verifiche relative al comportamento dinamico, in altre parole alla prestazione energetica del sistema, vengono rinviate ai capitoli 5 e 6, mentre si attuano di seguito quelle correlate al calcolo di potenza finalizzato, come detto, al dimensionamento costruttivo dell’impianto. I decreti in vigore sui limiti della trasmittanza sono raccolti nelle tabelle seguenti, tratte dal Dlgs 192/2005. La trasmittanza termica unitaria delle pareti, cioè degli elementi opachi dell’involucro, deve risultare contenuta entro limiti a severità crescente a seconda delle zone climatiche, espressi dalla tabella 2.1 in vigore dal 1° gennaio 2010. Tabella 2.1 – Valori limite della trasmittanza termica U delle strutture opache verticali espressa in W/m2 K.

Zona climatica

U (W/m2 K)



A

0,62



B

0,48



C

0,40



D

0,36



E

0,34



F

0,33

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

Altri limiti sono decretati per la trasmittanza unitaria delle coperture, siano esse costituite da solai su terrazzo o da falde di tetto inclinate: si veda la tabella 2.2. Tabella 2.2 – Valori limite della trasmittanza termica U di strutture opache di copertura, orizzontali o inclinate, espressa in W/m2 K.



Zona climatica

U (W/m2 K)



A

0,38



B

0,38



C

0,38



D

0,32



E

0,30



F

0,29

I limiti di trasmittanza unitaria dei pavimenti prospicienti locali non riscaldati o comunicanti con portici aperti verso l’esterno, anche questi tratti dall’allegato C del Dlgs 192/2005, sono riportati nella tabella 2.3. Tabella 2.3 – Valori limite della trasmittanza termica U di pavimenti comunicanti con l’esterno o verso locali non riscaldati, espressa in W/m2 K.



Zona climatica

U (W/m2 K)



A

0,65



B

0,49



C

0,42



D

0,36



E

0,33



F

0,32

Anche la trasmittanza termica delle chiusure trasparenti, comprensive dei balconi o di altre tipologie di infissi, è regolamentata dal Dlgs 192/2005, come espresso dalla tabella 2.4.

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Limiti categorici di dispersione

Tabella 2.4 – Valori limite della trasmittanza termica U delle chiusure trasparenti, comprensive degli infissi, espressa in W/m2 K.



Zona climatica

U (W/m2 K)



A

4,6



B

3,0



C

2,6



D

2,4



E

2,2



F

2,0

Indipendentemente dai valori della trasmittanza unitaria cui alla tabella 2.4, il corpo trasparente deve garantire la trasmittanza unitaria come massimo pari al dato indicato alla tabella 2.5 qui appresso. Tabella 2.5 – Valori limite della trasmittanza termica U dei vetri espressa in W/m2 K per la parte centrale dell’infisso, all’interno di telai, cornici e altre protezioni.



Zona climatica

U (W/m2 K)



A

3,7



B

2,7



C

2,1



D

1,9



E

1,7



F

1,3

Per quanto riguarda infissi e serramenti in genere, si rammenta che il costruttore dei medesimi deve certificare o attestare la conformità alle norme dei manufatti forniti. Dalla tabella si può rilevare la trasmittanza unitaria limite per la zona climatica F: la stessa risulta davvero di alto livello, il che comporta l’adozione di vetri soggetti a trattamenti specialissimi. In conclusione i valori del coefficiente di trasmittanza unitaria U di ciascun elemento dell’involucro dovranno mantenersi inferiori ai limiti espressi nelle tabelle e ciò per tutte le categorie di edifici, compresi quelli appartenenti alla categoria E8 (si veda il quadro 1.3) per quanto attiene alle strutture verticali. Nei casi frequenti di strutture a sezione variabile, come nell’esempio di murature con rientri per nicchie sotto finestra, si dovrà procedere a calcoli separati per ciascuna parte omogenea calcolando poi la media ponderale delle tra47 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

smittanze riferite all’intera superficie. Si procederà altresì a mediare sull’intera superficie l’influenza dei ponti termici. Gli edifici di categoria E8 non richiedono il rispetto della trasmittanza cui alle tabelle 2.2, 2.3, 2.4 e 2.5: l’obbligo è infatti limitato a tutte le altre categorie descritte al quadro 1.3. 2.2.1 Superfici e volumi significativi Riprendendo l’esempio della casa di montagna sita nel comune di Aviano, identificata dai 3699 gradi giorno in zona F e rappresentata in versione preliminare nella figura 2.1, il progettista dovrà calcolare la superficie esterna dell’involucro S, pari a 503 m2, e il volume V contenuto all’interno di tale superficie, murature e solai inclusi, pari a 695 m3. Si è calcolata l’area di base all’esterno delle pareti, risultata di 100,74 m2, e misurato il perimetro esposto, pari a 43,7 m. Infine, è stata valutata l’altezza all’esterno dell’involucro del volume riscaldato, pari a 6,9 m. Il sottotetto non partecipa alla volumetria riscaldata. Il rapporto S/V, denominato fattore o rapporto di forma, risulta: S/V = 0,72 m–1 Si tratta di un dato caratteristico che sarà necessario riprendere in successive fasi del progetto, specialmente nella fase delle verifiche energetiche. Da calcolare è anche la superficie utile dell’edificio, cioè la superficie netta calpestabile che va indicata nella relazione tecnica quale parametro da confrontare, limite fisico, per esempio nei casi di oltre 1000 m2, ove vige l’obbligo di provvedere a sistemi schermanti esterni allo scopo di limitare i fabbisogni energetici per la climatizzazione estiva e di contenere la temperatura interna degli ambienti. In rapporto alla superficie utile si valuterà, per esempio, l’indice di prestazione energetica, oggetto dei successivi passaggi (capitolo 6). Per il momento ci si limita a una raccolta di dati essenziali per il calcolo, compilando la tabella 2.6 per il caso esemplificato: la superficie utile risulta pari a 142,79 m2.

2.3 Preliminari al calcolo di potenza Il procedimento logico ci riporta sulla via dell’allegato E al Dlgs 192/2005. Nella sezione 5) dello schema di relazione tecnica iniziano le scelte più propriamente impiantistiche, come ad affermare che la compilazione è materia sia del progettista dell’impianto, sia del collega edile. Si rinvia il cortese lettore al capitolo 4 per le scelte meramente impiantistiche, mentre, tornando all’allegato E, nella sezione 6) si entra nel vivo del calcolo del fabbisogno termico di progetto, con la valutazione delle trasmittanze, delle dispersioni dei locali e del calore di ventilazione. Si tratta di un calcolo in condizioni limite per misurare il flusso di calore in uscita dall’edificio, al fine di poterlo compensare con l’erogazione termica dei corpi scaldanti o degli altri tipi di terminale impiantistico. È il calcolo vero finalizzato al progetto dell’impianto, eseguito ancora con le norme già antiche, come la UNI 7357 del 1974, che hanno consentito il corretto dimensionamento di milioni di impianti termici. 48 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

01

01

01

01

01

01

02

02

02

02

02

02

02



























14

13

12

11

10

09

08

07

06

05

04

03

02

01

Pranzo

Camera

Camera SE

Ripostiglio

Bagno

Cucina

Scala e disimpegno

Pranzo

Camera

Lavanderia

Disimpegno

Bagno

Cucina

Ingresso e scala piano terra

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m3 m3 m3/h

Volume interno

Volume dell’edificio (vuoto per pieno)

Aria di rinnovo per infiltrazioni e ventilazione naturale



695,00





503,00

m

Superficie esterna dell’involucro edilizio

371,25



1,0

0,5

0,5

0,5

2,0

1,0

0,5

1,0

0,5

1,0

0,5

2,0

1,0

0,5

N. ricambi d’aria orari

142,79

38,90

32,38

34,03

16,80

17,39

26,44

29,46

33,07

26,67

34,03

19,45

17,39

31,20

14,04

Volume interno m3

2

14,96

12,45

13,09

6,46

6,69

10,17

11,33

12,72

10,26

13,09

7,48

6,69

12,00

5,40

Superficie utile m2

m2

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

Temperatura interna °C

Superficie utile (netta calpestabile)



01



Livello Locale Descrizione

Tabella 2.6 – Superfici, volumi e portata d’aria di rinnovo per l’esempio di figura 2.1.

317,63

38,90

16,19

17,02

8,40

34,78

24,44

14,73

33,07

13,34

34,03

9,73

34,78

31,20

7,02

Rinnovo aria m3/h

Preliminari al calcolo di potenza

49

Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

In questa fase si individua la potenza termica, espressa in watt, assorbita dall’edificio in condizioni improbabili di completa assenza di insolazione e di apporti termici interni (lumi, persone, elettrodomestici, macchine ecc.), calcolando innanzitutto il calore disperso nell’unità di tempo attraverso le strutture dell’edificio. Di ogni locale bisognerà dunque analizzare, elemento per elemento, tutte le vie attraverso le quali il calore tende a fuoriuscire: le pareti rivolte verso l’esterno o verso locali non riscaldati, i pavimenti, le parti finestrate, i solai di copertura. Si tratta del calcolo utile per il dimensionamento puntuale dei corpi scaldanti, delle reti di distribuzione, della centrale termica e di tutti i componenti dell’impianto. Più avanti (capitolo 5) verrà trattato il calcolo dell’energia, espressa in joule e convertibile in wattora o in altre unità multiple, che è la misura del calore erogato nel tempo, ad esempio nell’intera stagione invernale. 2.3.1 Calore di dispersione nell’unità di tempo La norma UNI 7357 indica nella seguente formula il calore disperso attraverso una parete di area A nell’unità di tempo: Q0 = A · K · (ti – te) dove K è il coefficiente di trasmittanza unitaria e ti, te indicano la temperatura dell’aria rispettivamente all’interno del locale e all’esterno. Le norme successive (UNI 10344) adottano una differente simbologia: il coefficiente di trasmittanza unitaria viene indicato con la lettera U anziché con K, evitando confusioni con l’unità di misura K, il kelvin. Le temperature si contraddistinguono con la lettera θ anziché con t, mentre il simbolo Q è destinato nel linguaggio aggiornato a rappresentare l’energia termica piuttosto che il flusso e dunque la potenza termica assume il simbolo Φ: Φ0 = A · U · (θi – θe) Di qui in avanti ci si atterrà alla simbologia più recente, fermo restando che il calore di dispersione di un locale sarà dato dalla somma delle dispersioni di ogni elemento che lo circoscrive. Il calore di dispersione dell’edificio si otterrà sommando il calore di dispersione di tutte le zone in cui lo stesso è distinguibile; quest’ultimo dato sarà ottenuto dalla sommatoria del calore di dispersione di ogni locale componente la zona. Nel proseguire questo studio si analizzeranno i singoli fattori della formula qui sopra indicata, considerando quali siano e come vadano misurate le superfici A, calcolando i coefficienti di trasmittanza U e valutando i salti termici θi – θe fra ambiente interno ed esterno. Con il termine “ambiente esterno” si intende qualsiasi ambiente che non sia riscaldato o che comunque assorba calore dal locale che si va analizzando. Può perciò essere l’aria esterna o un locale non riscaldato o un locale a temperatura fissa adiacente alla parete di area A. Nel caso dell’aria esterna, la temperatura θe è la “temperatura minima di progetto” di cui si è parlato in precedenza (par. 2.1.1). La valutazione delle temperature di un locale contiguo non riscaldato può essere approssimata secondo la tabella 2.7, stralciata dalla UNI 7357 per il caso standard di 20 °C in ambiente e di –5 °C all’esterno, con tutte le possibili correzioni per condizioni diverse. 50 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI



Cantine con serramenti aperti Cantine con serramenti chiusi Sottotetti non plafonati con tegole ben sigillate Sottotetti non plafonati con tegole non sigillate Sottotetti plafonati Locali con tre pareti esterne provviste di finestre Locali con tre pareti esterne di cui una con finestra o con due pareti esterne entrambe con finestre Locali con tre pareti esterne senza finestre Locali con due pareti esterne senza finestre Locali con una parete esterna provvista di finestra Locali con una parete esterna senza finestre Appartamenti viciniori non riscaldati: sottotetto Appartamenti viciniori non riscaldati: ai piani intermedi Appartamenti viciniori non riscaldati: al piano più basso Gabbia scala con parete esterna e finestre a ogni piano; porta d’ingresso al piano terra chiusa: – al piano terra – ai piani sovrastanti Gabbia scala con parete esterna e finestre a ogni piano; porta d’ingresso al piano terra aperta: – al piano terra – ai piani sovrastanti

(θi – 20) 0,1 (θi – 20) 0,4 — (θi – 20) 0,1 (θi – 20) 0,2 (θi – 20) 0,2 (θi – 20) 0,4 (θi – 20) 0,5 (θi – 20) 0,6 (θi – 20) 0,6 (θi – 20) 0,7 (θi – 20) 0,3 (θi – 20) 0,5 (θi – 20) 0,4 (θi – 20) 0,3 (θi – 20) 0,5 (θi – 20) 0,1 (θi – 20) 0,3

5 7 10 10 12 2 7 5

2 7

–2 2

la temperatura dei locali contigui è diversa da 20 °C

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(θe + 5) 0,9 (θe + 5) 0,7

(θe + 5) 0,7 (θe + 5) 0,5

(θe + 5) 0,6 (θe + 5) 0,5 (θe + 5) 0,4 (θe + 5) 0,4 (θe + 5) 0,3 (θe + 5) 0,7 (θe + 5) 0,5 (θe + 5) 0,6

(θe + 5) 0,9 (θe + 5) 0,6 — (θe + 5) 0,9 (θe + 5) 0,8 (θe + 5) 0,8

la temperatura esterna è diversa da –5 °C

Correzioni da apportare se

–2 5 temperatura esterna –2 0 0

Tipo di locale Temperatura (°C)



Tabella 2.7 – Temperatura approssimativa dei locali non riscaldati contigui all’ambiente θi = 20 °C con θe = –5° C.

Preliminari al calcolo di potenza

51

Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

Un locale limitrofo a temperatura fissa, come ad esempio una cella frigorifera, sarà contraddistinto dalle condizioni note, ricavate dalla progettazione della cella. 2.3.2 Temperatura dell’ambiente interno L’articolo 4, comma 1, del Dpr 412/93 fissa i valori massimi della temperatura interna degli edifici θi in 20 °C per le categorie edilizie da E1 a E7 e in 18 °C per gli edifici adibiti ad attività industriali, artigianali e assimilabili (quadro 1.3). Come già visto nel precedente capitolo (par. 1.1.2), la temperatura interna ottimale dipende dal tipo di attività che si svolge all’interno del locale e dalle persone che lo occupano. La norma UNI 7357 dà indicazioni sulla temperatura da impiegare nel calcolo, puntualizzando che la misurazione deve avvenire al centro del locale, all’altezza di 1,5 m dal

a) Radiante a pavimento

h (m)

b) Termoventilazione

2,4 1,8 1,2 0,6

18

20

22

c) Radiatori

Temperatura Temperatura ambiente (ϒC) ambiente (°C)

h (m)

18

20

22

d) Radiante a soffitto

2,4 1,8 1,2 0,6

18

20

22

Temperatura Temperatura ambiente (°C) ambiente (ϒC)

18

20

22

Figura 2.2 – Il gradiente termico incide sul comfort e sui consumi anche nei locali di altezza inferiore a 3 m. Per norma, se ne tiene conto soltanto nei locali di altezza superiore.

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Preliminari al calcolo di potenza

pavimento. La temperatura infatti varia a seconda del punto di misura: l’aria calda tende a salire, sicché il valore rilevato in prossimità del soffitto sarà maggiore di quello vicino al pavimento. Si dovrà dunque considerare il gradiente termico, cioè la variazione della temperatura per unità di altezza, che negli ambienti particolarmente alti comporta variazioni rilevanti ai fini del calcolo. L’altezza di rilevamento va inoltre corretta tenuto conto dell’altezza degli individui da servire (asili nido, scuole materne ecc.). Per ambienti fino a 3 m di altezza, per convenzione, non si tiene conto del gradiente termico, mentre per ambienti più alti esso va calcolato come prodotto della differenza θi – θe per un fattore centesimale. Si può constatare tuttavia, esaminando la figura 2.2, che anche nei locali ad altezza limitata il fenomeno del gradiente termico ha rilevanza e dipende dalla tipologia del corpo scaldante; intuitivamente è possibile comprendere come ciò incida sul benessere e sui consumi. Si può approfondire l’analisi di ciascun sistema abbozzato nella figura 2.2 considerando quale incidenza sui fenomeni rappresentati possa essere esercitata da fattori diversi, come la presenza al piano sottostante di locali riscaldati o l’inerzia termica dei componenti d’involucro e dei corpi scaldanti medesimi. I grafici sono dunque indicativi di fenomeni ben più complessi, tenendo però in considerazione la differenza sostanziale fra l’andamento della temperatura interna nel caso di sistemi radianti, si vedano le posizioni a) e d), a confronto con i sistemi a convezione, naturale c) e forzata b). I valori empirici del gradiente nel caso di locali riscaldati da radiatori sono indicati nella figura 2.3. In un locale di altezza superiore a 3 m, le eventuali dispersioni del pavimento Altezza del locale (m) 10

25,25°C

9

24,50°C

8

23,75°C

7

23°C

6

23,75°C

θ

5

22,50°C

media 22,10°C

4 3 2 1

θ media 20°C

20°C 20°C 20°C

θ media 21,25°C

21,25°C

22,25°C 21,50°C 20,75°C

20°C

20°C

20°C

20°C

20°C

20°C

Figura 2.3 – Andamento convenzionale della temperatura interna: esempi con θe = –5 °C per locali riscaldati da radiatori di altezza rispettivamente di 3, 6 e 10 m, secondo UNI 7357.

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

Tabella 2.8 – Valori empirici del gradiente termico nel caso di locali con riscaldamento a radiatori.



Altezza locali (m) da 3 oltre 4 oltre 6 oltre 9 oltre 13 oltre 18 oltre 25

Gradiente termico (K/m)

fino a fino a fino a fino a fino a fino a fino a

4 6 9 13 18 25 38

0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,005

· · · · · · ·

(θi – θe) (θi – θe) (θi – θe) (θi – θe) (θi – θe) (θi – θe) (θi – θe)

si calcoleranno in base alla temperatura prevista nel locale, quelle del soffitto in base alla temperatura raggiunta per effetto del gradiente termico, quelle delle pareti verticali valutando, con notevole semplificazione, la media tra la temperatura calcolata in prossimità del soffitto e quella alla quota pavimento. La figura illustra il variare della temperatura in locali di altezza rispettivamente di 3, di 6 e di 10 m, con pareti rivolte verso l’esterno, considerando l’ambiente a 20 °C e una temperatura esterna di –5 °C (θi – θe = 25). Nel primo caso (altezza 3 m), la temperatura del locale viene considerata di 20 °C in tutta la sezione e quindi anche in prossimità del soffitto e della parete verticale. Nel secondo caso (altezza 6 m), seguendo le indicazioni della tabella 2.8, il gradiente termico è dato dal prodotto: 0,05 · (θi – θe) = 0,05 × 25 = 1,25 K/m Il gradiente viene applicato per ogni metro di altezza eccedente i 3 m: la temperatura in prossimità del soffitto sarà: 20 + (6 – 3) × 1,25 = 23,75 °C Per il calcolo delle dispersioni di calore attraverso la parete verticale, la temperatura da considerare sarà la media ponderale tra le temperature lungo tutta la sezione verticale e dunque 21,25 °C, mentre le dispersioni attraverso il pavimento si calcolano con θi = 20 °C e quelle attraverso il soffitto con θi = 23,75 °C. Nel terzo caso (altezza 10 m), eseguendo analogamente i calcoli, si trova il gradiente: 0,030 × 25 = 0,75 K/m la temperatura in prossimità del soffitto è: 20 + 0,75 × (10 – 3) = 25,25 °C

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Preliminari al calcolo di potenza

Altezza (m) 21

18,6

20 19

18,4

–5

18

18,3

17

17,6

15

–5

14 13

17,4 17,2 16,8

11

–5 ϒC

10 9

16,5

16,6 16,4 16,2

8

5

17,4

17,0

12

6

18,0 17,8

16

7

18,2

16,0 –5

15,4

4

15,8 15,6 15,4 15,2

3

15,0

2

15,0

15,0ϒ°C C

1

Figura 2.4 – Visualizzazione della temperatura ambiente nella sezione verticale di un locale molto alto, ad esempio una chiesa, alle condizioni di progetto θi = 15 °C e θe = –5 °C. L’esempio considera il riscaldamento a radiatori, ricavando i dati da UNI 7357.

La figura 2.4 illustra un caso più complesso. Si tratta di una chiesa di cui si considera la sezione. Il punto più alto raggiunge 21 m; la temperatura interna della zona occupata è di 15 °C, con temperatura esterna –5 °C. In questo caso il gradiente è: 0,01 × [15 – (–5)] = 0,01 × 20 = 0,2 K/m La figura mostra il variare della temperatura interna all’aumentare dell’altezza. Per tenere conto delle differenze strutturali delle varie pareti e del gradiente, è necessario considerare separatamente il calcolo delle dispersioni delle due pareti verticali e delle falde di copertura. Per la parete inferiore si otterrà: θi = 15,4 °C per il solaio inferiore si avrà: θi = 16,5 °C 55 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

per la parete verticale superiore si avrà: θi = 17,4 °C per il solaio superiore si otterrà: θi = 18,3 °C La UNI 7357 contempla soltanto il caso della variazione di temperatura interna di ambienti riscaldati a radiatori, fornendo indicazioni vaghe per quanto riguarda altre tipologie di impianti. Per impianti a radiazione (per esempio, pannelli a pavimento) il valore del gradiente risulta assai minore rispetto alla tabella 2.8 o addirittura negativo, come appunto alla figura 2.2, mentre per impianti a convezione forzata il valore del gradiente termico è senza dubbio maggiore rispetto alla tabella stessa, legato anche alla temperatura di immissione dell’aria riscaldante, rammentando che negli impianti a convezione il calore viene trasferito all’ambiente tramite il vettore aria che si comporta da intermediario, mentre invece nei sistemi radianti non v’è alcun intermediario, se non la radiazione all’infrarosso che viaggia alla velocità della luce. La correzione da apportare al gradiente per tenere conto della temperatura dei corpi scaldanti è espressa da: Δθ1 /40 dove Δθ1 rappresenta la differenza fra la temperatura media del corpo scaldante e quella dell’ambiente. Nei locali con vaste superfici fredde è indispensabile, agli effetti del benessere, tenere conto della temperatura operante. Per questo si deve inserire nel calcolo un coefficiente di correzione qualora l’ambiente considerato sia circondato da molte pareti esposte (alloggi al piano attico, uffici con vetrate monowall ecc.). A tal proposito si rinvia al precedente quadro 1.4 e al punto 6.2.3 della UNI 7357-74. 2.3.3 Trasmittanza unitaria delle pareti esterne Il calore passa da ciascun ambiente a temperatura maggiore verso l’adiacente a temperatura minore. La trasmittanza unitaria U è il flusso di calore che attraversa la parete unitaria (di area pari a 1 m2), per unità di differenza di temperatura tra il locale in esame e il contorno (sia esso l’esterno o un locale più freddo). Naturalmente il valore di U dipende dai materiali di cui è composta la parete, dalla sua forma, dalla presenza di spigoli e interruzioni, di finestre o di porte. L’inverso della trasmittanza unitaria è la resistenza, somma delle resistenze termiche unitarie delle varie componenti la struttura. In questo calcolo va inclusa la resistenza dell’aria che, in prossimità della parete, offre anch’essa un ostacolo al passaggio di calore. Naturalmente, tanto più calma è l’aria, tanto maggiore è la resistenza che essa oppone al calore che tende ad attraversarla, ostacolando l’accesso alla struttura vera e propria. Distinguendo tra pareti verticali o orizzontali, tra superfici rivolte verso l’esterno o l’in56 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Preliminari al calcolo di potenza

terno e tra intercapedini di diversa natura e spessore, la norma UNI 7357 fornisce valori sperimentali della conduttanza unitaria dell’aria (ai e ae rispettivamente per l’aria interna ed esterna); la resistenza è data dall’inverso della conduttanza (1/ai e 1/ae). In seguito la UNI 10344 definirà queste grandezze come coefficiente superficiale di scambio termico h e rispettiva resistenza R misurata in m2K/W. In generale, una parete semplice a facce piane e parallele è composta da più strati di materiali praticamente omogenei (come, ad esempio, gli intonaci) e da strati di materiali eterogenei come le strutture risultanti da elementi ad alveoli, mattoni forati ecc. posti in opera con giunti di malta. È necessario considerare la resistenza al passaggio di calore di ciascun elemento componente la sezione, a seconda della natura dei materiali e dello spessore dei medesimi. Per gli strati di materiali omogenei, la resistenza è data dal rapporto d/λ dove d indica lo spessore in metri dello strato e λ la conduttività termica unitaria del materiale. I valori di λ in W/mK sono ricavabili dalla norma UNI 10351. Se la parete è composta anche da strati non omogenei si farà ricorso alla UNI 10355, che fornisce la resistenza termica unitaria relativa alle tipologie più frequenti di murature e solai. Per ogni parete del locale esaminato, la somma delle resistenze unitarie di ogni strato, incluse eventuali intercapedini, fornisce la resistenza unitaria, il cui inverso è la trasmittanza unitaria, obiettivo del calcolo. Un passaggio rilevante del calcolo termico consiste nel valutare la trasmittanza unitaria di tutte le strutture che circondano i locali da riscaldare: di seguito le stesse sono elencate nel dettaglio per l’edificio esemplificato. Il progettista, che dispone di un opportuno programma di calcolo, potrà reperire i dati necessari richiamandoli dagli archivi caricati in precedenza, oppure procedere al calcolo ex novo. Le strutture edilizie seguenti specificano la natura dell’involucro rappresentato alla figura 2.1, progetto preliminare, che si evolve nel progetto definitivo cui alle figure 2.5, 2.6 e 2.7: 1)

Muratura perimetrale da 51 cm Intonaco interno con malta di calce e cemento Blocchi semipieni muratura interna portante Sughero (contenuto di umidità dal 2 al 4%) Blocchi semipieni muratura esterna portante Intonaco esterno con malta di calce e cemento

sp. 10 mm sp. 195 mm sp. 100 mm sp. 195 mm sp. 10 mm

2) Finestre e infissi opachi (figura 2.8) Struttura in legno con telaio + cornice sp. 70 mm Vetrocamera con 2 vetri trattati sp. 4 mm emissività e = 0,4 e intercapedine a tenuta di gas argon, sp. 9 mm sp. 17 mm Balcone esterno in legno con cornici di rinforzo sp. 30 mm

massa 1800 kg/m3 massa 700 kg/m3 massa 90 kg/m3 massa 700 kg/m3 massa 1800 kg/m3

(spessore secondo UNI 10345)

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Capitolo 2

3)

Calcolo termico dell’edificio

Portefinestre e portoncini di ingresso e accesso esterno Struttura in legno con telai + cornici (vetrata parziale) Vetrocamera nella parte superiore con 2 vetri trattati a emissività e = 0,4 e intercapedine con argon, sp. 9 mm Portoncino esterno in legno con cornici di rinforzo Cassa di sostegno e contenimento in argilla espansa con armatura (compresa nella massa indicata)

4) Tramezzi interni Intonaco di calce e sabbia Blocchi semipieni

sp. 70 mm sp. 4 mm sp. 17 mm sp. 30 mm sp. 100×550 mm massa 600 kg/m3 sp. 10 mm sp. 75-141- 245 mm

5) Pavimento (figura 2.10) Piastrelle in cotto sp. 20 mm massa 1000 kg/m3 Calcestruzzo di argilla espansa per massetto e sottofondo sp. 40 mm massa 600 kg/m3 Sughero (contenuto di umidità dal 2 al 4%) sp. 100 mm massa 90 kg/m3 Getto di base in calcestruzzo c.s. armato su vuoto sanitario sp. min. 240 mm massa 1000 kg/m3 Vuoto sanitario su elementi igloo sp. 300 mm in media massa 300 kg/m3 Sottofondo in calcestruzzo magrone sp. 360 mm massa 2000 kg/m3 Terrapieno e ghiaione di riporto 6) Soffitto (figura 2.12) Intonaco interno con malta di calce e cemento sp. 20 mm Solaio con blocchi di polistirene espanso sinterizzato sp. 160 mm Sughero (contenuto di umidità dal 2 al 4%) sp. 100 mm Calcestruzzo di argilla espansa per massetto e sottofondo sp. 60 mm 7)

Tetto (solaio secondo UNI 10355 p. 55, fig. 2.12)) Solaio in blocchi di laterizio con getto in calcestruzzo Impermeabilizzazione esterna con cartone bitumato Copertura in coppi

sp. 180 mm sp. 5 mm

massa 1800 kg/m3 massa unitaria 231kg/m2 massa 90 kg/m3 massa con armatura 1200 kg/m3 massa 1800 kg/m3 massa 1100 kg/m3

La scelta del sughero, nobile coibente contenuto fra le due pareti portanti, e fra il solaio di copertura e il massello sovrastante, è in linea con l’adozione di materiali certamente non inquinanti e di lunga durata (nei nuraghe sardi sono state reperite pavimentazioni in sughero della probabile età di 25 secoli).

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Figura 2.5 – Progetto definitivo: planimetria del pianterreno, livello 1, della casa bifamiliare della quale è in corso l’esempio di progettazione.

Figura 2.6 – Progetto definitivo: sezione dell’edificio.

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

Figura 2.7 – Progetto definitivo: planimetria del primo piano, livello 2, della casa bifamiliare della quale è in corso l’esempio di progettazione.

La struttura n. 1 si risolve con la formula della norma UNI 7357-74 (punto 7.2.1.3) qui riportata con i simboli aggiornati e adattati al caso: U=

1 1 d' d '' d ''' 1 + + R' + + R ''+ + λ '' λ ''' he hi λ '

Come si vede, i singoli componenti sono stati trascritti procedendo dall’interno verso l’esterno: una comodità mnemonica in accordo con il flusso termico.

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Si analizzano ora uno per uno i componenti di questa formula: – hi, coefficiente superficiale di scambio termico, può essere ricavato dal punto 10.1 della UNI 10344 per superfici rivolte verso l’ambiente interno2: 7,7 W/m2K Più severa, e dunque consigliabile, la UNI 7357, che fornisce il dato al punto 7.1.1.1: 7 (kcal/h · m2 · °C) · 0,86–1 (kcal/h · W) = 8,14 W/m2K – λ', coefficiente di conduttività termica dell’intonaco interno; eseguito, ad esempio, con malta di calce di spessore d' = 0,01 m, secondo UNI 10351 (p. 8) vale: 0,90 W/mK (massa 18 kg/m2) – R', resistenza termica unitaria della parete portante interna in blocchi semipieni di spessore 195 mm eseguita, ad esempio, secondo UNI 10355 (p. 34): 0, 69 m2K/W (massa 99 kg/m2) Il fattore di correzione previsto dalla norma non viene considerato, trattandosi di componente rivolto verso l’interno, una scelta che rientra tra le facoltà e i compiti del progettista: – λ'', coefficiente di conduttività termica dello strato di sughero con applicazione di due strati di lastre di spessore cad. 0,05 m per lo spessore totale d'' = 0,10 m, di densità 90 kg/m3: 0,043 W/mK (massa 9 kg/m2) – R'' (si veda R'), resistenza termica unitaria della parete portante esterna in blocchi semipieni di spessore 195 mm eseguita, ad esempio, secondo UNI 10355 (p. 34): 0,69 m2K/W (massa 99 kg/m2) Il fattore di correzione previsto dalla norma ora viene considerato sia per la trasmittanza, sia per la massa, trattandosi di componente rivolto verso l’esterno: fattore di correzione 11% per umidità acquisita dalle pareti, imperfezioni ecc.: 0,69 /1,11 = 0,62162 m2K/W (massa 110 kg/m2) – λ''', intonaco esterno (si veda λ’) vale: 0,90 W/mK (massa 18 kg/m2) – he, coefficiente superficiale di scambio termico, attenendosi alla UNI 7357, punto 7.1.1.2: 20 (kcal/h · m2 · °C) · 0,86–1 (kcal/h · W) = 23,25 W/m2K

2

La UNI 10344 ha per titolo: Calcolo del fabbisogno di energia e per questo fornisce valori medi stagionali. La UNI 7357 si occupa invece del fabbisogno termico istantaneo nelle condizioni limite ed è per questo rispondente alle esigenze del calcolo di potenza.

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Calcolo termico dell’edificio

Il coefficiente he dipende evidentemente dalla velocità istantanea del vento, ma quando si tratterà di calcolo dell’energia anche dalla sua frequenza. Per tenerne conto si possono seguire le norme UNI, come esemplificato qui di seguito, però i dati che si reperiscono sono le medie annuali, ben poco significative a confronto con fenomeni invernali che il calcolo di potenza non deve ignorare. Emblematico l’esempio di Trieste, dove la bora, un vento locale a carattere saltuario di grande intensità e violenza, può spirare per una settimana di seguito spesso in concomitanza delle temperature esterne più basse. Il prospetto XIV della UNI 10349 ci fornisce per Trieste la velocità media annuale di 2,6 m/s con direzione prevalente est, mentre la bora spira dall’intero primo quadrante con dominanza nord-nordest e raffiche di oltre 30 m/s. La norma UNI costituisce, dunque, soltanto un supporto sul quale il progettista riporterà la propria conoscenza dei luoghi e dei rispettivi fenomeni. La UNI 7357 propone di portare una correzione per le località ove il vento, durante la stagione invernale, abbia velocità maggiore di 4 m/s. Ci troviamo per il nostro calcolo, secondo il prospetto III della UNI 10349, nella regione di vento A, entroterra > 20 km, altitudine 800 m s.l.m., il che corrisponde alla zona di vento “2”. La località di riferimento dell’edificio in esame è Pordenone, zona di vento “1” (prospetto XIV) con velocità del vento di 1,3 m/s. L’edificio considerato sarà soggetto al valore medio annuale, corretto secondo il prospetto IV: w = 1,3 × 1,78 = 2,314 m/s Tenendo conto della maggiore intensità e influenza del vento nelle condizioni termiche di progetto e conoscendo la strada panoramica che conduce a Piancavallo, si può senz’altro ritenere che per alcuni gruppi di giorni durante l’inverno il vento possa spirare alla velocità di oltre 10 m/s e per questo il valore corretto di he, secondo UNI 7357, diviene: he = (2 + 9√10) × 0,86-1 @ 35,40 W/m2K (3) Del vento, tuttavia, si riparlerà nel calcolo definitivo. Infatti qui si è trattato soltanto di considerarne gli effetti sul coefficiente di trasmittanza unitaria U e non di valutare la trasmissione termica che attraversa la struttura. A questo punto sono stati identificati tutti i dati necessari per il calcolo della struttura n. 1. La massa per unità di superficie risulta di 248 kg/m2 e il coefficiente di trasmittanza unitaria: U1 =

1 ≅ 0, 262 W/m 2 K 1 0, 01 0,10 0, 01 1 + + 0, 69 + + 0, 62162 + + 8,14 0, 90 0, 043 0, 90 35, 40

(massa per unità di superficie = 254 kg/m2).

La UNI 7357 fornisce i dati di conduttanza unitaria senza indicare l’unità di misura. Gli autori hanno accertato trattarsi di kcal/h · m2 · °C consultando un esempio di calcolo pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale degli anni ’70. È pertanto necessario trasformare in W/m 2 · K. 3

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Il dato può essere assunto nel calcolo così com’è stato formulato, oppure può essere maggiorato in relazione all’età dell’edificio, alla qualità della costruzione e alla presenza di altri fattori negativi che il progettista deve valutare. Con identico procedimento si calcola U per ogni altra struttura opaca. Al momento delle verifiche imposte dalla legge, più avanti descritte, vi saranno casi nei quali si potrà incontrare la necessità di ridurre la trasmittanza unitaria e pertanto riprendere in esame il calcolo appena eseguito, rinforzando gli spessori dei materiali caratterizzati da migliore resistenza termica e/o migliorando le caratteristiche di coibenza dei medesimi e confrontandosi con il collega edile per ottenere il risultato più valido nel rapporto costo/ ingombro e compatibilità igrometrica (si veda anche il capitolo 3). Una prima grossolana verifica è possibile dal confronto fra la trasmittanza calcolata (U1 = 0,262 W/m2 K) e il limite imposto dalla norma vigente, identificato alla tabella 2.1, che risulta, per la zona climatica F, pari 0,33 W/m2 K. Come si vede c’è un buon margine, che risulterà utile per tener conto della trasmittanza globale della parte opaca della parete esterna di ogni singolo locale, mediata con i flussi termici in uscita per effetto dei ponti termici e di altre eventuali menomazioni della coibenza. 2.3.4 Trasmittanza unitaria dei serramenti Non vi sono differenze di metodo sostanziali nel calcolo della trasmittanza relativo ai serramenti, rispetto a quello per le strutture murarie, poiché anche in questo si ritrovano elementi omogenei, intercapedini e strutture composte, ma va tenuto conto della diversità dovuta ai telai e alle cornici che formano il serramento vero e proprio. Già nelle scelte preliminari va considerato il limite di trasmittanza unitaria globale del serramento come imposto dalla norma ed espresso alla tabella 2.4. Per la zona F il coefficiente Uws che caratterizza il serramento non dovrà superare il valore di 2 W/m2K e addirittura la parte vetrata non dovrà raggiungere 1,3 W/m2K, il che fa comprendere l’alto grado di qualità da assicurare nella scelta. Il progettista disporrà, per i componenti finestrati e per i serramenti in genere, dei dati certificati dal costruttore dei medesimi o quantomeno da un’asseverazione sottoscritta da un tecnico abilitato con esposizione dei valori di trasmittanza unitaria. In questo ci viene in aiuto la UNI 10345, che consente di differenziare la trasmittanza dei serramenti a seconda dell’incidenza dimensionale e qualitativa dei telai. Il calcolo è abbastanza lungo, ma viene ripagato dalla credibilità dei risultati e dalla facoltà di poterli accumulare negli archivi del programma elettronico per poi prelevarli in successive occasioni. Nella prima parte del calcolo si omette di considerare l’ulteriore resistenza assicurata dall’infisso esterno, il balcone in legno che è giusto considerare chiuso nelle condizioni limite nelle quali si sta eseguendo il calcolo, con la temperatura esterna al minimo convenzionale e lo spirar del vento da nordest, senza considerazione per il beneficio degli apporti gratuiti.

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

Afi = Af

Ag

Lg Afe Aw

Figura 2.8 – L’area del serramento Aw va distinta nelle due componenti: Ag = area del vetro; Af = area del telaio. La lunghezza del perimetro della parte vetrata Lg è interessata dalla trasmittanza termica lineare y. Si veda in proposito la UNI 10345.

Figura 2.9 – Esempio di inserimento del serramento in una struttura d’involucro: la struttura portante è in tubolare in acciaio rivestito da un profilo in PVC, saldato agli angoli, che ne accresce le prestazioni isolanti permettendo una trasmittanza termica complessiva del sistema finestra che può scendere fino al valore Uw = 0,82 W/m2 K (Finstral).

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Il fenomeno del flusso termico attraverso il serramento di area totale Aw si distingue in tre fasi (figura 2.8): Ag · Ug è il flusso attraverso la parte vetrata di area Ag; Af · Uf è il flusso attraverso il telaio di area Af; Lg · ψ è il flusso lineare, da considerare in presenza di più vetri, dovuto alla maggiore trasmittanza del distanziatore posto fra gli stessi; interessa la lunghezza perimetrale Lg della superficie vetrata. Le aree Ag e Af e il perimetro Lg sono grandezze geometriche ricavabili dalle figure 2.5 e 2.7. Per esempio la finestra a unico battente, comune ad alcuni locali (figure 2.5 e 2.7), di dimensioni 1,20 × 1,30 m, con i telai rappresentati, è caratterizzata da: Ag = 1,06 × 1,16 = 1,23 m2 Af = Aw – Ag = (1,20 × 1,30) – 1,23 = 0,33 m2 Aw = 1,56 m2 Lg = 2 × 1,06 + 2 × 1,16 = 4,44 m Nel caso di differenza tra l’area interna del telaio Afi e quella esterna Afe si assume per il calcolo la maggiore fra le due. La trasmittanza attraverso il vetrocamera, nel caso in esame, è data da: Ug =

1 1 d' d '' 1 + + Rs + + λ '' he hi λ '

I coefficienti hi e he hanno lo stesso valore dell’hi calcolato al punto precedente, trattandosi del coefficiente superficiale di scambio termico di superfici rivolte verso ambiente in quiete. λ'' = λ'' coefficiente di conduttività termica del vetro di spessore d' = d'' = 0,004 m, si ricava dalla UNI 10351 (p. 16): 1 W/mK (massa superficiale 10 kg/m2) Rs

resistenza termica dell’intercapedine chiusa, si ricava dal prospetto II della UNI 10345 oppure, per casi più complessi, va calcolata secondo le indicazioni della medesima; per l’esempio in corso l’intercapedine contiene argon ed è di spessore 9 mm; la superficie dei vetri è trattata; si ricava: 0,26 m2K/W

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

Sostituendo nella formula i valori ora noti si ottiene: Ug =

1 = 1, 95 W/m 2 K 1 0, 004 0, 004 1 + + 0, 26 + + 8,14 1 1 8,14

Risulta già evidente la non rispondenza del serramento scelto ai requisiti fissati dal Dlgs 192/2005, rappresentati alla tabella 2.5. Il valore limite della trasmittanza termica U per la parte centrale dell’infisso, all’interno di telai, cornici e altre protezioni, nella zona climatica F non deve superare 1,3 W/m2 K. Per questo è necessario cambiare modello di serramento, adottando tre vetri anziché due e conservando le altre caratteristiche. La trasmittanza Ug1 risulterà: U g1 =

1 1,29 = 1, 29 W/m 2 K 1 0, 004 0, 004 0, 004 1 + + 0, 26 + + 0, 26 + + 8,14 1 1 1 8,14

La trasmittanza attraverso il telaio di legno Uf si ricava direttamente dal prospetto V della UNI 10345 sulla base del parametro geometrico d che, nell’esempio considerato in figura 2.7, è pari a 70 mm. Si vedano anche le pagine 8 e seguenti della norma, per analizzare i casi più complessi. Nel caso in esame: Uf = 1,65 W/m2K Da ultimo si deve identificare la trasmittanza termica lineare; essa è ricavabile dal prospetto VII della UNI 10345. Con vetrocamera costituito da tre lastre e due intercapedini con distanziatori (3VS) si ha: ψ = 0,03 W/mK Ora si può eseguire il calcolo complessivo del flusso termico attraverso il serramento vetrato: Ag · Ug1 = 1,23 × 1,29 = 1,59 + Af · Uf = 0,33 × 1,65 = 0,54 + Lg · ψ = 4,44 × 0,03 = 0,14 Totale (Uw · AW)

= 2,27 W/K

Per i calcoli successivi è opportuno riprendere la trasmittanza termica unitaria complessiva che, per il serramento considerato, risulta dalla somma di cui sopra diviso per l’area complessiva Aw.

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Preliminari al calcolo di potenza

Si ottiene Uw = 2,27/1,56 = 1,46 W/m2K La resistenza termica aggiuntiva guadagnata dal balcone in legno, considerato chiuso specialmente quando si verifichino condizioni climatiche limite, si può ricavare dal prospetto VIII della UNI 10345. Per il serramento in legno spessore 30 mm, ben rifinito e dunque a bassa permeabilità, la resistenza termica sarà: DRstandard = 0,30 m2K/W I coefficienti hi e he sono già stati identificati ai precedenti paragrafi: hi = 8,14 W/m2K per lo scambio verso ambiente in quiete e he = 35,40 W/m2K per esposizione al vento. Si tiene conto della differenza fra il coefficiente superficiale di scambio termico sotto azione del vento, perciò reale, e il coefficiente standard proposto dalla UNI 7357: DRreale = 0,30 + 1/35,40 – 1/23,25 = 0,285 m2K/W La trasmittanza termica complessiva risulta: Uws = (1/Uw + DRreale)-1 = 1,03 W/m2K Ciascun serramento, qualora diverso da quello calcolato per forma, natura e tipologia del telaio o dei trasparenti, per dimensioni o anche soltanto in differente condizione di vento, sarà caratterizzato da un diverso Uws; per questo si procederà al nuovo calcolo con il medesimo metodo, avvalendosi quando possibile dei dati in archivio. 2.3.5 Flusso termico attraverso locali non riscaldati La trasmittanza unitaria viene calcolata con gli stessi metodi applicati al precedente paragrafo 2.3.3, con l’unico accorgimento di considerare, verso l’ambiente più freddo, il coefficiente superficiale di scambio termico he pari a quello interno hi, ovvero pari a un valore intermedio fra quelli assunti al suddetto paragrafo 2.3.3, allo scopo di tenere conto dello stato dell’aria (ad esempio verso locali con serramenti aperti, verso garage con basculante aperto nelle ore diurne, verso sottotetti non plafonati con tegole non sigillate ecc.). Si ricorda che il flusso termico avviene verso locali la cui temperatura può essere assunta in base ai dati della tabella 2.7 oppure calcolata con la formula al punto 5.2.1.1 della UNI 7357. Nell’esempio che si va sviluppando non si individuano dispersioni di calore verso ambienti non riscaldati, salvo il sottotetto, esaminato più avanti. Alcune incertezze potrebbero riguardare l’ingresso e il vano scale, che dall’angolo nordovest a pianterreno conduce all’ingresso dell’alloggio al primo piano. Lasciare quel locale senza riscaldamento significherebbe condannarlo alla formazione di condense superficiali e di muffe; la scelta del progettista è libera.

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

2.3.6 Dispersioni attraverso il pavimento o le murature addossate al terreno I casi che si possono presentare sono molteplici: per gran parte di questi si può identificare il metodo di calcolo adatto al punto 7.3 della UNI 7357 o all’appendice A.4 del suo foglio aggiuntivo FA-3. Ulteriori approfondimenti sono possibili consultando la UNI 10346 sugli scambi di energia fra edificio e terreno. L’esempio progettuale cui alle figure 2.1, 2,5 e 2.6 considera un pavimento in piastrelle di cotto su massetto cementizio e relativo sottofondo alleggerito, sovrastante uno strato di nobile sughero da 100 mm steso sul solaio portante in calcestruzzo armato, dello spessore minimo 240 mm, gettato sul piano di igloo da 300 mm formante il vuoto sanitario. Il tutto è di perimetro contenuto per portare la parete interna dell’edificio che poggia sul sottofondo in calcestruzzo collegato alla fondazione, ma non all’altra parete portante esterna, essendo da quest’ultima verticalmente separata dall’inserimento del sughero che poggia sul getto di sottofondo. Questo, nell’esempio, è di spessore 360 mm, a sua volta poggiato su terreno costipato e ghiaione dello spessore di almeno 500 mm. Si devono distinguere tre flussi termici in uscita, come spiega la UNI 7357, punto 7.3.2, e più avanti il foglio FA-3 all’appendice A (si veda la figura 2.10). Nella zona centrale si valuterà il flusso verso la falda acquifera più prossima, considerata alla temperatura di 10 °C nelle zone di pianura, diminuendo 1 K per ogni 200 m di altitudine salendo in montagna. Nell’esempio considerato, a 800 m s.l.m., la temperatura della falda acquifera sarà assunta, in carenza di dati precisamente rilevati, di 6 °C.

striscia perimetrale trasmittanza lineare flusso termico verso l'esterno

flusso termico verso la falda acquifera Piastrelle in cotto Calcestruzzo di argilla espansa per massetto e soffofondo Sughero (contenuto di umidità dal 2 al 4%) Getto di base in calcestruzzo c.s. armato su vuoto sanitario Vuoto sanitario su elementi igloo Sottofondo in calcestruzzo magrone Terrapieno e ghiaione di riporto

impermeabilizzazione e drenaggio

Figura 2.10 – Le dispersioni attraverso il pavimento si distinguono in tre flussi: il primo verso l’esterno, per una striscia perimetrale calcolata; il secondo verso il sottosuolo, ove si presume una falda acquifera alla temperatura di 10÷15 °C; il terzo lungo l’angolo perimetrale esposto. L’edificio si compone di due pareti portanti ben separate l’esterna dall’interna.

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Preliminari al calcolo di potenza

È necessario identificare la trasmittanza unitaria del pavimento applicando le formule note e acquisendo i dati in analogia a quanto già fatto per la parete esterna: Up =

1

= 1 s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 + + + + + + + h i λ1 λ2 λ 3 λ 4 λ5 λ6 λ 7 1 = = 0,17 W/m 2 K 0, 02 0, 04 0,10 0, 24 0, 30 0, 36 0, 50 1 + + + + + + + 5, 81 1 0,18 0, 043 0, 31 0,18 1,18 1, 20 Si noti che, per le piastrelle ceramiche, λ1 è assunto pari a quello della porcellana, unico dato disponibile a pagina 15 della UNI 10351. Per massetto e sottofondo in calcestruzzo si è assunto ρ = 600 kg/m3, cui corrisponde λ2 = 0,18 W/m2K; il λ3 risponde alle caratteristiche già considerate al paragrafo 2.3.3 per il sughero; per i getti del basamento sul vuoto sanitario, considerati aerati è stata applicata la maggiorazione m = 20%. Ne risulta il λ4 pari a 0,31 W/m2K e il λ5, mediato fra le parti piene e i vuoti interni agli igloo, pari a 0,18 W/m2K. Il vuoto sanitario all’interno degli igloo può considerarsi aria stagnante, nonostante il collegamento con l’aria esterna realizzato per mezzo di opportuni sfiatatoi. Il getto di sottofondo in calcestruzzo magro è caratterizzato da ρ = 2000 kg/m3 con λ6 pari a 1,18 W/m2K. Per il terrapieno misto in ghiaione e terreno di riporto, si considera λ7 pari a 1,2 W/m2K che si ricava a pagina 10 della UNI 10351: materiali sfusi, ghiaia grossa senza argilla, kg/m3 1700 con maggiorazione m = 100%. Per la striscia di pavimento prospiciente l’esterno è necessario ricavare la trasmittanza fittizia prendendo in considerazione la resistenza offerta dal passaggio del flusso termico verso l’ambiente esterno. Tale resistenza è di entità trascurabile, tanto che la trasmittanza fittizia Up1 risulterà pari alla trasmittanza Up. U p1 =

1 1 = = 0,17 W/m 2 K 1 1 1 1 + + U p he 0,17 35, 40

La fascia perimetrale da considerare come superficie interessata a un flusso verso l’esterno viene assunta, secondo UNI 7357, pari al perimetro esposto per la larghezza di m 2,0 diminuita della differenza di quota fra il terreno (caso di interramento) e la superficie pavimentata. Nell’esempio rappresentato alla figura 2.10 si può assumere la larghezza di m 2,0, considerando prudenzialmente il terreno esterno alla stessa quota del pavimento interno.

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

Striscia perimetrale

Flusso termico verso l’esterno

Flusso termico verso la falda acquifera

Trasmittanza lineare

Figura 2.11 – Si confronta l’esempio di figura 2.10 con una soluzione analoga. In questo caso si determinano una sola parete portante con inevitabili ponti termici e una trasmittanza più accentuata.

2.3.7 Dispersioni attraverso il solaio di copertura È un calcolo analogo ai precedenti, considerando la struttura del solaio, con la propria trasmittanza unitaria e il flusso termico verso il sottotetto, la cui temperatura interna può essere identificata secondo la tabella 2.7. Us =

1

= d d 1 d1 1 + + R1 + 2 + 3 + hi λ1 λ2 λ 3 he 1 = = 0, 30 W/m 2 K 1 0, 02 0,16 0,10 0, 06 + + + + + 9, 258 9, 28 0, 90 0, 41 0, 043 0,18 La temperatura del sottotetto chiuso, corretta per θe = –11 °C, risulta: θsoffitta = 0 + (–11 + 5) × 0,8 = – 4,8 °C @ – 5 °C Si può dunque procedere al calcolo considerando la soffitta come ambiente in quiete alla temperatura di – 5 °C, trasmittanza 0,3 W/m2K, ma più corretto e completo risulta il proce70 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Preliminari al calcolo di potenza

sottotetto

massetto sughero

trasmittanza lineare

trasmittanza del solaio

solaio UNI 10355 intonaco

trasmittanza della parete intonaco malta e calce blocchi semipieni

sughero umidità 4% blocchi semipieni

intonaco malta e calce

Figura 2.12 – La scelta costruttiva di separare la parete interna da quella esterna, ambedue portanti, consente continuità degli strati isolanti ed evita l’incontro fra due strutture quali la parete portante esterna e il solaio di copertura. Viene minimizzato in tal guisa il flusso lineare all’angolo prospiciente il solaio.

dimento se si valuta la trasmittanza complessiva della copertura, solaio di pavimentazione del sottotetto + solaio del tetto e sua impermeabilizzazione. Si andrà cioè a calcolare il flusso termico che muove dal soffitto del locale, attraversa la struttura rappresentata alla figura 2.12, attraversa il sottotetto considerato chiuso nell’esempio e infine attraversa i solai delle falde di copertura. Si calcola pertanto la trasmittanza del solaio con la sua impermeabilizzazione esterna, considerando che all’esterno l’aria sia in quiete per effetto del rivestimento di copertura con coppi. UC =

1 1 = = 1, 86 W/m 2 K d1 1 1 0, 005 1 1 + 0, 30 + + + R1 + + 0, 23 9, 28 hi λ1 he 9, 28

La trasmittanza unitaria complessiva U, nel caso di attraversamento di uno spazio chiuso non riscaldato la cui temperatura non sia nota, risulta dalla: U=

U s ⋅U c 0,30 0, 30×⋅1,86 1, 86 = = 0, 258 W/m 2 K U s + U c 0, 30 + 1, 86

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

2.3.8 Trasmittanze lineari di giunti e spigoli La UNI 7357, nel foglio aggiuntivo FA-3 del maggio 1989, si occupa della trasmittanza unitaria di pareti non uniformi, contenenti punti singolari (o ponti termici). Questi ultimi sono costituiti da elementi di elevata conduttività inseriti in una parete, o elementi di parete, di conduttività diversa (minore). La figura 2.12 descrive in dettaglio l’incontro fra il solaio del primo piano e la parete perimetrale interna, evidenziando una linea d’angolo ove di fatto è impedito il flusso termico verso l’esterno, essendo evitata l’interruzione dello strato coibente per effetto della continuità dell’isolamento termico con il sughero di spessore 100 mm. Viene valutata la “trasmittanza termica lineare di ponte termico” ψ (W/mK) che in questa soluzione esemplificativa risulta di minima entità, a differenza di quanto avveniva nelle soluzioni del passato, quando il solaio di copertura andava a incontrare l’ambiente esterno. Si confronti la figura 2.13 con l’esempio attuale, espresso nella figura precedente. La UNI 7357 FA-3 analizza diversi casi di incontro fra pareti variamente disposte e certamente il progettista potrà individuare fra essi quello che più si avvicinerà alla combinazione considerata. Il caso in esame può riconoscersi, con notevole approssimazione, nella figura 20.1 del punto 3.3.6 della norma UNI. Per la determinazione di ψ si applica la formula:

ψ =

0, 3 ⋅ s1 ⋅ (1 + h ) 0, 3 ⋅ 0,16 ⋅ (1 + 0 ) = = 0, 08 W/mK 0, 06 + R1 + R2 0, 06 + 0, 3 + 0, 26

Sottotetto plafonato

Massetto Poliuretano espanso Solaio UNI 10355 Intonaco

Trasmittanza della parete Intonaco Blocco semipieno

Trasmittanza del solaio

Intonaco Poliuretano espanso

Mattone forato

Figura 2.13 – Un confronto con la figura precedente: l’incontro fra due strutture perimetrali, quali la parete esterna e il solaio di copertura, non consente continuità degli strati isolanti. Così si facilitano trasmittanze lineari lungo le linee di contatto dei solai con le pareti portanti.

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Preliminari al calcolo di potenza

Cassa porta o cassa finestra: prefabbricato in calcestruzzo di argilla espansa con armatura Serramento vetrato Balcone in legno Trasmittanza lineare Trasmittanza frontale del prefabbricato Trasmittanza lineare

Davanzale Soglia

Pianerottolo scale (solette in c.a.)

Figura 2.14 – Ciascun serramento viene supportato sui quattro lati dalla cassa: davanzale, fiancate e architrave superiore. Il tutto è identificabile come un quadrilatero in calcestruzzo di argilla espansa, armato, che viene inserito nella fase di costruzione delle pareti dell’involucro. Nella sezione della cassa si verificano diversi flussi termici in uscita come raffigurato.

Si tratta di un valore abbastanza modesto rispetto agli altri che concorrono al passaggio del calore all’ambiente all’esterno, ma è necessario tenerne conto specialmente per la coincidenza di più trasmittanze lineari che possono interessare il locale: – angolo interno del pavimento, anche se vi sottostà un locale riscaldato; – giunto fra una parete esterna e una interna; – angolo interno del pavimento prospiciente l’esterno (figura 2.10); – giunto fra parete e cassa del serramento; – giunto fra cassa del serramento e serramento; – angolo interno verso spigoli, rientranze ecc. Per tutti questi casi e per altri ancora si troverà risposta nel foglio aggiuntivo FA-3 della 7357. 2.3.9 Altri fattori che incrementano le dispersioni termiche Nel calcolo della trasmittanza bisogna tenere conto anche dell’orientamento della parete in esame; intuitivamente, a parità di struttura, il calore disperso da una parete esposta verso Nord sarà maggiore di quello disperso da una parete che durante il giorno è battuta dal sole 73 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

per alcune ore, non tanto per gli apporti solari, che nel caso di maltempo non sussistono, quanto invece per la sanità delle pareti, mantenute asciutte. Per questo motivo, al calcolo delle dispersioni bisogna apportare correzioni a seconda dell’esposizione, sotto forma di aumenti percentuali indicati dalla stessa UNI 7357:

Sud

Sud-ovest

Ovest

Nord-ovest

Nord

Nord-est

Est

Sud-est



–

2÷5

5÷10

10÷15

15÷20

15÷20

10÷15

5÷10

A questo punto vale la pena di riconsiderare l’influenza del vento qualora ci si trovi in presenza di fenomeni locali di rilievo, come la bora a Trieste, che incide su tutte le superfici orientate da Nord a Est, o il maestrale sulle coste settentrionali della Sardegna (superfici da Ovest a Nord). Per tali eventi, anziché differenziare il calcolo della trasmittanza unitaria per le pareti esposte e per le finestre, è più pratico incrementare fortemente le variazioni percentuali. Le pareti e le finestre rivolte ai quadranti sopra indicati godranno di aumenti percentuali sulle trasmittanze assunte; alcuni esempi: – per Trieste – per Venezia, zone esposte alla bora – per l’isola della Maddalena (SS)

Nord e nord-est Est Nord e nord-est Est Nord e nord-ovest Ovest

50% 40% 40% 30% 45% 25%

Questi fenomeni risultano di durata limitata; tuttavia ne va tenuto conto per non trovarsi con i locali esposti in condizioni di grande insufficienza. In conseguenza di ciò i locali stessi, se dotati di impianti ben calcolati e privi di regolazione propria, risulteranno surriscaldati per la restante stagione. Un ulteriore aumento, da valutare in percentuale, terrà conto delle maggiori dispersioni in corrispondenza del diedro formato dall’incontro di due pareti disperdenti, come due muri, un muro e un solaio di porticato ecc. La UNI 7357 conviene di considerare per ciascuna delle due pareti un’area supplementare larga quanto sono spesse le pareti e lunga quanto il diedro medesimo. Altrettanto empirico e non dissimile nei risultati è il metodo di assegnare l’aumento del 10% alla trasmittanza delle pareti che formano il diedro. 2.3.10 Fattori per intermittenza di funzionamento L’arresto notturno o festivo dell’impianto o la sua attenuazione, descritti al punto 11 della UNI 7357 e prescritti (in parte) dall’articolo 9 del Dpr 412/93, non avrebbe effetto sul calcolo delle dispersioni termiche, ma comporta la necessità fisica di potenziare gli impianti per consentire la messa a regime in tempi ragionevoli. 74 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Preliminari al calcolo di potenza

Vi è stato un periodo durante il quale la legge italiana impediva il sovradimensionamento, come appunto cita una nota al punto 11.4.2 della UNI 7357; tale proibizione è caduta con l’entrata in vigore della legge 10/91. È intuitivo che in un moderno edificio ben coibentato la semplice attenuazione notturna non richieda particolari sovradimensionamenti, poiché l’abbassamento di temperatura nelle dieci-dodici ore di attenuazione è dell’ordine di un paio di gradi Celsius, come risulta da numerose prove sul campo. Diverso è il caso di grandi edifici, ad esempio scuole, il cui riscaldamento viene interrotto al mezzodì del sabato per riprendere il lunedì mattina. Mancando il necessario sovradimensionamento si tende ad anticipare l’accensione e talvolta, in concomitanza alle minime invernali, nonostante l’avviamento degli impianti sei o sette ore prima dell’apertura, non si riesce a raggiungere la temperatura voluta se non a lunedì inoltrato. Chi ha esperienza di gestione diretta può confermare come, in casi congeneri, l’insufficiente dimensionamento si trasformi in fattore di spreco energetico, oltre che di insufficienza del comfort da garantire all’utenza. La UNI 7357 suggerisce i valori di aumento percentuale della potenzialità termica a seconda del tipo di terminale: si veda la tabella 2.9. Gli aumenti vanno calcolati sulle superfici che comportano una massa, come pareti, pavimenti ecc., e anzi si dovrà abbondare nei valori percentuali allorché l’edificio in questione sia composto da strutture a elevata inerzia termica (murature di pietra, laterizi pieni ecc.). Tabella 2.9 – Incremento percentuale della potenzialità termica da applicarsi alle strutture opache per far fronte all’inerzia in fase di avviamento degli impianti. Aumento percentuale di potenzialità termica Funzionamento

Impianti ad aria calda

Impianti con corpi scaldanti ad acqua calda

a vapore

Impianti a pannelli con tubi annegati nelle strutture

Continuo, con attenuazione notturna

12

8

10

5

Con utilizzazione giornaliera di 16÷18 h

15

10

12

8

Con utilizzazione giornaliera di 12÷16 h

20

12

15

10

Con utilizzazione giornaliera di 8÷12 h

25

15

20

12

Con utilizzazione giornaliera di 6÷8 h

30

20

25

15

Con utilizzazione giornaliera di 4÷6 h

35

25

30

20

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Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

2.4 Calcolo della potenza termica dell’impianto La potenza termica che l’impianto deve sviluppare per riscaldare l’edificio nelle condizioni di progetto risulterà maggiore o uguale alla somma di: – flusso termico per dispersioni attraverso le strutture, tenuto conto dell’intermittenza; – calore di ventilazione nei locali; – margine per perdite di emissione, distribuzione, regolazione e produzione. 2.4.1 Flusso termico per dispersioni Il calcolo va eseguito locale per locale: per ciascuno di essi si individua la sommatoria dei prodotti fra le superfici disperdenti A, le relative trasmittanze U e i Δθ, con gli aumenti percentuali del caso. A questa sommatoria si aggiungerà quella risultante dai prodotti delle lunghezze di spigoli e ponti termici, per le trasmittanze lineari ψ e ancora per i Δθ. Le superfici disperdenti A si misurano all’interno dei locali, essendo appunto tali le aree attraversate dal flusso termico che inevitabilmente muove dall’interno verso l’esterno. A questo proposito la UNI 7357 è precisa, indicando alcune eccezioni nei casi di solai o di muri divisori di elevato spessore (punto 8). Casi particolari vengono definiti all’appendice A.0.1 del foglio aggiuntivo FA-3. Per le aperture come porte, finestre e lucernari non sporgenti, si misura la luce libera praticata nella parete. Si procede al calcolo per tutti i locali, dopo avere assegnato a ciascuno di essi un numero di riconoscimento (si vedano le figure 2.5 e 2.7 e la tabella 2.6). Alla tabella 2.10 è rappresentato il calcolo di un locale a pianterreno, locale n. 07, mentre la tabella 2.11 riporta i dati della camera d’angolo al primo piano, locale n. 12. 2.4.2 Calore di ventilazione nei locali L’argomento sarà trattato più diffusamente al capitolo 3. Per ogni locale, noti volume netto e ricambi, si ricavano la portata d’aria φ e il fabbisogno termico per ventilazione Φv; nell’esempio si considerino il locale n. 07 al livello 1° e il locale 12 a livello 2°: V @ 33,07 m3 con n = 1 h–1 ricambi orari: Φv = 0,35 × 33,07 × 1 × 31 = 358,81 W e per il locale 12 a livello 2° V @ 17,02 m3 con n = 0,5 h–1 ricambi orari: Φv = 0,35 × 17,02 × 0,5 × 31 = 184,67 W

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Pavim.

Pavim.

Pavim.

Solaio









1,30

Trasm. lineare

Trasm. lineare

Parte centrale

Fascia perimetr. 1,18

2,00

4,00+3,18

4,00+3,18

2,00

5,18

Trasm. lineare 2 × (1,20+1,30)

1,20

7,18

7,18

2,36

10,36

5,00

1,56

0,04

0,08

0,17

0,17

0,08

1,03

0,07

0,34

0,26 1,0 × 1,1 × 1,0

1,1 × 1,1 × 1,0

1,0 × 1,1 × 1,0

1,0

31

31

14

31

31

31

31

31

31

31

* È dedotto il vuoto finestra e relativa cassa di m 1,40×1,50. ** Il calore specifico dell’aria viene assunto nel valore medio di 0,35 W/m3K.

W

Cassa



Finestra

5,80

0,54

8,27

0,26

Potenza termica complessiva del locale 07

S



1,50-1,30

Trasm. lineare 2 × (1,40+1,50)

1,40-1,20

2,60

8,30*

W

Cassa



Cassa finestra

3,18

2,60

Fattori espo- sizione, ango- lo e ventosità

Potenza dispersa per infiltrazioni (si veda la tabella 2.6) m3 /h 33,07 × 0,35** × 31 =

S



Parete esterna

4,00

U W/m2K Δθ ovvero (K) Ψ W/m ⋅ K

W

W



Parete esterna

Altezza Superficie o larghezza scambio m2 (m) ovvero L m

Potenza di dispersione del locale 07

S



Esposizione Descrizione Lunghezza (m)

Tabella 2.10 – Flusso termico per dispersioni nel locale 07 (figura 2.5). La temperatura interna di calcolo è 20 °C.

681,04

358,81

322,23

8,90

17,81

5,62

54,60

12,40

49,81

12,59

6,26

80,65

73,59

Potenza dispersa (W)

Calcolo della potenza termica dell’impianto

77

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Solaio

Solaio

Pavim.







1,30

Trasm. lineare

Trasm. lineare

Soffitto

3,08

4,25+3,08

4,25+3,08

4,25

Trasm. lineare 2 × (1,20+1,30)

1,20

7,33

7,33

13,09

5,00

1,56

0,04

0,04

0,26

0,08

1,03

0,07

0,34

0,26 1,0 × 1,1 × 1,0

1,15 × 1,1 × 1,4

1,0 × 1,1 × 1,0

1,0

31

31

31

31

31

31

31

31

31

* È dedotto il vuoto finestra e relativa cassa di m 1,40×1,50. ** Il calore specifico dell’aria viene assunto nel valore medio di 0,35 W/m3K.

W

Cassa



Finestra

5,80

0,54

8,01

0,26

Potenza termica complessiva del locale 12

S



1,50-1,30

Trasm. lineare 2 × (1,40+1,50)

1,40-1,20

2,60

8,95*

W

Cassa



Cassa finestra

3,08

2,60

Fattori espo- sizione, ango- lo e ventosità

Potenza dispersa per infiltrazioni (si veda la tabella 2.6) m3 /h 17,02×0,35**×31 =

S



Parete esterna

4,25

U W/m2K Δθ ovvero (K) Ψ W/m ⋅ K

W

W



Parete esterna

Altezza Superficie o larghezza scambio m2 (m) ovvero L m

Potenza di dispersione del locale 12

S



Esposizione Descrizione Lunghezza (m)

Tabella 2.11 – Flusso termico per dispersioni nel locale 12 cui all’esempio di figura 2.7. Temperatura interna 20 °C.

583,11

184,67

398,44

9,09

9,09

105,51

12,40

49,81

12,59

6,26

114,35

79,35

Potenza dispersa (W)

Capitolo 2 Calcolo termico dell’edificio

78

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01

01

01

01

01

01

02

02

02

02

02

02

02



























14

13

12

11

10

09

08

07

06

05

04

03

02

01

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

20

Totale complessivo

01



Livello Locale θ (°C)

317,63

38,90

16,19

17,02

8,40

34,78

24,44

14,73

33,07

13,34

34,03

9,73

34,78

31,20

7,02

Rinnovo aria (m3 /h)

4350,44

382,51

250,96

398,44

290,65

320,99

356,29

355,26

322,23

201,09

398,82

180,48

288,81

161,19

442,72

Potenza dispersa (W)

3446,29

422,07

175,66

184,67

91,14

377,36

265,17

159,82

358,81

144,74

369,23

105,57

377,36

338,52

76,17

Rinnovo aria (W)

7796,73

804,58

426,62

583,11

381,79

698,35

621,46

515,08

681,04

345,83

768,05

286,05

666,17

499,71

518,89

Potenza termica complessiva (W)

Tabella 2.12 – Riepilogo dei fabbisogni termici dei locali, da collegarsi alla tabella 2.6 per rilevare superfici, volumi e frequenza dei rinnovi d’aria.

Calcolo della potenza termica dell’impianto

79

Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

2.4.3 Potenza termica risultante Ora si può ottenere il riepilogo come riportato alla tabella 2.12: la colonna di destra fornisce il valore complessivo delle dispersioni istantanee per trasmissione e per infiltrazioni. È questa, per ciascun locale, la potenza termica da assegnare al corpo scaldante, tenuto conto di un rendimento di emissione che, ad esempio, per radiatori alla temperatura dell’acqua entrante di 65 °C, viene assunto del 99% secondo il prospetto III della UNI 10348. Ciò a condizione che sul retro del radiatore la parete esterna sia convenientemente isolata, con superficie riflettente verso l’interno. 2.4.4 Verifiche sulla trasmittanza Con tutti i dati ora disponibili si possono eseguire le verifiche sulla trasmittanza unitaria dei diversi elementi, come annunciato al paragrafo 2.2 sulla scorta del Dlgs 192/2005. Parete esterna La verifica relativa alla parete esterna deve comprendere tutti i possibili flussi termici che attraversano una determinata superficie. Va dunque verificata la potenza per dispersioni attraverso la struttura prevalente, cui va sommato il dato per dispersioni della cassa finestra e la relativa trasmittanza lineare e anche la trasmittanza lineare all’angolo del solaio. Tale somma, fratto la superficie interessata, fornisce il valore mediato della trasmittanza unitaria dell’elemento considerato. Per applicare la verifica alle due pareti del locale d’angolo 07 del primo livello, desumendo i dati dalla tabella 2.10, si ottiene: (8,30 × 0,26) + (8,27 × 0,26) + (0,54 × 0,34) + (5,80 × 0,07) + (7,18 × 0,04) = 5,19 W/K La superficie interessata risulta: 8,30 + 8,27 + 0,54 = 17,11 m2 e la trasmittanza unitaria: U1reale = 5,19/17,11 = 0,30 W/m2K La trasmittanza unitaria così ricavata risulta inferiore rispetto al limite stabilito per la zona climatica F cui alla tabella 2.1 redatta secondo il Dlgs 192/2005; infatti risulta: U1reale < U1limite = 0,30 < 0,33 W/m2K Analogamente si procederà per ogni altro locale dell’edificio. Copertura Analizzando i risultati pubblicati alla tabella 2.11 relativa al locale 12 del secondo livello risulta la trasmittanza dal soffitto verso l’esterno, calcolata unitariamente in 0,26 W/m2K, cui va sommato l’effetto della trasmittanza lineare di 0,04 W/m · K. Si ottiene: (13,09 × 0,26) + (7,33 × 0,04) = 3,70 W/K 80 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Calcolo della potenza termica dell’impianto

e la trasmittanza unitaria mediata: U = 3,70/13,09 = 0,28 W/m2K La trasmittanza unitaria così ricavata risulta inferiore rispetto al limite stabilito per la zona climatica F cui alla tabella 2.2 redatta secondo il Dlgs 192/2005; infatti risulta: U1reale < U1limite = 0,28 < 0,29 W/m2K Anche questo dato è dunque positivamente verificato. Pavimento Si analizzano ora i risultati pubblicati alla tabella 2.10 relativa al locale 7 del primo livello, ove risulta la trasmittanza verso l’esterno e verso la falda acquifera sotterranea cui va sommato l’effetto della trasmittanza lineare all’angolo esterno. Si ottiene: (10,36 × 0,17) + (2,36 × 0,17) + (7,18 × 0,08) = 2,74 W/K e la trasmittanza unitaria mediata: U = 2,74/12,72 = 0,22 W/m2K La trasmittanza unitaria così ricavata risulta inferiore rispetto al limite stabilito per la zona climatica F cui alla tabella 2.3 redatta secondo il Dlgs 192/2005; infatti risulta: Ureale < Ulimite = 0,22 < 0,32 W/m2K Serramenti Sono ora necessarie due distinte verifiche, la prima riguardante il serramento nel suo insieme, considerato a balconi o tapparelle chiusi, comprendendo anche la trasmittanza lineare nel contatto fra telaio e cassa prefabbricata. La seconda verifica riguarda invece il trasparente, cioè la parte centrale del serramento. Si rilevano da ambedue le tabelle 2.10 e 2.11 le seguenti trasmittanze: (1,56 × 1,03) + (5,00 × 0,08) = 2,01 W/K e di qui la trasmittanza unitaria mediata: U = 2,01/1,56 = 1,29 W/m2K La trasmittanza unitaria ricavata risulta inferiore al limite stabilito per la zona climatica F cui alla tabella 2.4, redatta secondo il Dlgs 192/2005; infatti risulta: Ureale < Ulimite = 1,03 < 2,00 W/m2K Seconda verifica, rivolta alla parte centrale del serramento: si esamina a questo punto la trasmittanza Ug della sola parte vetrata, come da calcolo eseguito al precedente punto 2.3.4. 81 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

La trasmittanza unitaria calcolata risulta, come si è già constatato, inferiore rispetto al limite stabilito per la zona climatica F cui alla tabella 2.5, il che comporta: Ug1 reale < Ug limite = 1,29 < 1,30 W/m2K Il serramento considerato nel progetto ha dunque i requisiti di legge ed è necessario acquisire fin da questa fase progettuale le caratteristiche degli elementi adottati, con l’anticipo della certificazione che il costruttore rilascerà a tempo debito. 2.4.5 Primi dimensionamenti Il progetto di massima, detto anche progetto preliminare o progetto base, può già essere steso con i dati a disposizione, raccolti specialmente nelle tabelle 2.6 e 2.12, oltre che attraverso l’esame delle tavole di disegno per individuare numero e tipologia dei corpi scaldanti. Oltre a poter procedere al dimensionamento dei corpi scaldanti, si può anche identificare la potenza termica del generatore di calore e di qui ogni altro componente, salvo verificare nel progetto definitivo la giustezza delle scelte operate in questa prima fase. Noto infatti il fabbisogno complessivo per dispersioni, dividendo tale valore per il rendimento globale dell’impianto nelle condizioni limite, si ottiene la potenza da assegnare al generatore. Il rendimento globale è dato dal prodotto dei seguenti quattro rendimenti: • rendimento di produzione, che si può assumere stimando il limite imposto dal Dlgs 192/2005 per il rendimento di combustione e applicando un valore provvisorio per tener conto delle altre perdite termiche della potenza utilizzata per servizi elettrici diretti e ausiliari. Il rendimento di combustione dovrà risultare non inferiore di un punto percentuale rispetto al valore minimo del rendimento termico utile alla potenza nominale, definito con la formula: ηc (%) = X + 2 log Φn dove: log Φn è il logaritmo in base 10 della potenza utile nominale del singolo generatore, espressa in kW; X vale 90 per le caldaie a condensazione e 88 per tutte le altre tipologie di caldaie. Si ammetta in prima ipotesi la potenza utile nominale per l’esempio in corso di 10.000 W e l’adozione di una caldaia a condensazione: ηc (%) = X + 2 log Φn = 90 + 2 × 4 = 98% Viene provvisoriamente stimato ηgn (%) = 96%

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Calcolo della potenza termica dell’impianto

• rendimento di regolazione, implica la scelta del sistema per l’impianto in esame: potrebbe essere un regolatore modulante con banda proporzionale 1 K; il prospetto II della UNI 10348 indica in tal caso ηreg = 97% • rendimento di distribuzione, considerando colonne montanti e raccordi situati totalmente all’interno degli ambienti riscaldati, a loro volta rivestiti secondo l’allegato B del Dpr 412/93, e assumendo il dato dal prospetto IV della UNI 10348: ηdistr = 96% • rendimento di emissione, per la scelta di radiatori in acciaio o ghisa quali corpi scaldanti, come sopra illustrato: ηem = 99% Il rendimento risultante globale è: ηg = ηgn · ηreg · ηdistr · ηem @ 88,5% La potenza termica da assegnare al generatore sarà dunque, provvisoriamente

Φ=

7796, 73 = 8810 W 0, 885

A questo punto, salvo le verifiche successive, si può procedere al dimensionamento di ogni parte dell’impianto. 2.4.6 Apporti termici gratuiti nel calcolo di potenza È pratica costante trascurare in questa fase gli apporti termici cosiddetti gratuiti, dei quali può usufruire la zona (o l’edificio) da progettare. Ma se tale approssimazione è giustificata nel calcolo di potenza di edifici abitativi, molto meno la si può ammettere qualora l’ambiente interessato riceva contributi consistenti quali il calore residuo da processi artigianali e industriali, l’accesa insolazione ecc. Nel rinviare al capitolo 5 per le valutazioni connesse all’influenza del calore di detti apporti nel calcolo stagionale dell’energia, si considera a questo punto solo il caso di ambienti nei quali l’attività sia indissolubilmente concomitante con il funzionamento di forni o l’azionamento di macchinari o altri mezzi che sviluppano calore. In presenza di apporti termici consistenti si devono considerare diversi regimi: • regime normale, con l’ambiente in condizioni di comfort alle quali contribuiscono sia gli apporti termici gratuiti sia il calore erogato dall’impianto di riscaldamento; la temperatura ammessa è di 18 °C, salvo casi particolari; • regime di autosufficienza, con l’ambiente a temperatura pari o maggiore a 18 °C per effetto dei soli apporti termici interni, come ad esempio in panifici, cucine, lavanderie ecc.; in corrispondenza delle più basse temperature invernali (condizioni di progetto), vi può essere la necessità dell’impianto di riscaldamento; 83 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 2

Calcolo termico dell’edificio

• regime di sosta: gli impianti di processo sono fermi (ferie o altre chiusure invernali) ed è indispensabile fornire all’ambiente il calore necessario per evitare rischi di gelate interne e consentire ai manutentori condizioni termiche minime per poter operare, ad esempio +10 °C; sono fermi anche gli impianti di ventilazione, per cui si può considerare solo il ricambio d’aria naturale, valutabile tradizionalmente e convenzionalmente in 0,5 vol/h. È necessario individuare la potenza termica assorbita dalle attrezzature e trasferita all’ambiente. Ad esempio, tutta l’energia elettrica assorbita da attrezzi meccanici e macchine utensili si trasforma in calore, mentre per processi di saldatura, forni ecc. si deve sottrarre la parte di energia convogliata all’esterno da cappe e sistemi di espulsione. Ogni ambiente va considerato come un poliedro cui viene fornito tanto calore quanta è l’energia entrante (elettrica che si trasforma in termica, combustibili per forni), cui va dedotta l’energia che fuoriesce, come il calore dell’aria espulsa, le masse calde avviate all’esterno (magazzinaggio all’aperto di prodotti che escono caldi) ecc. La potenza per apporti termici interni gratuiti, per l’utilizzo di energie rinnovabili o per recuperi termici va valutata nelle condizioni di massima funzionalità, per comprenderne gli effetti sul microclima nella stagione estiva. Il calcolo va poi ripetuto per la situazione più probabile alle condizioni minime nel tempo di esercizio dell’attività lavorativa: è questa la potenza Φ1 da detrarre, nel calcolo di potenza dell’impianto di riscaldamento, dal flusso termico per dispersioni Φd e per ventilazione Φv, calcolati con temperatura ambiente, ad esempio, di 18 °C. La potenza termica dell’impianto di riscaldamento diviene:

Φ=

Φd + Φv − Φi ηg

A questo punto va eseguita una verifica per il regime di sosta, considerando il Δθ fra l’ambiente a 10 °C e l’esterno alle condizioni limite predeterminate. La ventilazione è ora ridotta alle sole infiltrazioni (ad esempio 0,5 vol/h). Si verifichi che: Φ + Φ v1 Φ = d1 ηg dove Φd1 e Φv1 sono appunto i flussi termici istantanei nelle condizioni limite di sosta suddette.

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Capitolo

3

Umidità e ventilazione dei locali I comuni impianti di riscaldamento non sono preposti a governare l’insieme dei parametri che hanno influenza sul comfort e sull’igiene dei locali. Tuttavia diverse disposizioni contenute nelle leggi e nei decreti che si occupano di edilizia e dei fenomeni connessi al benessere ambientale chiamano in causa il controllo termoigrometrico delle pareti, ammettendo così la necessità o l’eventualità di interventi sull’umidità dei locali, oltre che sulla natura delle pareti. Vi è poi il grande problema della salubrità dell’aria, collegato a quello dell’umidità; lo spo-

Figura 3.1 – Studi della Simon Fraser University (Canada) sulle variazioni dell’azione di fattori che hanno incidenza sulla salute umana al variare dell’umidità relativa in ambiente.



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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

stamento dall’ottimale 50% determina, con moderata progressività, disagio per le persone e al contempo comporta condizioni microclimatiche favorevoli all’azione di microrganismi e di altri fattori dannosi alla salute umana, come rappresentato alla figura 3.1. Batteri e virus rinforzano la propria azione in presenza di condizioni sia di secco, sia di umidità eccessivi; miceti e acari si sviluppano proporzionalmente all’incremento dell’umidità, con il massimo in corrispondenza delle condizioni di saturazione; infezioni delle vie respiratorie, riniti allergiche e asma rallentano drasticamente la propria attività nell’uomo soltanto nelle condizioni ottimali di umidità relativa, intorno al 50%, mentre reazioni e interazioni chimiche sono favorite dall’incremento dell’umidità e, per contro, l’ambiente secco favorisce la produzione di ozono. L’organismo umano, da parte sua, non sembra risentire granché delle variazioni di umidità relativa, accettando escursioni comprese tra il 30 e il 70% e oltre, come già considerato nel grafico della figura 1.1.

3.1 Il controllo igrometrico Il controllo dell’umidità relativa in un ambiente è possibile soltanto con impianti di condizionamento dell’aria. In quel caso la ventilazione funziona in continuo e idonei sistemi di raffreddamento con deumidificazione per la stagione estiva e umidificazione per quella invernale provvedono a mantenere nei locali le condizioni volute. Non appena la ventilazione si arresta la tensione del vapore tende repentinamente a pareggiare quella esterna. L’umidità dell’aria interna può essere incrementata d’inverno anche con sistemi più modesti, come apparecchi umidificatori alimentati e pilotati automaticamente o manualmente. Di regola, nel dimensionamento degli impianti di riscaldamento si trascura il calcolo del calore di evaporazione necessario a mantenere l’umidità interna ai valori voluti, nonostante l’obiettivo fabbisogno di incrementare la potenza termica in gioco. 3.1.1 Il flusso di vapore attraverso le strutture Un discorso a parte merita piuttosto il flusso di vapore attraverso le strutture edilizie e la connessa formazione di condense superficiali o interstiziali. Per quanto riguarda l’umidità dell’ambiente esterno, la UNI 10349 (dati climatici) fornisce, al prospetto XV, i valori medi mensili della pressione parziale del vapor d’acqua per 101 località italiane capoluogo di provincia, il che consente alcune valutazioni sugli eventuali fenomeni di interesse. Più difficile ipotizzare le condizioni di umidità interna: variano da un ambiente all’altro secondo l’impiego che di essi si fa. Nei locali adibiti ad abitazione si possono verificare incrementi di umidità repentini e di breve durata, ad esempio nei bagni o nelle cucine a porta chiusa, durante le erogazioni di acqua calda, le cotture, gli usi di lavanderia e stireria, fino ad approssimare, talvolta, condizioni di saturazione. Più contenute sono le escursioni nei locali giorno, nelle stanze da letto o negli uffici, ove gli incrementi di umidità sono in prevalenza dovuti alla respirazione e traspirazione degli esseri viventi. Ci viene in aiuto la UNI 10350 del 1999, alla quale ha fatto seguito la UNI EN 13788 del 2003. Ambedue consentono di ipotizzare, con notevole semplificazione, la variazione nella concentrazione 86 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il controllo igrometrico

∆v (kg/m3)

∆p (Pa)

0,008

1080

Molto alta

Alta 0,006

810 Media

0,004

540 Bassa

0,002

270 Molto bassa

0

0

5

10

15

20

θe (°C)

Figura 3.2 – Incremento, secondo la classe caratteristica dell’ambiente, della concentrazione del vapore e della sua pressione parziale in funzione della temperatura esterna, secondo UNI 10350. Δv è l’apporto specifico di vapore in kg/m3; Δp è la differenza di pressione parziale del vapore in Pa; θe è la temperatura media mensile dell’aria esterna in °C.

del vapore all’interno degli ambienti in funzione della temperatura esterna (figura 3.2), assegnando ogni ambiente a una delle seguenti classi: – classe “molto bassa” magazzini; – classe “bassa” uffici; – classe “media” alloggi con basso indice di affollamento; – classe “alta” alloggi con alto indice di affollamento; – classe “molto alta” ambienti speciali, ad esempio lavanderie, distillerie, piscine. Fin qui si sono identificati i dati di base correlati ai valori di temperatura e di umidità esterna e interna, con le corrispondenti pressioni del vapor d’acqua. Proseguiamo con gli esempi esaminando il probabile fenomeno del flusso di vapore attraverso la struttura muraria perimetrale rappresentata alle figure 2.11 e 2.13: il fenomeno è molto complesso e la conoscenza dei suoi meccanismi, delle proprietà dei materiali, delle condizioni iniziali e del contorno è del tutto insufficiente. Si segue il metodo di calcolo semplificato secondo UNI 10350, pervenendo, a detta della norma medesima, a risultati cautelativi e non escludendo, perciò, metodi più accurati, specialmente nel caso la struttura sottoposta a verifica non risulti idonea [1, 2]. 87 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

4500 4000 3500

Pressione (Pa)

3000 2500 2000 1500 1000 500 0 –30 –25 –20 –15 –10

–5

0

5

10

15

20

25

30

Temperatura (ϒC)

Figura 3.3 – Pressione del vapor d’acqua in ambiente saturo, in relazione alla temperatura dell’aria ambiente.

Per completezza dei dati è necessario disporre del limite di saturazione: si veda il grafico di figura 3.3, da cui si ricava la pressione di saturazione del vapor d’acqua in corrispondenza della temperatura ambientale. Si riepilogano nella tabella 3.1, le condizioni al contorno per un ambiente di classe alta. Alla figura 3.4 si distinguono quattro diagrammi destinati alla comprensione dei fenomeni della formazione di condensa interstiziale o superficiale. Tabella 3.1 – Verifica igrometrica: condizioni al contorno. Condizione

θi (°C)

Pi (Pa)

θe (°C)

Pe (Pa)

Invernale estrema

+20

1054

–11

204

N.B. Incremento per alloggio ad alto indice di affollamento di 850 Pa.

N.B. Si veda la figura 3.3: pressione di saturazione 240 Pa ridotta con UR dell’85%.

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Il controllo igrometrico

Il riquadro a) rappresenta graficamente la trasmittanza attraverso la struttura muraria delle figure 2.11 e 2.13. La caduta di temperatura dall’interno a +20 °C all’esterno a –11 °C è, per ciascun elemento, direttamente proporzionale alla resistenza termica del medesimo. Al riquadro b) è stata tracciata la linea di saturazione, perfettamente analoga alla precedente, essendo la pressione di saturazione direttamente dipendente dalla temperatura. a)

°C 20

2,5 2,0

10

1,5 1,0

0

0,5

–10

0 c)

kPa

2,5

2,0

2,0

1,5

1,5

1,0

1,0

0

0,2

0,2

d)

kPa

2,5

0,5

b)

kPa

0,5 0

0,2

Figura 3.4 – a) Comportamento termico della struttura muraria esemplificata alle figure 2.11 e 2.13. b) A ciascuna temperatura corrisponde la pressione di saturazione del vapor d’acqua, secondo la linea rappresentata; nella parte inferiore si nota la linea a pressione costante tipica dei locali privi di produzione di vapore. c) Nella struttura edilizia in esame il passaggio di vapore è proporzionale alla permeabilità dell’elemento attraversato, ma la pressione parziale (linea tratteggiata inferiore) non raggiunge mai i livelli di saturazione; la struttura muraria si mantiene asciutta. d) In una struttura termicamente analoga, ove è stata modificata la permeabilità dei materiali, il passaggio di vapore può verificarsi secondo l’andamento della linea tratteggiata; se la pressione parziale tendesse a pareggiare o superare quella di saturazione (linea continua), si verificherebbe la formazione di condensa, in questo caso interstiziale: il fenomeno reale seguirebbe l’andamento della linea a tratto e punto, con produzione di condensa.

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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

In assenza di apporti di umidità all’ambiente abitato (traspirazione umana, cotture, stiratura, evaporazioni varie), la pressione del vapor d’acqua all’interno sarà uguale a quella esterna, come rappresentato dalla retta Pi = Pe = 204 Pa, caratteristica di un locale disabitato. Poiché nei locali abitati l’umidità assoluta interna (pressione del vapore) è maggiore di quella esterna (tabella 3.1: Pi = 1054 Pa; Pe = 204 Pa), si potrà tracciare la linea dell’andamento della pressione nella sezione della parete. La pressione del vapor d’acqua contenuto nell’aria tende a diminuire, in ciascuno degli elementi della sezione della parete, in rapporto alla permeabilità propria di tale elemento, portandosi infine alla pressione esterna. La caduta di pressione è direttamente proporzionale alla permeabilità al passaggio del vapore o, se si vuole, inversamente proporzionale alla resistenza di ciascun materiale componente la parete stessa alla diffusione del vapore. Si possono dunque tracciare le linee rappresentative del flusso di vapore attraverso la parete, fondamentalmente distinte in due sottocasi, indicati nei seguenti riquadri della stessa figura 3.4: c) la pressione parziale del vapore è costantemente inferiore a quella di saturazione; evidentemente non vi sono problemi di condensa; d) la pressione parziale del vapore tende a superare quella di saturazione; in realtà ciò non può avvenire e il processo tende a seguire la curva di saturazione formando condensa. La condensazione è in questo caso interstiziale, cioè si forma all’interno della struttura provocando l’aumento della trasmittanza termica e talvolta un danneggiamento della struttura muraria per alterazione delle caratteristiche chimico-fisiche. Qualora la condensazione si verificasse nella sezione di parete soggetta a temperature inferiori allo zero, come visibile nel confronto tra i riquadri d) e a) della figura 3.4, sopravvenendo il gelo, si configurerebbero fratture di vario genere, con la conseguente compromissione delle caratteristiche strutturali. In altri casi il fenomeno di condensa interstiziale è accettabile, ad esempio quando non provoca danni e si verifica, nel successivo periodo estivo, la rievaporazione dell’acqua precedentemente intrappolata. A questo proposito è necessario ripetere il calcolo nella situazione termica estiva. Si può inoltre comprendere intuitivamente l’impossibilità di evitare la condensazione su superfici impermeabili (vetri ecc.) in determinate condizioni. Gli esempi proseguono con l’esame del probabile fenomeno del flusso di vapore attraverso la struttura muraria perimetrale descritta al punto 1) del paragrafo 2.3.3 e rappresentata alle figure 2.1, 2.10, 2.12 e 2.14. Figlia primogenita dei fenomeni di condensa è la muffa, che si forma sulla superficie interna delle pareti, specialmente in corrispondenza di angoli e di ponti termici (figura 3.6). Vi sono due strade, ambedue da percorrere, per contrastare o limitare i fenomeni di condensa. La prima consiste nella scelta di strutture perimetrali che consentano l’omogenea diffusione del vapore attraverso l’intera sezione frontale. La seconda via è la ventilazione dei locali, che, fino a pochi anni fa, avveniva spontaneamente nella generalità degli edifici per la scarsa tenuta dei serramenti e per la porosità delle murature. 90 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il controllo igrometrico

Andamento della temperatura alle condizioni limite

Pressione di saturazione alle condizioni limite

Pressione reale

Figura 3.5 – Verifica del comportamento termoigrometrico della struttura muraria esemplificata alle figure 2.1, 2.10, 2.12 e 2.14. A ciascuna temperatura corrisponde la pressione di saturazione del vapor d’acqua e si determina l’andamento della pressione parziale di vapore nell’elemento. La linea della pressione reale risulta sempre discosta da quella di saturazione.

Figura 3.6 – Formazione di muffe cui indubbiamente contribuisce l’irregolare permeabilità della struttura perimetrale.

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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

b) a)

Figura 3.7 – Un esempio di materiale poroso e buon coibente (C&P Costruzioni Brescello): a) blocco in legno-cemento per la costruzione di pareti portanti. La consistenza strutturale viene assicurata dal getto in calcestruzzo armato eseguito in opera, con riempimento dei vani; b) termografia di una parete in blocchi di cui sopra.

Attualmente, dopo un periodo caratterizzato dal rinforzo dell’impermeabilità di pareti e serramenti, vi è un ritorno a componenti edili permeabili in grado di assicurare una vantaggiosa traspirazione. Un esempio è riportato nella figura 3.7, alla quale corrisponde il grafico della figura 3.14. 3.1.2 La verifica igrometrica Al precedente paragrafo si è esaminato il flusso di vapore attraverso una struttura nelle condizioni estreme, considerando cioè, all’esterno, l’aria alla temperatura di progetto (–11 °C per il caso delle figure 3.4 e 3.5 e –5 °C per quello della figura 3.14). Tuttavia la progettazione dell’involucro edilizio in grado di evitare la formazione di condense superficiali o interstiziali va eseguita tenendo conto non tanto delle condizioni istantanee estreme, quanto piuttosto delle condizioni medie dei mesi più freddi e umidi. Si considereranno: – i valori medi mensili della temperatura dell’aria esterna θe secondo UNI 10349; – il valore annuale medio della temperatura dell’aria esterna da assumere quale temperatura del terreno adiacente al componente edilizio; – la temperatura ambiente θi di 20 °C durante i mesi nei quali è in funzione l’impianto di riscaldamento (salvo utilizzi e casi specifici in cui la temperatura va valutata coerentemente con le condizioni d’uso prevedibili); 92 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il controllo igrometrico

– la temperatura ambiente θi di 18 °C durante i mesi nei quali non è in funzione l’impianto di riscaldamento, ma la temperatura esterna media mensile è inferiore a 18 °C; – la temperatura ambiente θi pari alla media mensile esterna nei mesi durante i quali quest’ultima è maggiore o uguale a 18 °C; – il rinnovo d’aria convenzionalmente espresso, per edifici adibiti ad abitazione privi di ventilazione meccanica, con il numero di ricambi orari correlato alla temperatura media mensile: n = 0,2 + 0,04 θe (h–1), con il minimo di 0,2; – il rinnovo d’aria valutato caso per caso in relazione all’utilizzo specifico dei locali, considerando la necessità e la presenza di impianti meccanici; – la pressione del vapore media mensile dell’aria esterna Pe, ricavabile dal prospetto XV della UNI 10349; – l’umidità del terreno a contatto con la struttura in esame, da assumere pari al 100%; – l’incremento della concentrazione del vapore all’interno dell’ambiente ∆p, assumendo i valori della linea per le zone di classe “media” e “alta” riportati alla figura 3.2, quando non si disponga di dati esatti; – la pressione del vapore nell’aria ambiente Pi, che corrisponde alla somma Pe + ∆p (Pa), quando non si disponga di dati più precisi o non sia previsto il condizionamento dell’aria, in grado di mantenere il locale a condizioni termoigrometriche costanti. Si prosegue nell’esame e nell’applicazione della norma UNI 10350 che guida alla raccolta di tutti i dati necessari al calcolo, e fra questi: – la conduttività termica λ per i materiali omogenei componenti la struttura edilizia (W/mK) in accordo con la UNI 10351; – il fattore di resistenza al vapore µ (–) risultante dal rapporto fra la permeabilità al vapore dell’aria dparia (kg/msPa) e la permeabilità al vapore del materiale omogeneo considerato dp (kg/msPa) assumendo i valori in campo asciutto secondo UNI 10351 e ritenendo comunque trascurabili le resistenze “liminari”; – la resistenza termica specifica R della struttura (m2K/W) per componenti compositi e di spessore non ben definito, in accordo con la UNI 10355, ovvero, per gli strati d’aria, con la UNI 7357 e con la UNI EN ISO 6946; – lo spessore equivalente dell’aria per la diffusione del vapore sd (m), assumendo per gli strati d’aria il valore convenzionale di 0,01 m. 3.1.3 Calcolo della temperatura superficiale La condensazione superficiale provoca il degrado dei materiali edilizi sensibili al vapore e crea l’habitat ottimale per la formazione e la crescita di miceti e muffe. Essa può essere accettata temporaneamente e in modiche quantità, ad esempio su finestre e superfici lisce e impermeabili al vapore, come le piastrelle dei locali bagno, purché vengano adottate misure atte a prevenire il contatto del vapore con i materiali sensibili presenti nelle adiacenze. La crescita di muffe rappresenta, per definizione della norma, difetto di costruzione, sia sotto il profilo estetico, sia quale presupposto di condizioni antigieniche. Tutto ciò considerando, tuttavia, un comportamento convenzionale dell’utenza, poiché alcune abitudini da 93 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

soppiantare, ad esempio l’insufficiente ricambio d’aria, la produzione eccessiva di vapore, il vivere al chiuso conservando all’interno gran parte delle traspirazioni e delle evaporazioni, costituiscono altrettante cause di formazione di muffe e altro, come sintetizzato alla figura 3.1. Anche la bassa temperatura ambiente ha il proprio peso, specialmente se si considera il flusso di vapore proveniente da ambienti comunicanti più caldi: pertanto, va soppesata l’opportunità del riscaldamento ridotto o a forte intermittenza. I fattori che determinano la qualità termica dell’involucro edilizio sono rappresentati dalla resistenza termica, dall’influenza dei ponti termici (si confrontino le figure 2.12 e 2.13), dalla geometria della struttura e dalle resistenze termiche superficiali interne. Per ciascuno dei mesi da ottobre ad aprile occorre definire la temperatura dell’aria esterna media mensile secondo UNI 10349; per casi speciali, che si discostano dalle località di riferimento, si procederà al calcolo di θe in analogia a quanto riportato nella tabella 5.3. Di seguito si definisce la pressione del vapore esterno Pe secondo UNI 10349 e si calcola Pi ricavando ∆p dal grafico di figura 3.2. La UNI 10350 suggerisce, indipendentemente dal comportamento dell’utenza, di incrementare il valore ∆p ricavato dal grafico applicando un fattore di sicurezza del 25%. Nel caso l’umidità relativa interna φi sia nota, come ad esempio negli ambienti climatizzati, si assume il valore definito, cui si applica comunque un fattore di sicurezza del 5%. Ora si procede al calcolo della pressione del vapore massima ammissibile sulla superficie interna della parete in relazione alla temperatura superficiale θsi, considerando l’umidità relativa massima accettabile su tale superficie pari all’80%: Psat = Pi / 0,8 Ovviamente il criterio di stabilire il valore limite di umidità relativa nell’80% si collega al rischio di formazione di muffe, mentre si può assumere il 60% per tutelarsi da fenomeni di corrosione, oppure, al fine di verificare la possibilità di condensazione in corrispondenza dei telai dei serramenti, considerare quale limite accettabile lo stesso 100%. Nota la pressione massima ammissibile, si può procedere all’identificazione della temperatura superficiale interna minima accettabile θsi, ricorrendo ad esempio al diagramma di figura 3.3. Ed ecco identificata la qualità termica ƒRsi richiesta per l’involucro edilizio considerato:

fRsi =

θsi − θe θi − θe

Sostituendo in tale formula i simboli con i dati noti si può riconoscere il mese critico di riferimento, caratterizzato dal massimo valore di ƒRsi: si veda in proposito l’esempio riportato alla tabella 3.2, ove si registra il valore di 0,842 nel mese di dicembre. Un altro esempio tratto dalla UNI 10350 si riferisce alle stesse condizioni esterne della tabella 3.2, ma contempla il caso di umidità relativa costante nell’ambiente: si veda la tabella 3.3, ove il mese critico è gennaio. Un ulteriore esempio, alle stesse condizioni esterne della tabella 3.2, che però contempla il caso di ricambio d’aria costante nell’ambiente e produzione di vapore nota, è riportato alla tabella 3.4, ove il mese critico è ottobre. 94 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il controllo igrometrico

Per finire, un caso alle stesse condizioni esterne della tabella 3.2, ma con ricambio d’aria variabile nell’ambiente e produzione di vapore nota, è presentato alla tabella 3.5, ove i mesi critici sono gennaio e febbraio.

Tabella 3.2 – Calcolo di ƒRsi limite con umidità ambiente e rinnovo d’aria secondo UNI 10350.* Mese

1 θe (°C)

2 φe (%)

3 Pe (Pa)

4 Δp (Pa)

5 Pi (Pa)

6 Psat (θsi) (Pa)

7 θmin si (°C)

8 θi (°C)

ƒRsi

Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile

9,2 4,1 0,9 –0,7 –0,3 3,5 8,0

84 88 89 87 84 77 71

977 720 580 501 500 604 761

437 644 774 810 810 668 486

1524 1525 1547 1514 1513 1440 1369

1905 1907 1934 1892 1891 1799 1711

16,7 16,8 17,0 16,6 16,6 15,8 15,1

20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0

0,698 0,796 0,842 0,837 0,834 0,748 0,588

* In relazione ai valori: 1) temperatura media mensile esterna; 2) umidità relativa esterna; 3) pressione del vapor d’acqua alle condizioni 1 e 2; 4) incremento della pressione parziale di vapore nell’ambiente interno tipo (alloggio a medio indice di affollamento);

9

5) pressione del vapor d’acqua all’interno con fattore di sicurezza del 25%; 6) pressione di saturazione accettabile in corrispondenza della superficie interna; 7) temperatura superficiale minima accettabile; 8) temperatura dell’aria dell’ambiente considerato; 9) fattore di temperatura limite calcolato.

Tabella 3.3 – Calcolo di ƒRsi limite con umidità relativa costante nell’ambiente.* Mese

1 θe (°C)

2 θi (°C)

3 φi (%)

4 Pi (Pa)

5 Psat (θsi) (Pa)

6 θ simin (°C)

ƒRsi

Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile

9,2 4,1 0,9 –0,7 –0,3 3,5 8,0

20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0

70 70 70 70 70 70 70

1636 1636 1636 1636 1636 1636 1636

2045 2045 2045 2045 2045 2045 2045

17,9 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9 17,9

0,802 0,865 0,888 0,897 0,895 0,870 0,822

* In relazione ai valori: 1) temperatura media mensile esterna; 2) temperatura dell’aria nell’ambiente considerato; 3) umidità relativa interna; 4) pressione del vapor d’acqua nell’ambiente;

7

5) pressione di saturazione accettabile in corrispondenza della superficie interna; 6) temperatura superficiale minima accettabile; 7) fattore di temperatura limite calcolato.

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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

Tabella 3.4 – Calcolo di ƒRsi limite con ricambio d’aria costante e produzione di vapore nota.* Mese Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile

1

2

θe

(°C)

φe

(%)

9,2 4,1 0,9 –0,7 –0,3 3,5 8,0

84 88 89 87 84 77 71

3

4

5

Pe (Pa)

n (h–1)

Δp (Pa)

977 720 580 501 500 604 761

0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

433 433 433 433 433 433 433

* In relazione ai valori: 1) temperatura media mensile esterna; 2) umidità relativa esterna. 3) pressione del vapor d’acqua alle condizioni 1 e 2; 4) numero di ricambi d’aria orari; 5) incremento della pressione parziale di vapore nell’ambiente interno costante per tutto il periodo, correlata alla costanza del rinnovo d’aria;

6 Pi (Pa)

7 Psat (θsi) (Pa)

8

9

θmin si

θi

10

(°C)

(°C)

ƒRsi

1519 1262 1122 1043 1042 1146 1303

1898 1578 1402 1304 1302 1432 1629

16,7 13,8 12,0 10,9 10,9 12,3 14,3

20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0

0,693 0,610 0,581 0,561 0,551 0,535 0,525

6) pressione del vapor d’acqua all’interno con fattore di sicurezza del 25%; 7) pressione di saturazione accettabile in corrispondenza della superficie interna; 8) temperatura superficiale minima accettabile; 9) temperatura dell’aria dell’ambiente considerato; 10) fattore di temperatura limite calcolato.

Tabella 3.5 – Calcolo di ƒRsi limite con ricambio d’aria variabile nell’ambiente e produzione di vapore nota.* Mese Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile

1

2

3

4

5

6

θe

(%)

Pe (Pa)

n (h–1)

Δp

(°C)

φe

(Pa)

Pi (Pa)

7 Psat (θsi) (Pa)

(°C)

(°C)

ƒRsi

9,2 4,1 0,9 –0,7 –0,3 3,5 8,0

84 88 89 87 84 77 71

977 720 580 501 500 604 761

0,568 0,364 0,236 0,172 0,188 0,340 0,520

381 595 918 1083 1083 637 417

1454 1464 1728 1855 1854 1401 1282

1817 1830 2159 2319 2318 1751 1603

16,0 16,1 18,7 19,9 19,9 15,4 14,0

20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0

0,630 0,756 0,934 0,994 0,994 0,722 0,504

* In relazione ai valori: 1) temperatura media mensile esterna; 2) umidità relativa esterna; 3) pressione del vapor d’acqua alle condizioni 1 e 2; 4) numero di ricambi d’aria orari n = 0,2 + 0,04 θe; 5) incremento della pressione parziale di vapore nell’ambiente interno;

8

9

θmin si

θi

10

6) pressione del vapor d’acqua all’interno con fattore di sicurezza del 25%; 7) pressione di saturazione accettabile in corrispondenza della superficie interna; 8) temperatura superficiale minima accettabile; 9) temperatura dell’aria dell’ambiente considerato; 10) fattore di temperatura limite calcolato.

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3.1.4 Calcolo della condensa interstiziale La norma UNI 10350, nel codificare il metodo di Glaser per calcolare il bilancio di vapore annuale e la massima quantità di vapore accumulata a causa della condensa interstiziale, considera che la struttura edilizia sia asciutta all’inizio del calcolo e mette fortemente in guardia dal raggiungere conclusioni sulla base dei risultati del calcolo stesso. Vi sono infatti molteplici semplificazioni nel metodo, tali da renderlo per certi versi inaffidabile; il progettista, pertanto, viene invitato alla massima cautela, pur considerando senz’altro valido il calcolo quando, ad esempio, si confrontino due strutture o si voglia verificare l’effetto di modifiche da apportare a quella prescelta. Non ci si potrà attendere una valutazione accurata delle condizioni igrometriche durante l’esercizio dell’edificio, né tantomeno il calcolo dell’evaporazione dell’umidità di costruzione. Metodi più avanzati, in grado di consentire una maggiore accuratezza, sono citati all’allegato G della norma. Entrando nel dettaglio: sono assunte condizioni stazionarie e geometria unidimensionale, mentre vengono trascurati i moti d’aria attraverso o all’interno degli elementi edilizi ed è tralasciato l’effetto dell’accumulo d’acqua, considerando il trasporto dell’umidità esclusivamente quale flusso del vapore acqueo. I materiali edili sono assunti non igroscopici e con proprietà costanti, escludendo perciò le variazioni nella conduttività termica. Costanti sono assunte anche le condizioni al contorno, corrispondenti alle medie mensili, trascurando altresì gli eventi meteorologici, la liquefazione della neve, le pressioni o depressioni superficiali esterne dovute al vento o alle radiazioni termiche sulle due facce dell’involucro a cominciare dalla radiazione solare. Note le temperature interna ed esterna medie mensili, le umidità relative e le pressioni caratteristiche del vapor d’acqua, e dunque tutte le condizioni al contorno, si valuta la temperatura corrispondente a ogni interfaccia della sezione traversale della struttura considerata, come già qualitativamente individuato alle figure 3.4 e 3.5. Immaginiamo ora una struttura più semplice, composta da tre soli strati adiacenti fra loro, e confermiamo l’andamento della temperatura, inversamente proporzionale alla resistenza termica di ciascun elemento costituente la struttura stessa. Possiamo scrivere: Rt = Rsi + R1 + R2 + R3 + Rse Queste resistenze ci sono note per averle calcolate, ad esempio, in analogia a quanto eseguito al precedente paragrafo 2.3. Ricordiamo per inciso, alla tabella 3.6, i valori di Rsi e di Rse come indicati dalla UNI EN ISO 6496 del 1999. Tabella 3.6 – Resistenze termiche superficiali. Resistenze superficiali (m2K/W) Rsi1 R

2 se

1 2

Direzione del flusso termico Ascendente

Orizzontale

Discendente

0,10

0,13

0,17

0,04

0,04

0,04

Rsi, nella simbologia UNI 10344 riportata al paragrafo 2.3.3, era denominata hi, mentre nella UNI 7357 era αi. Rse, nella simbologia UNI 10344 riportata al paragrafo 2.3.3, era denominata he, mentre nella UNI 7357 era αe.

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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

Essendo in precedenza individuati i valori di θi e θe, si possono ora calcolare le temperature di ciascuna interfaccia, a iniziare da: θsi = θi – Rsi/Rt (θi – θe) e poi, una per una: θ1 = θsi – R1/Rt (θi – θe) θ2 = θ1 – R2/Rt (θi – θe) fino a pervenire alla: θse = θ2 – Rse/Rt (θi – θe) = θe + Rse/Rt (θi – θe) Alla successiva figura 3.8 è rappresentato l’andamento della temperatura nella sezione considerata in due diverse versioni. La stessa sezione può essere idealizzata come insieme di strati d’aria equivalenti ai fini della diffusione del vapore, come alla figura 3.9, che approfondisce quanto rappresentato alla figura 3.4. Le fasce verticali di ampiezza Sd (m) corrispondono allo spessore degli strati d’aria equivalenti; attraverso le stesse si traccia la curva della pressione di saturazione del vapore in funzione della temperatura, assumendo i valori ricavabili dal grafico della figura 3.3, e poi, di seguito, si può segnare la linea Pe-Pi che rappresenta l’andamento della pressione parziale del vapore. La rappresentazione è tanto più realistica quanto più ci si avvicina ai presupposti iniziali, in assenza cioè di accumulo di condensa nel periodo di tempo precedente. Se la linea superiore rimane totalmente separata da quella di saturazione, non si ha condensazione, come appunto rappresentato nelle figure 3.4 c) e 3.5. a)

b) θsi

θi

θi θsi

θ2

θ2

θ1

θe

θ1

θse

θe d1

d2

d3

Rse

θse R1

R2

R3

Rsi

Figura 3.8 – Caduta di temperatura attraverso una struttura edilizia multistrato a partire dalla temperatura interna θi, con rappresentazione da destra a sinistra. Nel grafico a) il fenomeno è rappresentato da una spezzata in funzione dello spessore “d” degli elementi edilizi, mentre nel grafico b), in funzione della resistenza termica, la traccia diviene rettilinea.

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a)

b) Pi

Ps

Ps

Pi

Pc

Pe

Pe Sd1

Sd2

Sd3

Sd1

Sd2

c)

Sd3

d) Pi

Pi

Ps

Ps

Pc2 Pc1

Pc1

Pe

Se

Pc2

Pe

Sd

Si

Sd1

Sd2

Sd3

Sd4

Figura 3.9 – Esemplificazione del flusso di vapore attraverso una struttura multistrato: nel grafico a) la pressione parziale del vapore è ovunque minore di quella di saturazione, il che garantisce dalla formazione di condensa interstiziale; negli altri grafici la linea della pressione parziale tende a incrociare quella della pressione di saturazione con formazione di condensa, e ciò può accadere lungo uno o più segmenti.

La permeabilità al vapore dell’aria dparia viene considerata pari a 2 · 10–10 kg/(msPa), trascurando le variazioni di temperatura e di pressione atmosferica. Si può calcolare per il grafico a) il flusso di vapore in kg/m2s: g = dparia (Pi – Pe)/∑Sd È possibile ripetere diversi esempi variando la pressione parziale del vapore. Il flusso può assumere l’andamento rappresentato dal grafico b): la linea della pressione parziale può incrociare quella di saturazione, nel qual caso si ha formazione di condensa e la linea viene 99 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

rappresentata sovrapposta, non potendo nella realtà scendere al disotto della saturazione. Lungo questo segmento il flusso di vapore si riduce della quantità condensata, che può essere calcolata con la seguente formula: gcond = dparia [(Pi – Pc)/(Sd2 + Sd3) – (Pc – Pe)/Sd1] La condensazione può verificarsi in una zona, come nel grafico b), o in più zone, come nel grafico c), determinando la quantità di condensa: gcond = dparia [(Pi – Pc2)/Sde – (Pc1 – Pe)/Sdi] Il calcolo va ripetuto per ogni mese, al fine di valutare la quantità totale di acqua accumulata dalla struttura nel segmento di condensazione, trascurando la distribuzione della condensa stessa in una zona più ampia. Occorre pertanto considerare l’ipotesi rappresentata dal grafico d) e ripetere la valutazione per ciascuna interfaccia di condensazione. Fra gli strati 1 e 2: gcond1 = dparia [(Pc2 – Pc1)/(Sd2 + Sd3) – (Pc1 – Pe)/Sd1] e fra gli strati 3 e 4: gcond2 = dparia [(Pi – Pc2)/Sd4 – (Pc2 – Pc1)/(Sd2 + Sd3)] La condensa formatasi in uno strato è considerata concentrata nel suo piano centrale, pertanto l’umidità relativa in tale piano è assunta pari al 100% finché non sia avvenuta l’evaporazione completa dell’acqua accumulata. Calcolata la quantità di acqua accumulata mese per mese, e da questa detratta di mese in mese la quantità evaporata (i risultati negativi del calcolo di gcond), si verifica l’idoneità della struttura quando vi sia stata la completa evaporazione, e quindi il prosciugamento della struttura medesima durante i mesi estivi. Finché vi è accumulo di acqua, il fenomeno di prosciugamento avviene secondo il grafico a) della figura 3.10, ove la zona di condensazione comprende almeno un’interfaccia. In tale contesto l’interfaccia è considerata la sede dell’accumulo, calcolando l’asporto di acqua come segue: gevap = dparia [(Pi – Pc)/Sd3 – (Pc – Pe)/(Sd1 + Sd2)] Se invece la condensazione interstiziale è presente in uno strato, come nel grafico b) della figura 3.9, si assume che l’evaporazione avvenga al centro dello strato stesso, come rappresentato nel grafico b) della figura 3.10, e il flusso di acqua in evaporazione si calcola come segue: gevap = dparia [(Pi – Pc)/Sd/2 – (Pc – Pe)/Sd/2] Nel grafico c) della figura 3.10 è schematizzato un esempio di evaporazione in corrispondenza di due interfacce: il flusso di acqua evaporata va calcolato separatamente per ogni interfaccia o zona. 100 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Da ultimo si considera, nel grafico d) della figura 3.10, un esempio limite con evaporazione in un punto della struttura e condensazione in un punto successivo, anche in questo caso con calcolo separato. Fra gli strati 1 e 2 si ha condensazione: gcond = dparia [(Pc2 – Pc1)/(Sd2 + Sd3) – (Pc1 – Pe)/Sd1] Fra gli strati 3 e 4 si ha evaporazione: gevap = dparia [(Pi – Pc2)/Sd4 – (Pc2 – Pc1)/(Sd2 + Sd3)] a)

b) Pc

Ps

Pc

Ps

Pi

Pi

Pe

Pe Sd1

Sd2

Sd3

Sd/2

Sd/2

c)

d) Pc2

Ps

Pc2

Pc1

Ps

Pc1

Pe Pi

Pe Sd1

Sd2

Sd3

Sd4

Pi Sd1

Sd2

Sd3

Sd4

Figura 3.10 – Esemplificazione del flusso di vapore attraverso una struttura multistrato nella fase di evaporazione: nel grafico a) la sede dell’evaporazione è considerata l’interfaccia, mentre nel grafico b) essa è collocata puntualmente al centro dello strato interessato; nel grafico c) si osserva un esempio di evaporazione su due punti corrispondenti ad altrettante interfacce e in d) l’evaporazione in un’interfaccia e la condensazione in un’altra.

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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

3.1.5 Esempi di calcolo della condensa interstiziale Nel seguito vengono analizzate due esemplificazioni di flussi di vapore attraverso strutture edilizie di diversa composizione e differenti effetti della condensazione interstiziale. In primo luogo si esamina l’esempio di un pannello di copertura con impermeabilizzazione, rappresentato nella sezione di figura 3.11. Le proprietà degli elementi che compongono la struttura sono indicate nella tabella 3.7 e le condizioni termoigrometriche al contorno nella tabella 3.8. 1

7

8

9 2

3 4 5

Legenda: 1) esterno 2) copertura impermeabile 0,01 m 3) polistirene 0,10 m 4) barriera al vapore 5) lastra di cartongesso 0,012 m 6) interno 7) interfaccia 3 8) interfaccia 2 9) interfaccia 1

6

Figura 3.11 – Sezione di un pannello di copertura con isolamento in polistirene assemblato con uno strato impermeabilizzante.

Tabella 3.7 – Proprietà dei materiali costituenti il pannello di copertura di figura 3.11: µ è il fattore di resistenza al vapore. d (m) Resistenza esterna Copertura impermeabile Polistirene Barriera al vapore Lastra di cartongesso Resistenza interna

0,010 0,100 0,012

R (m2K/W)

0,04 0,05 3



0,075 0,13

Sd (m)

µ 500.000 150 10

5000 15 50 0,12

Al solito, iniziando il calcolo dal mese di ottobre, la struttura viene considerata asciutta. Si esaminano le condizioni delle tre interfacce corrispondenti alle superfici di contatto fra i quattro elementi della struttura, come descritto al precedente paragrafo. La pressione “parziale” del vapore risulterebbe superiore alla pressione di saturazione soltanto in corrispondenza dell’interfaccia 3, cioè della barriera al vapore. La parte del flusso di vapore gc che 102 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Tabella 3.8 – Andamento, nell’arco di un anno, della temperatura (q) e dell’umidità relativa (j) interne ed esterne per gli esempi di calcolo della condensa interstiziale di cui alle figure 3.11 e 3.12. Interno Mese Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre

Esterno

θi (°C)

φi (%)

θe (°C)

φe (%)

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

57 57 59 57 58 54 51 51 50 56 52 56

10 5 1 –1 0 4 9 14 18 19 19 15

83 88 88 85 84 78 72 68 69 73 75 79

si condensa determina la massa d’acqua accumulata Ma, che alla fine di ottobre è pari a gc di questo primo mese, mentre poi, al termine di ciascun mese successivo, si incrementa dei nuovi valori mensili. Si veda la tabella 3.9, in cui è riportata l’analisi della sola interfaccia 3, essendo le altre esenti da condensazione; la tabella ripete i risultati dell’intero calcolo

Tabella 3.9 – Condensazione gc, accumulo Ma e rievaporazione nell’interfaccia 3 della struttura rappresentata alla figura 3.11, nelle due ipotesi di adozione o meno della barriera al vapore. Struttura con barriera al vapore Struttura senza barriera al vapore Mese Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto 1 Agosto 2 Settembre

gc (kg/m2)

0,00015 0,00090 0,00145 0,00154 0,00150 0,00087 0,00001 –0,00093 –0,00194 –0,00192 –0,00162 0 0



Ma (kg/m2)

Periodi del mese

gc (kg/m2)

0,00015 0,00150 0,00250 0,00404 0,00553 0,00640 0,00641 0,00548 0,00354 0,00162 0 0 0

23,0 giorni 8,0 giorni

0,00242 0,01293 0,02075 0,02202 0,02142 0,01259 0,00059 –0,01264 –0,02689 –0,02658 –0,02663 0 0

Ma (kg/m2)

0,00242 0,01536 0,03610 0,05812 0,07955 0,09214 0,09273 0,08010 0,05321 0,02663 0 0 0

Periodi del mese

27,2 giorni 3,8 giorni

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Capitolo 3

2

Umidità e ventilazione dei locali

3

4

3

5

6 7

1

8 9

10

Legenda: 1) esterno 2) intonaco esterno 0,01 m 3) lana minerale 0,08 m 4) muratura 0,13 m 5) lastra di cartongesso 0,01 m 6) interfaccia 1 7) interfaccia 2 8) interfaccia 3 9) interfaccia 4 10) interno

Figura 3.12 – Sezione di un muro di mattoni con coibenti su ambo i lati e intonaci all’interno e all’esterno. Si veda la tabella 3.10.

annuale considerando altresì l’ipotesi della stessa struttura priva della barriera al vapore (si vedano le tre colonne di destra). La condensazione raggiunge il massimo a gennaio, quindi decresce fino ad aprile. Da maggio inizia il processo di evaporazione, perciò di riduzione della massa accumulata fino al prosciugamento quasi completo alla fine di luglio. Il residuo evapora completamente in agosto e, non potendo rappresentare la media fra due fenomeni opposti, il mese viene diviso in una prima parte, in cui il fenomeno dell’evaporazione continua fino al prosciugamento, e in una seconda parte, nella quale l’evaporazione è completata. I calcoli, eseguiti con o senza barriera al vapore, forniscono risultati dieci volte maggiori quanto a produzione di condensa e ad accumulo di acqua senza barriera, ma altrettanto rapida risulta l’evaporazione; il prosciugamento della struttura avviene pertanto in tempi analoghi. Un altro esempio, con le stesse condizioni climatiche al contorno della tabella 3.8, ma incrementando l’umidità relativa del 10%, è riferito alla struttura rappresentata alla figura 3.12, collegata alla tabella 3.10 nella quale sono riportate le proprietà dei materiali. Si ripete la procedura di calcolo di cui alla UNI 10350 analizzando le quattro interfacce e si constata la condensazione durante 5 mesi nell’interfaccia 1 e durante 3 mesi nell’interfaccia 3. Viene costruita la tabella 3.11, ove si vedono l’incremento dell’accumulo di condensa da fine novembre a fine marzo e la successiva fase di evaporazione, che termina nel mese di giugno per l’interfaccia 1. La condensazione nell’interfaccia 3 compare invece in dicembre e l’accumulo si incrementa sino a febbraio, mentre da marzo inizia l’evaporazione, con prosciugamento completo della struttura nella prima decade di aprile. 104 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il controllo igrometrico

Tabella 3.10 – Proprietà dei materiali costituenti la parete isolata della figura 3.12: µ è il fattore di resistenza al vapore.

Resistenza esterna Intonaco esterno Lana minerale Muratura Lana minerale Lastra di cartongesso Resistenza interna

d (m)

R (m2K/W)

0,010 0,080 0,130 0,080 0,013

0,04 0,01 2,3 0,6 2,3 0,06 0,13



µ

Sd (m)

50 1,875 6,0 1,875 11,54

0,5 0,15 0,9 0,15 0,15

Tabella 3.11 – Condensazione gc , accumulo Ma e rievaporazione nelle interfacce 1 e 3 della struttura rappresentata alla figura 3.12. Mese

gc (kg/m2)

Ma (kg/m2)

gc (kg/m2)

Ma (kg/m2)

Interfaccia 1 Interfaccia 1 Interfaccia 3 Interfaccia 3 Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile 1 Aprile 2 Maggio Giugno 1 Giugno 2 Luglio Agosto Settembre

0,000 0,150 0,242 0,243 0,226 0,124 –0,020 –0,172 –0,610 –0,183 0,000 0,000 0,000 0,000

0,000 0,150 0,392 0,635 0,861 0,985 0,965 0,793 0,183 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

0,000 0,000 0,125 0,175 0,173 –0,262 –0,211 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

0,000 0,000 0,125 0,300 0,473 0,211 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000

Periodi del mese

8,4 giorni 21,6 giorni 6,3 giorni 23,7 giorni

3.1.6 Accumulo di acqua ammissibile nelle strutture La tabella 3.12 fissa le quantità di condensa ritenute ammissibili alla fine del periodo di condensazione, secondo UNI 10350, in assenza di specifiche informazioni. In tutti i casi non si dovrà superare il valore di 500 g/m2 e, ovviamente, la condensa interstiziale formatasi durante l’inverno dovrà evaporare prima dell’inizio della successiva stagione di riscaldamento. Qualora la struttura edilizia esaminata non risulti idonea dal punto di vista della formazione di condensa interstiziale secondo i criteri presentati, ci si dovrà innanzitutto riferire alle regole generali e fra queste: 105 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

Tabella 3.12 – Quantità di condensa ammissibili alla fine del periodo di condensazione. Densità (kg/m3)

Qamm (g/m2)





600÷2000 400÷2400 500÷800 600÷2000

≤ 500 ≤ 500 ≤ 30 ρd ≤ 30 ρd



300÷700 300÷700 10÷150 10÷80

≤ 20 ρd ≤ 5 ρd ≤ 5000 ρd [λ/ (1 – 1,7 λ )] ≤ 5000 ρd [λ/ (1 – 1,7 λ )]

Materiale Laterizi Calcestruzzi Legnami e derivati Intonaci e malte Fibre di natura organica – con collanti resistenti all’acqua – con collanti non resistenti all’acqua Fibre minerali Materie plastiche cellulari

– disposizione sul lato esterno degli strati caratterizzati da maggiore resistenza termica; – disposizione sul lato interno degli strati caratterizzati da maggiore resistenza alla diffusione del vapore. Tali regole presentano un limite, come si riscontra alla figura 3.11, poiché è indubbio che in questo caso la copertura impermeabile debba stare all’esterno. Il massimo contenimento della diffusione del vapore nella struttura è offerto dall’inserimento di una barriera al vapore, vale a dire uno strato di materiale caratterizzato da notevole resistenza alla diffusione del medesimo, sul limite interno della struttura. Anche questo intervento va però valutato con attenzione, al fine di tutelarsi da alcuni inconvenienti tipici, tra i quali: – eventuale riduzione dell’evaporazione estiva; – impossibilità di trovare una via di evaporazione dell’umidità di costruzione (ad esempio getti in calcestruzzo) nelle strutture con barriera esterna allo strato coibente; – perdita nel tempo delle caratteristiche proprie della barriera. In genere si preferisce evitare la barriera al vapore qualora la struttura risulti accettabile secondo i criteri indicati in precedenza. Nelle strutture, e in particolare nelle coperture, quando è presente un’impermeabilizzazione esterna allo strato coibente, si può adottare una barriera che garantisca una resistenza al passaggio del vapore superiore di almeno cinque-sette volte al corrispondente valore dell’impermeabilizzazione. Al contempo, la resistenza termica degli strati sottostanti la barriera non dovrebbe superare il 20% della resistenza termica globale. Un ultimo accorgimento, esempio di raffinata tecnologia edilizia, consiste nella ventilazione della parete: l’aria esterna entra in contatto con la zona interessata alla condensazione come schematizzato alla figura 3.13.

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Il controllo igrometrico

Aria di ventilazione

Figura 3.13 – Sezione schematica di una parete ventilata.

Interno

Pressione di saturazione vapore

Temperatura dell’aria

20°C

Coefficiente superficiale di scambio

8,1 W/m2K

Umidità relativa dell’aria

Pressione parziale del vapore

Temperatura superficiale Pressione di saturazione Pressione parziale

60%

18,8°C

2,17 kPa 0,42 kPa

Esterno

Temperatura

Temperatura dell’aria

–5°C

Coefficiente superficiale di scambio

23,2 W/m2K

Umidità relativa dell’aria

Asse T = 0 °C

Temperatura superficiale Pressione di saturazione

Spessore (m)

0,33

Pressione parziale

80%

–4,6°C

1,40 kPa 0,32 kPa

Figura 3.14 – Diagramma termoigrometrico della parete in legno-cemento di figura 3.7, con strato in poliuretano espanso. La trasmittanza termica unitaria è di 0,4 W/m2K. Non ha luogo formazione di condensa.

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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

3.1.7 Relazione sulla verifica igrometrica La relazione tecnica riserverà uno spazio anche alla verifica igrometrica allo scopo di preservare il nuovo edificio da possibili inconvenienti: è dunque necessario esaminare tutte le strutture perimetrali, e ancor più gli angoli, i ponti termici e altre particolari sezioni, per accertare la sussistenza del rischio di condensa superficiale e interstiziale e l’eventuale possibilità di riassorbimento della medesima durante la buona stagione, come discusso in dettaglio nei paragrafi precedenti. Per essere certo di aver ottemperato a ogni possibile esigenza il progettista compilerà il seguente questionario, da ripetersi per ogni struttura dell’involucro edilizio considerato. La struttura è soggetta a fenomeni di condensa interstiziale ❏ sì ❏ no La differenza minima di pressione tra quella di saturazione e quella reale è pari a ∆P [Pa]: _________ Essendo la struttura soggetta a fenomeni di condensa, la quantità stagionale di condensato risulta di

kg/m2: _________

Tale quantità può rievaporare durante la stagione estiva

❏ sì

❏ no

La struttura è soggetta a fenomeni di condensa superficiale

❏ sì

❏ no

La differenza minima di pressione tra quella di saturazione e quella reale è pari a ∆P [Pa]: _________

3.2 La ventilazione degli ambienti In 24 ore un individuo respira circa 26.000 litri di ossigeno, che è fonte vitale di energia per il rinnovamento cellulare degli esseri umani. Il 7% del consumo di ossigeno avviene addirittura attraverso la pelle: il 4% attraverso l’epidermide e il 3% attraverso il derma. La pelle è un organo che respira grazie all’ossigeno captato dall’aria dell’ambiente (apporto esterno) e grazie ai capillari sanguigni, che apportano ossigeno per via cutanea (apporto interno). Peggiorando la qualità dell’aria, l’ossigeno si rarefà e i capillari sanguigni faticano con l’età a garantire l’ossigenazione cutanea. Il fumo riduce il diametro dei capillari, che così veicolano meno ossigeno. Le conseguenze di una cattiva respirazione cutanea consistono in una pelle asfittica che si riconosce da tre tipi di sintomi: – colorito opaco e giallastro dovuto a cattiva circolazione sanguigna; – inestetismi dovuti a insufficienza di ossigeno cutaneo, che non consente più alla pelle di proteggersi dai batteri; – invecchiamento precoce, dovuto al rallentamento del turnover cellulare. Il corpo umano contiene il 62% di ossigeno. Il metabolismo dell’ossigeno è detto anche “metabolismo basale”, ovvero essenziale. Senza mangiare si può vivere una settimana, 108 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

La ventilazione degli ambienti

senza bere qualche giorno, ma senza respirare non si resiste più di 5 minuti. Senza ossigeno le cellule non possono respirare e quindi muoiono. Anche una piccola carenza di ossigeno può causare danni gravi se non irreparabili e quando la percentuale di ossigeno nell’aria respirata scende di un paio di punti, muovendo dal 21% presente nell’aria atmosferica, si è già sulla soglia dell’aldilà. Molti ospedali usano correntemente l’ossigeno. La tradizionale terapia con ossigeno iperbarico consiste nell’inalare a intermittenza dell’ossigeno puro a una pressione superiore a 1 atmosfera. L’ossigeno iperbarico agisce sia meccanicamente, grazie alla pressione (camera iperbarica) sia fisiologicamente grazie all’ossigeno (inalazione di ossigeno puro al 100%). L’ossigeno riduce del 50% l’edema muscolare post-ischemico. Nei grandi ustionati riduce del 35% il fluido necessario nelle prime 24 ore. L’ossigeno è importantissimo per stimolare la formazione di nuovi capillari e del collagene nei tessuti irradiati. Lo si usa anche per regolarizzare la tensione dei tessuti e migliorare la cicatrizzazione. Le cure di ossigenoterapia si usano per migliorare le condizioni generali dei pazienti e accelerano la convalescenza favorendo un recupero ottimale. Nel corso del tempo l’ossigeno è stato usato a scopo terapeutico nella chirurgia plastica, nella cura dei traumi e delle ustioni gravi. L’azione cicatrizzante è provata essendo l’ossigeno il miglior cicatrizzante, innocuo ed efficace. La pelle (in stato di riposo) abbisogna di almeno il 7% del consumo totale di ossigeno del corpo: 4% per l’epidermide e 3% per il derma. La pelle respira: come i polmoni è un organo in cui avvengono continui scambi fra ossigeno e anidride carbonica. La pelle viene ossigenata dall’esterno mediante l’ossigeno dell’aria e dall’interno grazie ai capillari, minuscoli vasi sanguigni (possono essere così piccoli da avere un diametro di soli 5 micron) fondamentali nell’ossigenazione cutanea e nei processi di cicatrizzazione. Il consumo di ossigeno ambientale è stato provato da esperimenti che oggi possono sembrare crudeli: si spalmava sul corpo di un animale (topo o rana) uno strato di pittura atossica ma impermeabile ad acqua e aria. Privati della respirazione cutanea gli animali morivano. L’ossigeno è essenziale per la pelle, tanto più che essa è sensibilissima all’ipossia, cioè la mancanza di ossigeno per cause interne (genetiche, orologio biologico) o esterne (fumo, inquinamento). Il metabolismo cellulare connesso al consumo di ossigeno conduce alla biosintesi di ATP, una molecola di riserva energetica o “combustibile per la vita”. Il consumo di ossigeno è fondamentale per la rigenerazione cellulare, funzione che con l’invecchiamento rallenta. Il tasso di ossigeno cutaneo diminuisce con l’età. La capienza di ossigeno del corpo è massima sino a 15 anni. Molti studi hanno dimostrato che la libera diffusione di ossigeno nel plasma diminuisce proporzionalmente all’età, mentre aumenta la percentuale di colesterolo. Non soltanto dunque dalle considerazioni sulla formazione di muffa alle pareti, ma ben più per le necessità vitali dirette, si passa ora a esaminare, in uno spettro più ampio, la necessità di aerazione. Va anche tenuto in considerazione il principio della sicurezza: i numerosi incidenti legati all’impiego del gas combustibile all’interno degli edifici sono determinati immancabilmente dall’assenza di ricambio dell’aria, sia che si tratti di emanazioni di monossido di carbonio negli ambienti, sia nel caso di fughe di gas che portano ad accumuli in concentrazioni esplosive. Si rammenta che gli incidenti mortali, dei quali si viene a conoscenza dall’informazione 109 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

mediatica, sono soltanto la punta dell’iceberg rispetto alla quantità sconosciuta di effetti degli inquinanti che il corpo umano quotidianamente elabora. La via maestra consiste nel provvedersi di impianti di ventilazione meccanica per i quali sia dosata la portata d’aria, mantenuta a valori minimi, con eventuale regolazione o parzializzazione invernale, tenendo conto dell’incremento spontaneo dovuto alla ventilazione naturale che, qualsiasi freno le si ponga, ugualmente darà un contributo al complesso dei movimenti d’aria dell’ambiente trattato. Negli ambienti a elevato affollamento, nei locali ove più alta è l’emissione di contaminanti e ovunque la ventilazione naturale non sia in grado di assicurare condizioni interne vantaggiose per la qualità della vita, si deve dunque far luogo a impianti di ventilazione meccanica in grado di assicurare: – la certezza di un afflusso d’aria nuova costante e indipendente dalla ventilazione esterna; – la facoltà di pilotare intensità e direzione dell’aria immessa; – la facoltà di proporzionare la portata d’aria a particolari necessità, ad esempio all’affollamento; – la facoltà d’interrompere o moderare la ventilazione negli orari di chiusura o di sosta; – la possibilità di preriscaldare l’aria, evitando agli utenti correnti sgradite; – la possibilità di eseguire trattamenti aggiuntivi, come filtrazione, umidificazione invernale, raffreddamento e deumidificazione estiva e filtrazione spinta, anticipando i concetti del condizionamento dell’aria. Soltanto con la ventilazione controllata si può contrastare la formazione di muffe superficiali, poiché essa è in grado, appunto, di mantenere l’umidità negli ambienti ai livelli voluti. La prospettiva di garantire il giusto rinnovo d’aria per effetti naturali può risultare appagante nella stagione invernale, quando la differenza di temperatura fra l’ambiente interno e l’esterno determina la facoltà di tiraggio naturale, avendo intelligentemente disposto prese d’aria sopravento e torrette di espulsione sottovento o sopra il tetto degli edifici, ma vi saranno scarsi effetti utili durante l’estate: in ogni caso le giornate di vento e quelle di bonaccia determineranno condizioni diverse e talvolta sgradite. Da ultimo si dirà che tenere almeno una fessura aperta, come una finestra appena accostata, consente all’ossigeno presente nell’aria esterna, in dosi percentuali sempre maggiori di quelle in ambiente, di pareggiare la propria pressione relativa (legge di Dalton sui gas) e per questo di mantenere condizioni accettabili anche in assenza di impianti specifici. 3.2.1 Il quadro normativo d’origine In generale il nostro Paese è fecondo di regole, più o meno efficienti e osservate, in qualsiasi materia. Parlando di ventilazione dei locali e di purezza dell’aria il quadro normativo è invece scarno e sporadico, con fortissime incongruenze. Si potrebbe pensare che ciò corrisponda addirittura a un costume persistente che ci farebbe riconoscere come popolo “orientale”, con preferenza per ambienti a scarsa ventilazione, ma i principali documenti in materia fanno poi propendere per ipotesi opposte. 110 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

La ventilazione degli ambienti

Si tratta, nella fattispecie: – di una circolare del ministero dei Lavori Pubblici (22.11.1974, n. 13011) che tratta dei “requisiti fisico-tecnici per le costruzioni edilizie ospedaliere: proprietà termiche, igrometriche, di ventilazione e di illuminazione”; – del Dm 18.12.1975 recante “norme tecniche aggiornate relative all’edilizia scolastica”. Ambedue i dispositivi legano la purezza dell’aria negli ambienti non tanto a un quantitativo di aria nuova riferito alle persone, quanto al “fattore di ricambio”. I numeri indicati per reparti ospedalieri scorrono da 2 vol/h per le degenze in genere fino a 12 vol/h per i locali di isolamento, il tutto senza dover superare velocità dell’aria di 0,15 m/s nella zona occupata. Per gli ambienti scolastici invece si va da 2,5 vol/h (scuole materne ed elementari) a 5 vol/h per scuole di secondo grado. Si può notare che nei locali ospedalieri la portata d’aria deve aumentare nelle stanze ove sono ricoverati i bambini in confronto a quelle che ospitano adulti, e viceversa nelle scuole sono i più grandicelli, con metabolismo più intenso, i soggetti cui viene riservata maggior ventilazione. Ambedue le regole andrebbero comunque riviste, agganciandole alla UNI 10339 che correttamente definisce la portata d’aria esterna in relazione alle persone utenti e non al volume dei locali, salvo soltanto il caso di locali di servizio o particolari, allorché sono fissate le portate di immissione o di estrazione in rapporto alla superficie (e non al volume) dei locali interessati. Per completare il quadro normativo si riportano anche i seguenti titoli: – circolare ministero dell’Interno 15.2.1951 n. 16 (art. 131), modificata e integrata dalle circolari 24.1.1963 n. 12, 1.3.1963 n. 28 e 29.7.1971 n. 72, “Norme di sicurezza per la costruzione, l’esercizio e la vigilanza dei teatri, cinematografi e altri locali di spettacolo in genere”; – Dm 5.8.1977, “Determinazione dei requisiti tecnici sulle case di cura private” (art. 11); – Dm 23.11.1982, “Direttive per il contenimento del consumo di energia relativo alla termoventilazione e alla climatizzazione di edifici industriali e artigianali”; – Dm 25.8.1989, “Norme di sicurezza per la costruzione e l’esercizio degli impianti sportivi”; – legge 16.1.2003 n. 3, “Disposizioni ordinamentali in materia di pubblica amministrazione” (art. 51 sulla tutela della salute dei non fumatori). È interessante rileggere l’art. 131 della circolare del ministero dell’Interno 15.2.1951 n. 16 a riguardo degli impianti di riscaldamento ad aria, di aerazione e di condizionamento d’aria: i medesimi dovranno essere tali da garantire il ricambio di un volume di aria esterna non inferiore a 20 m3 per persona e per ora. La velocità di immissione ed estrazione nella zona (dal pavimento sino all’altezza di 2,50 m) occupata dal pubblico non sarà superiore a 0,70 m/s e qualora non sia consentito al pubblico di fumare in sala il numero dei ricambi d’aria così ottenuto potrà essere diminuito di un quarto. Una menzione a parte merita la UNI 10344, che tratta di energia termica scambiata per ventilazione, ma sente la necessità di riferire i calcoli al volume degli ambienti, invitando il progettista a un disagevole passaggio dalle portate d’aria note ai volumi orari di ricambio, anche quando il risultato definitivo (la portata d’aria) sia già conosciuto. 111 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

Il quadro normativo va ricondotto al Dpr 412/93, il quale (art. 5, comma 13) prescrive l’adozione di apparecchiature per il recupero del calore disperso “qualora la portata d’aria espulsa e il numero di ore annue di funzionamento superino determinati limiti, definiti in apposita tabella all’allegato C” (si veda la tabella 4.1). 3.2.2 Il Dlgs 626/94, la UNI 10339/95 e altri decreti Due eventi normativi incidono sul benessere nei luoghi di vita e di lavoro per quanto riguarda il rifornimento delle quantità essenziali di ossigeno all’individuo e, più in generale, la purezza dell’aria. Si tratta rispettivamente del Dlgs 19.9.1994 n. 626, in attuazione delle direttive europee emanate fra il 1989 e il 1990, e della norma UNI 10339 del 1995, che sostituisce la UNI 5104 del 1963. All’articolo 33, comma 6, il Dlgs 626 si occupa dell’aerazione dei luoghi di lavoro “chiusi”: “È necessario far sì che, tenendo conto dei metodi di lavoro e degli sforzi fisici ai quali sono sottoposti i lavoratori, essi dispongano di aria salubre in quantità sufficiente”. Il testo prosegue nell’assicurare la costanza di funzionamento degli impianti di ventilazione meccanica i quali, per il fatto di esistere, devono essere anche soggetti a un programma di manutenzione reale (art. 3) ed equipaggiati di un sistema di controllo e segnalazione dei guasti. Si chiede poi che i lavoratori “non siano esposti a correnti d’aria fastidiose” e che la temperatura dei locali di lavoro (art. 33, comma 7) sia “adeguata all’organismo umano durante il tempo di lavoro, tenuto conto dei metodi di lavoro applicati e degli sforzi fisici imposti”. La regola generale del benessere, e cioè la correlazione fra temperatura, umidità relativa e movimento dell’aria, deve essere verificata, il che si può fare ricorrendo alla valutazione dello stress termico e determinando l’indice WBGT secondo UNI 9505. Quanto alla purezza dell’aria, “qualsiasi sedimento o sporcizia che possa comportare pericolo immediato per la salute dei lavoratori dovuto all’inquinamento dell’aria respirata deve essere eliminato rapidamente”. Al successivo comma 10, trattando dei locali di riposo, si richiama la necessità di “adottare misure adeguate per la protezione dei non fumatori contro gli inconvenienti del fumo”. Altre regole vengono poi dettate per i locali e le attrezzature igieniche. Qui, come in tutte le sue parti, il Dlgs 626/94 fissa princìpi generali piuttosto che regole precise, con largo uso di aggettivi, scendendo ben di rado alla definizione dimensionale. Il compito delle scelte è dunque affidato al progettista, ma il giudizio sulla sufficienza della temperatura o sul fastidio eventualmente provocato dalle correnti d’aria spetta in definitiva al lavoratore. Ecco dunque l’aspetto innovativo: rapporto diretto fra progettista e utente finale, con l’unico corredo delle regole dell’arte, come appunto quelle raccolte nelle UNI 9505 e 10339 o sui manuali tecnici. Sorge a questo punto il dubbio di potersi ritrovare, come in un passato non lontano, al centro di conflitti tra “padronato” e “sindacati” reciprocamente attestati su posizioni di sospetto o di incomunicabilità. Ebbene, c’è necessità ora di capire meglio lo spirito delle direttive CEE, rispettandole innanzitutto quale fonte di progresso nel nostro Paese, altrimenti prodigo di leggi e leggine rivolte in alcuni casi a tutelare privilegi o a tamponare emergenze. 112 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

La ventilazione degli ambienti

La novità è nel rispetto dei principi ergonomici (art. 3) ed essenzialmente nell’adattare il lavoro al lavoratore – non viceversa – per ottenere un incremento della produttività. L’interesse del lavoratore e del datore di lavoro dunque coincidono, specialmente in una visione d’insieme che reclama progresso, senza dimenticare che le direttive si rivolgono a tutti gli ambienti di lavoro, in settori di attività sia privati sia pubblici e pertanto ovunque vi siano lavoratori, si tratti di dipendenti o lavoratori autonomi, soci, familiari o lavoratori occasionali, e indipendentemente dal loro numero. D’altronde, la necessità di installare sistemi di ventilazione meccanica negli edifici è sempre più sentita, anche se troppe volte si salta di pari passo il nocciolo della questione, che riguarda la purezza dell’aria, e si preferisce dedicare attenzioni esclusive, ad esempio, al controllo degli eccessi climatici estivi. A tal proposito si possono riscontrare, alla tabella 3.13, i valori di portata d’aria esterna per persona in m3/s, da incrementare nelle zone di montagna, ove l’aria è rarefatta, indipendentemente dalle necessità stagionali. Nel contempo meriterà uno sguardo il grafico di figura 3.15 che mostra la percentuale di “insoddisfatti” in diverse condizioni di velocità dell’aria e di temperatura. La qualità dell’aria interessa i locali di vita e di lavoro per l’intero arco dell’anno: l’equa-

80

20° 20°

Persone insoddisfatte (%)

70

23°

60

23°

50

26° 26°

40 30 20 10 0

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Velocità dell’aria (m/s)

Figura 3.15 – Persone insoddisfatte in relazione all’effetto di ventilazione a diverse temperature. Le linee continue si riferiscono a flussi d’aria costante; le linee tratteggiate a flussi intermittenti.

113 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

Tabella 3.13 – Aria di rinnovo in edifici adibiti a uso civile. Portata di estrazione

Portata di aria esterna Categorie di edifici e di ambienti

Residenze – soggiorni, camere da letto – cucina, bagni, servizi Collegi, luoghi di ricovero, case di pena, caserme, conventi: – sale riunioni – dormitori/camere – cucina – bagni/servizi

Qop (10–3 m3/s per persona)

Qos (10–3 m3/s per m2)



Qvol (vol/h) (h–1)



11 –

– –



– 4



9 11 – –

– – 16,5 –



– – – 4

Alberghi, pensioni, ecc. – ingresso, soggiorni – sale conferenze e auditori – sale da pranzo – camere da letto – bagni/servizi



11 5,5 10 11 –

– – – – –



– – – – 4

Edifici per uffici e assimilabili – uffici singoli e open space – locali riunione – centri elaborazione dati – servizi



11 10 7 –

– – – –



– – – 4



11

–



– – – – – 8

Ospedali, cliniche, case di cura e assimilabili – degenze (2-3 letti), corsie e camere sterili – camere per infettivi – sale mediche/soggiorni – terapie fisiche – sale operatorie/sale parto – servizi Cinema, teatri, sale per congressi – atri, sale di attesa, bar – platee, loggioni, aree pubblico, sale riunioni senza fumatori – palcoscenici, studi televisivi – sale riunioni con fumatori, borse titoli – servizi – sale attesa, stazioni metro ecc. Mostre, musei, biblioteche, luoghi di culto – sale mostre, pinacoteche, musei, luoghi di culto – sale lettura biblioteche – deposito libri – servizi

V. Circ. Min. Lav. Pubb. 22.11.1974

V. Circ. Min. Lav. Pubb. 22.11.1974 – –

8,5 11

– –



–

–

da valutare



5,5 12,5 10 – –

– – – – –



– – – 8 8



6 5,5 – –

– – 1,5 –



– – – 8 Segue

114 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

La ventilazione degli ambienti

Tabella 3.13 – Seguito Portata di aria esterna Categorie di edifici e di ambienti

Bar, ristoranti, sale da ballo – bar – pasticcerie – sale pranzo ristoranti e self-service – sale da ballo – cucine – servizi

Qop (10–3 m3/s per persona)

Qos (10–3 m3/s per m2)



11 6 10 16,5 – –

– – – – 16,5 –



9 6,5

– –



14

–

11,5 9 10

Piscine, saune e assimilabili – piscine (sala vasca) – spogliatoi/servizi – saune



Palestre e assimilabili – palazzetti sportivi, inclusa zona spettatori – bowling – palestre: campi da gioco – altri locali: spogliatoi/servizi atleti e pubblico

Attività commerciali e assimilabili Grandi magazzini: – piano interrato – piani superiori Negozi o reparti di grandi magazzini: – barbieri, saloni di bellezza – abbigliamento, calzature, mobili, ottici, fioristi, fotografi – alimentari, lavasecco, farmacie Zone pubblico banche, quartieri fieristici

Edifici per attività scolastiche e assimilabili – asili nido e scuole materne – aule scuole elementari – aule scuole medie inferiori Scuole medie superiori e universitarie: – aule – servizi – biblioteche, sale lettura, sale insegnanti – aule musica e lingue – laboratori

Portata di estrazione Qvol (vol/h) (h–1)

– – – – – 8

– –

– – –



– – –

2,5 – 2,5



– 8 –



6,5 10 16,5 –

– – – –



– – – 8



4 5 6

– – –



– – –



7 – 6 7 7

– – – – –



– 8 – – –

– – – –

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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

zione di base è tra le più semplici e si esprime nella necessità di ottenere in ambiente condizioni di purezza dell’aria vicine a quelle esterne. Di meglio, solitamente, non si può fare in quanto le polluzioni all’interno degli edifici, correlate alla vita che vi si svolge, si sommano alla contaminazione già acquisita dall’atmosfera esterna. Anche se di primo acchito ciò può apparire curioso, ci si deve abituare all’idea che i contaminanti, come già riferito, siano presenti all’interno in quantità da uno a dieci volte maggiori rispetto all’esterno. Di ciò si dovrà tener conto nel progettare nuovi palazzi nelle zone a elevato tasso di inquinamento, al fine di assicurare, con adatti impianti di ventilazione dotati di opportune sezioni filtranti, la riduzione del particolato solido disperso nell’aria o addirittura la neutralizzazione di alcuni inquinanti gassosi. Ora siamo giunti a un livello culturale tale da poter classificare gli edifici di una città secondo la rispettiva qualità dell’aria e ormai la “sindrome da edificio insalubre” si va diffondendo, anche per la consapevolezza che le nostre metropoli godono fama di essere le più inquinate d’Europa. La tabella 3.14, ripresa dalla UNI 10339, fissa i parametri di qualità accettabile dell’aria esterna. Altre norme obbligatorie si occupano della qualità dell’aria e fra queste è necessario rammentare il decreto del ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca 9 maggio 2001 n. 118, “Standard minimi dimensionali e qualitativi e linee guida relative ai parametri tecnici ed economici concernenti la realizzazione di alloggi e residenze per studenti universitari, di cui alla legge 14 novembre 2000 n. 338 e 23 dicembre 2000 n. 388”, al quale ha fatto seguito il decreto 22 maggio 2007 n. 43 dello stesso ministero, “Standard minimi dimensionali e qualitativi e linee guida relative ai parametri tecnici ed economici concernenti la realizzazione di alloggi e residenze per studenti universitari, di cui alla legge 14 novembre 2000 n. 338”, che è esplicito nell’additare la necessità di impianti di condizionamento dell’aria per garantire il giusto controllo termoigrometrico. Dal canto suo il ministero delle Infrastrutture e Trasporti, con decreto 29 maggio 2002 Tabella 3.14 – Qualità accettabile dell’aria esterna: parametri definiti dall’EPA (Environmental Protection Agency USA) acquisiti dalla UNI 10339. Contaminante

Biossido di zolfo (SO)2 Particolato totale Monossido di carbonio (CO) Monossido di carbonio (CO) Ossidanti (O3) (ozono) Biossido di azoto (NO2) Piombo

Lungo termine

Breve termine

Concentrazione media

Concentrazione media

Durata del (ppm) (µg/m3) Durata del (ppm) (µg/m3) monitoraggio monitoraggio 1 anno 1 anno – – – 1 anno 3 mesi

0,03 – – – – 0,055 –

80 75 * – – – 100 1,5

24 h 24 h 1 h 8 h 1 h – –

0,14 – 35 9 0,12 – –

* Media aritmetica.

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365 260 40000 10000 235 – –

La ventilazione degli ambienti

Espulsione

Locali di servizio

Filtrazione

Eventuale postfiltrazione Transfer

Ambiente di vita e di lavoro

Silenziatore Antivibrante

Presa esterna

Figura 3.16 – Un elementare impianto di ventilazione: è rappresentato il flusso d’aria che provvede al “lavaggio” degli ambienti, essendo l’aria immessa nei locali principali e prelevata da quelli di servizio per l’espulsione.

intitolato “Alloggi in affitto per gli anziani degli anni 2000. Disciplinare tecnico a supporto del bando di gara approvato con decreto del 27 dicembre 2001 n. 2521”, fissa i caratteri del progetto delineandone la qualità architettonica e la sostenibilità ambientale. È necessario valutare il comportamento termico dell’edificio, il suo corretto orientamento, la conservazione del calore, l’irraggiamento solare utilizzabile o dal quale difendersi, il raggiungimento di adeguati livelli di benessere termoigrometrico e la qualità dell’aria. Si vedano in proposito le UNI EN 7730 e UNI EN 13788. Alla figura 3.16 si può riconoscere un semplice impianto di ventilazione il cui compito non è quello di riscaldare i locali. L’aria esterna passa attraverso filtri grossolani, che hanno il compito di proteggere le batterie a valle e, più in generale, l’insieme impianto-edificio trattenendo le polveri; essa viene poi riscaldata, per portarla alla temperatura dell’ambiente da servire, e soltanto a valle del ventilatore può essere ulteriormente filtrata con postfiltri a elevata efficienza, ad esempio in carta o fibre a piegatura profonda o con elementi a carboni attivi o, ancora, in allumina impregnata. Questi filtri potranno trovar posto a monte dei diffusori di immissione in ambiente e di qui l’aria prosegue il suo percorso passando ai corridoi e da questi a locali meno importanti per quanto riguarda la sua purezza; in seguito viene prelevata dall’impianto di espulsione: si realizza così un flusso continuo che provvede al lavaggio degli ambienti. I locali principali risultano leggermente in pressione 117 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

rispetto all’esterno e a quelli circostanti, rendendo improbabili le infiltrazioni e i rientri di odori o di altri effluvi. Il progettista dell’impianto di ventilazione avrà il compito dell’adeguata scelta dei filtri, considerando le esigenze reali del locale da servire e fissando in fase di progetto i giusti cicli vitali delle cartucce da ricambiare e le relative procedure di manutenzione. Il filtro è sempre e comunque, per propria natura, il luogo più sudicio di ogni impianto ed è dunque saggio prevederne un modello grossolano, di più lunga autonomia o, paradossalmente, non prevederne alcuno, piuttosto che permettere il funzionamento di un impianto con i filtri intasati. La buona tecnica richiede la provvista di filtri adatti al caso, ma anche la proclamazione del corretto piano di manutenzione e la dotazione di strumenti (pressostato differenziale) e segnali di “allarme filtri sporchi” con arresto della ventilazione. La figura 3.17 mostra alcuni modelli di elementi filtranti statici a bassa efficienza, rigenerabili o a perdere, per passare a elementi filtranti a efficienza medio-alta e infine ai filtri assoluti, in grado di arrestare particelle di dimensioni inferiori al micron con perdite di penetrazione dell’ordine di una parte per milione. Si classificano i filtri per la polvere cui alla tabella 3.15, con i modelli G per polvere grossa e F per polvere fine e i filtri assoluti, descritti alla tabella 3.16. Le odierne norme per la classificazione, la EN 779 del 2005, Filtri per ventilazione generale, e la EN 1822 del 2002, Filtri assoluti HEPA ed ULPA, sebbene sottoposte a profondi processi di revisione, sono guida più che valida per la scelta del mezzo adatto al caso che Tabella 3.15 – Classificazione dei filtri per la polvere, cioè per la ventilazione generale, con le rispettive caratteristiche di “arrestanza” e di “efficienza”. Classificazione filtri per ventilazione generale (EN 779)



Classe di filtrazione



Arrestanza media (Am) %

Efficienza media a 0,4 µm (Em)

Caduta di pressione finale

%

Pa



G1

50 ≤ Am < 65

–

250



G2

65 ≤ Am < 80

–

250



G3

80 ≤ Am < 90

–

250



G4

90 ≤ Am

–

250



F5

–

40 ≤ Em < 60

450



F6

–

60 ≤ Em < 80

450



F7

–

80 ≤ Em < 90

450



F8

–

90 ≤ Em < 95

450



F9

–

95 ≤ Em

450

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La ventilazione degli ambienti

a)

b)

c)

d) Legenda a) filtri con media fibre di poliestere; b) c) filtri a tasche a perdere, elevata capacità di raccolta, efficienza dal 25 al 95%; d) diffusore portafiltro per applicazioni in camere a contaminazione controllata; e) filtri HEPA e ULPA secondo UNI EN 1822.

e)

Figura 3.17 – Alcuni modelli di celle filtranti diversificate per media e per livello di efficienza (FCR, Milano).

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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

Tabella 3.16 – Classificazione dei filtri assoluti con le rispettive caratteristiche di efficienza. Classificazione filtri HEPA e ULPA (EN 1822) Classe di filtrazione

Efficienza Efficienza integrale a MPPS locale a MPPS Metodi di prova ammessi (Ei) (Ei) %

%

H10 85 –

H11

95

–



H12

99,5

–



H13

99,95

99,75

H14 99,995 99,975

U15

99,9995

99,9975



U16

99,99995

99,99975



U17

99,999995

99,9999

Metodo statico o metodo a scansione per Ei

Metodo a scansione per Ei e El, in alternativa metodo statico o metodo a scansione per Ei, più prova di tenuta a nebbia d’olio

Metodo a scansione per Ei e El

si viene a presentare. HEPA è l’acronimo internazionale per High Efficiency Particulate Air-filter, ULPA sta per Ultra Flow Penetration Air-filter. Ogni filtro, del quale sia definita l’efficienza, va preceduto da un prefiltro la cui efficienza deve risultare compresa nella categoria immediatamente inferiore. L’ingombro degli impianti di ventilazione costituisce un ostacolo naturale alla loro adozione. Alcune attenuazioni al problema possono venire dalla collocazione dell’unità di ventilazione in posizione pensile o sopra la copertura degli edifici, il che consente di recuperare spazi nel corpo dell’edificio stesso, con diverse soluzioni quanto a collocazione di canali, prese d’aria esterna e di altre componenti, con diverso grado di accessibilità e svincolo dalle strutture edilizie. La posizione più comune riservata ai canali di ventilazione, inclusi quelli per la climatizzazione ambientale, è nel controsoffitto dei corridoi. Si mantiene così un discreto livello di accessibilità per la manutenzione ordinaria e straordinaria, mentre l’alloggiamento di canalizzazioni e di altri ingombri impiantistici nelle intercapedini sottopavimento o sopra il controsoffitto consente soluzioni razionali e anch’esse aperte ad aggiornamenti futuri, pur comportando la necessità di tener conto del volume così impegnato che, di fatto, riduce l’altezza utile degli ambienti. Va ricordata la possibilità di installazione dei canali all’esterno del corpo edilizio, liberando così locali e strutture dai relativi ingombri: per gli edifici esistenti potrebbe trattarsi 120 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

La ventilazione degli ambienti

di una soluzione indispensabile, mentre per le nuove costruzioni è una proposta, tutta da verificare. Certamente, disporre tutta l’impiantistica possibile sopra i terrazzi di copertura corrisponde a risolvere gran parte dei problemi di architettura degli impianti, rendendo così manutenibile e addirittura smontabile ogni componente impiantistico, indipendente dalla rigidità edilizia [3]. La diffusione dell’aria e la sua ripresa comportano uno sforzo progettuale tendente a far collimare esigenze di segno opposto, tenendo d’occhio l’utente, arbitro non sempre obietTabella 3.17 – Velocità massima dell’aria ammessa all’interno del volume convenzionale occupato. Velocità dell’aria, v (m/s)

Categorie di edifici

Riscaldamento



Raffrescamento



0,05÷0,15



0,05÷0,20



0,05÷0,15



0,05÷0,20



0,05÷0,10



0,05÷0,15



0,05÷0,10 0,05÷0,20



0,05÷0,15 0,15÷0,25

Edifici adibiti ad attività ricreative, associative, di culto – cinematografi, teatri, sale congressi – musei, biblioteche – luoghi di culto – bar, ristoranti – sale da ballo – cucine ristoranti



0,05÷0,15 0,05÷0,15 0,10÷0,20 0,10÷0,15 0,15÷0,25 0,15÷0,30



0,05÷0,20 0,05÷0,20 0,10÷0,20 0,10÷0,20 0,15÷0,25 0,20÷0,40

Attività commerciali e assimilabili – grandi magazzini, negozi in genere, zona pubblico banche – quartieri fieristici



0,05÷0,15 0,10÷0,20



0,05÷0,20 0,10÷0,20

Edifici adibiti ad attività sportive – piscine, saune e assimilabili – palestre e assimilabili



≤ 0,10 0,15÷0,25



≤ 0,10 0,15÷0,25

Edifici adibiti ad attività scolastiche – scuole materne ed elementari – scuole medie superiori – altri locali



≤ 0,10 0,05÷0,15 0,05÷0,15



≤ 0,10 0,05÷0,20 0,05÷0,20



Edifici adibiti a residenza e assimilabili – abitazioni civili, collegi, luoghi di ricovero, case di pena, caserme, conventi, alberghi, pensioni Edifici per uffici e assimilabili – uffici in genere, locali riunione, centri elaborazione dati Ospedali, cliniche, case di cura e assimilabili – degenze, corsie, camere sterili e per infettivi, visita medica, soggiorni – maternità, anestesia, radiazioni, prematuri, sale operatorie – terapie fisiche



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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

tivo della prevalenza del comfort sui valori estetici. La portata d’aria nuova, ricavata dalla tabella 3.13, cui va eventualmente sommata l’aria che ritorna in circolo, non deve comportare nel volume convenzionalmente occupato velocità terminali maggiori di quelle indicate alla tabella 3.17. La tecnica odierna offre mezzi raffinati per recapitare l’aria nella quantità voluta in qualsiasi luogo o porzione di esso, modulando e moderando la velocità di efflusso dai diffusori, mitigandone la rumorosità, assicurando velocità corrette nella sezione dei locali ove si svolge la vita, ma il progettista degli impianti, per mettere a disposizione dell’utenza i servizi di prim’ordine oggi realizzabili, deve a sua volta raggiungere il giusto compromesso fra necessità di ricambio e velocità massima compatibile con le condizioni di benessere. Per quanto riguarda la distribuzione dell’aria in ambiente, la UNI 10339 si limita ad affermare come essa debba garantire che “il flusso di aria immessa si mescoli convenientemente con l’aria ambiente in tutto il volume convenzionalmente occupato” (figura 3.18), lasciando spazio così a sistemi molto diversi fra loro che vanno dalla distribuzione a dislocamento (figura 3.18b) a quella a elevata induzione di figura 3.19. Alla figura 3.20 è rappresentata una proposta che privilegia i posti di lavoro fissi: docce a)

1,8 m Zona occupata

0,6 m

Figura 3.18 – La forma dei locali e le esigenze degli utenti in rapporto al tipo di attività che si svolge nei locali stessi possono far propendere per sistemi di ventilazione a miscela a) o a dislocamento b).

Zona occupata

b)

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La ventilazione degli ambienti

Figura 3.19 – L’angolo di proiezione dell’aria immessa attraverso diffusori regolabili a moto elicoidale può essere modificato in qualsiasi posizione compresa fra una direzione orizzontale e una verticale. Nella figura vengono visualizzate le prestazioni di un diffusore a geometria variabile e perdita di carico costante (Systemair-Climaproduct).

Qt 4 m/s) si terrà conto di una portata d’aria aggiuntiva nei locali esposti (punto 10.2.1.1.4 della UNI 7357). Un altro incremento di portata d’aria riguarda i locali con serramenti soggetti a frequenti aperture (punto 10.2.1.3 della UNI 7357). Il fabbisogno termico per ventilazione va considerato e sommato a quello per dispersione attraverso le strutture, nel normale dimensionamento degli impianti. Per i locali nei quali penetri o venga artificialmente immessa aria esterna è opportuno provvedere separatamente al preriscaldamento della stessa (si veda il paragrafo 3.2.2). Qui occorre ribadire che la valutazione dei ricambi d’aria, sistema empirico ed evidentemente di notevole approssimazione, va ovviamente eseguita sul volume interno netto. Infine, il calore di ventilazione per l’intero edificio è dato dalla somma del calore di ventilazione di ogni singolo locale. La UNI 7357 fornisce, al punto 10.1, la formula per il calcolo in ogni locale, qui adattata ai simboli più attuali della UNI 10344: Φv = cp · ρ · φ · (θi – θe) 124 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

La ventilazione degli ambienti

dove cp · ρ è il prodotto del calore specifico isobaro dell’aria per la sua massa volumica, variabile fra 1,35 e 1,20 nel range di temperature che ci interessano. Il comma 6 dell’art. 21 del Dpr 26.6.77 n. 1052 attribuiva a ρ il valore di 1,2 kg/m3 e perciò di 0,34 W/m3K al prodotto cp · ρ. È preferibile, piuttosto, portare tale prodotto a 0,35. Inoltre, φ configura il rinnovo dell’aria e indica la portata d’aria che si introduce o si infiltra in un locale in sostituzione di quella che esce o si espelle. Questa portata può essere desunta dall’applicazione della normativa per il ricambio d’aria controllato, come dettagliato ai punti precedenti, oppure risultare dal rinnovo naturale convenzionale. Per il nostro esempio, considerato n = 2 h–1 per i bagni, n = 1 h–1 per le cucine e n = 0,5 h–1 per tutti gli altri locali, si riscontra dalla tabella 2.6 e dal riepilogo alla tabella 2.12: Φv = 0,35 × 317,63 × [20 – (–11)] @ 3446 W La temperatura interna e quella esterna sono state assunte come specificato ai precedenti paragrafi 1.1.2 e 2.1.1. 3.2.4 Fabbisogno annuale di energia per ventilazione Una volta completato il calcolo del fabbisogno termico istantaneo si procederà al calcolo dell’energia da fornire all’edificio durante la stagione invernale, secondo quanto disposto dal Dlgs 19.8.2005 n. 192 sul rendimento energetico in edilizia modificato dal Dlgs 29.12.2006 n. 311, con riguardo al Dlgs 3.4.2006 n. 152 recante norme in materia ambientale e al Dm 22.1.2008 n. 37, modificato dal Dm 19.5.2010, sul riordino delle disposizioni in materia di attività di installazione degli impianti all’interno degli edifici. Ci si riferirà altresì al Dlgs 30.5.2008 n. 115 per l’attuazione della direttiva 2006/32/CE relativa all’efficienza degli usi finali dell’energia con abrogazione della direttiva 93/76/CEE, al Dpr 2.4.2009 n. 59 che è il regolamento di attuazione del Dlgs 192/2005, art. 4, sul rendimento energetico in edilizia, nonché al Dm 26.6.2009 recante linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici. Per l’edilizia abitativa – edifici di categoria E1 – si conferma il persistere (convenzionalmente) del regime di ricambio d’aria naturale, qualora non sussistano ricambi controllati da ventilazione meccanica. Per il calcolo dell’energia consumata, il numero di ricambi convenzionale n = 0,5 h–1 è valido, secondo UNI 10344 prospetto II, qualora la permeabilità dei serramenti sia bassa. Con permeabilità media o alta, n varia da 0,5 a 1,2 h–1 a seconda del tipo di schermatura esterna (balconi, rotolanti ecc.). Se il progettista ha la necessità di spingere il calcolo fino alla valutazione della portata d’aria per infiltrazione attraverso i serramenti, egli dovrà ricorrere alla stessa UNI 10344, appendice C.

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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

Ricapitolando, per edifici di categoria E1: – il valore riferito al volume netto da inserire nel calcolo di potenza, salvo che per i servizi, è n = 0,5 h–1 – il valore da inserire nel calcolo dell’energia, riferito al volume lordo dell’edificio o della zona considerata, è n = 0,5 h–1 – il valore da inserire nel calcolo dell’energia, variabile secondo il tipo di serramenti, risulta n = 0,5 ÷ 1,2 h–1 Nei casi in cui il ricambio d’aria nei locali sia regolamentato da norme igienico-sanitarie o comunque da normative tecniche, come si è visto ai paragrafi 3.2.1 e 3.2.2, il calcolo deve considerare la portata d’aria di rinnovo fissata dalle norme per le ore di pieno regime, mediata con il ricambio naturale nelle ore in cui l’impianto di ventilazione sia spento. Nella formula andrà inserito il valore di n ricavato come segue. Il calcolo della portata d’aria giornaliera effettiva va eseguito secondo UNI 10344, punto 10.3.1.2, ove si tiene conto dei seguenti valori: V m3 volume d’aria riscaldata; nf h–1 numero di ricambi d’aria dovuto all’impianto di ventilazione; n0 h–1 numero di ricambi d’aria a impianto di ventilazione spento (di regola, n0 = 0,5 h–1); nx h–1 numero di ricambi dovuti alle infiltrazioni naturali quando l’impianto di ventilazione è in moto; nel caso di mantenimento dei locali in sovrappressione nx = 0; tac tempo di funzionamento dell’impianto di ventilazione (ad esempio in ore); tsp tempo in cui l’impianto di ventilazione è spento. La portata d’aria media del periodo considerato risulta:

ϕ=

(

)

V  n0 t sp + n f + nx t ac  t sp + t ac

Nota la portata d’aria media si può ottenere il valore di n da inserire nel calcolo. Ovviamente, nel caso di ambienti a diversa ventilazione si dovrà calcolare la media dell’intero edificio, sommando le portate d’aria e dividendo per il volume. Per il calcolo dell’energia termica scambiata per ventilazione durante un periodo di N giorni si applicherà la formula: Qv = 86.400 · N · φ · cp · ρ · Δθ dove il valore 86.400 equivale al numero di secondi nelle 24 ore.

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La ventilazione degli ambienti

La capacità termica massima dell’aria a pressione costante viene assunta: cp = 1000 J/kg K La massa volumica dell’aria varia a seconda della temperatura; si può assumere il valore: ρ = 1,2 kg/m3 La grandezza Hv, denominata dalla UNI 10344 “coefficiente di dispersione per ventilazione e infiltrazione” dell’edificio o della zona considerata, è un prodotto intermedio del calcolo di cui sopra, utile soltanto, ed eventualmente, per il calcolo manuale: HV = cP ρ φ Nello svolgimento di questi calcoli e nel passare dalle UNI ai decreti di Stato non si deve dimenticare che il simbolo V talvolta rappresenta il volume dell’aria, e cioè quello netto interno, talvolta il volume lordo dell’edificio, misurato all’esterno dell’involucro da riscaldare. Da ultimo va definito, per il periodo considerato, il salto di temperatura medio fra la temperatura interna e quella esterna media del medesimo periodo di N giorni. La temperatura media interna θi viene assunta dal progettista in relazione al tipo di calcolo che egli si propone: ad esempio il calcolo reale considererà l’andamento reale della temperatura. Per l’esecuzione dei calcoli si considerano gli ambienti interessati costantemente alla temperatura di progetto (18 °C per gli edifici di categoria E8, 20 °C per tutti gli altri), con le eventuali attenuazioni notturne o festive. La temperatura media esterna del periodo considerato può essere ricavata dal prospetto VI della UNI 10349 apportando le correzioni per altitudine esemplificate al precedente paragrafo 2.1.1. Se il calcolo verte sul fabbisogno stagionale di energia, il valore medio stagionale della temperatura dell’aria esterna viene tratto dai valori medi mensili cui al prospetto VI della UNI 10349. Questo aspetto viene ripreso al capitolo 5, precisamente alla tabella 5.3. Per calcolare il fabbisogno stagionale di energia per la ventilazione dell’edificio, cui all’esempio della figura 2.1, si applica la formula precedente: Qv = 86.400 × 212 × 317,63/3600 × 1000 × 1,2 × 17,1 × 10–6 = 33.242 MJ N è pari a 212, considerando per la zona climatica F tutti i giorni dal 1° ottobre al 30 aprile; φ è pari a 317,63 m3/h, da dividere per 3600 passando da ore a secondi (0,09 m3/s) e risulta dalla tabella 2.6 e dal riepilogo della tabella 2.12; Δθ è pari a 17,1 K assumendo θi = 20 °C e θe = 2,9 °C, come al paragrafo 2.1.1 e alla tabella 5.3; 10–6 per passare da J a MJ.

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Capitolo 3

Umidità e ventilazione dei locali

Bibliografia [1] Nervetti G., Soma F., La verifica termoigrometrica delle pareti, Hoepli, Milano 1982. [2] Gioria S., Impianti termici di benessere, Giacomini, S. Maurizio d’Opaglio 1990. [3] Bearzi G., Bearzi V., Architettura degli impianti, Tecniche Nuove, Milano 1997.

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Capitolo

4

Scelte impiantistiche e prime verifiche Vi è una fase intermedia nel nostro progettare, quando si passa dal calcolo della potenza termica dell’impianto a quello dell’energia consumata. È in questo momento che si devono definire alcune scelte ed è il momento di dimensionare la centrale termica, se il lavoro del progettista termotecnico procede, come ci si deve augurare, di pari passo con quello del collega edile. Si considerino preliminarmente, per evitare sorprese in corso di progettazione definitiva ed esecutiva, i limiti imposti dal Dpr 412/93 (art. 5, comma 5) che obbliga l’adozione di più di un generatore qualora la potenza dovesse superare i 350 kW. Un altro adempimento riguarda la separazione del generatore per il servizio acqua calda da quello per la climatizzazione degli ambienti, qualora la produzione dell’acqua calda sanitaria sia “centralizzata” (art. 5, comma 6). Per casi simili è prescritta l’installazione di un “sistema di accumulo dell’acqua calda di capacità adeguata”, il che esclude o limita l’adozione di caldaie combinate – per riscaldamento e acqua calda – come pure di apparecchi a scambio rapido, scambiatori e consimili (art. 5, comma 7). Si tratta di scelte basilari che coinvolgono l’architettura del nascente edificio, dove si devono riservare luoghi e spazi adatti alla centrale, alle reti, ai serbatoi con i relativi pesi, a eventuali sottostazioni, ai camini, ai depositi o alle reti di adduzione dei combustibili [1].

4.1 Obbligo del recuperatore sull’aria espulsa Una verifica imposta dall’art. 5, comma 13, del Dpr 412/93 riguarda la ventilazione. Nel caso in cui tutti o parte dei locali dell’edificio in esame necessitino di impianto di ventilazione meccanica controllata, nota la portata d’aria φ, calcolata come si è visto ai precedenti paragrafi 3.2.1 e 3.2.2, si dovrà confrontare la stessa con il tempo di funzionamento dei sistemi di ventilazione in ore, tenuto conto della zona climatica. Se i valori dovessero superare quelli limite, riportati all’allegato C del Dpr 412/93 (si veda la tabella 4.1), è imposta l’adozione di apparecchiature per il recupero del calore disperso per rinnovo dell’aria.

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Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

Tabella 4.1 – Limiti per l’adozione di recuperatori del calore contenuto nell’aria espulsa, in ore all’anno.

φ

Tempo limite oltre il quale è obbligatoria l’adozione

Portata d’aria di rinnovo (m3/h)



nella zona climatica D

nelle zone climatiche E ed F



2000

4000



2700



5000

2000



1200



10.000

1600



1000



30.000

1200



800



60.000

1000



700

Il Dpr non accenna né a preferenze sulla tipologia dei sistemi di recupero né all’efficienza minima da pretendere. Per un approfondimento della materia si rinvia il lettore al capitolo 7. Ci si limita qui a un esempio molto semplice che concerne una scuola elementare con 10 aule, ciascuna dimensionata per 25 allievi, il che comporta la portata d’aria complessiva per l’edificio: φ = 10 × 26 ×

5 × 3600 = 4680 m 3 /h 10 3

La portata d’aria esterna per persona è tratta dalla tabella 3.13: 5 × 10–3 m3/s, secondo UNI 103391 Oppure, adottando le regole del Dm 18.12.1975 come riportato al paragrafo 3.2.1 ed essendo il volume di ogni aula pari a 168 m3: φ = 10 × 168 × 2,5 = 4200 m3/h La portata scelta sarà quella maggiore fra le due, rispettando dunque i requisiti più severi. Il tempo di funzionamento dei sistemi di ventilazione – siano essi autonomi per ciascuna aula o si tratti di unico impianto centralizzato – è stimato in otto ore giornaliere per sei giorni settimanali e per 36 settimane all’anno: T = 1728 ore. Se l’edificio è situato in zona climatica D non vi è l’obbligo di adozione del recuperatore, poiché il tempo limite ricavato per interpolazione è di 2213 ore, maggiore del tempo di funzionamento del caso considerato.

Si ricorda che se si trattasse di una scuola media le portate d’aria diverrebbero: – secondo la UNI 10339 il 20% in più: 6 × 10–3 m3/s; – secondo il Dm 18.12.1975 circa il doppio: 5 vol/h. 1

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Scelta del generatore di calore

Se l’edificio scolastico in questione fosse situato nella zona climatica E, il tempo limite diverrebbe di 1360 ore, rendendosi così obbligatorio (e salutare per il bilancio energetico) l’impiego del recuperatore. Si anticipa a questo punto la peculiarità dell’adozione del recuperatore che consiste nella difesa dal gelo delle batterie di preriscaldamento, il che viene a far parte dei vantaggi offerti.

4.2 Scelta del generatore di calore Identificata in via provvisoria la potenza termica da assegnare al generatore (ovvero ai generatori per potenze maggiori di 350 kW), si procederà alla scelta secondo i tradizionali criteri di affidabilità, durata, semplicità di installazione e di funzionamento [2]. L’uso razionale dell’energia rappresenta uno dei criteri primari di valutazione per poter centrare i tre obiettivi della figura 1.4 e per questo verrà ricercato dal progettista il riscontro dei requisiti di rendimento termico utile il cui limite è fissato dal Dpr 59/2009. Per tutte le categorie di edifici, così come classificati in base alla destinazione d’uso all’art. 3 del Dpr 412/1993, nel caso di nuova installazione e ristrutturazione di impianti termici o sostituzione di generatori di calore, previsti all’art. 3 del Dlgs 192/2005, si procede al calcolo del rendimento globale medio stagionale dell’impianto termico e alla verifica che lo stesso risulti superiore al valore limite riportato al punto 5 dell’all. C al citato Dlgs, cioè: η g = (75 + 3 log Φun)% dove log Φun è il logaritmo in base 10 della potenza utile nominale del generatore o dei generatori di calore al servizio del singolo impianto termico, espressa in kW. Per valori di Φun superiori a 1000 kW la formula precedente non si applica e la soglia minima per il rendimento globale medio stagionale è pari a 84%. Nel caso di installazioni di potenze nominali del focolare maggiori o uguali a 100 kW, è fatto obbligo di allegare alla relazione tecnica una diagnosi energetica dell’edificio e dell’impianto nella quale si individuano gli interventi di riduzione della spesa energetica, i tempi di ritorno degli investimenti e i possibili miglioramenti di classe dell’edificio nel sistema di certificazione energetica in vigore, in base alla quale sono state determinate le scelte impiantistiche che si vanno a realizzare. Per tutte le categorie di edifici come sopra classificati, nel caso di mera sostituzione di generatori di calore, prevista all’art. 3 del Dlgs 192/2005, si intendono rispettate tutte le disposizioni vigenti in tema di uso razionale dell’energia, incluse quelle di cui al quinto comma, qualora coesistano le seguenti condizioni: a) i nuovi generatori di calore a combustione abbiano rendimento termico utile, in corrispondenza di un carico pari al 100% della potenza termica utile nominale, maggiore o uguale al limite calcolato con la formula: 90 + 2 log Φun

dove log Φun è il logaritmo in base 10 della potenza utile nominale del generatore, espressa in kW. Per valori di Φun maggiori di 400 kW si applica il limite massimo corrispondente a 400 kW; 131 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

b) le nuove pompe di calore elettriche o a gas abbiano un rendimento utile in condizioni nominali, ηu, riferito all’energia primaria, maggiore o uguale al valore limite calcolato con la formula: 90 + 3 log Φun

dove log Φun è il logaritmo in base 10 della potenza utile nominale del generatore, espressa in kW; la verifica è fatta utilizzando come fattore di conversione tra energia elettrica ed energia primaria il valore di riferimento per la conversione tra kWh elettrici e MJ definito con provvedimento dell’autorità per l’energia elettrica e il gas, al fine di tener conto dell’efficienza media di produzione del parco termoelettrico.

I generatori termici sono progettati e costruiti per utilizzare il calore acquisito dalla combustione di uno o più combustibili solidi, liquidi o gassosi. Eccezioni sono i generatori elettrici, poco diffusi, per i quali è verosimile che l’energia utilizzata sia comunque alimentata dalla combustione (si considerino dunque le centrali termoelettriche in testa agli elettrodotti). Nella piccola dimensione, nel campo di potenza termica minore o pari a 35 kW, come nelle utenze monofamiliari, prevalgono i gruppi termici con una sola tipologia di combustibile, per esempio gas oppure gasolio oppure legna. Nella dimensione maggiore si diffondono generatori equipaggiati per la combustione di combustibili diversi in alternativa fra loro, predisposti per esempio al funzionamento a gas e combustibile liquido, caso frequente ove si debba garantire l’erogazione continua di vettori termici in qualsiasi situazione, come negli ospedali, ma vi è anche l’esempio domestico di generatori funzionanti a legna e a gas in fasi fra loro complementari. 4.2.1 Classificazione funzionale dei generatori Si distingue innanzi tutto la terminologia. Caldaia: apparecchio destinato a riscaldare un liquido, generalmente acqua, a produrne eventualmente la vaporizzazione e predisporre i fluidi prodotti – acqua calda, olio o vapore – agli usi termici di destinazione. Generatore termico: complesso impiantistico che comprende caldaia, bruciatore o sistema di alimentazione del focolare e sistemi aggregati di espulsione dei prodotti della combustione, di alimentazione per rabbocco del liquido vaporizzato, di sicurezza, misura e controllo con relativa strumentazione meccanica, elettrica ed elettronica. Gruppo termico: termine di significato analogo a quello di generatore termico, composto però da un insieme in grado di fornire servizi, come il riscaldamento e la produzione dell’acqua calda sanitaria, incorporando lo scaldacqua con relativo scambiatore. La denominazione di caldaia combinata, originariamente adottata per il gruppo termico, è attualmente in disuso. Si possono classificare i generatori termici a seconda del fluido termovettore: – ad acqua calda; – ad acqua surriscaldata; 132 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Scelta del generatore di calore

– a olio diatermico; – ad aria calda; – a vapore. Altra classificazione riguarda la potenza al focolare che lega l’impianto termico alle leggi e alle norme sulla sicurezza e sul corretto impiego dell’energia: – fino a 35 kW i generatori termici sono considerati di dimensione domestica, con adempimenti normativi limitati alla fase di installazione; compito del costruttore del generatore è quello di garantire la rispondenza alle direttive europee; – superato il limite di 35 kW scatta l’obbligo di richiesta di esame del progetto impiantistico all’Istituto Superiore per la Prevenzione e la Sicurezza del Lavoro, con denuncia dell’impianto termico ai sensi del Dm 1.12.1975, di progettazione ed esecuzione della centrale termica nel rispetto delle regole antincendio cui al Dm 12.4.1996 e obbligo di progettazione dell’impianto ai sensi delle leggi sulla sicurezza degli impianti tecnici e sul corretto impiego dell’energia, con i relativi regolamenti; – entro il limite di 100 kW di potenza complessiva dell’impianto va verificata la durezza temporanea dell’acqua di alimentazione e se questa supera 25 °F va eseguito un trattamento chimico di condizionamento; – oltre detto limite va non soltanto verificata la durezza temporanea, ma se questa supera 25 °F va eseguito un trattamento di addolcimento; – oltre 116 kW, agli adempimenti succitati si aggiunge anche l’obbligo di omologazione dell’impianto termico da parte dell’ISPESL e rilascio del relativo libretto, con passaggio sotto il controllo quinquennale dell’unità sanitaria locale; inoltre la centrale termica è soggetta al controllo del comando provinciale dei Vigili del fuoco con approvazione del progetto antincendio, sopralluogo all’avviamento e rilascio del certificato di prevenzione incendi; – con potenza termica dell’impianto superiore a 350 kW, la potenza stessa va ripartita su almeno due generatori e vi è l’obbligo di adottare sistemi di trattamento dell’acqua di alimentazione con applicazione delle norme in materia, prima fra queste la UNI 8065. Si distinguono generatori o gruppi termici: – a combustione di gas; – a combustibili liquidi; – a combustibili solidi; – policombustibili. Particolare considerazione va riservata ai gruppi termici a gas di taglia domestica, diffusi nelle città italiane a milioni di unità con l’affermarsi del riscaldamento autonomo, presenti in innumerevoli modelli e versioni, sia per combustione di gas naturale, sia di gas di petrolio liquefatti.

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Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

4.2.2 Generatori ad acqua calda La gamma di modelli è davvero notevole: l’acqua è il vettore termico preferito per quasi tutti gli utilizzi termici, adattissima agli scambi per il suo calore specifico, massimo fra tutti i composti o gli elementi disponibili in natura, ma anche per la semplicità di trasporto dell’energia termica, per la sua reperibilità, per il basso impatto ambientale e basso costo di approvvigionamento. I generatori ad acqua calda si sono evoluti traendo origine dai modelli a vapore, industriali, navali e di locomozione, provvedendo sia al riscaldamento degli ambienti di vita e di lavoro con cicli impiantistici relativamente semplici, sia a servizi tecnologici nel terziario, nell’industria e nell’artigianato, inseriti quali fonti termiche nei cicli produttivi, come per esempio presse per lavorazioni del legno o impieghi nell’industria alimentare. 4.2.3 Il campo di temperatura Le caldaie ad acqua calda operano in un campo di livelli termici che va dal limite inferiore, poco più di 30 °C, al limite superiore di 110 °C. Il limite inferiore è dovuto alle necessità dei terminali del fluido vettore. Nel campo, per esempio, del riscaldamento degli ambienti, la temperatura da raggiungere è tradizionalmente di 20 °C, con poche eccezioni, risultando inutile e poco confortevole, se non dannoso, alimentare i terminali stessi con acqua a temperatura molto superiore, e così si tende a ridurre la temperatura in ciclo ottenendo la condensazione del vapore d’acqua prodotto dalla combustione, recuperando il calore latente e una ulteriore frangia del calore sensibile contenuto nei fumi. Si addiviene dunque a regimi di temperatura massima, per i servizi di riscaldamento, che progressivamente scendono dai tradizionali 80 °C verso i 60 °C e ancor meno, contando sul fatto che i circuiti di utilizzo sono serviti da idonee regolazioni in grado di assegnare a ciascuna zona la temperatura più opportuna. In centrale specifiche regolazioni con rilevatori climatici determinano nel circuito primario una temperatura scorrevole adeguando il livello termico al carico. Nel frattempo il limite di temperatura massima tende anch’esso a spostare il confine fra i due regimi dell’acqua calda e dell’acqua surriscaldata. Ad acqua calda sono considerati, soltanto a partire dal 2005, i generatori di calore alimentati da combustibile solido, liquido o gassoso, per impianti termici con temperatura non superiore a 110 °C. 4.2.4 Criteri costruttivi delle caldaie ad acqua calda Il progresso tecnico nel campo dei generatori di calore è andato di pari passo con l’esigenza di ridurre le emissioni inquinanti dovute alla combustione degli idrocarburi: si assiste così al miglioramento della combustione, ottenuto sia con il perfezionamento dei bruciatori, sia con la ricerca del miglior rapporto di forma della camera di combustione e delle altre superfici di scambio, con la realizzazione di regimi pressurizzati e del miglior rapporto di carico termico unitario. 134 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Scelta del generatore di calore

Nell’enorme gamma dei modelli variano i materiali impiegati, dall’acciaio di qualità o legato, alla ghisa, all’alluminio o al rame; variano altresì le forme e gli abbinamenti fra i diversi componenti interni, ma l’esame elementare del corpo caldaia consente di distinguere due tipologie fondamentali: – a tubi da fumo; – a tubi d’acqua. La distinzione si adatta particolarmente alle caldaie in acciaio, che nelle forme di maggior tradizione impiegano tubi di qualità denominati commercialmente bollitori (dall’inglese boiler = caldaia). Nel caso di conformazione per fusione, come nei modelli in ghisa o in alluminio, si vanno a confondere tali descrizioni trattandosi di corpi caldaia a elementi o addirittura monoblocco con le forme più svariate e focolari nei quali si tende a privilegiare lo scambio per irraggiamento piuttosto che perseguire il convettivo, con superfici variamente alettate. La notevole evoluzione in atto in questo settore, in un periodo di evoluzione tecnologica come questo, porta alla definizione di modelli che non è più possibile denominare caldaie, ma piuttosto gruppi termici o addirittura centrali termiche complete. Privilegiati sono altresì i modelli a condensazione che consentono di raggiungere rendimenti di combustione davvero elevati, purché si progetti un idoneo condotto di espulsione dei prodotti della combustione e un regime di temperatura dell’acqua in ciclo, misurata sul ritorno alla caldaia, al di sotto della soglia di 50 °C. Un esempio alla figura 4.1. Lo scambio termico con i prodotti della combustione avviene in due sezioni della caldaia: – nel focolare, ove la cessione del calore ha luogo prevalentemente per irraggiamento verso la volta della camera di combustione;

Figura 4.1 – Gruppo termico “a basamento” con combustione a premiscelazione autoregolante con modulazione elettronica del regime di fiamma e ciclo a condensazione. La potenza al focolare dei modelli rappresentati è di 26 o di 32 kW e l’accumulatore di acqua calda è da 120 litri (Immergas).

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Scelte impiantistiche e prime verifiche

– nella zona fumi, ove lo scambio è prevalentemente convettivo e i prodotti della combustione percorrono l’interno dei tubi o condotti da fumo, a loro volta bagnati dal liquido da riscaldare. Generalizzando, si può affermare che le caldaie a tubi da fumo sono a grande volume d’acqua e dunque a maggior volano termico, a confronto con le caldaie a tubi d’acqua. Questa distinzione che riguarda la geometria del corpo di scambio è di più facile comprensione nelle caldaie di dimensioni consistenti. Vi sono focolari a passaggio diretto, figura 4.2, e focolari a inversione di fiamma come alla figura 4.3. La superficie di scambio, in diversi esempi, viene incrementata con parti metalliche non bagnate, come nervature o alettature separate dai tubi d’acqua, o con elicoidi metallici smontabili denominati turbolatori, con il compito di imprimere al flusso dei fumi percorsi convettivi più efficaci allo scambio. I bruciatori possono essere del tipo monostadio o bistadio, questi ultimi più adatti all’avviamento progressivo e graduale della combustione e anche alla moderazione o modulazione del regime di fuoco con il diminuire o variare del carico. Non si trascuri tuttavia di considerare la difficoltà obiettiva di tarare regimi di fiamma diversi e di ottenere risultati ottimali per ciascuno stadio di funzionamento o regime di fuoco. Fra i parametri che condizionano la combustione fa il proprio gioco anche il camino,

Figura 4.2 – Caldaia in acciaio a tre giri di fumo, con focolare cilindrico orizzontale a passaggio diretto longitudinale, condotto interno tubolare di inversione e terzo giro nei tubi da fumo. Questo modello di caldaia è costruito in una gamma di potenze al focolare da 112 a 628 kW (ICI Caldaie).

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Scelta del generatore di calore

Figura 4.3 – Caldaia in acciaio a due giri di fumo, con focolare cilindrico orizzontale a inversione di fiamma e secondo giro nei tubi da fumo. Questo modello è costruito in una gamma di potenze nominali utili da 90 a 1160 kW (ICI Caldaie).

necessariamente dimensionato per il regime massimo, il che determinerà valori diversi di depressione nelle diverse situazioni di condotta del fuoco oltre che delle condizioni meteo. I generatori possono essere predisposti alla combustione di più combustibili, ad esempio gas e gasolio; in passato erano serviti da bruciatori a doppia combustione, idonei cioè a bruciare ambedue i combustibili con la stessa testa di combustione e con apparati complessi di accensione e di miscela con il comburente. La tendenza più recente consiste nel tenere pronto fuori opera il bruciatore di impiego meno probabile, ad esempio quello a gasolio, opportunamente carrellato e pronto a sostituire il bruciatore di uso consueto. Altro caso frequente di generatori policombustibili è rappresentato da sistemi con focolare a legna o pellet con la possibilità di avviare bruciatori a gas o gasolio. Le perdite di carico del percorso dei prodotti della combustione possono essere vinte dal tiraggio, cioè dalla depressione esercitata dal camino, oppure dalla spinta impressa dal ventilatore del bruciatore, che eleva la pressione in camera di combustione di valori intorno ad alcune centinaia di Pa per determinare un miglior effetto di scambio convettivo. In questo secondo caso il generatore prenderà il nome di pressurizzato e il giusto dosaggio delle caratteristiche di portata d’aria e pressione utile in camera di combustione, oltre che la tipologia della testa di combustione e la forma del dardo della fiamma, sarà compito specifico del costruttore del generatore. Il progetto delle nuove caldaie si sviluppa su quattro direzioni: – completezza della combustione per limitare al minimo la produzione di ossido di carbonio, il che si ottiene con il preciso dosaggio dell’intima miscela fra combustibile e comburente e con l’adozione di tipologie di bruciatori a fiamma blu, a emulsione idrica o a premiscelazione; – limitazione della temperatura della fiamma, con riduzione al minimo della formazione di ossidi di azoto, il che si ottiene massimizzando l’effetto radiante della fiamma e 137 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

Figura 4.4 – Caldaia a condensazione con rendimento del 105% e più, riferito al potere calorifico inferiore. Il focolare è in acciaio legato, cilindrico orizzontale con bruciatore a premiscelazione; di qui i fumi passano nello scambiatore in acciaio inossidabile ad asse verticale, in grado di resistere alle condizioni di acidità caratteristiche della condensa nascente (ICI Caldaie).

opponendo alla stessa adeguata natura, forma e dimensione della superficie captante in camera di combustione; – miniaturizzazione delle fiamme, per esempio raggiungendo la conformazione di globi infuocati anziché di lingue di fuoco, come si è realizzato nei bruciatori ceramici; – recupero del calore latente del vapor d’acqua, che fa parte dei prodotti della combustione, mediante abbassamento della temperatura dei fumi, il che si ottiene interagendo fra produzione termica del generatore e regimi di utilizzo dell’impianto termico servito, riducendo ai minimi livelli la temperatura dell’acqua di ritorno al generatore (vedi figura 4.4). L’analisi dell’andamento della combustione ai diversi regimi promuove alcune valutazioni: il regime massimo è caratterizzato da brevi durate essendo i generatori dimensionati per condizioni estreme di progetto, ma funzionanti per gran parte dell’anno con carichi molto inferiori, risolvendo con l’intermittenza la differenza fra potenza nominale e carico sopportato dal sistema. 138 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Scelta del generatore di calore

Ecco l’opportunità di contenere al minimo il dimensionamento della potenza termica dell’edificio [1] sulla base di calcoli esatti e, per quanto riguarda la produzione di acqua calda sanitaria, privilegiando la facoltà di accumulo e costringendo la potenza di scambio. I regimi transitori, così frequenti nella reale funzionalità dei generatori, sono inevitabilmente irregolari ed estremamente dannosi per l’emissione di prodotti nocivi all’ambiente e per i rendimenti, fatti salvi alcuni modelli e marchi particolarissimi. Vi è anche il problema della bassa temperatura dell’acqua, secondo la tendenza di rientrare alla caldaia alle condizioni di ritorno dagli utilizzatori: ciò è utilissimo per ben realizzare la condensazione, nei modelli progettati a tale scopo, ma negli altri modelli può determinare fenomeni non voluti di condensa nelle zone basse della caldaia, con i relativi fenomeni di corrosione. La soluzione sta essenzialmente nella scelta del circuito primario di centrale adattato nell’un caso a mantenere fissa, a fronte di qualsiasi regime di carico, la temperatura di ritorno in caldaia (portata variabile) e nell’altro caso di mantenere elevata la temperatura di ritorno (portata costante). 4.2.5 Cenni normativi I generatori termici devono rispondere alle direttive comunitarie, recepite nei decreti seguenti: – 73/23/CEE – direttiva bassa tensione (decreto ministero Attività produttive 21.02.2003); – 90/396/CEE – direttiva gas (decreto ministero Sviluppo economico 13.08.2009); – 92/42/CEE – direttiva rendimenti aggiornata dalla 2004/8/CE (Dpr 15.11.1996 n. 660 e Dlgs 08.02.2007 n. 20); – 97/23/CE – direttiva attrezzature a pressione (Dlgs 25.02.2000 n. 94); – 2004/108/CE – direttiva compatibilità elettromagnetica (Dlgs 06.11.2007 n. 194); La marcatura CE, apposta sul prodotto dopo la necessaria procedura, garantisce il rispetto delle direttive e delle leggi applicabili. I prodotti muniti della marcatura CE possono circolare liberamente su tutto il territorio comunitario e nessuno Stato membro può limitare o impedire la loro immissione sul mercato. 4.2.6 Dati caratteristici Sono indicate alla tabella 4.2 le caratteristiche nominali, cioè quelle che il costruttore deve indicare nell’illustrare i generatori ad acqua calda proposti al mercato al fine di ottemperare alle disposizioni di legge e di consentire al progettista, all’installatore dell’impianto e al manutentore la corretta interpretazione progettuale e il corretto impiego del generatore stesso. Tutti i dati indicati dal costruttore sono detti nominali e si intendono ricavati dalle prove eseguite, ma è noto che in fase di esercizio non sarà possibile effettuare la misura del rendimento utile. Per le valutazioni sul campo ci si limiterà all’analisi della combustione 139 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

Tabella 4.2 – Caratteristiche di un generatore termico ad acqua calda con combustione a condensazione: esempio di specificazione riferito alla figura 4.4. Caratteristiche

Campo di Unità Dati tecnici Note temperatura di misura della caldaia a condensazione (°C) esemplificata

Potenza focolare

kW

254

Potenza utile

80-60

kW

244

Rendimento utile

80-60

%

96

Potenza utile

40-30

kW

269

Rendimento utile

40-30

%

106

Potenza utile 30%

40-30

kW

81

Rendimento utile 30%

40-30

%

107

Perdite involucro

80-60

%

0,8

Perdite involucro

40-30

%

0,3

Perdite camino

80-60

%

2,7

Perdite camino

40-30

%

1,3

Contenuto acqua

l

285

Peso

kg

600

Portata d’acqua*

m3/h

21,0-10,5

Perdita di carico**

mbar

4,5-1,3

Pressione esercizio

bar

4,0

Contropressione al focolare

mbar

0,5

Potenza elettrica installata

kW

0,4

Potenza elettrica assorbita

kW

0,27

Riferito al PCI

Riferito al PCI

* Portata d’acqua nominale: indicata dal costruttore. ** Resistenza lato acqua alla portata nominale.

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Scelta del generatore di calore

e alla determinazione del rendimento di combustione, secondo le regole espresse dal Dlgs 19.8.2005 n. 192. Le verifiche dei rendimenti avvengono secondo le modalità e con le tolleranze fissate dalle norme tecniche armonizzate europee. Nella tabella esemplificativa 4.2 la portata d’acqua è indicata per un campo di valori che corrispondono a regimi di portata limitati dal salto di temperatura fra andata e ritorno, compreso fra 20 e 10 K. Il campo potrebbe essere di maggiore ampiezza, purché compatibile con le caratteristiche progettuali del generatore: sarà cura del costruttore indicare il range di portate ammissibili in modo da consentire al progettista dell’impianto di progettare correttamente il circuito primario, assicurando alla caldaia la portata che il costruttore ritiene valida a evitare ristagni o eccessivi rallentamenti nella circolazione idrica interna, come pure regimi turbolenti che a loro volta possono determinare dannosità. Il dato della potenza elettrica assorbita durante il funzionamento del bruciatore è necessario per il calcolo del rendimento di produzione, calcolo che deve tener conto anche della potenza assorbita dalle pompe di circolazione e da altre apparecchiature, a funzionamento intermittente o continuo, necessarie alla produzione termica e al trasferimento del calore all’utilizzo. I requisiti di rendimento applicabili alle caldaie ad acqua calda, alimentate con combustibili liquidi o gassosi aventi una potenza nominale compresa fra 4 e 400 kW, sono regolamentati dal Dpr 15.11.1996 n. 660, emanato seguendo il regolamento per l’attuazione della direttiva 92/42/CEE. I diversi tipi di caldaie devono rispettare i rendimenti utili indicati nella tabella 4.3 sia a pieno regime, cioè alla potenza nominale che corrisponde alla potenza massima Φn fissata e garantita dal costruttore per una temperatura media dell’acqua nella caldaia di 70 °C, sia al carico parziale del 30%, per una temperatura media dell’acqua diversa a seconda del tipo di caldaia. Ai generatori ad acqua calda viene attribuita la marcatura di rendimento energetico secondo la tabella 4.4, a seconda del rendimento utile conseguito in ambedue le condizioni di prova a regime massimo, cioè alla potenza nominale e a carico parziale. Nel settore dei generatori termici vi è una costante ricerca di semplicità progettuale e funzionale; si tende a scindere l’alimentazione termica dei circuiti secondari mediante scambiatori in modo da ottenere il massimo salto di temperatura sul versante primario, il che permette di realizzare le migliori condizioni per la condensazione, ma si pretende, ovviamente, l’indipendenza delle caratteristiche di portata, prevalenza, Δθ e temperatura dei circuiti secondari; si tende all’inibizione dello scambio ad alcuni secondari durante la prioritaria produzione di acqua calda sanitaria, ma anche alla moderazione di temperatura e portata del primario in assenza momentanea di carico; si tende allo svincolo del gruppo di generazione dal comportamento termico e da quello idronico (pressioni e portate) dei circuiti serviti. In altre parole si concretizzano soluzioni tecniche che garantiscono libertà di progettare circuiti derivati con caratteristiche a piacimento, svincolando anche la caldaia dai problemi di eventuali intasamenti per depositi fangosi, specialmente provenienti da impianti in età. Vi è ora un confine molto labile fra lo studio dei circuiti, compito precipuo del progettista dell’impianto, e la progettazione da parte dei costruttori di apparecchiature che allesti141 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

70 70 70

Caldaie a bassa temperatura*

Caldaie a gas a condensazione

≥ 50 40 30**

≥ 84 + 2 log Φn ≥ 87,5 + 1,5 log Φn ≥ 91 + 1 log Φn

≥ 97 + 1 log Φn

≥ 87,5 + 1,5 log Φn

≥ 80 + 3 log Φn

≥ 80 + 3 log Φn ≥ 83 + 3 log Φn ≥ 86 + 3 log Φn ≥ 89 + 3 log Φn

≥ 84 + 2 log Φn ≥ 87 + 2 log Φn ≥ 90 + 2 log Φn ≥ 93 + 2 log Φn

* *

* * *

* * * *

Requisito di rendimento a carico parziale di 0,3 Φn alla temperatura media dell’acqua ≥ di 50 °C (%C)

*

Requisito di rendimento alla potenza nominale Φn alla temperatura media dell’acqua di 70 °C (%C)

Tabella 4.4 – Requisiti di rendimento alla potenza nominale e al carico parziale di 0,3 Φn.

Marcatura

Rendimento a carico parziale

Espressione del requisito Temperatura media Espressione del requisito di rendimento (%) dell’acqua (°C) di rendimento (%)

* Comprese le caldaie a condensazione che utilizzano combustibili liquidi. ** Temperatura dell’acqua di ritorno alla caldaia.

Temperatura media dell’acqua (°C)

Rendimento a potenza nominale

Tipo di caldaia Caldaie standard

Tabella 4.3 – Rendimento termico utile dei generatori nell’intervallo di potenza da 4 a 400 kW.

Capitolo 4 Scelte impiantistiche e prime verifiche

142

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Scelta del generatore di calore

Acqua calda sanitaria (max 60 °C)

T1

P1

F

Riscaldamento ad alta temperatura (max 60 °C)

Vt T2

Riscaldamento a bassa temperatura

Vm

Figura 4.5 – Impianto composto da una caldaia a condensazione a temperatura e portata variabili, con circuiti di utilizzo che derivano da scambiatori a piastre, alimentati dal circuito primario e resi indipendenti per portata e temperatura. La caldaia e il circuito primario sono esenti dai rischi di gelo e dalla formazione di fanghi, né il comportamento degli impianti derivati influenza in alcun modo la funzionalità del sistema. Legenda – il regolatore T1 pilota la temperatura di mandata del primario, mantenendo, per es., 60 °C; – il flussostato F interviene sul regolatore T1 per incrementare la temperatura di mandata, per es. fino a 85 °C, nel caso di consistenti spillamenti di acqua calda sanitaria; – il regolatore T2 agisce sulla portata dell’elettrocircolatore P1dotato di inverter, mantenendo la temperatura di rientro alla caldaia entro i valori necessari alla condensazione.

scono gruppi termici secondo criteri propri. In proposito vengono qui schematicamente suggerite, alle figure 4.5 e 4.6, soluzioni integrali, con uno o più generatori in serie fra loro, riuniti modularmente e idonei ai cicli a condensazione, con alimentazione termica di diversi scambiatori a piastre a servizio di altrettanti circuiti a diversi regimi termici: riscaldamento a temperatura più elevata o a bassa temperatura, con produzione di acqua calda prioritaria e controllata. Vi è a questo modo la possibilità di collaudo in fabbrica di gruppi polifunzionali con il circuito primario riempito in partenza con liquido antigelo e sigillato, pronto a erogare, a valle del prefabbricato, i servizi termici nella forma e nelle caratteristiche richieste dall’edificio. Un sistema congenere è messo al riparo da ogni eventualità di influenza dei circuiti secondari sulla portata del fluido vettore corrente nella caldaia, ma anche da differenze nelle pressioni in gioco, nella composizione chimica dei fluidi, dal trasporto di fanghi che ine143 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

T1 P1

F

Circuiti riscaldamento ad alta temperatura... cioè alla massima di regime di 60 °C e facoltà di temperature maggiori Valvola di taratura

Circuiti riscaldamento termoregolati

T2

Figura 4.6 – Il gruppo termico descritto alla figura precedente si è qui evoluto quanto a potenza termica poiché abbina due o più caldaie, tutte a condensazione. Anche in questo caso vi è indipendenza fra il sistema primario, la preparazione dell’acqua calda sanitaria e i circuiti derivati.

vitabilmente andrebbero ad accumularsi in caldaia e da altre problematiche ben note agli impiantisti. Si è giunti dunque a una centrale termica completa prefabbricata dal costruttore, riunita in unico involucro. Vi è così tutela per l’eventuale riscaldamento a pavimento, soggetto a danni nel caso di sovratemperature, una difesa ottenibile con il semplice dimensionamento dello scambiatore alimentato dal circuito primario. Il sistema termico tradizionale ad acqua, a portata costante, si trasforma in un sistema a portata variabile che comporta la riduzione del Δθ al diminuire del carico mantenendo la temperatura fissa al ritorno in caldaia, a tutto vantaggio della combustione a condensazione. Il generatore si adegua perciò al carico dei servizi derivati operando contemporaneamente sui regimi di fuoco, sulla portata primaria e sul Δθ. 4.2.7 Gruppi termici domestici La diffusione di servizi termici per le abitazioni ha portato, nei diversi periodi, a privilegiare i sistemi autonomi o quello centralizzato, distraendo talvolta progettisti e costruttori dal conseguimento di livelli accettabili di sicurezza. Chiaramente l’estendersi delle reti di distribuzione del gas all’interno degli edifici, il moltiplicarsi del numero dei fuochi e l’aumentare della potenza complessiva installata sono di per sé altrettanti elementi di incremento del rischio e per questo la scelta di gruppi termici a gas per riscaldamento autonomo può procedere soltanto con l’attuarsi di una particolare oculatezza. 144 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Scelta del generatore di calore

Si distinguono gruppi a combustione di gas per riscaldamento, con o senza produzione di acqua calda sanitaria, nei modelli a basamento (figura 4.1) o sospesi a parete. Un’ulteriore distinzione grossolana riguarda la collegata produzione dell’acqua calda sanitaria, di tipo cosiddetto istantaneo, idonea a servire alloggi con doccia, oppure con accumulo per un servizio più soddisfacente, con scaldacqua incorporato o collegato nell’adiacenza. Dal punto di vista della combustione e del rischio per l’ambiente abitato si possono distinguere le seguenti tipologie: – caldaie a camera aperta, a tiraggio naturale, con cappa rompitiraggio e dispositivo di protezione, focolare comunicante con l’ambiente e sicurezza strumentale; – caldaie funzionanti a tiraggio forzato (definizione in disuso) con ventilatore nel circuito di combustione posto a valle del focolare, con bruciatore a tappeto e focolare comunicante con l’ambiente dal lato aspirazione; – caldaie a camera stagna funzionanti a tiraggio forzato (definizione in disuso) con ventilatore nel circuito di combustione posto a valle del focolare, con bruciatore a tappeto e focolare non comunicante con l’ambiente; – caldaie con ventilatore nel circuito di combustione posto a monte del focolare, con bruciatore ad aria soffiata o a premiscelazione e focolare comunicante con l’ambiente dal lato aspirazione; – caldaie a camera stagna funzionanti con il ventilatore nel circuito di combustione posto a monte del focolare, con bruciatore a premiscelazione e focolare non comunicante con l’ambiente; – caldaie a condensazione, con bruciatore a premiscelazione, nelle due varianti, con aspirazione diretta dall’ambiente oppure, a camera stagna, convogliata dall’esterno (figura 4.1). Il progresso fa constatare un crescendo nel livello di sicurezza, conseguito con il passaggio dal bruciatore a tappeto a quello ad aria soffiata e poi alla premiscelazione. Altro passaggio, non meno importante, si verifica nell’abbandono della camera aperta privilegiando la camera stagna, di pari passo con l’acquisizione di requisiti elevati nel rispetto ambientale e nel risparmio energetico. Non è più ritenuta proponibile oggigiorno l’installazione di caldaie a camera aperta negli ambienti abitati, che comportano rischi per la vita umana e sono caratterizzate, fra l’altro, da basse temperature di uscita dei prodotti della combustione e perciò da limitate prestazioni di tiraggio. Le stesse sono ancor più compromesse dall’inevitabile funzionamento a intermittenza. 4.2.8 Generatori a combustibili solidi e policombustibili Fra i generatori ad acqua calda una menzione a parte va destinata alla tecnica della combustione di legna e derivati. Sono attualmente in commercio caldaie adatte a bruciare sia legna in pezzature notevoli sia spezzoni di legna o legna sminuzzata (cippato) o pellet o addirittura trucioli o segatura o noccioli e mandorle. Il caricamento può essere eseguito sia manualmente sia in modo automatico. La combustione è attivata da elettroventilatori di immissione comburente o aspirazione gas di scarico, 145 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

con il compito anche di evitare fuoruscita di polveri e fumi. I prodotti volatili che si vanno formando nel focolare vengono convogliati a un tunnel di postcombustione ove entrano a contatto con aria comburente secondaria, dosata per bruciare i residui ad alta temperatura, garantendo emissioni all’atmosfera possibilmente rientranti negli standard ambientali. Ciascun modello può essere attrezzato con un bruciatore, per esempio a gasolio, acquisendo i requisiti rispondenti alle norme per tale tipologia, trattandosi di un generatore policombustibili. Il principale problema che si incontra in queste installazioni sta nella difficoltà di limitare le polveri sottili emesse in atmosfera, specialmente nelle centrali termiche di edifici industriali ove si bruciano residui di lavorazione, trucioli e segatura, per esempio. Accorti ed efficaci sistemi automatici di regolazione della combustione sono infatti in grado di dosare con esattezza l’immissione di aria comburente ottenendo una combustione completa e la fuoruscita di fumi conformati secondo i requisiti di norma, ma ciò implica la costanza della natura del combustibile. Accade di sovente invece che l’alimentazione del combustibile sia eterogenea, cioè che i prodotti immessi nel focolare varino di natura e di potere calorifico. Una volta raggiunte condizioni ottimali del volume di fiamma e della miscela combustibile-comburente, i sistemi automatici di alimentazione e di regolazione possono infatti trovarsi ad alimentare tipologie diverse di combustibile e impossibilitati a conservare l’esatta miscela e i regimi termochimici che ne conseguono. Con l’alterazione della miscela, ne risultano variazioni della potenza termica al focolare con alternanze di aria in eccesso o in difetto e regime irregolare, probabile causa dell’emissione all’atmosfera di inquinanti, polveri sottili incluse. A quel punto si renderebbe necessario un ritocco della regolazione, da ripetersi a ogni variazione della natura del combustibile o delle condizioni meteo. Si prospetta tuttavia una valida alternativa con i più evoluti sistemi di regolazione in atto, in grado di adeguarsi al variare delle situazioni acquisendo i dati reali dell’analisi della combustione e agendo automaticamente sui parametri determinanti, come appunto l’apporto controllato di aria comburente. 4.2.9 Il problema dell’acqua calda sanitaria I servizi cui sono dedicati gli impianti termici ad acqua calda sono principalmente costituiti dalla climatizzazione e dalla preparazione dell’acqua calda sanitaria. Si tratta di due servizi diversissimi quanto a caratteristiche termiche: il riscaldamento, con andamento sinusoidale regolare, richiede molta energia a potenza termica limitata; il servizio acqua calda, con andamento saltuario, richiede poca energia, ma a potenza termica notevole, con punte distribuite irregolarmente nell’arco della giornata e dell’anno. Nel settore civile vi sono due campi nettamente distinti che si identificano con: – alloggi serviti da impianti autonomi per riscaldamento e produzione dell’acqua calda sanitaria, con il limite di potenza per ciascun alloggio di 35 kW allo scopo di evitare di assoggettarsi a verifiche e controlli dell’Istituto superiore per la Prevenzione e sicurezza sul lavoro (ispesl); – alloggi serviti da impianti centralizzati per ambedue i servizi suddetti, per i quali la produzione dell’energia termica va effettuata con generatori di calore separati. 146 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Scelta del generatore di calore

Ecco dunque scaldacqua e scaldabagni, una gamma molto vasta, raggruppabile in tipologie caratteristiche: – produttori autonomi ad accumulo, chiamati altresì bollitori a fuoco diretto; – scaldacqua ad accumulo, chiamati altresì scaldabagni; – scaldacqua istantanei o a scambio diretto. Fabbisogno unitario familiare. Vi sono due grandezze, legate fra loro, che caratterizzano la preparazione dell’acqua calda sanitaria: il volume dell’accumulo V (espresso in litri) e la potenza termica utile allo scambio Φ (espressa in watt). All’interno del periodo del massimo fabbisogno, per esempio il sabato pomeriggio negli edifici abitativi, è necessario considerare il maggior prelievo di acqua calda, che corrisponde al riempimento delle vasche da bagno. Il consumo di energia pro capite si può ritenere di circa 5600 Wh durante uno di tali periodi elementari. La quantità di energia erogata dipende dal numero di unità abitative che compongono l’edificio; se si considera per esempio una unità abitativa, il consumo di energia W durante un periodo di punta viene stimato di 11.200 Wh (due bagni completi ogni tre utenti). Naturalmente W non aumenta proporzionalmente al numero di abitazioni e per la valutazione ci si affida a una regola matematica correlata alla probabilità di utilizzo contemporaneo durante il periodo del fabbisogno dp. Tabella 4.5 – Energia per la produzione dell’acqua calda W, volume lordo del serbatoio di accumulo V e potenza termica dello scambiatore Φu, correlata alla durata dp, tenendo conto della potenza necessaria a far fronte alle richieste dei dieci minuti di punta. L’adduzione idrica è prudenzialmente assunta alla temperatura di 10 °C.

N (utenti)

dp (h)

W (Wh)

V (l)

Φu (W)





U (unità)



1/2*

2

2,5

6150

60

2480



1

3

3,0

11.200

100

3875



2

6

3,5

21.320

185

6091



4

12

4,0

41.000

350

10.250



7

21

4,3

68.880

600

16.225



10

30

4,6

94.300

800

20.222



14

42

4,7

126.280

1085

26.850



18

54

4,8

154.980

1350

32.700



24

72

5,0

196.800

1700

39.540



30

90

5,1

233.700

2000

45.600



60

180

5,3

442.800

3810

83.600



100

300

5,5

697.000

6000

126.850

* 1/2 U si riferisce ad alloggi con doccia anziché vasca da bagno.

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Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

Nella tabella 4.5 sono riportati alcuni valori di W in funzione del numero di unità abitative standard U servite da impianto centralizzato e viene indicato il volume dello scaldacqua [2]. La temperatura di entrata dell’acqua fredda è assunta pari a 10 °C, dato prudenziale da adeguare alle realtà rilevate in loco nella stagione fredda. Il periodo del fabbisogno è l’intervallo di tempo in cui si suppone si concentri il maggior consumo di energia per preparare acqua calda e dalla stima dell’energia erogata si può dimensionare la capacità dell’accumulo, in modo da soddisfare le richieste, incluso il passaggio attraverso i periodi di punta. Nel calcolare il volume lordo del serbatoio è opportuno considerare un periodo di preriscaldamento pari alla metà del periodo di fabbisogno; una volta stimata l’energia W si può ottenere la potenza utile allo scambio Φu (energia nell’unità di tempo). Nel caso di edifici funzionalmente diversi dalle abitazioni, destinati ad attività ricettive, comunità, collegi, conventi, colonie, caserme, scuole convitto, centri sportivi e simili, si dovrà procedere considerando le diversità caratteristiche di ciascuna tipologia. Le strutture ricettive, per esempio, sono a loro volta distinguibili in pensioni, hotel, locande, ostelli, motel, meublé, grandi alberghi, residence, camping e altre, ciascuna con proprie particolarità anche per gli aspetti riguardanti il servizio dell’acqua calda sanitaria. Per analizzare le abitudini degli ospiti di edifici per comunità si possono innanzi tutto assimilare casi fra loro analoghi e, per esempio, far assomigliare il collegio all’albergo sulla spiaggia o alla caserma e alla colonia alpina, mentre il camping avrà caratteristiche molto più simili a quelle degli edifici residenziali. Centri sportivi e stadi meritano analisi distinte di volta in volta, distinguendo le attività ove si gioca a squadre (da 30 a 50 docce simultanee negli spogliatoi di calcio o basket) dai servizi con una decina di docce all’ora di un campo da tennis o di un campo da golf a nove buche. Su tutte queste tipologie insistono le variabili dovute alla presenza o meno di lavanderie e cucine servite dalla stessa centrale di preparazione dell’acqua calda. Il dimensionamento degli impianti va eseguito in analogia a quanto esposto in precedenza, con le seguenti precisazioni: – il parametro U, riferito all’unità abitativa standard, può adattarsi alla camera d’albergo a due o tre letti con servizio di vasca da bagno; – una camera, analoga alla precedente, ma dotata del servizio di doccia anziché di vasca, corrisponderà a 1/2 U; – per comunità, collegi, colonie, caserme, scuole convitti, spogliatoi, servizi doccia per stabilimenti industriali o per impianti sportivi, si deve considerare direttamente il numero di utenti, in quanto i momenti di accesso ai servizi sono simultanei per l’intera popolazione servita. Per le unità minori va sempre considerato l’incremento da assegnare al sistema dovuto all’incidenza dell’energia prelevata da un bagno in vasca (5600 Wh). Alla tabella 4.6 sono riportati i dati per alcune tipologie alberghiere, senza considerare i fabbisogni di cucina dei ristoranti in quanto l’acqua calda vi viene prodotta direttamente. La temperatura dell’accumulo di 60 °C è da considerarsi ottimale per la tutela dai fenomeni di corrosione e di incrostazioni calcaree all’interno degli scaldacqua, come pure per 148 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Scelta del generatore di calore

Tabella 4.6 – Portata d’acqua istantanea di alcuni terminali di erogazione. Portata d’acqua (l/s) Pressione Apparecchio minima (kPa) Fredda Calda Miscelata Lavabo

0,10

0,10

0,15

50

Bidet

0,07

0,07

0,10

50

Vasca da bagno

0,20

0,20

0,33

50

Doccia

0,07

0,07

0,10

50

Lavello da cucina

0,20

0,20

0,33

50

Lavatrice

0,15

–

0,15

100

Vuotatoio con cassetta

0,20

0,20

0,33

50

1 2

Contemporaneità (r)

3

Numero utenti (N)

Figura 4.7 – Curve della contemporaneità: 1) edifici con servizi semplici e situazioni normali; 2) edifici con doppi servizi o condizioni più gravose; 3) edifici per collettività a elevato affollamento e coincidenza nei prelievi, come scuole o caserme.

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Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

Tabella 4.7 – Fabbisogno di acqua calda a 40 °C, per persona al giorno, esclusi gli utilizzi per cucina ristorante e inclusi i consumi del personale di servizio. Tipologia alberghiera

Consumo per il semplice alloggio, lavanderia esterna: l/persona × giorno

Consumo per alloggio e servizio lavanderia: l/persona × giorno

Locande con bagni in comune

50-70

100-120

Alberghi con doccia in ogni stanza

80-100

130-160

Alberghi con vasca in ogni stanza

120-160

170-200

Hotel di categorie superiori

140-180

200-240

la difesa dalla legionellosi. La potenza termica di uno scaldacqua a scambio diretto, detto anche istantaneo, si calcola in base alla portata d’acqua massima nel sistema considerato e alle temperature in gioco. Esempio 1 Se dunque si deve servire un alloggio bifamiliare con vasche da bagno si deve considerare la contemporaneità, con sei persone utenti, di almeno due bagni in vasca. La portata istantanea è di 0,66 l/s a 40 °C, come si ricava dalla tabella 4.6. La potenza utile Φu espressa in kW risulta: Φu = q (θu – θf) 3600 × 860-1 dove: q è la portata d’acqua in l/s; θu è la temperatura di utilizzo, come detto 40 °C; θf è la temperatura di adduzione idrica, considerata per la località di montagna di 10 °C. Ne risulta la potenza all’utilizzo: Φu = 82,88 kW e la potenza al focolare, considerando un rendimento globale dell’88,5%: Φ = 93,65 kW A prescindere dal servizio riscaldamento, che può subire una pausa inosservata durante l’erogazione ai bagni, si constata la sproporzione fra la richiesta termica per riscaldamento dell’edificio bifamiliare esemplificato al capitolo 2, che trovasi in zona montana molto esposto alle intemperie, e la richiesta termica per produzione acqua calda. Come già espresso al paragrafo 2.4.5, la potenza termica per riscaldamento è di 8,81 kW, contro i 93,65 kW per un valido servizio acqua calda. Si dirà di più: nella realtà del mercato la potenza termica al focolare degli scaldacqua istantanei domestici viene contenuta nei tradizionali 35 kW, un limite costretto dalle norme per rimanere esenti da numerose limitazioni. 150 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Scelta del generatore di calore

Ciò non può corrispondere a un buon servizio per quanto riguarda il bagno, anche perché il calcolo testé eseguito considera che l’erogazione dell’acqua calda in vasca avvenga senza alcun altro prelievo. Gli scaldacqua a scambio diretto, dunque, si adattano soltanto ad alloggi con doccia, che reclamano potenze termiche ridotte a circa un terzo. Con questo semplice calcolo viene ribadito quanto già annunciato nell’esordio del presente capitolo, laddove è richiamata la normativa che, nel caso di impianti centralizzati, impone l’adozione di accumulatori di acqua calda di adeguata capacità. Per risolvere è necessario ricorrere a un gruppo della tipologia proposta alla figura 4.1 che comprende uno scaldacqua ad accumulo da 120 litri alimentato termicamente da una caldaia della potenza di 32 kW. A sua volta la tabella 4.5 indicherebbe un accumulatore da 185 litri con una potenza di scambio di soli 6,09 kW. Un calcolo di verifica farà constatare la sufficienza di ambedue le condizioni, essendo il gruppo termico in grado, nel tempo dell’erogazione, di far fronte alla richiesta utilizzando l’accumulo e producendo direttamente la differenza. Esempio 2 Se si vuol considerare un edificio residenziale di 30 alloggi, con doppi servizi, la potenza dell’eventuale scaldacqua a scambio diretto si ricaverà dalla sequenza cui alla formula: Q=Nqr con il numero di utenti N pari a 90 per i 30 alloggi, q pari a 0,33 l/s e la contemporaneità r pari a 0,22 come rilevato da figura 4.7, Φu risulta pari a 820 kW: una potenza enorme, che comporterebbe, con un rendimento globale del 90%, una potenza al focolare dell’ordine di 900 kW. Con tutta evidenza si dovranno orientare le scelte verso sistemi ad accumulo di grande capacità: la tabella 4.5 suggerisce un volume di accumulo di 2000 litri con una potenza utile di scambio di 45,6 kW (potenza al focolare dell’ordine di 60 kW). 4.2.10 Rendimento globale medio stagionale limite L’aver scelto modello e taglia del generatore (o della pluralità dei generatori) consente di calcolare fin d’ora il rendimento globale medio stagionale limite del sistema impiantoedificio, che risulta dalla formula espressa al punto 5 dell’allegato C al Dlgs 192/2005: ηg = (75 + 3 log Φun)% Essendo Φun la potenza utile nominale del generatore, per esempio 32 kW, ηg = 79,5% Per valori di Φun superiori a 1000 kW la formula precedente non si applica e la soglia minima per il rendimento globale medio stagionale è pari a 84%. 151 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

4.3 Il terminale La scelta del corpo scaldante risulta fondamentale per il benessere degli utenti, in coincidenza con il corretto impiego dell’energia. È qui necessario riprendere un concetto di base sulla trasmissione del calore: essa può attuarsi per conduzione, convezione o irraggiamento. La trasmissione per conduzione non è praticabile per i sistemi di riscaldamento, a meno di considerare la boule, poiché avviene per contatto diretto, come quando si appoggia la mano su una superficie a temperatura diversa. Tutti i corpi scaldanti operano per convezione o per irraggiamento, spesso in combinazione fra loro [2]. Il sistema radiante per eccellenza è rappresentato da pannelli o tubazioni annegati nelle strutture (riscaldamento a pavimento ecc.). Il sistema a convezione per eccellenza è invece rappresentato dal riscaldamento ad aria, o termoventilazione, che comporta il riscaldamento dell’aria in sito apposito (termoconvettore, ventilconvettore ecc.) a una temperatura maggiore rispetto all’ambiente. L’aria stessa funge da vettore termico e trasporta il calore dal corpo scaldante (batteria di scambio) al locale, per tornare poi a riscaldarsi. Il sistema a convezione reclama inevitabilmente un salto di temperatura, che determina un gradiente termico, non trascurabile anche nei locali di altezza limitata (figura 2.2 b).

Tabella 4.8 – Graduatoria qualitativa del comfort per alcuni modelli di corpo scaldante. Punteggio

Terminale riscaldante

θ superficiale θ media del o di immissione termovettore aria

Gradiente termico



1

Aerotermi

80°C

50°C

Altissimo



2

Termoventilazione con batteria a temperatura elevata

70°C

50°C

Altissimo



3

Termoventilazione (ventilconvettori) con batteria a bassa temperatura

50°C

30°C

Alto



4

Tubi nervati ad alta temperatura

80°C

50°C

Alto



5

Radiatori ad alta temperatura e termoconvettori

80°C

40°C

Medio



6

Termostrisce pensili

80°C

50°C

Basso



7

Radiatori a media temperatura

50÷60°C

40÷50°C

Basso



8

Radiatori a piastra a bassa temperatura

40÷50°C

30÷40°C

Trascurabile



9

Pannelli radianti annegati nelle pareti

30÷35°C

26÷28°C

Trascurabile



10

Pannelli radianti annegati nel pavimento

30÷35°C

26÷28°C

Quasi nullo

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Il terminale

Il riscaldamento radiante, per converso, agisce direttamente, senza intermediario alcuno, e limita molto meglio i fenomeni di stratificazione, ponendosi così al primo posto quanto a comfort. La temperatura dell’ambiente è costante a tutti i livelli (figura 2.2 a), evitando il freddo ai piedi particolarmente fastidioso nei locali con pavimento esposto (esempio: il portico se sottostante) o comunque laddove si esaltino i moti convettivi. Certamente non esiste un sistema perfettamente radiante (è possibile nel vuoto), perciò ogni tipologia di terminale trasmetterà per irraggiamento e convezione in mixing diversi. Si può costruire (tabella 4.8) una scala indicativa del comfort, graduata da 1 a 10 a seconda del tipo di trasmissione e delle temperature in gioco, nel campo degli impianti ad acqua calda. Se ne trarranno opportune analogie per i generatori d’aria calda e per il riscaldamento a vapore o ad acqua surriscaldata. 4.3.1 Rendimento di emissione per i differenti terminali Riguardo al rendimento di emissione, di cui si è accennato al paragrafo 2.4.3, una volta scelto il corpo scaldante ci si atterrà alla tabella 4.9 (prospetto III della UNI 10348). Il rendimento risulta dal rapporto fra quantità di energia richiesta dalla zona termica esaminata in condizioni ideali ed energia fornita dal terminale di erogazione in condizioni reali: ηem = QH / Qhae Ponendo i sistemi a convezione nella posizione più elevata della classifica dei rendimenti, la UNI CTI ha probabilmente trascurato di valutare alcuni elementi non secondari. Fra questi la maggior stratificazione, che comporta accumulo termico negli strati alti e inabitati del locale, e – ancor più rilevante – il consumo di energia elettrica necessario alla funzionalità Tabella 4.9 – Valori convenzionali del rendimento di emissione secondo UNI 10348. Terminale di erogazione

ηe

Termoconvettori

0,99



Ventilconvettori

0,98



Bocchette aria calda

0,97



Radiatori *

0,96

Pannelli radianti isolati dalle strutture **

0,97

Pannelli radianti annegati nelle strutture **

0,95



* Riferito a una temperatura di mandata dell’acqua di 85°C, a un’installazione su parete divisoria interna, oppure a ridosso di una parete esterna ben isolata e con presenza di superficie riflettente sul lato interno. In assenza di superficie riflettente il valore riportato deve essere diminuito di 0,02. In presenza di parete esterna non isolata (U > 0,8 W/m2K) il valore deve essere ulteriormente ridotto di 0,04. Per temperatura di mandata dell’acqua di 65 °C il valore del prospetto deve essere incrementato di 0,03; le altre correzioni assumono gli stessi valori. ** Riferiti a un’installazione tra ambienti riscaldati oppure in una struttura muraria isolata esternamente e avente un coefficiente globale di trasmissione termica minore di 0,8 W/m2K.

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Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

dei ventilconvettori. Il fatto che una parte del calore prodotto risulti inutilizzato comporta anche l’inevitabile sovradimensionamento e sovrautilizzo del corpo scaldante e del sistema. Il consumo di energia elettrica, ancorché destinato a trasformarsi interamente in calore utile ceduto all’ambiente (ventilconvettore), va considerato nel comparto dell’energia primaria, tenuto conto che per piccoli locali, con ventilconvettori dimensionati, ad esempio, per la climatizzazione estiva, l’energia elettrica consumata nell’intera stagione invernale può raggiungere valori dell’ordine del 20% dell’energia spesa e di oltre il 50% del costo di esercizio. La UNI 10348, d’altra parte, trascura di graduare, per termoconvettori e ventilconvettori, il rendimento in relazione alla temperatura dell’acqua in circolazione nel sistema, rendendo la classificazione abbastanza discutibile. Pertanto è da ritenere che la tabella 4.9 necessiti di essere riveduta e corretta, salvo le interpretazioni che ciascun progettista riterrà più realistiche. Nell’interpretazione della tabella va tenuto conto che la UNI, ad esempio, assegna al radiatore un rendimento relativamente basso (96%) riferito alla “temperatura di mandata dell’acqua di 85 °C”. A parità di condizioni, la riduzione fino al valore di 65 °C comporta un incremento del rendimento di tre punti percentuali. L’assunzione del rendimento di emissione ha importanza per l’intera stagione invernale e di conseguenza si valuterà la temperatura dell’acqua non già alle condizioni (limite) di progetto, bensì a quelle medie della stagione stessa, con oscillazioni fra i valori minimi (ambiente) e massimi (progetto). Si adotterà di preferenza un sistema di regolazione modulante. È credibile, senza affrontare lunghissimi calcoli, che un radiatore progettato per una temperatura di “mandata dell’acqua” di 85 °C 2 funzioni correntemente a una media stagionale (di mandata) ben minore di 65 °C e probabilmente prossima a 50 °C. Quanto al rendimento indicato dalla UNI 10348 per i pannelli radianti annegati nella struttura, è da pensare a stranezze che possano aver influenzato il comitato normatore. È chiaro che le perdite di emissività di un pavimento radiante sono di gran lunga minori di qualsiasi altro sistema, ma sono possibili maggiori dispersioni verso locali sottostanti non riscaldati o verso il terreno, oltre che verso il perimetro esposto. Casi, questi, che non possono essere mediati come invece fa la tabella, a meno di non distinguere le diverse tipologie edilizie inserendo variabili come il fattore di forma S/V e la presenza di più piani riscaldati. Nella realtà di ciascun progetto va considerata la situazione che si presenta, non certamente le medie. 4.3.2 Il radiatore In qualunque caso di confronto fra diversi sistemi o di assegnazione di rendimenti si devono considerare installazioni a regola d’arte come quelle riportate di seguito per i radiatori. Poiché è necessario limitare al minimo la formazione di uno strato d’aria fredda in prossimità del pavimento, il radiatore va installato quanto più basso possibile, non tanto però

È inconsueta la valutazione del rendimento in base alla temperatura di mandata dell’acqua: ci si dovrebbe infatti riferire alla temperatura media del corpo scaldante interessato. 2

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Il terminale

da ostacolare le pulizie domestiche. La collocazione in nicchia sottofinestra, divenuta la più comune e razionale fra le soluzioni, va eseguita lasciando opportuni spazi ai lati e nel senso dell’altezza, come rappresentato in un esempio tipico alla figura 4.8. Di vitale importanza, per evitare spreco di energia, è lasciare almeno 20 mm d’aria fra il radiatore e la parete retrostante, come pure rinforzare convenientemente l’isolamento termico della quota di parete prospiciente il radiatore stesso (fondo nicchia). Ciò va attuato a)

b)

1) Davanzale 2) Intonaco

Davanzale 30 120 900

3) Rete di ancoraggio 4) Isolante termico 5) Parete strutturale 6) Intonaco esterno

600 150

150

150

Misure in mm

c)

Figura 4.8 – a) Il radiatore va installato nel rispetto di aggetti che possano ostacolare la libera circolazione dell’aria, adottando le misure tipicamente valide per l’installazione in nicchia sottofinestra; b) i moti convettivi che trasferiscono il calore dal radiatore all’ambiente devono essere facilitati con opportune sezioni di passaggio libero; c) esempio di installazione di un radiatore a piastra d’acciaio a parete: si notino i raccordi alla rete di distribuzione sottopavimento che non comportano scassi nella muratura (foto: Rehau).

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Capitolo 4

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con opportuni materiali coibenti, tenendo conto del minore spessore di tamponamento disponibile in conseguenza della realizzazione della nicchia: non va dimenticato, infatti, che quella parte di parete tende a scambiare molto di più con l’esterno, tenuto conto della diversa temperatura superficiale interna dovuta all’effetto radiante anche verso il retro. Opportuna risulta l’adozione di materiali o di trattamenti in grado di rendere riflettente la superficie rivolta verso l’apparecchio, seguendo dunque l’indicazione della tabella 4.9. È appena il caso di ricordare che il radiatore deve rimanere libero: i troppi modelli di mobiletto copriradiatore servono soltanto a ridurre l’emissività e a reclamare maggior temperatura del termovettore a parità di altre condizioni. Con maggiori temperature ci si deve aspettare la formazione dei cosiddetti baffi neri e l’annerimento delle pareti, dovuti all’effetto di tostazione del pulviscolo atmosferico, evitabile soltanto con regimi termici modesti. Un’altra punizione immeritatamente inflitta al radiatore viene dalla sovrabbondanza di tendaggi. È intuitivo per chiunque il fatto che l’infagottare il radiatore, impedendo all’aria di circolare, non faccia che ridurre le sue prestazioni e incrementare lo scambio termico con l’esterno. Le tende, se ci sono, vanno quindi tenute scostate e le spese di investimento per i copriradiatori vanno sostituite con l’incremento delle dimensioni del corpo scaldante, consentendo così minori temperature di esercizio, come si è detto. 4.3.3 I sistemi radianti Per completare il senso della tabella 4.9, dopo le considerazioni sui corpi scaldanti più noti, i radiatori appunto, si può accennare alle distinzioni riguardanti il riscaldamento radiante, caratterizzato dal maggior grado di comfort ambientale; ciò è possibile grazie alla diminuzione dei moti convettivi negli ambienti riscaldati, alla minore temperatura superficiale (che si traduce in un più contenuto shock termico rispetto al corpo umano), alla riduzione degli ingombri nel locale e al miglioramento dell’umidità relativa, correlata alla minore temperatura dell’aria a parità di temperatura operante (figura 4.9). Si dovrà tenere presente l’andamento della temperatura nella sezione verticale dell’ambiente esaminato, come rappresentato alla figura 2.2, che confronta i quattro sistemi caratteristici del riscaldamento radiante e convettivo. I sistemi radianti più diffusi si identificano nei modelli a pavimento e in quelli a soffitto. Si può già considerare la notevole differenza di comportamento fra i primi, a elevata inerzia termica, e i secondi a bassa inerzia. Si vanno diffondendo tuttavia sistemi radianti a pavimento a inerzia termica medio-bassa con parquet in fibra di legno prefinito e spessori nel complesso contenuti in dimensioni che è necessario rispettare nei casi di ristrutturazione di immobili o in casi particolari (fig. 4.10). Analoghi ai sistemi a soffitto sono considerati quelli a parete, tutti raggruppabili nei modelli: – con serpentini annegati nei corpi opachi perimetrali, generalmente in cartongesso applicato alle pareti o ai soffitti (figure 4.11 e 4.12); – pannelli metallici pensili; – controsoffitti riscaldanti realizzati con tubazioni e serpentini direttamente collegati agli elementi modulari del controsoffitto medesimo. 156 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il terminale

Figura 4.9 – Il pavimento radiante consente il massimo comfort ambientale con limitazione delle perdite termiche in relazione all’assenza di gradiente termico (Caleffi).

Il modello rappresentato alla figura 4.12 si compone di un pannello in cartongesso e uno in polistirene espanso e appartiene all’euroclasse di reazione al fuoco Bs1d0. Nel cartongesso è inserito un serpentino di tubo plastico organizzato modularmente e disposto trasversalmente all’asse di sviluppo del cartongesso, il che consente il taglio del pannello in pezzi più piccoli soddisfacendo così diverse esigenze dimensionali. Si compie in tal modo l’integrazione all’isolamento termico e la sostituzione dell’intonaco, senza limitare la facoltà di alloggiamento degli impianti elettrici. I pannelli vengono fissati alle strutture edilizie con l’avvitamento a normali profili metallici da cartongesso, nel rispetto degli standard dimensionali. 157 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Scelte impiantistiche e prime verifiche

Figura 4.10 – Pavimento radiante in parquet di fibra di legno con serpentini a secco, posati su isolante prefabbricato in sughero o altro materiale coibente e fonoassorbente (Floortech).

a)

b)

Figura 4.11 – Controsoffitto radiante con serpentini da annegare nel corpo opaco in cartongesso. Il sistema è sostenuto da una intelaiatura in profili metallici: a) serpentini in fase di montaggio con la struttura di sostegno in vista; b) controsoffitto completo, che svolge anche funzioni di fonoassorbenza e ospita i corpi illuminanti (Proter Imex).

Altri sistemi costruttivi consistono nell’annegare nella soffittatura o nella controsoffittatura le tubazioni riscaldanti, installate in apposite gole o agganciate ad appositi sostegni in modo da formare una soffittatura continua e fonoassorbente, dotata di minima inerzia termica. La temperatura della superficie di emissione va tenuta sotto controllo e non deve superare determinati limiti in relazione alla distanza dal corpo umano, come si vede alla tabella 4.10. La relazione fra temperatura media del fluido e temperatura superficiale dipende dal tipo di corpo scaldante, e dunque dai materiali che lo compongono, dalla sezione e dal passo delle tubazioni, dal modello di trasmissione del calore adottato. La tabella 4.10 ha pertanto valore indicativo: la relazione fra la temperatura media del fluido e quella superficiale può variare anche notevolmente. Per i soffitti e le pareti riscaldanti con tubazioni annegate sotto intonaco vanno considerati, inoltre, gli effetti prodotti sui materiali edilizi dalla continua alternanza delle temperature, 158 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il terminale

Figura 4.12 – Prefabbricato a pannellature sandwich in cartongesso con serpentini incorporati per la composizione di controsoffitti o pareti radianti. Il sistema comprende fasce longitudinali che fanno da collettori dei corpi scaldanti (o di raffreddamento) posti fra loro in parallelo (Planterm). Tabella 4.10 – Riscaldamento radiante a soffitto. Relazione fra la temperatura media della superficie radiante e la distanza minima dal pavimento, per ambienti con persone in riposo o impegnate in attività leggere. Temperatura media del fluido riscaldante (°C) 40 45 50 55 60

Temperatura superficiale radiante (°C) 34 38 42 46 50

Distanza minima dal pavimento (m) 2,50 2,70 2,85 3,00 3,10

con le dilatazioni, connesse alla probabilità del verificarsi di crepe negli intonaci. Altro effetto di difficile contenimento risulta la dispersione termica verso l’alto, calore utilizzabile al piano superiore, se esiste, purché si risolvano le implicazioni di calcolo progettuale e di divisione degli oneri gestionali che ne possono conseguire. Difetti impliciti del sistema restano in ogni caso quelli conseguenti alla mescolanza costruttiva di impianti e strutture edilizie, con la necessità di coordinare imprese differenti, senza dimenticare che la vita media degli impianti è ben diversa e ridotta in confronto a quella delle strutture murarie; quest’ultimo aspetto implica che sin dal primo progetto occorre prepararsi alle eventuali demolizioni edilizie che ne possono conseguire. 159 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Più pratici e attuali, disponibili in commercio, svincolati dalla struttura edilizia e quindi accessibili e manutenibili risultano dunque i prefabbricati e i pannelli pensili, sostanzialmente smontabili, fra i quali si possono annoverare le termostrisce radianti rappresentate alle figure 4.13 e 4.14. Si tratta di una tipologia assai diffusa nel riscaldamento di edifici aperti al pubblico, negli stabilimenti industriali, nelle officine meccaniche e in altri ambienti di dimensioni medio-grandi. Si considerano dunque i controsoffitti a funzione mista (fonoassorbenza, riscaldamento radiante e finitura estetica del locale), disponibili in sistemi sotto intonaco e in sistemi a piastre o doghe fonoassorbenti. Altro prodotto-sistema, anch’esso con modelli diversi, consiste in un’intelaiatura tubolare appesa al soffitto del locale, alla quale vengono fissate, mediante graffe metalliche, le piastre modulari forellate portanti superiormente i pannelli isolanti termoacustici. Un esempio alla figura 4.15. Si può ribadire che anche il soffitto radiante a pannelli o a doghe in alluminio, oltre a svolgere le funzioni di riscaldamento dei locali e di assorbimento acustico, può prestarsi al raffrescamento estivo, facendo scorrere in rete acqua fredda a temperatura rigorosamente controllata (per evitare fenomeni di condensa). È inoltre possibile realizzare un sistema di

Figura 4.13 – Esempio di ambientamento di termostrisce radianti (Sabiana).

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Il terminale

Legenda 1) attacco filettato maschio 2) attacco scarico acqua 3) attacco sfiato aria 4) collettore di testata, iniziale o finale 5) tubo in acciaio 6) piastra radiante in acciaio 7) traversa di sospensione 8) materassino isolante

9) bordatura laterale 10) reggette di fissaggio del materassino 11) scossalina anticonvettiva (su richiesta) 12) squadretta di sostegno della scossalina 13) bicchieratura dei tubi per facilitare l’accoppiamento 14) coprigiunto in acciaio con mollette di fissaggio

Figura 4.14 – Vista prospettica di una termostriscia radiante del modello di figura 4.13.

condizionamento dell’aria, immettendo l’aria stessa nell’intercapedine superiore, purché tutte le superfici da essa lambite siano rifinite, lisce e agevolmente accessibili per pulizia. In questo caso, i pannelli termoacustici saranno disposti in modo da lasciare libere le fessure fra le doghe metalliche, dalle quali l’aria condizionata potrà diffondersi all’ambiente. Esaminiamo ora il riscaldamento a pavimento, il migliore per comfort ambientale ed emissività e con rendimento senz’altro superiore rispetto a qualsiasi altra soluzione, con buona pace della UNI 10348 per quanto indicato e riportato alla tabella 4.9, che relegherebbe i pannelli radianti annegati nelle strutture alla posizione peggiore. Si devono innanzi tutto distinguere tre modelli di pavimento riscaldante, come descritto alla figura 4.16 tratta dalla UNI EN 1264 edita nell’ottobre 1999: – tipo A, con tubi riscaldanti nello strato di supporto; – tipo B, con tubi riscaldanti sotto lo strato di supporto, alloggiati nello strato isolante termico; – tipo C, con tubi riscaldanti in uno strato sottostante quello di supporto, chiamato strato livellante. 161 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Figura 4.15 – Elementi prefabbricati per soffitto radiante destinato al riscaldamento invernale e al raffrescamento estivo (Zent-Frenger, Hoppenheim).

La norma medesima consente il dimensionamento dell’impianto radiante tenuto conto del tipo di pannello adottato, del diametro dei serpentini e dell’interasse fra le spire, della natura e degli spessori dei corpi trasmittenti e degli isolanti termici, e delle temperature in gioco: temperatura dell’acqua entrante, salto termico fra entrata e uscita da ciascun serpentino, temperatura ambiente. La curva caratteristica di base è rappresentata alla figura 4.17, che correla l’emissività con la temperatura media superficiale. In ascissa si legge lo scostamento medio della temperatura superficiale del pavimento rispetto all’ambiente, ricavando direttamente in ordinata l’emissione aerica. A sua volta, l’emissione va limitata affinché la temperatura superficiale non superi il valore di 28-29 °C, da considerare quale limite nelle condizioni di progetto. L’unica eccezione ammessa riguarda la zona periferica del pavimento di ciascun locale o di locali di passaggio, dove la temperatura superficiale media può raggiungere 30 °C e più.

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Il terminale

Tipo A

1 2 3

Tipo B

1 2 3

4

4

5

7 5

6

6

Tipo C

1

Legenda

2

1) rivestimento del pavimento 2) strato di supporto 3) tubo riscaldante 4) strato di protezione 5) strato di isolamento 6) soletta portante 7) elemento conduttivo addizionale 8) strato di separazione 9) strato livellante

8 3 9 4 5 6

Figura 4.16 – I tre tipi di pavimento riscaldante distinti dalla norma europea UNI EN 1264. 300

Figura 4.17 – Curva caratteristica di base di un pavimento riscaldante: in ascissa è riportato il salto di temperatura fra la media superficiale del pavimento e l’ambiente (in K), in ordinata l’emissività (in W/m 2 ). Con la temperatura ambiente di 20 °C e la media superficiale di 28 °C, lo scostamento medio è di 8 K e l’emissività del pavimento risulta di circa 87 W/m2.

Emissione areica (W/m2)

200

100

50 40 30 20

10

1

3 2 4 5 10 20 Scostamento medio della temperatura superficiale del pavimento rispetto all’ambiente (K)

30

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4.4 La rete di distribuzione Fin da questa prima fase progettuale è opportuno identificare quale tipo di rete di distribuzione verrà costruita [2]. Schematicamente si distinguono le principali tipologie: – a pioggia (figura 4.18); – a sorgente (figura 4.19); – a sifone (figura 4.20). Qualsiasi altro tipo di circuito risulta dalla combinazione delle tipologie suddette. In edilizia abitativa, le tubazioni della gran parte degli impianti corrono sotto i pavimenti. Si tratta di una soluzione resa obbligatoria dalla configurazione edilizia e dalla necessità di servire ciascun alloggio con un proprio circuito. Infatti negli edifici plurifamiliari è raccomandata o imposta l’adozione di sistemi di misura dei consumi di ogni alloggio (contacalorie) e a questo fine vi deve essere per ogni utenza un unico punto di derivazione dalla rete generale dove poter alloggiare il misuratore. Per l’edilizia abitativa plurifamiliare ci si allontana così dagli schemi base rappresentati alle figure 4.18, 4.19 e 4.20, mentre si affermano schemi del tipo a sorgente con circuiti di zona derivati a ogni piano (figura 4.21), soluzione molto elastica che consente, in prospettiva, di

Figura 4.18 – Impianto a pioggia: è lo schema più antico, originariamente destinato alla circolazione naturale. Nei circuiti con pompa l’acqua tende a circolare, per effetto naturale, anche dopo l’arresto della stessa. Da un unico punto di scarico si ottiene il completo svuotamento di tutto il sistema.

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La rete di distribuzione

RV: regolatore di velocità

Figura 4.19 – Impianto a sorgente. I dorsali principali corrono tipicamente a soffitto del piano cantine e le colonne montanti si rastremano verso l’alto. Rispetto allo schema precedente, la circolazione naturale risulta meno favorita, ma anche qui da un unico punto di scarico si può ottenere il completo svuotamento. In questo caso sono state adottate valvole termostatiche per ogni radiatore e autoflow nel by-pass [3, 4].

Figura 4.20 – Impianto a sifone. È nato come soluzione di ripiego, ad esempio per servire i radiatori di un edificio esistente installando i dorsali di distribuzione nella soffitta, senza necessità di rottura dei pavimenti. La circolazione naturale è impedita o avviene casualmente. Lo svuotamento dell’impianto deve essere effettuato al piede di ciascuna colonna.

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Figura 4.21 – Impianto di riscaldamento centralizzato. Ciascun alloggio è servito da un proprio anello con circuito compensato. Lo stacco dalla colonna è intercettabile e in quel punto viene ospitato il contacalorie.

passare da sistemi centralizzati a impianti autonomi o viceversa, come pure di allacciarsi al teleriscaldamento. Molto diffusi sono i sistemi a collettore di distribuzione, rappresentati schematicamente alla figura 4.22, nei quali l’equilibratura di ogni singolo corpo scaldante viene eseguita con valvole di regolazione micrometriche. Per ottenere un discreto risultato è comunque necessario un calcolo accurato, con diversificazione dei diametri delle tubazioni, per mantenere la portata d’acqua, e dunque il ∆θ fra andata e ritorno, entro valori accettabili e paragonabili fra loro. Le varianti al tipo di circuito rappresentato alla figura 4.21 sono numerose e guidate da scelte di fondo, come esemplificato alla successiva figura 4.23. Si può notare che nel caso c) l’intercettazione di un corpo scaldante comporterebbe l’arresto di tutta la zona: è possibile adottare uno schema siffatto negli impianti a termoconvettori dotati di regolazione sull’aria (serranda) anziché di valvola sull’acqua. Tutti i circuiti monotubo, come appunto quelli delle figure 4.23 b) e c), richiedono un calcolo piuttosto sofisticato con determinazione della temperatura media dell’acqua di ciascun corpo scaldante per poter procedere al suo corretto dimensionamento. È opportuno adottare alcuni accorgimenti, ad esempio nello scegliere il percorso dell’anello in modo da servire per primi i corpi scaldanti dei locali più esposti [3], e prestare attenzione alle giunzioni sotto il pavimento. 166 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

La rete di distribuzione

Figura 4.22 – Gli impianti centralizzati, con circuiti di zona derivati da collettore, rientrano nella famiglia “a sorgente”. Inevitabilmente vi si formano sifoni che rendono difficoltoso lo svuotamento [5].

La saldatura, dopo opportuni collaudi, può essere considerata affidabile e perciò può essere accettata anche per impianti non in vista; tuttavia garanzie reali nel tempo sono fornite soltanto da impianti con giunti ispezionabili, come quelli delle figure 4.22 e 4.23 c). Per una parte delle regioni italiane è inoltre necessario considerare il rischio di gelo. Durante la costruzione degli edifici, finiti gli impianti, si esegue la prova idraulica; in seguito l’impianto va vuotato, evitando così il rischio di rotture dovute al congelamento dell’acqua stagnante nelle tubazioni. Vi sono tipologie impiantistiche che non consentono lo svuotamento completo, come si vede alle figure 4.20, 4.22 e 4.23, ma quando il percorso orizzontale è esteso possono permanere sacche d’acqua anche nelle tipologie impiantistiche di forma in sé predisposta allo svuotamento. Se si vogliono scongiurare sorprese, come per esempio perdite d’acqua sotto i pavimenti finiti, gravissime al momento dell’avviamento definitivo dell’impianto, è dunque necessario soffiare le tubazioni a una a una con un compressore d’aria adatto e opportunamente raccordato. 167 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Scelte impiantistiche e prime verifiche

a)

b)

c)

Legenda

a) circuito normale a sorgente, analogo a quello di figura 4.21 b) circuito monotubo con raccordo Venturi sull’attacco di ritorno c) circuito monotubo con corpi scaldanti in serie fra loro: si adotta preferibilmente al caso di termoconvettori dotati di propri regolatori a serranda, evitando valvole e detentori

Figura 4.23 – Circuiti di zona: varianti rispetto alla figura 4.21. Per comodità di disegno la colonna di ritorno è rappresentata discosta da quella di andata.

4.4.1 Coibentazioni Le reti di distribuzione degli impianti di riscaldamento, ovunque correnti, vanno isolate termicamente. La norma UNI 10348 consente di determinare empiricamente il rendimento termico di distribuzione di ciascun impianto, sulla base della tipologia e della dimensione dell’edificio, ma senza considerare appieno il tipo di impianto. La norma stessa tuttavia dà per scontato che le coibentazioni vengano eseguite secondo la legge e precisamente secondo l’allegato B del Dpr 412/93, ove sono fissati gli spessori del materiale isolante a seconda del diametro esterno della tubazione da rivestire e della qualità del materiale coibente (tabella 4.11). 168 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

La rete di distribuzione

Tabella 4.11 – Spessore minimo degli isolanti termici in funzione del diametro esterno e della qualità del materiale coibente (Dpr 412/93, all. B)* Conduttività termica utile isolante < 20 (W/mK) 0,030 0,032 0,034 0,036 0,038 0,040 0,042 0,044 0,046 0,048 0,050



13 14 15 17 18 20 22 24 26 28 30

Diametro esterno della tubazione (mm) 20÷39

40÷59

60÷79

80÷99

> 100

19 21 23 25 28 30 32 35 38 41 44

26 29 31 34 37 40 43 46 50 54 58

33 36 39 43 46 50 54 58 62 66 71

37 40 44 47 51 55 59 63 68 72 77

40 44 48 52 56 60 64 69 74 79 84

* Gli spessori possono essere ridotti nei casi B e C descritti nel testo e rappresentati alla figura 4.15.

Figura 4.24 – Sono qui rappresentati i tre casi che comportano diverse esigenze di coibentazione, come descritto nel testo (fonte: Emmeti).

Si distinguono tre casi, schematizzati alla figura 4.24 Caso A. Le tubazioni delle reti di distribuzione dei fluidi caldi devono essere coibentate con materiale isolante il cui spessore minimo è fissato dalla tabella 4.11 in funzione del diametro della tubazione espresso in millimetri e della conduttività termica utile del materiale isolante espressa in W/mK, alla temperatura di 40 °C. 169 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Caso B. I montanti verticali devono essere posti all’interno dell’isolamento termico dell’involucro edilizio, dunque verso l’interno del fabbricato; i relativi spessori minimi dell’isolamento, che risultano dalla tabella 4.11, vanno moltiplicati per 0,5. Caso C. Per tubazioni correnti entro strutture non affacciate all’esterno né sui locali non riscaldati, gli spessori indicati nella tabella 4.11 vanno moltiplicati per 0,3. 4.4.2 Rendimento di distribuzione Per il calcolo esatto dell’energia scambiata fra una tubazione e l’ambiente circostante si adotterà il metodo di calcolo descritto dalla UNI 10347, che coinvolge tutti i parametri di interesse. Si tratta di un calcolo completo cui il progettista può ricorrere in caso di analisi precisa del fenomeno. Note le perdite e l’energia in gioco, si può ricavare il rendimento. Per le esigenze di progettazione “secondo legge” sarà invece sufficiente avvalersi dei dati empirici forniti dalla UNI 10348, punto 6.1. In quella versione la UNI trascura diversi presupposti tecnici e fornisce valori del rendimento di ipotetiche reti di distribuzione indipendentemente dai parametri di riferimento. Il rendimento viene correlato all’estensione della zona servita, con scarse connessioni alla tipologia impiantistica adottata e ai percorsi di differente incidenza dimensionale (monotubo, circuiti compensati, distribuzioni ad anello ecc.). Viene prevalentemente presa in considerazione la dimensione edilizia, piuttosto che la tipologia impiantistica. Nei confronti del regime di temperatura dei sistemi adottati, ∆θ (fattore diretto della quantità di calore dissipata) viene costantemente tralasciato, né si risolve l’intera estensione della legge 10/91, che si rivolge a tutte le tipologie edilizie – dal capannone industriale alla casupola – e dunque a tutte le tipologie impiantistiche e a tutti i regimi termici dei fluidi Tabella 4.12 – Rendimento di distribuzione per impianti costruiti e coibentati a regola d’arte nell’ipotesi che contempla l’installazione del generatore termico all’interno dell’edificio considerato. Tipo di edificio Volume (m3) 5

Altezza edificio (m) 15

25

a, c

1000 5000 10.000 15.000 20.000

0,96 0,96 0,97 0,97 0,98

0,95 0,95 0,96 0,96 0,97

0,94 0,94 0,95 0,95 0,96

b

1000 5000 10.000 15.000 20.000

0,95 0,93 0,91 0,89 0,86

0,94 0,93 0,92 0,90 0,87

0,94 0,93 0,93 0,91 0,88

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Regolazione degli impianti di riscaldamento e correttezza dei circuiti

vettori. Fondamentale, nel contenimento delle perdite in gioco, è la temperatura in rete che determina il salto di temperatura fra il fluido caldo e l’ambiente a contatto: ed ecco un altro buon motivo per mantenere la temperatura dei circuiti intorno a 40-50 °C, 60 al massimo! Non resterà al progettista che ricavare analogie soddisfacenti dal prospetto IV della UNI 10348 (tabella 4.12) oppure ritornare alla UNI 10347. In questa tabella, che sembra considerare soltanto la più comune edilizia abitativa, vengono distinte tre tipologie d’edificio: a) edifici nei quali le colonne montanti e i raccordi con i terminali di erogazione sono totalmente situati all’interno degli ambienti riscaldati e le tubazioni orizzontali che collegano la centrale termica alle colonne montanti sono disposte a piano interrato; b) edifici nei quali le colonne montanti e i raccordi con i terminali di erogazione, non isolati termicamente, sono inseriti sotto traccia nel paramento interno dei tamponamenti esterni e le tubazioni orizzontali che collegano la centrale termica alle colonne montanti scorrono a piano interrato; c) edifici nei quali le colonne montanti, sotto traccia o situate nelle intercapedini, sono isolate con gli spessori di isolante previsti dalla specifica normativa e ubicate all’interno dell’isolamento termico delle pareti. Nel caso di generatori posti all’esterno della costruzione il calcolo del rendimento di distribuzione ηdistr deve essere eseguito utilizzando la procedura di cui alla UNI 10347, almeno per la parte di rete localizzata all’esterno. Per definizione, il rendimento di distribuzione è il rapporto fra l’energia termica richiesta da ogni singola zona e quella condotta dalla rete di distribuzione, inclusa la parte scambiata con l’ambiente circostante e non recuperata: ηdistr = QHr / (QHr + Qdnr)

4.5 Regolazione degli impianti di riscaldamento e correttezza dei circuiti Le scelte progettuali e l’equipaggiamento degli impianti con apparecchi di controllo devono risultare idonei a soddisfare le esigenze reali, affinché non sia l’utente a risolvere i problemi di riscaldamento con la ricorrente manovra dei termostati come fossero comuni interruttori, a tutte spese del comfort e dell’economia di esercizio. Da parte sua, la legge sul corretto impiego dell’energia ha fissato, attraverso il Dpr 412/93, termini ben precisi, specie per l’impianto di riscaldamento domestico, sia esso del tipo “autonomo” in edifici plurifamiliari, sia per case monofamiliari, le quali ospitano, in Italia, quasi il 40% della popolazione. 4.5.1 Zona singola Si può innanzi tutto identificare il sistema elementare, composto da un gruppo termico che alimenta un unico circuito di radiatori. Questo caso, per la massima razionalità e per 171 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

rispondere ai requisiti di legge, reclama un cronotermostato in grado di consentire almeno due livelli di temperatura. L’utente può programmare per il proprio alloggio un regime diurno di massimo comfort (non oltre 20 °C), in corrispondenza del periodo di attività della famiglia e per le ore del relax, e un regime notturno, ridotto, per le ore riservate al sonno o ai lavori domestici della mattinata. Il gruppo termico sarà preferibilmente “a spegnimento totale”, riducendo così le perdite a vuoto nelle fasi di arresto del servizio di riscaldamento. Anche la pompa di circolazione si arresterà una volta raggiunto il livello termico desiderato e il servizio acqua calda sarà a sua volta dotato di un separato organismo di controllo. Questo primo sistema è caratterizzato da una notevole gamma di pregi e potrebbe soddisfare l’intero arco delle esigenze, incluso il corretto impiego dell’energia. Per ottenere il massimo risultato è indispensabile collocare il pilota in un locale adatto e in posizione idonea, affinché questo strumento non rimanga inutilizzato. Il suo posto è nel soggiorno, dove la famiglia si raccoglie, specialmente la sera, per godere appieno del proprio impianto di riscaldamento oltre che dei programmi televisivi. Ai fini del risultato complessivo occorre adottare un altro importante accorgimento riguardo al bagno: qui il radiatore va dimensionato con larghezza, valutando ad esempio almeno i due ricambi orari proposti dalla norma, in modo da assicurare al locale un migliore riscaldamento. Negli impianti termici a servizio di una pluralità di utenze è prescritta l’adozione della termoregolazione a programma, che consenta almeno due livelli di temperatura, come si è visto per l’impianto autonomo. Il pilota master sarà in questo caso formato da una sonda esterna con submaster di controllo della temperatura dell’acqua dell’impianto. La norma (art. 7, comma 2, Dpr 412/93) pretende che si possano sigillare gli orari di intervento del regolatore e fissa in ± 2 K la tolleranza (o incertezza) sulla misura della temperatura esterna e su quella di mandata e di ritorno del fluido termovettore. La termoregolazione può essere centralizzata, ma l’intero sistema impiantistico deve consentire la regolazione e la contabilizzazione del calore distinte per ogni unità immobiliare (comma 3). 4.5.2 Impianto a zone Si è parlato, al paragrafo 1.3.4, degli edifici e delle zone in cui gli stessi vanno suddivisi per rispondere alle esigenze differenziate del servizio di riscaldamento. Qualora sia necessario attuare la distinzione in zone, va anche predisposto un programmatore, settimanale o mensile, che consenta lo spegnimento del generatore di calore oppure l’intercettazione o il funzionamento in regime di attenuazione del sistema di riscaldamento nei periodi di sosta. La divisione in zone, nel caso vi sia un’unica centrale termica, impone la scelta di un sistema primario-secondario in grado di alimentare utilizzi che richiedono una portata costante sul proprio secondario, come al primo utilizzo (figura 4.25): ad esempio un circuito a mobiletti condizionatori, oppure a ventilconvettori o radiatori, e comunque corpi scaldanti alimentati in parallelo. Altri utilizzi potrebbero richiedere una portata variabile e una regolazione di precisione, come al secondo utilizzo, che rappresenta la batteria di deumidificazione di una centralina 172 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Regolazione degli impianti di riscaldamento e correttezza dei circuiti

Legenda

Primo utilizzo: uno o più circuiti con propria termoregolazione e proprio circolatore a portata costante. Secondo utilizzo: uno o più circuiti a portata variabile, come batterie di termoventilazione o simili. Terzo utilizzo: uno o più circuiti a portata variabile con valvola a tre vie deviatrice.

Primo utilizzo

Secondo utilizzo

Terzo utilizzo

Generatore

Figura 4.25 – Schema idraulico di impianti a più zone, con generatore (o centrale termica) inserito in circuito primario a portata costante. È possibile derivare, come illustrato, tre tipologie di circuiti secondari. A questo schema, pur semplice, possono essere ricondotti tutti i casi noti di impianti a zone con sistema primario-secondario e protezione dalle condensazioni in caldaia.

di condizionamento dell’aria; utilizzi ancora diversi potrebbero richiedere un minor grado di precisione ed essere regolati da una valvola a tre vie, come al terzo utilizzo. La portata del circuito primario verrebbe influenzata soltanto dall’intervento di regolazione con valvole a due vie, come nel secondo utilizzo. Le precedenti figure 4.5 e 4.6 rappresentano circuiti di centrale più evoluti, con circuito primario a portata variabile e garanzia della condensazione in caldaia, essendo tale fenomeno riservato a generatori evoluti come l’esempio alla figura 4.4. Da scartare con cura lo schema della figura seguente, dove si tenterebbe di suddividere l’impianto di riscaldamento di un edificio in diversi circuiti a servizio delle diverse zone funzionali, con dovizia di valvole, elettrocircolatori, comandi elettrici e via dicendo (figura 4.26). A sostegno di tali soluzioni impiantistiche viene addotta la facoltà di pilotare ora l’uno ora l’altro dei circuiti, seguendo le esigenze della zona e ritenendo così di azzerare i consumi nelle zone ove il riscaldamento non sia temporaneamente richiesto. Niente di più inesatto. L’edificio in realtà si riscalda o si raffredda quale massa unitaria e omogenea, e le differenze di temperatura realizzabili con impianti a zone, specialmente se di ridotta dimensione, risultano di scarso rilievo nei moderni edifici ben coibentati. Una serie di misure della temperatura ambientale potrebbe convincere dell’inutile dispendio di energia pregiata dovuto alle numerose elettropompe in azione, e delle notevoli spese d’investimento che non hanno alcuna probabilità di venire ammortizzate. 173 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

Figura 4.26 – Impianto a zone a portata variabile. Questo schema funzionale è sconsigliato per gli elevati dispendi di apparecchiature inutili, per gli elevati costi di gestione e per notevoli disturbi che ciascun circuito adduce al generatore e agli altri circuiti. Si raccomanda lo schema di figura 4.25 per i generatori ove non sia progettata la condensazione in caldaia.

La soluzione schematica rappresentata alla figura 4.26 va pertanto considerata un errore progettuale, dimostrato dall’esperienza in quanto, a circolatori in fase di arresto, corrispondono circolazioni non volute nei circuiti che si vorrebbe lasciare inattivi. Si deve considerare peraltro che le elettropompe impiegate, per quanto scelte fra le più piccole, risultano spesso sovradimensionate e operano perciò a rendimenti estremamente bassi, con portata d’acqua più elevata di quella necessaria (figura 4.27). Così, il salto di

Prevalenza

H

Figura 4.27 – Curve caratteristiche di un elettrocircolatore. La risposta elastica alle variazioni di carico può avvenire in range limitati entro i quali il rendimento si mantenga a valori accettabili.

η ita

sorb

za as

n Pote

Portata

Q Portata di progetto

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Regolazione degli impianti di riscaldamento e correttezza dei circuiti

Figura 4.28 – Schema di un impianto di riscaldamento monofamiliare. Il generatore è di potenza corrispondente al fabbisogno. La temperatura di esercizio è di 60 °C. I due servizi sono rispettivamente pilotati: il riscaldamento da TA e l’acqua calda da TB in parallelo tra loro.

temperatura fra andata e ritorno dei corpi scaldanti si riduce a valori irrisori e le giranti delle pompe, operando fuori dal regime idraulico per il quale sono state progettate, tendono a surriscaldarsi e hanno vita breve. Anche il generatore di calore può subire danneggiamenti e comunque viene assoggettato a ricorrenti regimi di portata d’acqua inferiori rispetto a quelli per i quali è stato progettato, alternati a regimi di portata eccessiva, a seconda che una o due oppure tutte le pompe siano in funzione. 4.5.3 Un’alternativa che privilegia il bagno Il bagno ha una reale diversità di esigenze termiche rispetto al resto della casa. Esso reclamerebbe temperature più elevate per mantenere il comfort, specialmente quando si fa uso di vasca o doccia negli orari di attenuazione o arresto del riscaldamento dell’alloggio. L’esigenza di riscaldare il locale si verifica anche nelle mezze stagioni, come in aprile o in maggio, con l’impianto di riscaldamento legalmente a riposo. Per questo si può adottare uno schema, come rappresentato alla figura 4.28, che rende totalmente indipendente il radiatore del bagno dal resto dell’impianto di casa; esso funzionerà non appena inizi un prelievo di acqua calda, oltre a essere attivo per tutto il tempo in cui è inserito il riscaldamento del circuito principale. La temperatura ambiente non potrà salire oltre il valore prefissato, essendo controllata da una valvola termostatica. 4.5.4 Compensatori idraulici e serbatoi inerziali La tecnica del riscaldamento civile si è davvero evoluta in questo primo scorcio di millennio passando velocemente dai sistemi di riscaldamento a basso costo d’investimento a sistemi più aggiornati, destinati a migliorare comfort, risparmio energetico e tutela ambientale. Ecco dunque le caldaie a condensazione e le pompe di calore per sfruttare l’energia termica contenuta nelle falde idriche o nel terreno o nell’aria, ma ecco anche l’incertezza nell’adottare o trasformare sistemi circuitali progettati sull’esperienza del passato. 175 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

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È proprio il superamento di questa nuova frontiera che fa la differenza, per poter assicurare il massimo comfort a un’utenza sempre più informata e giustamente esigente. E infatti ora ritroviamo i fluidi vettori termici a operare nel campo delle basse temperature, verificata l’inutilità e dannosità di temperature superiori a 60 °C quando, alla fine, si devono produrre soltanto i tradizionali 20 °C per riscaldare e i 38 °C corporei per lavarsi. Gli 80 o 90 °C, un tempo considerati condizione indispensabile per fare riscaldamento, sono da dimenticare e sostituire con i limiti nuovi, non più determinati dalla temperatura massima di caldaia bensì mirati, con caldaie moderne, ad abbassare la temperatura di ritorno per esser certi di utilmente realizzare il fenomeno della condensazione. La nuova condizione termica da rispettare è tutta verso il basso e viene fissata e mantenuta mediante un controllo, termostatico o elettronico, che rilevi e gestisca la temperatura nel punto di ingresso al generatore, cioè all’attacco di ritorno. Questo nuovo concetto massimizza il comfort e il risparmio di energia consentendo di operare a condizioni di rendimento dei generatori tanto migliori quanto minore è il carico termico da smaltire. Il concetto esposto è senz’altro valido per le caldaie a condensazione, che vedono scattare il rendimento di almeno dieci punti percentuali non appena la parte finale della combustione incontra superfici di scambio a temperature di rugiada (minori di 55 °C), ma ancor di più riguarda le pompe di calore che sì, potrebbero servire un sistema termico a temperature superiori ai 50 °C, ma si trovano in tali frangenti a veder penalizzata la propria efficienza con rapida regressione all’aumentare della temperatura del fluido convogliato. Si ribadisce qui quanto affermato precedentemente: i calcoli del fabbisogno termico di ogni edificio e le scelte che ne conseguono vanno eseguiti assegnando ai terminali, per esempio ai radiatori, dimensioni tali da migliorare l’effetto radiante a confronto con il convettivo. La temperatura massima di esercizio da assumere nella scelta del corpo scaldante, trattandosi di impianto servito da caldaia a condensazione, sarà dunque dell’ordine di 60 °C a fronte delle condizioni limite invernali. Ciò consente di operare per gran parte della stagione del riscaldamento alla media di 40-50 °C, ricordando anche il Δθ fra andata e ritorno all’impianto, da progettare per il massimo intervallo possibile, ad esempio 15 K. Ciò consente minima portata del fluido vettore, limitazione dell’energia elettrica consumata dall’elettrocircolatore, ridotte dimensioni di tubazioni, valvolame e ogni altro componente, ma specialmente assicura temperature di ritorno adattissime alla condensazione in caldaia. Più di qualche analogia si ritrova in un circuito con pompa di calore e in questa seconda accezione la temperatura massima di esercizio da assumere nella scelta del corpo scaldante sarà dell’ordine di 50 °C a fronte delle condizioni limite invernali, il che consente di operare per gran parte della stagione del riscaldamento alla media di 40-45 °C, con un Δθ fra andata e ritorno all’impianto dell’ordine di 10-15 K. I corpi scaldanti risulteranno di dimensioni maggiorate in confronto ai radiatori del tempo che fu, massimizzando oggi il comfort con il piacevole effetto radiante in luogo del convettivo. Infine si confronti, tanto per fare un esempio semplice, un sistema con caldaia a condensazione con un altro a pompa di calore, destinandoli ambedue al riscaldamento a radiatori: la differenza concettuale sta nella necessità di realizzare la più bassa temperatura possibile 176 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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al ritorno dai radiatori per la caldaia a condensazione e la più alta temperatura possibile, compatibile con un’accettabile efficienza, per la pompa di calore. Nel seguito vengono approfonditi questi sistemi, considerando che l’esempio che contempla l’impiego di radiatori è finalizzato soltanto alla semplicità delle considerazioni: ben altre e più interessanti valutazioni possono essere desunte dal ricorso a corpi scaldanti specificamente legati all’effetto radiante piuttosto che al meno confortevole convettivo. La tecnica impiantistica di inizio secolo (e millennio) ci ha consegnato due versioni circuitali che si basano sull’adozione di compensatori o di serbatoi inerziali. Viene esaminato qui di seguito (figura 4.29) uno schema abbastanza comune ove viene adottato il compensatore idraulico. Come poi si vedrà alle figure successive, lo scopo principale per il quale il compensatore idraulico (denominato anche collettore di miscelazione o collettore di separazione) è stato immesso sul mercato consisteva nell’evitare false o insufficienti circolazioni negli impianti termici dovute a schemi circuitali incompleti o inadeguati. Si è giunti così a schemi del tipo di quello raffigurato, ove si può notare che la temperatura θ2 risulta dalla miscela incontrollata fra il fluido vettore proveniente dalla caldaia θ1 e il fluido di ritorno dall’impianto di utilizzo θ3. Allo stesso modo il fluido che accede alle caldaie sarà una miscela incontrollata del fluido di ritorno dall’impianto, dove si potrà leggere la temperatura θ4

Compensatore idraulico

Figura 4.29 – Schema semplificato di inserimento del compensatore idraulico nel circuito di centrale di un impianto termico con due caldaie. Ha lodevole effetto anticondensa. – θ1 è la temperatura di mandata della caldaia, ipotizzata alle condizioni di regime; – θ2 è la temperatura di mandata ai circuiti: una miscela incontrollata fra le temperature θ1 e θ3; – θ3 è la temperatura di ritorno dai circuiti che dipende dalla differenza di temperatura progettata per ciascun circuito e dal carico del momento; – θ4 è la temperatura di ritorno alla caldaia, miscela incontrollata fra le temperature θ1 e θ3.

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Capitolo 4

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risultato della miscela tra il fluido di ritorno dai circuiti di utilizzo θ3 e il fluido più caldo proveniente dalla caldaia θ1. Il compensatore idraulico si è dimostrato un valido espediente per garantire la giusta portata di fluido vettore ai generatori di calore e a ogni singolo circuito di utilizzo, com’è intuibile dalla figura, comportando tuttavia qualche complicazione impiantistica e anche l’inevitabile incremento della spesa di installazione e dell’ingombro in centrale termica per ospitare nuovi componenti. Fino a quando si è trattato di impianti di riscaldamento a temperatura medio-alta, con caldaie funzionanti ad esempio a 85 °C, le cose potevano andare. Era sufficiente che il progettista tenesse conto della situazione e calcolasse i terminali (per esempio i radiatori) per una temperatura di andata non certo di 85 °C, ma piuttosto di 80 °C, risultato della miscela fra θ1 e θ3, ammettendo in quest’esempio un usuale salto di temperatura nei circuiti di utilizzo dell’ordine di 15 K. In questo caso la temperatura di rientro del fluido vettore alla caldaia θ4 sarebbe il risultato della miscela fra il ritorno dai circuiti di utilizzo θ3 di 65 °C e il fluido più caldo proveniente dalla caldaia θ1, portando dunque θ4 a valori dell’ordine di 70 °C. Il sistema poteva risultare valido, evitando temibili temperature di rugiada in caldaia, origine di ben note situazioni o regimi di corrosione. Portandosi nella mezza stagione, con la diminuzione del carico, la temperatura θ3 tenderebbe a salire per intervento delle regolazioni (riduzione del carico termico) allontanandosi dal valore considerato di rugiada e pertanto allontanandosi dal rischio di corrosioni. Si veda ora lo stesso schema circuitale applicato a caldaie a condensazione, anziché a combustione semplice. Si partirà da una temperatura non troppo bassa, per consentire lo scambio con i serpentini o le intercapedini degli scaldacqua: la temperatura di andata della caldaia θ1 si assesterà su valori dell’ordine di 70 °C. In questo caso il progettista calcolerà i terminali (per esempio i radiatori) per una temperatura di andata di 65 °C, risultato della miscela fra θ1 e θ3, ammettendo un salto di temperatura nei circuiti di utilizzo dell’ordine di 15 K. In questo caso la temperatura di rientro del fluido vettore alla caldaia θ4 sarebbe il risultato della miscela fra il ritorno dai circuiti di utilizzo θ3 di 50 °C e il fluido più caldo proveniente dalla caldaia alla temperatura θ1, portandosi a valori dell’ordine di 55 °C. Una caldaia nata per realizzare la condensazione si troverebbe dunque, già nelle condizioni di progetto, appena al limite funzionale ammissibile in concomitanza con la massima richiesta invernale: il fenomeno della condensazione risulterebbe così impedito dalla temperatura troppo elevata. Quel che è peggio è che, al diminuire del carico termico, cioè per massima parte della stagione invernale e per tutta l’estate, la temperatura θ3 tenderà a salire provocando l’incremento della temperatura θ4 oltre il livello limite di 55 °C e vanificando così il progettato vantaggio del recupero del calore latente di condensazione e di una frazione del calore sensibile. Circuiti da dimenticare Fino a qui è stato esaminato il compensatore idraulico individuandone il comportamento termico e i limiti applicativi, giungendo alla conclusione che il medesimo si presta a coprire eventuali approssimazioni nella progettazione dei circuiti ed è in grado di assicurare 178 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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un lodevole effetto anticondensa, costituendo perciò una protezione delle normali caldaie dalle corrosioni dei condotti fumo interni. Come descritto, l’adozione delle caldaie a condensazione richiede invece di cancellare il compensatore idraulico proprio per la sua funzione volta all’incremento della temperatura di ritorno alla caldaia. A questo punto, per scegliere un circuito rispondente alle nuove esigenze, è opportuno rivedere la sequenza di tipologie circuitali che si sono avvicendate nel recente passato, specialmente di quella abbastanza comune rappresentata alla figura 4.26. Alla figura 4.30 vengono rappresentati quattro schemi impiantistici riepilogativi di quanto esposto, per una sintetica rivisitazione. Tre di questi schemi, a), b) e c), sono vivamente da sconsigliare, comportando problemi di vario tipo e mancando una regolare portata d’acqua in caldaia, ché anzi viene percorsa da flussi diversi per portata e per temperature in gioco a seconda che siano in funzione uno o più circuiti derivati, con tutte le fasi transitorie che ne conseguono, ulteriormente compromesse dall’intermittenza di funzionamento nelle condizioni di medio o basso carico. Il quarto di questi schemi, d), risponde ai criteri rappresentati anche in figura 4.25, in quanto il sistema primario-secondario può consentire sia la protezione delle normali caldaie da fenomeni di condensa, sia, in alternativa, il controllo di condizioni che garantiscano l’ottimale verificarsi della condensazione. La figura 4.31 rappresenta nel dettaglio la funzionalità di un generatore nelle due versioni, normale o a condensazione: nell’immagine di sinistra il comando principale è affidato al termostato di controllo della temperatura di mandata, Tc. In qualsiasi condizione di esercizio la temperatura di ritorno al generatore stesso non potrà scendere al di sotto della temperatura di progetto, in quanto la stessa viene dimensionata per il massimo carico e si concretizza nel valore θc diminuito del salto termico fra andata e ritorno del generatore. Al ridursi del carico, per l’attenuarsi delle condizioni, la temperatura di ritorno tenderà ad aumentare, a maggior tutela della caldaia da dannose formazioni di condensa. L’immagine di destra fa rilevare un diverso modo di gestire il sistema: infatti l’elettrocircolatore è in questo caso del tipo a portata variabile con inverter e viene pilotato elettronicamente per il controllo della temperatura di ritorno θr. La temperatura di andata verrà mantenuta costante dall’usuale termostato di caldaia, ma il controllo termostatico Tr consentirà di mantenere costante al valore voluto, ad esempio 45 o 50 °C, l’acqua di ritorno al generatore, realizzando così nell’intera stagione invernale, ma anche d’estate per la produzione dell’acqua calda, le utilissime condizioni del recupero del calore latente con la condensazione. In ogni momento la portata d’acqua sarà proporzionale al carico termico, con il presupposto di una corretta progettazione dei sistemi sulla base dei parametri in gioco. Il riesame degli schemi sopra descritti consente una miglior comprensione della casualità delle condizioni termiche e idroniche conseguente all’adozione del compensatore idraulico, un componente che per una decina d’anni ha portato all’impiantistica del settore del riscaldamento una innovazione che ha avuto il merito di far riflettere sui delicati equilibri da realizzare nei circuiti di centrale, per assicurare al generatore termico, e a ciascun 179 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

a)

b)

c)

d) Valvola di taratura

Figura 4.30 – La scelta dello schema più adatto a realizzare una centrale termica ad acqua si basa talvolta sulla ripetizione di modelli consegnatici dalla tradizione. a) Il generatore è al servizio di diversi circuiti la cui regolazione è affidata al comando on-off degli elettrocircolatori: ne risulta incontrollata la portata d’acqua in caldaia. b) In uscita dal generatore c’è una regolazione con valvola a quattro vie che può limitare la temperatura dei circuiti secondari, soggetti comunque al comando on-off degli elettrocircolatori: la caldaia è a circolazione naturale senza alcun controllo della propria portata. c) Gli schemi precedenti si evolvono con l’aggiunta di un elettrocircolatore anticondensa (schema raccomandato dall’Istituto superiore di controllo per garantire la pronta risposta degli strumenti preposti alla sicurezza). La caldaia è tutelata da condizioni di rugiada. d) Sistema primario-secondario. La caldaia è dotata di un proprio elettrocircolatore e funziona a portata d’acqua costante. Tutti i circuiti secondari sono termoregolati a piacimento e possono distinguersi quelli a portata costante da quelli a portata variabile (si veda anche la figura 4.25).

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Figura 4.31 – Lo schema di figura 4.30 d) può contemplare due versioni: – a portata costante, come nella figura di sinistra, semplicemente con il controllo di temperatura di caldaia Tc a garanzia della protezione anticondensa della caldaia stessa; – a portata variabile, come nella figura di destra, con un controllo della temperatura di ritorno Tr a garanzia della costanza del fenomeno di condensazione in caldaia.

circuito utilizzatore, la giusta portata d’acqua e la più opportuna temperatura di regime, rendendo indipendente ogni circuito e componente considerato. Di un tale dispositivo ora si comprendono i limiti. Si rammentano ancora una volta al lettore le figure 4.5 e 4.6, dove si sono risolti i molti problemi di relazione termica e idraulica fra generatori e circuiti di utilizzo, con adozione di uno scambiatore di calore per ogni servizio derivato. Serbatoio inerziale abbinato alla pompa di calore L’esame svolto fino a qui sul cosiddetto compensatore idraulico va ora esteso a un altro componente che va diffondendosi nell’installazione di impianti termici, talvolta a dispetto della buona tecnica idraulica. Si consideri l’adozione di una pompa di calore, caratterizzata da interessanti risultati di efficienza utilizzando fonti energetiche a basso contenuto entalpico, come l’aria o l’acqua di falda o il terreno sottocasa. Nella progettazione del relativo impianto ci si trova a dover dimensionare i principali parametri impiantistici: potenza termica, temperature di funzionamento a regime di progetto e portate d’acqua. Viene anche inserito nel circuito principale il serbatoio inerziale, che ha il principale scopo di evitare o fortemente limitare gli effetti negativi dell’intermittenza di funzionamento del compressore, che si traduce nella riduzione delle caratteristiche del sistema. Non basta infatti la sufficienza del generatore quanto a potenza termica, bensì è necessario disporre in uscita dal medesimo di un fluido a temperatura più che sufficiente per caratteristiche complessive: temperatura, prevalenza e portata. Il fatto sotto esame riguarda l’adozione di serbatoi inerziali che vengono inseriti immediatamente all’uscita del fluido vettore dalla pompa di calore, come si vede alla figura 4.32, ove è rappresentato un sistema reversibile destinato al funzionamento estate-inverno. Nel disegno si è volutamente omessa la parte funzionale riguardante il funzionamento estivo, che riguarda soltanto parzialmente la presente esposizione, ma si è voluto mettere in evidenza 181 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

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quanto accade in un sistema in sé progettato per basse temperature. Se si considera di dover servire impianti con batterie di scambio per climatizzazione invernale avendo considerato di disporre di un fluido vettore funzionante, per esempio, alla temperatura di 45 °C con Δθ di 5 K come in figura, l’inserimento del serbatoio inerziale porterebbe senza dubbio a un regime circuitale notevolmente ridotto, realizzando in uscita ai terminali il regime di 40 °C in andata, con Δθ di 5 K, per effetto delle miscele che si realizzano all’interno del serbatoio. In questo senso è intuitiva l’analogia fra il serbatoio inerziale così installato e il compensatore idraulico in precedenza descritto. Se ne deduce che il campo di adozione di questi sistemi circuitali va limitato al solo servizio di riscaldamento con corpi scaldanti a bassa temperatura, radiante annegato nei corpi edilizi, a soffitto, a parete o a pavimento ad esempio, escludendo radiatori, termoconvettori, batterie ad aria e preparazione dell’acqua calda sanitaria. Nelle condizioni descritte non si può certamente elevare la temperatura di funzionamento dei circuiti, salvo soltanto il caso di by-pass che escluda il serbatoio inerziale. Si deve aggiungere che il controllo termostatico sulla temperatura di mandata della pompa di calore apre il contatto non appena viene raggiunta la temperatura impostata, potrebbe essere 45 °C, ma non è detto che tale valore soddisfi le richieste termiche del circuito o dei circuiti serviti. Accade perciò il fatto assurdo che, in carenza di alimentazione termica (l’impianto di utilizzo non fa fronte al fabbisogno) e per il verificarsi delle circolazioni interne al serbatoio inerziale, il generatore a pompa di calore si arresti per raggiunta temperatura, fatto che si è potuto rilevare in realizzazioni funzionalmente attive. inverno

θ 40 °C

inverno

θ 45 °C

θ 45 °C

Pompa di calore W/W

Serbatoio inerziale con funzione di compensatore idraulico

inverno

θ 40 °C

θ 35 °C

inverno

Acqua di pozzo

θ 40 °C θ 40 °C

θ 35 °C

Figura 4.32 – Il collegamento di un serbatoio inerziale (cosiddetto) in uscita da una pompa di calore acqua-acqua. Il fluido caldo che accede al serbatoio si perde in inutili e ingannevoli miscele. Non si possono a questo modo conservare le caratteristiche termiche iniziali da avviare ai terminali di utilizzo.

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Regolazione degli impianti di riscaldamento e correttezza dei circuiti

inverno

θ 45 °C

θ 35-40 °C

θ 45 °C

θ 35 °C

inverno

Acqua di pozzo

Pompa di calore W/W

Accumulo inerziale

θ 35 °C

Figura 4.33 – Lo stesso schema di figura 4.32 viene qui corretto, inserendo il serbatoio nella tubazione di ritorno alla pompa di calore. Questo è il vero inerziale: il fluido che accede al serbatoio provenendo dai terminali di utilizzo tende a stratificare consegnando alla pompa di calore lo strato più freddo e ottenendo così un funzionamento regolare ed efficace dei compressori.

4.5.5 Raccomandazioni sulla regolazione In aggiunta a quanto illustrato, non ci si può esimere dal consigliare ai progettisti di non cedere alle facili tentazioni del largo ricorso a organismi servocomandati e manovre automatizzate all’apparenza utili, ma nella realtà difficili nell’interpretazione e nella gestione, incomprensibili in caso di guasto o malfunzionamento. L’automazione in sé può portare all’eccellenza, ma se poi manca l’uomo esperto nello specifico, tutto può bloccarsi o consentire situazioni molto deludenti. Alla figura 4.33 sono rappresentati gli stessi componenti della figura 4.32 emendati degli organismi superflui, come valvole motorizzate per scambi stagionali che risultano costosissime e motivo di attenzioni manutentive e di assidue verifiche. Il fluido destinato alla stratificazione, e perciò a limitare l’intermittenza di inserimento del compressore, è quello di ritorno dall’impianto. La funzione inerziale, in questa seconda ipotesi progettuale, viene svolta precisamente ed efficacemente dai naturali fenomeni che si attuano all’interno del serbatoio, offrendo la massima affidabilità al sistema. Il flusso d’acqua di ritorno, ipotizzato alla temperatura di 35-40 °C, si avvia al serbatoio inerziale con la naturale tendenza alla stratificazione. Sarà lo 183 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

strato più freddo a dirigersi alla tubazione di rientro alla pompa di calore consentendo così lo sviluppo della massima potenza, oltre all’ampiezza e alla regolarità delle fasi funzionali. Non resta, dal punto di vista idraulico, che realizzare fra pompe di calore e circuiti di utilizzo un valido sistema circuitale primario/secondario in grado di garantire portata costante alla pompa di calore, ottenendo nel contempo portate o temperature a scelta per gli utilizzatori, pilotati indipendentemente dal sistema primario. Si ritorna dunque allo schema di figura 4.30 d), che consente la totale indipendenza fra il regime idronico e termico del generatore e quello di ogni circuito secondario, ma sarà opportuno inserire il serbatoio inerziale nella corretta posizione e così ottenere il massimo delle prestazioni, anche dal punto di vista della sufficienza potenziale e dell’efficienza. 4.5.6 Valvole termosensibili Un’integrazione molto valida, che completa molti dei sistemi precedentemente descritti, consiste nel dotare alcuni radiatori di valvole termosensibili, lasciando gli altri costantemente aperti. Si sceglieranno per tale dotazione i locali con apporti termici gratuiti, come la cucina, il locale ove si stira, i locali più esposti al sole ecc. Questa soluzione, raccomandata dal Dpr 412/93 e in alcuni casi obbligatoria, consente di mantenere la temperatura voluta in ambienti che altrimenti tenderebbero a riscaldarsi oltre il regime gradito, con inutili sprechi. L’adozione delle valvole termosensibili, o comunque di intercettazioni che possano risultare contemporanee su più terminali di uno stesso circuito, comporta la necessità di qualche accorgimento di tipo idraulico, come rappresentato dalla figura 4.19 ove è rappresentato il by-pass con dispositivo autoflow. 4.5.7 Rendimento di regolazione La facoltà di un sistema di regolazione di lasciar erogare soltanto la quantità di calore richiesta dalla zona interessata corrisponde al rendimento del sistema stesso: ηc =

Qh Qhac

dove Qh è la quantità di energia termica richiesta in condizioni ideali e Qhac è quella erogata nelle condizioni reali di regolazione. Le perdite sono dovute all’oscillazione della temperatura nell’ambiente, causata dall’eccesso di consenso al sistema. Le condizioni che si possono verificare nella realtà sono innumerevoli e per questo, nel valutarne l’efficienza, la UNI 10348 propone il prospetto II, riportato alla tabella 4.13, ove: per regolazione manuale si intende la regolazione sul termostato della caldaia; per climatico centralizzato, la regolazione della temperatura dell’acqua in uscita dal generatore con centralina comandata da sonda climatica esterna; per solo per singolo ambiente o solo di zona, la regolazione del terminale o del circuito di zona senza controllo della temperatura dell’acqua in uscita dalla caldaia; infine, per climatico + singolo ambiente o climatico + zona, si intende la combinazione fra il climatico centralizzato e i rispettivi successivi. 184 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Regolazione degli impianti di riscaldamento e correttezza dei circuiti

Tabella 4.13 – Rendimento di regolazione secondo UNI 10348.* Impianto di riscaldamento Sistema di regolazione

Tipologia di prodotto

Regolazione manuale

Termostato di caldaia

Climatico centralizzato

Regolatore climatico e/o ottimizzatore

Solo per singolo ambiente

Regolatore sì/no a differenziale Regolatore modulante (banda proporzionale 1 K) Regolatore modulante (banda proporzionale 2 K)

Regolatore sì/no a differenziale Climatico + Regolatore singolo ambiente modulante (banda proporzionale 1 K) Regolatore modulante (banda proporzionale 2 K)

Solo di zona

Regolatore sì/no a differenziale Regolatore modulante (banda proporzionale 1 K) Regolatore modulante (banda proporzionale 2 K)

Regolatore sì/no a differenziale Regolatore Climatico + zona modulante (banda proporzionale 1 K) Regolatore modulante (banda proporzionale 2 K)

radiatori e convettori

pannelli radianti pannelli radianti isolati annegati nella dalla struttura struttura 0,96 – (0,6 · hu · γ) 0,94 – (0,6 · hu · γ) 0,90 – (0,6 · hu ·γ) 1 – (0,6 · hu · γ)

0,98 – (0,6 · hu · γ) 0,94 – (0,6 · hu · γ)

0,94

0,92

0,88

0,98

0,96

0,92

0,96

0,94

0,90

0,97

0,95

0,93

0,99

0,98

0,96

0,98

0,97

0,95

0,93

0,91

0,87

0,97

0,96

0,92

0,95

0,93

0,89

0,96

0,94

0,92

0,98

0,97

0,95

0,97

0,96

0,94

* I dati si riferiscono al funzionamento continuo dell’impianto in regime di temperatura interna costante o attenuata. In regime intermittente (spegnimento notturno dell’impianto) i valori devono essere ridotti di 0,02. Tale riduzione non si applica in presenza di ottimizzazione; hu è definito come fattore di utilizzo degli apporti gratuiti; γ è il rapporto fra l’energia dovuta agli apporti interni e quella scambiata con l’esterno.

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Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

Anche in questo caso, come già per il rendimento di emissione di cui alla tabella 4.9, non è comprensibile la penalizzazione inflitta dalla UNI ai sistemi di regolazione a servizio dei pannelli radianti annegati nella struttura, che non trova riscontro nella pratica. Vero è che gli impianti a pavimento sono caratterizzati da elevata inerzia termica e per questo rispondono in ritardo a brusche variazioni climatiche, specie al sopravvenire di venti freddi. Ne risulta una risposta imperfetta in zone particolari o per momenti specifici della stagione, ma si tratta di casi poco significativi per la gran parte del territorio, se considerati nell’intero arco invernale. 4.5.8 Contabilizzazione del consumo La contabilizzazione dei consumi energetici, come intuibile, costituisce un notevole deterrente, utile a conseguire un risparmio individuale e collettivo di energia. L’art. 26 della legge 10/91 ha fissato l’obbligo di progettare e realizzare gli impianti di riscaldamento a servizio di più utenze in modo da consentire l’adozione di sistemi di termoregolazione e contabilizzazione del calore per ogni singola unità immobiliare. In un primo tempo tale obbligo di predisposizione era fissato per tutti gli edifici con concessione edilizia successiva al 18 luglio 1991, come confermato dall’art. 7 del Dpr 412/93, ma il Dpr 551/99 ha introdotto una maggiore severità in relazione ai progressi della tecnica. Per ciascuna unità immobiliare, pertanto, vi è l’obbligo non soltanto di predisporre, bensì di dotare gli impianti centralizzati di riscaldamento a servizio di edifici con concessione edilizia rilasciata dopo il 30 giugno 2000 di sistemi di termoregolazione e contabilizzazione del calore. Si è trattato di un vero e proprio giro di vite, che ha rimesso in gioco gli impianti centralizzati, in confronto a quelli autonomi a gas, consentendo in entrambi i casi all’utente di pagare il servizio a contatore, oltre al fatto che ambedue i sistemi si preparano positivamente all’allacciamento al teleriscaldamento in una visione schematica più generale. Alla figura 4.34 è sinteticamente descritto un sistema completo di termoregolazione e ripartizione dei consumi, con i relativi regolatori o telecomandi analogici o digitali per ambiente dotati di pulsanti atti a pilotare regimi di comfort o di riduzione, incluse le funzioni di programmazione settimanale, di memorizzazione e di ripetizione delle informazioni. Alla successiva figura 4.35 è rappresentato un monitor da inserire direttamente nel punto di derivazione di un circuito di zona, ad esempio nella posizione indicata alla figura 4.21. Si tratta di un contatore di calore diretto che misura la portata d’acqua, mediante un sistema volumetrico, e la differenza di temperatura, mediante termocoppie; il tutto è alimentato da una batteria autosufficiente per un decennio: eseguiti i calcoli e compensati gli errori di deriva termica, si possono leggere sul totalizzatore i consumi termici in kWh (anche per il servizio di raffrescamento estivo, se presente). Altri modelli consentono di trasmettere i dati, in forma analogica o digitale, a un calcolatore centrale, che ovviamente può essere programmato per elaborare le bollette di addebito, tenendo eventualmente conto di una quota fissa che ciascun utente dovrà corrispondere anche in assenza di consumi.

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Regolazione degli impianti di riscaldamento e correttezza dei circuiti

Legenda

1) valvola di regolazione e contabilizzazione 2) regolatore ambiente 3) regolatore ambiente con programmatore settimanale 4) adattatore 5) centralina 6) scheda di memoria

Figura 4.34 – Sistema completo di termoregolazione e contabilizzazione dei consumi, secondo le indicazioni della legge 10/91 e suoi regolamenti (Landis & Stäfa).

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Capitolo 4

Scelte impiantistiche e prime verifiche

a)

b)

Figura 4.35 – a) Contatore di calore statico diretto, con calcolatore elettronico, applicato direttamente sulla tubazione dell’impianto di riscaldamento. I dati relativi ai consumi possono essere visualizzati sul display totalizzatore a cristalli liquidi, che riporta, su richiesta, una serie di dati caratteristici, inclusi quelli conservati in memoria. b) Installazione tipica. c) Installazione a parete mediante adattatore (Caleffi).

c)

Bibliografia [1] Bearzi G., Bearzi V., Architettura degli impianti, Tecniche Nuove, Milano 1997. [2] Manuale degli impianti termici e idrici, 2a ed., Tecniche Nuove, Milano 2010. Il capitolo 5 è interamente dedicato ai generatori termici; il capitolo 12, par. 12.1, ai corpi scaldanti; il par. 12.2, ai sistemi distributivi. [3] Doninelli M., Le reti di distribuzione, Quaderni Caleffi, Fontaneto d’Agogna 1993. [4] Doninelli M., I circuiti e i terminali degli impianti di climatizzazione, Quaderni Caleffi, Fontaneto d’Agogna 1994. [5] Gioria S., Gli impianti termici di benessere, Pubblicazioni Giacomini, San Maurizio d’Opaglio 1990.

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Capitolo

5

Calcolo dell’energia

Il fabbisogno di energia termica per la climatizzazione invernale è la quantità di calore che il sistema di produzione deve erogare per soddisfare le esigenze energetiche di un edificio in un determinato periodo di tempo, in altre parole per mantenere l’equilibrio termico ai valori voluti. In questo testo l’analisi si limita al riscaldamento invernale degli ambienti di vita e di lavoro, approfondendo un metodo per il calcolo del consumo di energia degli edifici. Per tale calcolo ci si servirà delle norme UNI, specie della UNI TS 11300 a confronto con la UNI 10344, utilizzando quando necessario anche le UNI dal numero 10345 al 10349. Gli obiettivi raggiungibili con questo metodo sono: 1) accertare la conformità, espressa in termini di consumo energetico, degli edifici e degli impianti alle prescrizioni dei regolamenti (è il caso del Dm 26.6.2009, “Linee guida nazionali per la certificazione energetica degli edifici”); 2) ottimizzare le prestazioni energetiche di un edificio in fase di progettazione, verificando diverse soluzioni; 3) verificare gli effetti di possibili interventi di risparmio energetico, calcolando il consumo con e senza la limitazione di risparmio energetico ipotizzata (è il caso della diagnosi energetica, propedeutica alla manutenzione degli impianti e finalizzata sia alla conservazione sia al miglioramento dei rendimenti, come vuole la norma ricordata); 4) anticipare l’evoluzione delle risorse energetiche su scala nazionale e internazionale, attraverso un calcolo del consumo energetico di diversi edifici che sia rappresentativo del parco edilizio (elementi utili per piani energetici nazionali ed europei).

5.1 Il fabbisogno normalizzato di energia Per lo svolgimento del progetto secondo la legge, compito primario che qui ci si propone, è necessario individuare il fabbisogno energetico (ideale) per la climatizzazione invernale, come definito al punto 5.1 della norma UNI TS 11300-1 della quale si adottano i simboli seguenti. Si procederà identificando l’energia scambiata dall’edificio QHnd quale somma

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Capitolo 5

Calcolo dell’energia

di quella scambiata per trasmissione QHtr più quella scambiata per ventilazione dei locali QHve, il tutto diminuito degli apporti termici cosiddetti gratuiti, quelli interni Qint e quelli per irradiazione solare Qsol, considerato che questi ultimi devono tener conto di un fattore di utilizzazione. Il calcolo va eseguito mese per mese, individuando gli apporti dovuti alla radiazione solare e gli apporti energetici mensili connessi a sorgenti interne. Qsol andrà distinto fra il contributo dovuto alla radiazione solare incidente sulla superficie esterna dei componenti opachi e quello che penetra nella zona considerata attraverso i trasparenti.

Pfum

QHht Qpo

Pfbs

Qaux Qp

Pinv

Pdisfr

Qse Preg

Qu

Qint QHnd

Qbr Qel

Pem

Qsol

Qsi Qse

Qcomb

Q = Qcomb + Qel

Figura 5.1 – Si introduce in centrale termica energia primaria Q, distinta in Qcomb (combustibili) e Qel (energia elettrica). Al camino vengono persi fumi caldi Pfum; inoltre si disperdono Pinv dall’involucro del generatore e Pfbs al camino con bruciatore spento. La rimanenza Qu si arricchisce, anche se di poco, dell’energia elettrica assorbita dal circolatore e trasformata in calore Qaux. Prodotta infine l’energia Qp, si subiscono le perdite dalla rete di distribuzione Pdistr, quelle per imperfetta regolazione Preg e per imperfetta emissione Pem. All’energia netta fornita all’ambiente dall’impianto di riscaldamento QH,nd si aggiunge quella emanata da persone, lumi, elettrodomestici ecc. (Qint) e talvolta dal sole Qsol: in parte penetra attraverso i trasparenti e contribuisce direttamente al bilancio (Qsi) e in altra parte agisce da tampone, riducendo le dispersioni attraverso le murature (Qse). La somma degli addendi utili QHnd + Qint + Qsol controbilancia le dispersioni dell’edificio QHht.

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Il fabbisogno normalizzato di energia

Si ottiene il fabbisogno energetico utile: QHnd = (QHtr + QHve) – ηHgn (Qint + Qsol) applicando un fattore di utilizzazione degli apporti gratuiti ηHgn, che risulta in genere di entità molto vicina all’unità. La sommatoria dei QHnd ricavati mese per mese, diviso per il rendimento globale medio stagionale ηg di cui si è trattato al paragrafo 2.4.5, fornisce il fabbisogno di energia primaria della stagione: ∑ QHnd QH = ηg Il processo che analizza l’intera sequenza dei flussi di energia è complessivamente rappresentato alla figura 5.1. 5.1.1 Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale Il Dpr 2.4.2009 n. 59, regolamento di attuazione del Dlgs 192/2005 sul rendimento energetico in edilizia, descrive e specifica l’obbligo di valutare, per ciascun uso energetico di un edificio (a titolo di esempio: alla sola climatizzazione invernale e/o alla climatizzazione estiva e/o produzione di acqua calda per usi sanitari e/o illuminazione artificiale) e infine per l’edificio nel suo insieme, l’indice di prestazione energetica EP parziale e, di seguito, l’indice di prestazione energetica EP complessivo, che esprimono rispettivamente e unitariamente il fabbisogno di energia primaria parziale e la risultante totale per l’uso energetico dell’edificio. Tali indici vanno riferiti sia all’unità di superficie utile, sia al volume lordo, espressi rispettivamente in kWh/m2 × anno o kWh/m3 × anno. Essi devono risultare inferiori ai valori limite risultanti dalle tabelle 5.1 e 5.2. Come si vede vengono presi in considerazione due parametri: la zona climatica con riferimento ai gradi giorno (si veda il paragrafo 2.2) e il rapporto di forma S/V (riquadro 2.3). Si rammenta a questo punto che nell’esempio dell’edificio rappresentato alla figura 2.1 Tabella 5.1 – Valori limite dell’indice superficiale di prestazione energetica per la climatizzazione invernale, espressi in kWh/m2 × anno.



Rapporto di for ma dell’edificio

Zona climatica A



S/V



≤ 0,2

8,5



≥ 0,9

36

B

fino a da 600 601 GG GG

C

D

E

a da 2100 2101 GG GG

F

a 900 GG

da 901 GG

a 1400 GG

da 1401 GG

a oltre 3000 3000 GG GG

8,5

12,8

12,8

21,3

21,3

34

34

46,8

46,8

36

48

48

68

68

88

88

116

116

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Capitolo 5

Calcolo dell’energia

Tabella 5.2 – Valori limite dell’indice volumico di prestazione energetica per la climatizzazione invernale, espressi in kWh/m3 × anno.



Rapporto di for ma dell’edificio

S/V



≤ 0,2

Zona climatica A

B

fino a da 600 601 GG GG 2,0

2,0

C

D

a 900 GG

da 901 GG

a 1400 GG

da 1401 GG

3,6

3,6

6

6

E

a da 2100 2101 GG GG 9,6

9,6

F a oltre 3000 3000 GG GG 12,7

12,7

è già stato calcolato il rapporto di forma S/V (riquadro 2.3). Il suo valore risulta di 0,72 m-1 e pertanto il valore limite dell’indice superficiale di prestazione energetica invernale, calcolato per interpolazione lineare, trovandosi l’edificio nella zona climatica F, risulta: EPi lim = 98,2 kWh/m2 × anno Prosegue l’esempio di calcolo per l’edificio rappresentato alla figura 2.1 con rapporto di forma S/V 0,72 m-1. Il valore limite dell’indice volumico di prestazione energetica, calcolato anche questo per interpolazione, risulta: EPi lim = 21,9 kWh/m3 × anno Definiti questi limiti si passa, con i metodi di seguito descritti, al calcolo dell’energia probabile che l’edificio consumerà per la climatizzazione invernale in condizioni meteorologiche medie, mantenendo gli ambienti alle condizioni termiche di progetto; si deve verificare che i valori calcolati risultino inferiori ai limiti di cui sopra. 5.1.2 Criteri di calcolo I criteri generali e i requisiti della prestazione energetica per la progettazione degli edifici e per la progettazione e installazione degli impianti sono fissati dalla legge 10/1991 e dal Dpr 412/1993 con le modifiche apportate dal Dlgs 192/2005, dall’allegato C allo stesso Dlgs e dalle ulteriori disposizioni cui all’art. 4 del Dpr 59/2009. Per tutte le categorie di edifici, nei casi di nuove costruzioni e di ristrutturazioni si procede alla determinazione dell’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale (EPi) e alla verifica che lo stesso risulti inferiore ai valori limite sopra definiti. Nel caso di edifici di nuova costruzione e nei casi di ristrutturazione di edifici esistenti, si procede in sede progettuale alla determinazione della prestazione energetica per il raffrescamento estivo dell’involucro edilizio (Epe, invol), pari al rapporto tra il fabbisogno annuo di energia termica per il raffrescamento dell’edificio, calcolata tenendo conto della tem192 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il fabbisogno normalizzato di energia

peratura di progetto estiva secondo la norma UNI TS 11300-1, e la superficie utile, per gli edifici residenziali, o il volume per gli edifici con altre destinazioni d’uso. Va verificato che la stessa sia non superiore: a. per gli edifici residenziali di cui alla classe E1, esclusi collegi, conventi, case di pena e caserme, ai seguenti valori: • 40 kWh/m2 anno nelle zone climatiche A e B; • 30 kWh/ m2 anno nelle zone climatiche C, D, E, e F; b. per tutti gli altri edifici ai seguenti valori: • 14 kWh/ m3 anno nelle zone climatiche A e B; • 10 kWh/ m3 anno nelle zone climatiche C, D, E, e F. Per tutte le categorie di edifici, nel caso di nuova installazione e ristrutturazione di impianti termici o sostituzione di generatori di calore, si procede al calcolo del rendimento globale medio stagionale dell’impianto termico e alla verifica che lo stesso risulti superiore al valore limite: ηg = (75 + 3 log Φn)% dove log Φn è il logaritmo in base 10 della potenza utile nominale del generatore o dei generatori di calore al servizio del singolo impianto termico, espressa in kW. Per valori di Φn superiori a 1000 kW la formula non si applica e la soglia minima per il rendimento globale medio stagionale è pari a 84%. Nel caso di installazioni di potenze nominali del focolare maggiori o uguali a 100 kW, è fatto obbligo di allegare alla relazione tecnica una diagnosi energetica dell’edificio e dell’impianto ove si individuino gli interventi di riduzione della spesa energetica e i possibili miglioramenti di classe dell’edificio nel sistema di certificazione energetica in vigore, in base alla quale sono state determinate le scelte impiantistiche1. Nell’intraprendere calcoli e progetti va ricordato che, per tutte le categorie di edifici, siano essi pubblici o privati, è obbligatorio l’utilizzo di fonti rinnovabili per la produzione di energia termica ed elettrica. In particolare, nel caso di edifici di nuova costruzione o in occasione di nuova installazione di impianti termici o di ristrutturazione di impianti termici

Il Dpr 59/2009 chiede che il progetto indichi anche i tempi di ritorno degli investimenti nel caso di migliorie volte al contenimento dei consumi o all’utilizzo delle rinnovabili: trattasi di un concetto presente in diverse disposizioni con vigore di legge rimaste quale tristo retaggio dell’epoca nella quale risparmio energetico e ricorso alle rinnovabili erano declamati a parole, ma ostacolati nei fatti. Il calcolo del tempo di ritorno della spesa (ROI) fa parte di concetti di economia industriale legati alla vita di uno specifico prodotto; non certamente all’edilizia, le cui componenti, impianti inclusi, entrano nel corpo del bene patrimoniale per il quale non si può confondere o mischiare la spesa di esercizio con il costo dell’investimento. Il costo vero da computare a ogni effetto consiste nell’ammortamento e nelle spese di esercizio dell’impianto di utilizzo. L’ammortamento annuo dei beni patrimoniali, per esempio degli edifici civili, impianti inclusi, corrisponde al 3% del costo di investimento. Per concludere: il calcolo del ROI non va eseguito perché gli ordini sbagliati non si eseguono. 1

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Capitolo 5

Calcolo dell’energia

esistenti, l’impianto di produzione di energia termica deve essere progettato e realizzato in modo da coprire almeno il 50% del fabbisogno annuo di energia primaria richiesta per la produzione di acqua calda sanitaria con l’utilizzo delle predette fonti di energia, limite che è ridotto al 20% per gli edifici situati nei centri storici. Si devono altresì predisporre opere riguardanti l’involucro dell’edificio e gli impianti per favorire il collegamento a reti di teleriscaldamento, nel caso di presenza di tratte di rete a una distanza inferiore a 1000 metri ovvero in presenza di progetti approvati nell’ambito di opportuni strumenti pianificatori. In proposito il progettista dovrà inserire i calcoli e le verifiche nella relazione attestante la rispondenza alle prescrizioni per il contenimento del consumo di energia degli edifici e relativi impianti termici, che, ai sensi dell’art. 28, primo comma, della legge 10/91, il proprietario dell’edificio, o chi ne ha titolo, deve depositare presso le amministrazioni competenti secondo le disposizioni vigenti, insieme alla denuncia dell’inizio dei lavori relativi alle opere di cui agli artt. 25 e 26 della stessa legge. Ai fini della più estesa applicazione dell’art. 26, settimo comma, della stessa legge, negli enti soggetti all’obbligo di cui all’art. 19 tale relazione progettuale dovrà essere obbligatoriamente integrata da attestazione di verifica sull’applicazione della norma predetta, a tal fine redatta dal responsabile per la conservazione e l’uso razionale dell’energia appositamente nominato. Nel calcolo rigoroso della prestazione energetica dell’edificio si devono prendere in considerazione i seguenti elementi: a) lo scambio termico per trasmissione tra l’ambiente climatizzato e l’ambiente esterno; b) lo scambio termico per ventilazione (naturale e meccanica); c) lo scambio termico per trasmissione e ventilazione tra zone adiacenti a temperatura diversa; d) gli apporti termici interni; e) gli apporti termici solari; f) l’accumulo del calore nella massa dell’edificio; g) l’eventuale condizionamento dell’umidità negli ambienti climatizzati; h) le modalità di emissione del calore negli impianti termici e le corrispondenti perdite di energia; i) le modalità di distribuzione del calore negli impianti termici e le corrispondenti perdite di energia; j) le modalità di accumulo del calore negli impianti termici e le corrispondenti perdite di energia; k) le modalità di generazione del calore e le corrispondenti perdite di energia; l) l’effetto di eventuali sistemi impiantistici per l’utilizzo di fonti rinnovabili di energia; m) per gli edifici di nuova costruzione del settore terziario con volumetria maggiore di 10.000 m3 si prenderà altresì in considerazione l’influenza dei fenomeni dinamici, attraverso l’uso di opportuni modelli di simulazione, a meno di dimostrare la scarsa rilevanza di tali fenomeni nel caso specifico. Si procede alla definizione dei confini dell’insieme di ambienti che formano l’edificio o l’unità immobiliare o la zona da climatizzare. 194 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Lo scambio mensile di energia

Il calcolo convenzionale prevede il mantenimento della temperatura di 20 °C per 24 ore e non si discosta molto dalla realtà nei casi vicini agli standard edilizi oggi più comuni, con impianti a convezione-radiazione. Il minore consumo nelle ore di sosta viene per lo più rimpiazzato dalle fasi di ripresa. Altri parametri costruttivi, funzionali e climatici sono in parte già noti.

5.2 Lo scambio mensile di energia L’energia scambiata dall’edificio o da ciascuna zona considerata QHnd va dettagliata nelle diverse sue componenti: innanzi tutto quelle di trasmissione e ventilazione. Il calore di trasmissione risulta dalla: QHtr = Htr,adj (θint,set,H – θe) × t + {∑k Fr,k Φr,mn,k} × t In questa formula: Htr,adj è il coefficiente globale di scambio termico per trasmissione della zona considerata, corretto per tener conto della differenza di temperatura interno-esterno; θint,set,H è la temperatura interna di regolazione per riscaldamento della zona considerata (negli esempi è pari a 20 °C); θe è la temperatura media mensile dell’ambiente esterno (tabella 5.3); t è la durata del periodo, cioè del mese considerato, in minuti secondi; Fr,k è il fattore di riduzione del flusso solare tra il componente edilizio e la volta celeste; Φr,mn,k è l’extra flusso termico dovuto alla radiazione infrarossa dal componente edilizio verso la volta celeste, mediato nel tempo t, qui considerato come incremento dello scambio termico per trasmissione e non, come sarebbe più preciso, come riduzione degli apporti termici solari. Tabella 5.3 – Valori di temperatura riferiti all’esempio di calcolo cui al capitolo 2 e seguenti, considerata la località in provincia di Pordenone all’altitudine di 800 m s.l.m. La temperatura in ambiente è di 20 °C. θe loc. riferi- mento (°C)

differenza (z – zr)δ (K)

θe di progetto (°C)

Δθ (θe – θint,set,H) (°C)

31 30 31 31 28 31 30

12,9 7,4 3,8 2,3 4,4 8,1 12,1

4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4 4,4

8,5 3,0 -0,6 -2,1 0 3,7 7,7

11,5 17,0 20,6 22,1 20,0 16,3 12,3

212

7,3

4,4

2,9

17,1



Mese N



O N D G F M A

Medie ponderali

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Capitolo 5

Calcolo dell’energia

Il calore di ventilazione degli ambienti risulterà : QHve = Hve,adj (θint,set,H – θe) · t dove: Hve,adj è il coefficiente globale di scambio termico per ventilazione della zona considerata, corretto per tener conto della differenza di temperatura interno-esterno. Nel caso di raffrescamento il calore di trasmissione diviene: QC,tr = Htr,adj (θint,set,C – θe) · t + {∑k Fr,k Φr,mn,k} · t e il calore di ventilazione: QCve = Hve,adj (θint,set,C – θe) · t θint,set,C è la temperatura interna di regolazione per il raffreddamento della zona considerata. I coefficienti globali di scambio termico si ricavano come appresso: Htr,adj = HD + Hg + HU + HA Hve,adj = ρa · Ca · {∑k · bve,k · qve,k,mn} dove: HD è il coefficiente di scambio termico diretto per trasmissione verso l’ambiente esterno; Hg è il coefficiente di scambio termico stazionario per trasmissione verso il terreno; HU è il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso ambienti non climatizzati; HA è il coefficiente di scambio termico per trasmissione verso altre zone climatizzate a temperatura diversa. ρa × Ca è la capacità termica volumica dell’aria, considerata del valore di 1200 J/m3 · K bve,k è il fattore di correzione per aria immessa a temperatura diversa da θe, come nei casi di aria immessa dopo preriscaldamento o preraffrescamento o recupero termico dall’aria espulsa; qve,k,mn è la portata d’aria mediata nello scorrere del tempo t. 5.2.1 Apporti termici interni Quanto agli apporti termici interni, il calcolo energetico può basarsi, in assenza di dati specifici, su valutazioni empiriche standardizzate, come espresse alla seguente tabella 5.4. Se si presentasse la necessità di adattare il calcolo a situazioni particolari, caratteristiche dell’utenza, si utilizzeranno gli specifici dati disponibili ovvero si farà ricorso ai prospetti 9, 10, 11 e 12 della UNI TS 11300-1.

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Lo scambio mensile di energia

Tabella 5.4 – Valutazione degli apporti termici interni riferiti alla superficie utile di pavimento, correlati alla categoria dell’edificio definita nel Dpr 412/93.

Categoria Particolarità edificio

Potenza degli apporti termici globali W ovvero W/m2

E.1(1) e E.1(2)

Superficie utile di pavimento ≤ 170 m2

Φint = 5,294 · Af – 0,01557 · Af2 in W

E.1(1) e E.1(2)

Superficie utile di pavimento > 170 m2

Φint = 450 W

E.1(3)



6 W/m2

E.2



6 W/m2

E.3



8 W/m2

E.4(1)



Cinema, teatri, sale riunioni

8 W/m2

Mostre, musei, biblioteche, luoghi culto

8 W/m2

Bar, ristoranti, sale da ballo

10 W/m2

E.4(2) E.4(3)



E.5



8 W/m2

E.6(1)



Piscine, saune e assimilabili

10 W/m2

E.6(2)



Palestre e assimilabili

5 W/m2

E.6(3)



Servizi di supporto alle attività sportive

4 W/m2

E.7



4 W/m2

E.8



6 W/m2

La formula complessiva che invita a valutare l’energia Qsol è inclusa al paragrafo 5.1 nella formula generale qui ripetuta: QHnd = (QHtr + QHve) – ηHgn (Qint + Qsol) La parte relativa agli apporti interni si risolve, secondo la UNI TS 11300-1, come segue: Qint = {∑ k Φint,mn,k } · t dove: Φint,mn,k è il flusso termico elementare prodotto da fonti di calore interne, mediato nel tempo, espresso in W; t è la durata del periodo, cioè del mese considerato, in minuti secondi.

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Capitolo 5

Calcolo dell’energia

Tabella 5.5 – Energia termica mensile fornita dall’illuminazione di un alloggio.

Tipo di appartamento

Energia termica (MJ/mese)



Piccolo appartamento (< 50 m2)

40



Medio appartamento (50 a 100 m2)

80



Grande appartamento (> 100 m2)

120

Tabella 5.6 – Contributo energetico mensile di alcuni elettrodomestici.

Apparecchio elettrico

Energia termica (MJ/mese)



Televisore

65



Frigorifero

100



Scaldacqua

50



Congelatore

180



Lavapiatti

130



Lavabiancheria

90



Asciugabiancheria

50



Umidificatore a evaporazione

160



Terminale video

180



Fotocopiatrice

1300



Macchina da scrivere elettrica

40



Macchina da scrivere elettronica

80

Nel caso l’edificio da riscaldare comprenda locali adiacenti non climatizzati che siano in grado di fruire di apporti termici interni, Q int si arricchirà di una ulteriore quota, come esplicitato alla formula (10) della norma di cui sopra. Indicativamente si possono consultare le tabelle 5.5 e 5.6, ricavate dalla UNI 10344, per il dettaglio del contributo energetico mensilmente prodotto dall’illuminazione artificiale e da alcuni elettrodomestici.

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Lo scambio mensile di energia

5.2.2 L’azione del sole Nel semestre in cui è in funzione l’impianto di riscaldamento, le relazioni tra l’edificio e il sole sono di segno contrastante. In termini grossolani, il periodo coincide con le stagioni dell’autunno e dell’inverno, quando il sole favorisce l’emisfero australe e perciò, a cominciare dall’equinozio d’autunno (23 settembre), compie alle latitudini della Penisola archi giornalieri di insistenza progressivamente più limitata, abbassandosi sull’orizzonte fino al minimo del solstizio d’inverno (21 dicembre), in corrispondenza del quale le ore di buio ammontano a circa il doppio di quelle di luce. Da questo momento le variazioni invertono il loro segno e le giornate si allungano fino a riportare il pareggio fra luce e ombra (12 ore per sorte, all’equinozio). La figura 5.2 rappresenta una quota della sfera celeste delimitata dall’orizzonte alle latitudini del Nord Italia, con i percorsi apparenti del sole al variare delle stagioni. L’effetto più vistoso di tale variazione risulta dall’impatto del raggio solare invernale rispetto alle pareti verticali e ai serramenti, tendente alla perpendicolare e per questo all’allungarsi delle ombre; pertanto un maggiore danno per l’edificio si avrà in presenza di ostacoli opachi in direzione SE-S-SW (figura 5.3). L’altitudine solare nell’ora di mezzogiorno può essere valutata, per ciascuna località di latitudine nota, seguendo la metodologia della figura 5.4. Il prospetto VII della UNI 10349 fornisce le coordinate geografiche dei capoluoghi di provincia italiani, consentendo di rilevarne la latitudine. È appena il caso di richiamare l’esempio dell’ombra riportata da una cabina elettrica o da un abete su una superficie rivolta a Sud: può accadere che per un mese o due l’ombra

Solstizio d’estate Equinozio

O

Solstizio d’inverno S

N

E

Figura 5.2 – Rispetto al piano dell’orizzonte, alle latitudini della Penisola, il sole compie tre percorsi ben diversi nelle tre fasi indicate. In corrispondenza del solstizio d’inverno segue un arco breve e molto basso, agendo per poche ore sulle pareti verticali con angolo di incidenza prossimo alla perpendicolare.

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Capitolo 5

Calcolo dell’energia O

S

SUD

N

E

Ore 12

Ore 9

que ore central i Cin giornata della

O

EST

Ore 6

Ore 15

OVEST Ore 18

ln

N

NORD

Figura 5.3 – Solstizio d’inverno: ombra di uno stilo verticale, di lunghezza l, infisso nel punto O nelle cinque ore centrali della giornata, alla latitudine di 42°26’ (Pescara). L’ombra ON ha lunghezza ln. Il rapporto ln/l consente di determinare la misura dell’ombra proiettata nel momento voluto. Per latitudini diverse il grafico va adattato al caso. Legenda: 21 dicembre α = 90° – (42° 26’ + 23° 26’) = 24° 08’ 21 marzo-23 settembre α = 90° – (42° 26’) = 47° 34’ 21 giugno α = 90° – (42° 26’ – 23° 26’) = 71° 00’

4'

°4

α all’equ inoz io è pa a Pesca ri a ra α 23° 50' è4 90 7° °– 34 ϕ 23 ' °4 4'

23

Solstizio d’estate Equinozio

Solstizio d’inverno

Figura 5.4 – Altitudine solare a Pescara (latitudine w = 42°26’) a mezzodì dei solstizi e dell’equinozio.

Estate All’equinozio Inverno

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ui

no

zio

Mezzodì

Eq

Sols tizio

d’es t

ate

Lo scambio mensile di energia

stiz

Sol

no

ver

’in io d

Figura 5.5 – Pensiline, linde e porticati consentono l’accesso invernale della radiazione solare, accesso utilmente impedito quando i raggi solari divengono dannosi al comfort, come d’estate. Qui un particolare della figura 2.6 con parte della parete verticale Sud colpita dal sole a mezzodì del solstizio d’inverno.

insista sulla parete e che nel mese seguente essa scompaia (figure 5.3 e 5.4). Altrettanto si può dire per casi frequenti di località montane site nel fondovalle, ove il sole scompare per alcuni periodi ed è invece ben presente in altri. Le semplici considerazioni fin qui svolte consentono una prima valutazione, di tipo mappale, delle condizioni dell’edificio rispetto al sole invernale, degli ostacoli naturali o comunque immanenti (montuosità, costruzioni alte ecc.) che possono frapporsi al suo pieno godimento e utilizzo, dell’opportunità di piantare alberi, specie se sempreverdi, quale spalliera difensiva a Nord o barriera opaca verso mezzogiorno. Sullo stesso principio si può anche valutare l’effetto di una pensilina, di un portico o di altro aggetto nell’ora del mezzogiorno (figura 5.5) e di qui estendere la valutazione alle diverse ore d’insolazione utile. Risulta evidente la grande variazione che si verifica di mese in mese, rilevabile addirittura di settimana in settimana; non si può pertanto accettare l’affermazione contenuta nella UNI 10344, appendice E.4, che tende a trascurare la variazione considerando l’ombreggiatura una costante. In questa fase del calcolo è necessario stabilire quale quota dell’energia solare in arrivo sull’edificio venga da quest’ultimo raccolta. Con l’aiuto della figura 5.1 si distinguono: una parte dell’irraggiamento che va a colpire le strutture opache dell’involucro edilizio e un’altra parte che attraversa il trasparente e raggiunge l’interno della zona riscaldata. 201 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 5

Calcolo dell’energia

L’energia in arrivo sulle superfici verticali viene indicata, per ogni capoluogo di provincia, nei prospetti IX-XIII della UNI 10349. La formula complessiva che invita a valutare l’energia Qsol è inclusa al paragrafo 5.1 nella formula generale qui ripetuta: QHnd = (QHtr + QHve) – ηHgn (Qint + Qsol) La parte solare si risolve, secondo la UNI TS 11300-1, come segue: Qsol = {∑ k Φsol,mn,k } · t dove: Φsol,mn,k è il flusso termico elementare di origine solare, mediato nel tempo, espresso in W; t è la durata del periodo, cioè del mese considerato, in minuti secondi. Si passa dunque al calcolo del flusso solare istantaneo: Φsol, k = Fsh,ob,k · Asol,k · Isol,k dove: Fsh,ob,k è il fattore di riduzione per ombreggiatura relativo a elementi esterni prospicienti l’area di captazione solare effettiva della superficie k-esima; Asol,k è l’area di captazione solare effettiva della superficie k-esima per un dato orientamento e un dato angolo di inclinazione rispetto al piano orizzontale; Isol,k è l’irradianza solare media mensile sulla superficie k-esima per un dato orientamento e un dato angolo di inclinazione rispetto al piano orizzontale. Il fattore di riduzione per ombreggiatura Fsh,ob va calcolato come prodotto dei fattori di ombreggiatura per ostruzioni esterne Fhor, per aggetti orizzontali Fov e verticali Ffin. Fsh,ob = Fhor · Fov · Ffin I suddetti fattori dipendono dalla latitudine, dall’orientamento dell’elemento ombreggiato, dal clima, dal periodo considerato e dalle caratteristiche geometriche dei componenti in gioco definiti al paragrafo 14.4 della UNI TS 11300-1. Nel caso l’edificio da riscaldare comprenda locali adiacenti non climatizzati che siano in grado di fruire della radiazione solare, Qsol si arricchirà di una ulteriore quota, come esplicitato alla formula (11) della norma di cui sopra. Si considera l’azione del sole sulla superficie esterna dei componenti opachi: essa non è in grado di attraversare la struttura e collaborare in tal modo al calore ambiente, bensì agisce da tampone, ostacolando il flusso termico in uscita. L’energia utilizzata da ogni specchio di parete risulta: QSe =

N ⋅ q s ⋅ A ⋅a a ⋅ Fer ⋅ Fer ⋅ Fs ⋅U he

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Lo scambio mensile di energia

N, A, U e he sono valori noti (numero di giorni, area esposta, trasmittanza unitaria della parete, coefficiente superficiale di scambio termico); qs è l’irradiazione globale giornaliera media, in MJ/m2, del periodo di giorni N incidente sulla parete considerata; a è un nuovo coefficiente, detto di assorbimento della radiazione solare, dipendente dal colore della superficie, che difficilmente può risultare noto al progettista prima dell’edificazione. I valori proposti dalla UNI 10344, punto 11.2.2, sono:2 colore chiaro a = 0,3 colore medio a = 0,6 colore scuro a = 0,9 Fer è un coefficiente di riduzione che tiene conto del flusso radiativo emesso dalla superficie verso la volta celeste. I valori forniti dalla UNI 10344 sono: superfici orizzontali Fer = 0,8 superfici inclinate Fer = 0,9 superfici verticali Fer = 1,0 Fs è il fattore di schermatura dovuto alle ombre riportate da corpi opachi esterni sulla superficie interessata (montuosità, alberi, torri ed edifici in genere ecc.). In seconda battuta si esamina la quota di energia solare che attraversa le parti trasparenti, raggiungendo l’interno della zona riscaldata. Qui i raggi solari verranno assorbiti dalle strutture interne, dagli arredi ecc. che tenderanno a trattenerli. L’energia solare incidente che attraversa le vetrate risulta: QSi = N · qs · Fs · Fc · Ff · g · Aw N, qs e Aw sono noti, assumendo per Aw l’area dell’apertura realizzata nella parete, al lordo dei telai; Fs è il fattore di schermatura come per il caso precedente; Fc è il coefficiente di riduzione dovuto a schermi interni o esterni (prospetto XV, UNI 10344); Ff è il rapporto fra l’area netta del vetro Ag e l’area Aw sopra citata, già ricavate nel calcolo della trasmittanza; g è la trasmittanza solare totale del trasparente, ricavabile dal prospetto XIV della UNI 10344 trascritto alla tabella 5.7. Si valuta poi l’irradiazione attraverso le superfici vetrate. Esaminando le planimetrie delle figure 2.1, 2.5 e 2.7 si individuano finestre, da considerare libere da balconi o tapparelle durante le ore di sole. Il colore superficiale esterno delle pareti ha senz’altro importanza agli effetti dell’assorbimento della radiazione solare, come evidenzia la norma, ma ha altrettanta importanza, e di senso inverso per il bilancio energetico, per l’emissività radiante della parete. Questo secondo aspetto talvolta non viene considerato, nonostante insista per un tempo ben più esteso di quello di insolazione. 2

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Capitolo 5

Calcolo dell’energia

Tabella 5.7 – Trasparenza del vetro, tenuto conto dell’angolo di incidenza solare medio per la stagione invernale (coefficiente di trasmissione solare g secondo UNI 10344).

Tipo di vetro

g



Vetro singolo

0,82



Vetro selettivo

0,66



Doppio vetro normale

0,70



Doppio vetro con rivestimento selettivo pirolitico

0,64



Doppio vetro con rivestimento selettivo catodico

0,62



Triplo vetro normale

0,60



Triplo vetro con rivestimento selettivo pirolitico

0,55



Triplo vetro con rivestimento selettivo catodico

0,53

Figura 5.6 – L’architettura bioclimatica studia i rapporti fra il sole e l’edificio: qui un esempio-proposta di una serra solare equipaggiata con superfici vetrate che contribuiscono al bilancio energetico consentendo anche ombreggi correttivi dei possibili eccessi di irradiazione (gentile concessione dell’arch. Remigio Masobello).

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Energia da produrre

Vanno trascurati, ad esempio, i serramenti, per gran parte opachi (porte e portoni verso l’esterno), per i quali si potrebbe più precisamente valutare a parte l’apporto QSe: la scelta spetta al progettista, ma ogni parte trascurata rende più severa la verifica finale. È necessario uno studio del progetto mediato fra architetto e termotecnico per individuare l’ottimo nel collocare le superfici vetrate per le funzioni che svolgono di illuminamento, di ricambio d’aria e di captazione solare diretta (figura 5.6).

5.3 Energia da produrre Il calcolo dell’energia QHnd in un tempo determinato, per esempio un mese dell’anno, come espresso all’inizio del paragrafo 5.1, richiede la quantificazione mensile del fattore di utilizzazione degli apporti gratuiti ηHgn, con il procedimento che segue, indicato al punto 15.1.1 della UNI 11300-1. Si inizia a identificare il rapporto gH fra l’energia dovuta agli apporti interni Qgn e quella scambiata con l’esterno QHht. Si possono verificare due casi ai quali corrispondono due diversi valori di ηHgn. Caso 1: gH maggiore di 0 e diverso da 1 ηH,gn = (1 – gHaH) / (1 – gHaH+1) Caso 2: gH = 1 ηH,gn = aH / (aH +1) dove: aH = aH,0 + t/tΗ,0 t è la costante di tempo della zona termica, espressa in ore, calcolata come rapporto tra la capacità termica interna della zona considerata Cm e il suo coefficiente globale di scambio termico, corretto per tener conto non già delle condizioni estreme ai limiti di progetto, bensì della temperatura media esterna dell’arco di tempo sotto esame. Per il calcolo mensile ci si può servire della tabella 5.3, ricostruendola caso per caso. Con riferimento al periodo di calcolo mensile si può assumere: aH,0 = 1

tΗ,0 = 15 h Il calcolo della capacità termica interna della zona considerata Cm va effettuato secondo UNI EN ISO 13786, ma in assenza di dati di progetto attendibili o comunque di informazioni più precise sulla reale costituzione delle strutture edilizie di edifici esistenti, Cm può essere stimata in modo semplificato adottando i dati della tabella 5.8.

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interno interno interno assente/esterno assente/esterno assente/esterno assente/esterno assente/esterno assente/esterno assente/esterno assente/esterno assente/esterno

Malta

Isolamento

interno interno interno assente/esterno assente/esterno assente/esterno assente/esterno assente/esterno assente/esterno

Intonaci

qualsiasi qualsiasi qualsiasi leggere/blocchi medie pesanti leggere/blocchi medie pesanti leggere/blocchi medie pesanti

qualsiasi qualsiasi qualsiasi leggere/blocchi medie/pesanti leggere/blocchi medie/pesanti leggere/blocchi medie/pesanti

Pareti esterne

tessile legno piastrelle tessile tessile tessile legno legno legno piastrelle piastrelle piastrelle

tessile legno piastrelle tessile tessile legno legno piastrelle piastrelle

Pavimenti

Caratteristiche costruttive dei componenti opachi

Gesso





2

≥3

105 115 125 125 135 145 145 155 165 145 155 165

75 85 95 95 105 115 115 115 125 105 125 135 125 135 135 145 155 165 155 165 165

75 95 105 95 95 115 125 125 135

105 135 135 115 125 125 145 155 165 155 165 165

85 105 115 95 95 115 125 135 135

Capacità termica aerica kJ/(m2 × K)

1

Numero di piani

Tabella 5.8 – Capacità termica aerica Cm per unità di superficie di involucro espressa in kJ / (m2 ⋅ K).

Capitolo 5 Calcolo dell’energia

206

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Energia da produrre

L’energia da produrre Qp deve tenere conto delle perdite di emissività del corpo scaldante Pem, di quelle per imperfetta regolazione Preg e anche delle perdite della rete di distribuzione Pdistr, come schematizzato alla figura 5.1. In altre parole: Qp = QH /ηem · ηdistr · ηreg I valori dei tre rendimenti per l’esempio in corso sono stati abbozzati al paragrafo 2.4.5 in termini di potenza e poi analizzati ai successivi 4.3 e 4.5. Questa energia viene fornita per lo più quale parte utile dell’energia ricavata dal combustibile bruciato QU, ma contiene una quota pur modesta dell’energia elettrica Qel consumata nella centrale termica e trasformata dapprima in energia meccanica e poi in calore dovuto agli attriti lungo i percorsi dei fluidi in gioco. L’energia elettrica impiegata Qel si può distinguere, nel caso molto semplice esaminato, nella quota per far funzionare il bruciatore Qbr e in quella per l’elettrocircolatore Qpo. Nel caso specifico, considerando l’elettrocircolatore in servizio continuo per analogia con il calcolo svolto, si ricava la potenza assorbita assumendo i dati forniti dal costruttore. L’energia termica trasferita al fluido è convenzionalmente indicata dalla UNI 10348, punto 7.1: 3 Qaux = Qpo · 0,85 Vi è poi da considerare l’energia elettrica Qbr consumata dal bruciatore e dal generatore nel suo complesso, ma si può trascurare il contributo di energia termica Qaux dovuto al funzionamento del generatore, per la sua scarsa rilevanza. Non si può invece trascurare l’energia elettrica assorbita dagli elettroventilatori, macchine di termoventilazione, ventilconvettori ecc., per la quota destinata all’esercizio dell’impianto di riscaldamento. Si deve stimare sia il consumo dell’energia elettrica Qvent, che partecipa alla somma dell’energia primaria in gioco, sia l’energia termica trasferita all’ambiente che va a incrementare Qaux. L’energia da computare complessivamente nel bilancio dell’energia primaria, dovuta agli impieghi elettrici, è Qel = (Qpo + Qbr + Qvent) / ηsen raccogliendo in uno dei tre gruppi i diversi consumi di energia elettrica senza alcuna omissione. ηsen è il rendimento del sistema elettrico nazionale, che secondo la UNI 10348 può essere assunto pari a 0,36.4

Il trasferimento dell’85% dell’energia dall’elettrocircolatore al fluido corrisponde a un rendimento che nella pratica non è possibile realizzare. 4 In realtà il rendimento complessivo del sistema elettrico nazionale, considerato nell’intero percorso dall’approvvigionamento al trasporto e alla consegna all’utilizzatore finale, in relazione all’impiego di combustibili, considerate le perdite del ciclo generatore-turbina, quelle dell’alternatore e quelle di distribuzione, non può mantenersi che a valori medi molto più modesti. 3

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Capitolo 5

Calcolo dell’energia

A questo punto si può calcolare l’energia termica che l’apparato generatore deve produrre nell’arco stagionale: Qu = Qp – Qaux Per assumere dati credibili di Pd, Pf e Pfbs è bene riferirsi a quanto può garantire il costruttore del generatore termico, che certificherà i dati medesimi. Noto il rendimento termico utile medio stagionale, si può ricavare l’energia fornita dal combustibile: Qcomb = Qu / ηu E per ricavare l’energia complessiva si dovrà finalmente definire il consumo stagionale di energia elettrica per il servizio di riscaldamento, utilizzando il fattore di carico per conoscere il tempo di inserimento del generatore: Qbr = t · FC · Φel,br dove: t è la durata in secondi del periodo di tempo esaminato (per esempio un mese); FC è il fattore di carico che determina il tempo di inserimento del bruciatore; Φel,br è la potenza elettrica assorbita dal bruciatore e da altre apparecchiature elettriche del generatore. Qvent è pari a zero nel caso non risultino installati in zona sistemi di termoventilazione.

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Capitolo

6

Controllare il consumo di energia La moderazione del consumo di energia per gli usi termici rientra fra i doveri umani e sociali di ciascuno: limitare i consumi di combustibili fossili, ricavati da depositi esausti e non rinnovabili nonché inquinanti in tutto il loro tragitto, tutela la salute pubblica, tutela le prospettive delle nuove generazioni, difende direttamente la salute individuale, riduce la dipendenza dall’approvvigionamento oltremare con le guerre e le tragedie ecologiche che questo comporta, migliora il bilancio economico familiare e globale. L’ultimo ventennio del secolo ventesimo e quest’alba del nuovo millennio sono stati contrassegnati da un progresso confortante negli investimenti in beni patrimoniali stabili, innanzi tutto nella qualità degli involucri edilizi per la limitazione dei flussi termici verso l’ambiente esterno, ma la qualità dei servizi resi ai luoghi di vita e di lavoro si è nel frattempo incrementata per il maggior comfort assicurato all’individuo. Ciò ha richiamato maggior ricorso specifico agli impieghi energetici e dunque maggior necessità di scelte per il contenimento dei consumi. In questo capitolo si esaminano le principali provvidenze per accedere a livelli accettabili di efficienza energetica.

6.1 Il controllo della temperatura Il parametro “temperatura” gioca un ruolo fondamentale nell’uso razionale dell’energia e infatti a temperature più contenute corrispondono immancabilmente minori dispendi e minori sprechi energetici. 6.1.1 Le condizioni in ambiente Il primo parametro da tenere sotto controllo per un corretto uso dell’energia è la temperatura interna dell’ambiente abitato. Se n’è parlato al paragrafo 1.1.2 nel rispetto dei dettami legislativi, ma nella realtà si può spesso constatare in moltissimi ambienti il superamento del limite legale e salutare dei 20 °C, specialmente in uffici e luoghi di accesso pubblico,

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Capitolo 6

Controllare il consumo di energia

pur anche laddove i presenti siano in abbigliamento adatto alle intemperie esterne. Spesso la scelta della temperatura di regolazione o la commutazione estate/inverno localizzata sono affidate alla disponibilità e alla memoria del personale che si avvicenda nei luoghi d’uso, o addirittura alle decisioni del pubblico in transito. Accade così che il comfort reale vada a decadere con l’aumentare della temperatura, specialmente laddove non si attui l’umidificazione controllata. Come detto il livello termico di legge, da non superare, è di 20 °C: nonostante ciò la temperatura rilevabile d’inverno in molti ambienti raggiunge spesso 22-24 °C. Ne viene penalizzata l’umidità ambiente, che tende all’insufficienza durante i mesi più freddi, come si può dedurre dall’esame della figura 1.1. Al variare della temperatura infatti rimane invariata l’umidità assoluta, piuttosto bassa durante l’inverno, che determina all’interno condizioni di umidità relativa tanto più insoddisfacenti, quanto più aumenta la temperatura dell’ambiente. Il corpo umano non reagisce alle variazioni di umidità relativa e dedica piuttosto ogni propria reazione al livello di temperatura, ritenendosi maggiormente soddisfatto negli ambienti più caldi. Ragion di più per scegliere, a parità di comfort, sistemi di riscaldamento a bassa temperatura, come quelli a radiazione, in presenza dei quali è favorevolmente influenzata l’umidità interna poiché correlata alla minore temperatura dell’aria a parità di temperatura operante. Su questo concetto è bene fare un esempio: si ipotizzi di ottenere la temperatura operante di 20 °C con un impianto a pavimento. La temperatura superficiale del pavimento sia di 26 °C, sicché, da ogni punto geometrico del pavimento, si emanano in tutte le direzioni raggi infrarossi che vanno a incontrare le pareti circostanti, il soffitto e ogni corpo solido. Le superfici così riscaldate a loro volta riemettono da ogni punto geometrico altri raggi infrarossi, cosicché tutte le masse che contornano l’ambiente si portano a una temperatura più elevata di quella dell’aria. Esagerando l’omogeneità dell’involucro, la sua temperatura media potrebbe considerarsi attestata sui 23 °C. Per realizzare la temperatura operante voluta l’aria ambiente raggiungerà la temperatura di 17 °C, misurabile con un termometro schermato alle radiazioni. A questa temperatura l’aria, a parità di umidità assoluta, si trova a umidità relativa più elevata rispetto all’aria di un locale riscaldato da sistemi a termoventilazione dove, per ottenere la stessa temperatura operante di 20 °C, sarà necessario che l’aria si porti alla temperatura media di 23 °C a fronte della temperatura media dell’involucro di 17 °C. Si riveda a questo proposito il diagramma psicrometrico il cui stralcio è appunto alla figura 1.1: si esemplifichi un tasso di umidità di 6 g/kg che, a 17 °C, determina l’umidità relativa ottimale del 50%; con la stessa umidità assoluta, alla temperatura di 23 °C, l’umidità relativa scende al 35% determinando condizioni ambientali di aria secca. Ne discende un minor carico termico e relativo consumo di energia per riscaldamento dell’aria di infiltrazione (aria di rinnovo naturale), che verrà valutato, secondo la UNI EN 12831, introducendo nel calcolo il salto di temperatura fra l’ambiente esterno e l’aria interna, come sopra esemplificato (17 °C con riscaldamento radiante, in luogo di 23 °C con riscaldamento convettivo). Nella condizione di progetto la differenza di potenza termica dedicata alle infiltrazioni può variare di un 5-10%, ma nell’arco della stagione invernale ciò comporta differenze dell’ordine del 50% su questo stesso parametro, a parità di comfort, ottenendo anche un’attenuazione dei moti convettivi interni. 210 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il controllo della temperatura

Questa esemplificazione consente anche di apprezzare in generale ogni condizione ambiente a temperatura ragionevolmente bassa, minore di 20 °C, con il risultato difficilmente leggibile, ma igienicamente valido, dell’umidità relativa a valori che si avvicinano all’ottimale. Sembra dunque un paradosso, ma il comfort reale migliora con il diminuire, entro certi limiti, della temperatura nei locali abitati. Il risparmio di energia ne diviene una conseguenza rilevante. 6.1.2 Temperatura dei fluidi vettori Va data preferenza a un corretto regime termico dell’acqua in circolazione nei sistemi di riscaldamento scegliendo in fase progettuale un consistente salto termico del fluido vettore, per esempio 20 K. Ciò consente di limitare le perdite di carico nei circuiti e pertanto di restringerne le dimensioni e gli impegni di potenza, oltre a ridurre i consumi elettrici delle elettropompe di circolazione: evidentemente ci si deve avvicinare quanto possibile ai limiti di calcolo ai quali si verifichi uno scambio utile e si assicurino condizioni confortevoli anche nelle situazioni estreme di progetto. Superato il momento di punta, si avrà la certezza di poter operare per tutta la restante parte della stagione invernale a valori ancor migliori di quelli progettati. Per esempio, un corretto radiante a pavimento non rappresenta soltanto un impianto in grado di assicurare il massimo comfort, bensì fa entrare nella via della razionalità d’impiego dell’energia, profittando dei progressi e perfezionamenti attuati nella costruzione di caldaie che realizzano la condensazione nel ciclo della combustione. Non si tratta più soltanto di bruciare bene i combustibili trasformandone per scambio diretto tutto il potere calorifico ottenibile, bensì di procedere nello scambio e nel raffreddamento dei prodotti della combustione fino a far condensare il vapor d’acqua formato dalla combustione medesima. Si ricava così, a beneficio dell’esercizio, l’importante quota dovuta al calore latente contenuto nei fumi e anche una ulteriore quota di calore sensibile, connesso al più basso livello termico in tal modo conseguito. Ciò che un tempo era considerato un difetto, la presenza del condensato in caldaia, diviene ora un pregio, contributo prezioso al risparmio energetico e alla tutela dell’ambiente per il duplice effetto della precisione nella combustione, ottenuta ad esempio con i moderni bruciatori a premiscelazione, e della minor quantità di combustibile bruciato. Considerando la preparazione dell’acqua calda sanitaria, concomitante molto spesso con il servizio riscaldamento, si può affidarsi a sistemi come rappresentati alle figure 4.5 e 4.6, che da un lato consentono la preparazione dell’acqua calda alla temperatura fissa di 60 °C (antilegionella) e d’altro lato assicurano temperature adatte ai circuiti derivati, sia quelli ad alta temperatura in uscita (non più di 60 °C) e Δθ 20 K, sia quelli a bassa temperatura con separata termoregolazione.

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Capitolo 6

Controllare il consumo di energia

6.1.3 Temperatura dei corpi scaldanti A questo punto non si fa che ribadire quanto risulta in altri capitoli di questo testo: l’obiettivo che ci si pone consiste nell’ottenere in ambiente una confortevole temperatura di 20 °C e non c’è più ragione di portare le caldaie né di alimentare i corpi scaldanti a livelli termici maggiori di 60 °C, retaggio quello di un passato nel quale le condizioni di partenza erano ben diverse da quelle attuali. Farà la differenza la maggior spesa di investimento per l’incremento delle dimensioni dei radiatori, che si tradurrà in migliori condizioni di comfort per l’aumento dell’effetto radiante a detrimento dell’effetto convettivo: minor stratificazione, minor dispendio per inutile riscaldamento degli strati più alti nella sezione del locale, minori scambi per disperdimenti e minor consumo di energia. Qualora venissero scelti i sistemi radianti, la bassa temperatura diverrà una condizione di partenza, come già visto sia per i pavimenti, sia per i soffitti radianti (si riesamini per esempio la tabella 4.10). Per gli impianti a pavimento si suggerisce una pratica che consente notevoli risparmi sia nelle spese di investimento sia in quelle di esercizio. Essa consiste nel mantenere ben staccate le spire dei serpentini annegati nelle strutture, con un passo di non meno di 0,2 m: si porta al minimo l’impiego di tubazioni limitando le spese di acquisto e installazione, ma specialmente si riducono le portate d’acqua e le perdite di carico; in definitiva, si riduce la dimensione degli elettrocircolatori, la loro potenza e il consumo di energia elettrica, piuttosto penalizzante quale spesa di esercizio costante nell’intera stagione invernale. Il comfort non ne risulterà menomato in quanto l’obiettivo da raggiungere si concretizza nella temperatura superficiale che non deve superare i valori indicati nella tabella 6.1. L’infittire le spire non può portare alcun beneficio, non essendo proponibile l’incremento della temperatura superficiale, fatti salvi i casi specifici dei locali bagno o di passaggio, come corridoi o ambienti Tabella 6.1 – Valori massimi della temperatura superficiale del pavimento. Tipo di locale

Temperatura massima Note superficiale del pavimento (°C)

Locale nel quale le persone, 29 con abbigliamento normale per interno, si trattengono prevalentemente sedute

Riferito alla zona occupata

Locale nel quale le persone, 28 Riferito alla zona con abbigliamento normale per interno, occupata si trattengono generalmente in posizione eretta Locale bagno o piscina

33

Aree del locale al di fuori della zona occupata

35

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Orari di esercizio e termoregolazioni

di secondaria importanza. Le temperature indicate nella tabella possono essere raggiunte con fluido riscaldante alla temperatura media di 40 °C e con un salto termico tra il fluido e l’ambiente di 20 K [1]. La “zona occupata” ha come base l’intera superficie del pavimento dalla quale sottrarre un corridoio perimetrale ideale della larghezza di 0,6 m. L’altezza del parallelepipedo denominato “zona occupata” è tradizionalmente di 2,00 m. Un’attenzione particolare va dedicata a locali un po’ anomali rispetto a quelli di soggiorno: per esempio i vani scala, nei quali è frequente constatare un notevole gradiente termico dovuto alla naturale tendenza alla stratificazione alla quale si somma l’effetto camino. Per garantirsi condizioni accettabili di comfort, l’utente potrebbe essere tentato di incrementare il riscaldamento ai piani bassi con l’inevitabile surriscaldamento nella parte alta della sezione verticale. Ciò corrisponde a inutile spreco e disagio. Va ricordato a questo proposito il maggior rischio d’incendio per grandi edifici dovuto appunto all’effetto camino, ma, a prescindere da questo, si devono disporre i corpi scaldanti soltanto alla base dei locali alti e non certo con radiatori a ogni piano.

6.2 Orari di esercizio e termoregolazioni La normale funzionalità degli impianti di riscaldamento può realizzarsi a regime continuo ovvero con attenuazioni o riduzioni nell’arco settimanale o nelle ventiquattr’ore. Negli uffici e nei locali pubblici o privati aperti in determinati orari è opportuno provvedere allo spegnimento degli impianti negli orari di sosta, nelle festività, nei giorni di assenza dal lavoro per scioperi o per altre motivazioni, specialmente dove il riscaldamento avviene per termoventilazione. Lo spegnimento comporta infatti drastica riduzione dei consumi di energia elettrica oltre che di energia termica, ma non solo: si prolunga la vita attiva degli elettroventilatori e delle pompe e si riduce lo sporcamento dei filtri in proporzione diretta ai tempi di funzionamento. Esperienze dirette dell’autore nelle funzioni di energy manager hanno fatto ripetutamente constatare il mantenimento in esercizio continuativo delle unità di condizionamento dell’aria a servizio delle sale operatorie negli ospedali: a fronte di una trentina di ore settimanali di uso delle strutture si mantenevano in funzione impianti costosissimi nell’investimento e nell’esercizio per tutte le 168 ore della settimana, festività incluse. La motivazione addotta dalle persone responsabili della gestione diretta era inevitabilmente quella della necessità di poter entrare in sala operatoria in qualunque momento nell’eventualità di interventi urgenti. Il buon termotecnico ben conosce il pregio dei sistemi ad aria, caratterizzati dalla rapidità di messa a regime. Per una sala operatoria si può stimare che il tempo di raggiungimento delle condizioni indispensabili all’avviamento di ciascuna attività possa essere stimato in valori ben inferiori a quelli necessari ai sanitari per il lavaggio delle mani e per vestire gli indumenti professionali. Necessita dunque un programma progettuale di un regime di pieno esercizio e di un regime di sosta, che per l’esempio delle sale operatorie può attuarsi mantenendo in funzione a regime ridotto i soli ventilatori di immissione, arrestando quelli di estrazione dell’aria. Ne risultano così garantite le condizioni ambientali di sterilità. Più in generale è necessario individuare quali comandi si debbano impartire a ciascuna unità funzionale per realizzare il regime ridotto, o di sosta, e quali funzioni possano essere 213 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 6

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costrette entro limiti comunque accettabili: ad esempio, contenimento della temperatura in ambiente, riduzione della portata d’aria di immissione, arresto dei ventilatori di espulsione, arresto dell’umidificazione. La ripresa del funzionamento a regime, dopo soste più o meno prolungate, necessita di un tempo di preaccensione afferente la tipologia del terminale: per impianti a termoventilazione si può stimare una preaccensione di mezz’ora, prudenzialmente di un’ora nella stagione rigida, per impianti a inerzia termica medio-bassa (radiatori) sono necessarie un paio d’ore, per impianti radianti a bassa inerzia termica (soffitti radianti) si preveda un preriscaldamento limitato a una mezz’ora, ma per un radiante a pavimento con serpentini annegati nella struttura non saranno sufficienti dodici ore. Tutto quanto sopra dipende da diversi parametri che si valuteranno fin dalla fase progettuale per poter compilare un adatto libretto di istruzioni per l’esercizio; fra questi, le condizioni termiche della fase di esercizio precedente, la durata dell’interruzione, le masse delle pareti verso l’interno dell’ambiente, le altre masse presenti, come mobilio pesante, macchinari e altro. In questo contesto vanno osservate le prescrizioni del Dpr 412/1993, che al comma 12 dell’art. 5 recita: “Negli impianti termici di nuova installazione e in quelli sottoposti a ristrutturazione, qualora siano circoscrivibili zone di edificio a diverso fattore di occupazione (ad esempio singoli appartamenti e uffici, zone di guardiania, uffici amministrativi nelle scuole), è prescritto che l’impianto termico per la climatizzazione invernale sia dotato di un sistema di distribuzione a zone che consenta la parzializzazione di detta climatizzazione in relazione alle condizioni di occupazione dei locali”. 6.2.1 Attenuazione notturna La regolazione su due livelli di temperatura, contemplata dalle attuali norme legislative, dona contemporaneamente all’utente sia la possibilità di acquisire maggior benessere, connesso con il lieve incremento dell’umidità relativa (figura 1.1), sia un apprezzabile risparmio di energia. La riduzione reale di temperatura nelle ore notturne, in edifici costruiti secondo le norme attuali, è di entità minima, al punto che piuttosto di un regime ridotto, ottenibile con elaborate tecniche di regolazione, si può semplicemente procedere allo spegnimento completo dell’impianto termico. Ciò è particolarmente legato all’adozione di scaldacqua ad accumulo piuttosto che istantanei, come richiesto esplicitamente per gli impianti centralizzati, ma raccomandabile nella generalità dei casi. L’art. 7 del Dpr 412/93 pretende comunque che, negli impianti termici centralizzati adibiti al riscaldamento ambientale per una pluralità di utenze, qualora la potenza nominale del generatore di calore o quella complessiva dei generatori di calore sia uguale o superiore a 35 kW, è prescritta l’adozione di un gruppo termoregolatore dotato di programmatore che consenta la regolazione della temperatura ambiente almeno su due livelli a valori sigillabili nell’arco delle 24 ore. Il gruppo termoregolatore deve essere pilotato da una sonda termometrica di rilevamento della temperatura esterna. La temperatura esterna e le temperature di mandata e di ritorno del fluido termovettore devono essere misurate con una incertezza non superiore a ±2 °C. Il regime ridotto è comunque improponibile per i sistemi di elevata inerzia termica, come il radiante a pavimento: si veda il testo che segue. 214 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Orari di esercizio e termoregolazioni

6.2.2 Regolazione del riscaldamento a pavimento Non è facile ottenere una regolazione automatica del riscaldamento a pavimento che soddisfi tutte le normali esigenze. Infatti l’apporto termico di un impianto a pavimento all’ambiente deve far fronte a due variabili fuori controllo: – l’andamento climatico, – gli apporti termici gratuiti. Prima ancora di progettare il modo migliore per pilotare il sistema riscaldante si deve rammentare che l’impianto a pavimento è un sistema a forte inerzia termica che collabora con tutta la massa edilizia e che trasferisce le variazioni di temperatura all’ambiente con ritardi di molte ore rispetto al momento della variazione di temperatura dell’acqua in circolazione. Tenendo conto di questi ritardi, che variano a seconda della tipologia edilizia, delle masse in gioco e della struttura del pannello, va ipotizzato il comportamento dell’insieme impiantoedificio in risposta ai cambiamenti termici. La scelta dell’alternativa “climatica”... Il principale cambiamento da compensare è senz’altro quello del clima: l’abbassamento della temperatura esterna comporta maggiori dispersioni attraverso l’involucro edilizio e a questo si fa fronte con un’operazione sull’impianto, ad esempio l’apertura controllata di una valvola miscelatrice, per incrementare la temperatura dell’acqua in circolazione. Tenuto conto della notevole inerzia termica del sistema sarebbe senz’altro preferibile che il comando di tale operazione fosse determinato da un rilevamento sulle condizioni esterne: benissimo dunque una regolazione climatica con sonda esterna (master) che determina uno squilibrio sulla centralina elettronica, squilibrio recuperato ad esempio da impulsi in apertura della valvola miscelatrice motorizzata, controllata da una sonda sulla mandata (submaster). Questo sistema è molto diffuso e adatto a impianti a servizio di edifici destinati al terziario, collettività o simili. Meno bene il termostato ambiente che va a risentire molto tempo dopo, può trattarsi di diverse ore, della variazione della temperatura esterna, variazione che si ripercuote sulla temperatura interna rilevata dal sensore in ambiente. La differenza fra i due sistemi di regolazione è ancor più manifesta qualora venga adottata una regolazione climatica con sonda esterna in grado di valutare l’influenza del vento, e questo va considerato particolarmente in aree quali, ad esempio, la provincia di Trieste dove batte la bora o l’isola della Maddalena con il maestrale. Ma a questo punto vanno tirati in ballo e analizzati i cosiddetti apporti termici gratuiti, cioè il calore portato all’ambiente da tutti i consumi di energia, dal metabolismo umano e animale e dall’irraggiamento solare. Luci, elettrodomestici, strumenti alimentati da energia elettrica, impiego e trasformazione di combustibili e commestibili, igiene personale con uso di acqua calda: si tratta di apporti non costanti che insistono principalmente nelle ore diurne e che, considerati nella media stagionale, hanno un peso non indifferente sul bilancio termico (e anche su quello gestionale) dell’edificio.

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Capitolo 6

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... o il controllo di temperatura in ambiente Per tener conto di tali apporti termici, ed evitare dunque temperature inutilmente più alte dovute ai guadagni nelle ore diurne, è senz’altro da preferire un buon termostato in ambiente posto in posizione idonea, ad esempio nel locale più grande e più esposto della casa, di regola il soggiorno. La regolazione su diverse fasce orarie, visto che questa pratica si va diffondendo anche per il riscaldamento a pavimento, appare di difficile realizzazione e comprensione, in quanto la risposta a ciascun segnale di variazione avviene molto tempo dopo e può andare a coincidere con altri fenomeni termici che riguardano la casa. I buoni risultati si possono ottenere soltanto se si è davvero in grado di interpretare i fenomeni e di valutare i ritardi del sistema nel rispondere agli impulsi. Si potrebbe ipotizzare, in conclusione, un sistema di controllo molto semplice: un termostato ambiente a temperatura fissa, diciamo puntato sui 18 °C, con l’effetto di avere la temperatura correttamente impostata per le ore notturne e di vedere salire tale temperatura nelle ore del giorno per l’effetto degli apporti termici gratuiti, come il soleggiamento, l’illuminazione elettrica, l’uso degli elettrodomestici, le cotture, il metabolismo umano. La scelta dunque rimane aperta, ma fino a qui è il termostato ambiente il sensore che risulta preferibile, nonostante che questo modello di regolazione risponda in ritardo alle brusche variazioni climatiche. Zona giorno e zona notte riunite Si perviene a questo punto a considerare la tendenza di dividere gli impianti in zone, ad esempio zona giorno e zona notte, con circuiti separati e separate termoregolazioni. Si dà per scontato che si sia eseguito accuratamente il calcolo delle dispersioni di calore di ciascun locale e che in tale fase si sia calcolata per le stanze da letto una temperatura un po’ più bassa rispetto a quella della zona giorno. Inoltre i serpentini riscaldanti di ciascun locale si sa esser dotati di una regolazione manuale, con valvola micrometrica da tarare all’avviamento dell’impianto, in modo da ottenere l’equilibrio voluto. Differenze non volute della temperatura di un locale rispetto a un altro possono sempre verificarsi, ad esempio per effetto del variare dell’irraggiamento solare o della diversa presenza di apporti gratuiti, come già illustrato, ma il tutto va considerato nel normale andamento, senza sbalzi avvertibili in alloggi normalmente gestiti. Per far fronte all’elevata inerzia e contemporaneamente ottenere i risultati di differenziazione del riscaldamento della zona giorno, esigenza sentita nelle ore serali, oltre che compensare eventuali carenze di emissività a fronte delle esigenze di calcolo, si può prevedere un sistema integrativo a bassa inerzia termica, ad esempio un radiatore da installare nel soggiorno, oltre ai radiatori o agli scaldasalviette nei bagni. Ecco individuato un sistema completo, in grado di utilizzare questi apparecchi consentendo loro, con semplici regolazioni, di far fronte alle diverse esigenze. A nulla vale, nel caso di una semplice abitazione, la separazione dei circuiti con le relative regolazioni fra zona giorno e zona notte, in quanto la forte inerzia termica farebbe risentire delle variazioni con incontrollabili ritardi, provocando soltanto malintesi: è consigliabile piuttosto, come detto più sopra, stabilire una temperatura di base per l’abitazione, ad esempio 18 °C, mantenuta fissa dall’impianto a pavimento pilotato 216 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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da unico termostato. Il sistema integrativo verrà invece pilotato localmente con valvole termosensibili per gli scaldasalviette e con termostato ambiente per il soggiorno, in modo da fornire nelle ore serali e nella sola zona giorno il voluto incremento. Beninteso, la logica del corretto impiego dell’energia si completa anche con la scelta della giusta temperatura e del giusto Δθ dell’acqua in circolazione, sia per gli scaldasalviette sia per i radiatori di integrazione (soggiorno). Inutile far scendere il Δθ dell’acqua al di sotto di 20 K; per contro è utile al sistema della condensazione mantenere il circuito del sistema integrativo a temperature dell’ordine di 60 °C in andata e 40 °C al ritorno, dimensionando opportunamente i radiatori per un effetto sulla persona molto più confortevole. Chiaramente il termostato ambiente del soggiorno, che pilota il sistema integrativo, determinerà il funzionamento a orario, con attenuazione notturna e ripresa di un paio d’ore di primo mattino, oltre alle ore serali, del circuito radiatori, mentre l’altro termostato ambiente, di controllo della temperatura del pavimento radiante, sarà posizionato nella stanza da letto più esposta (ad esempio un locale d’angolo). L’organo di regolazione Da ultimo sia consentito un richiamo alle regole fondamentali che riguardano l’adozione di una valvola motorizzata per la termoregolazione: – il diametro dell’orifizio (si tratterà di una dimensione molto ridotta) va calcolato per ottenere una sufficiente perdita di carico, tale da consentire dal punto di vista idraulico giusta autorità alla valvola; – le posizioni della valvola e del by-pass posto a questa in parallelo vanno determinate in modo da realizzare un sistema primario secondario (figure 4.5, 4.6 e 4.30d); – il by-pass ha funzione di sicurezza idraulica contro le sovratemperature nei serpentini e la relativa valvola va tarata al primo avviamento dell’impianto con verifiche ripetute nell’arco di diversi giorni; – ultimate le verifiche la valvola di by-pass va bloccata, togliendo maniglia o volantino e segnalando il divieto di manomissione; – il dimensionamento della valvola a tre vie preposta alla termoregolazione del circuito radiante va eseguito considerando la portata d’acqua corrispondente al salto termico fra la temperatura massima di caldaia (consigliata in questo caso di 60-65 °C) e la temperatura di ritorno dei serpentini (ad esempio 38 °C). Le figure 4.5, 4.6 e 4.30d mostrano esempi di centrali termiche con i servizi tipici enunciati in questo testo: – riscaldamento radiante a pavimento derivato dal circuito primario; – possibilità di un circuito derivato a radiatori e scaldasalviette, dimensionato per temperatura di andata come all’uscita della caldaia e ritorno a bassa temperatura, ad esempio 40 °C; – la figura 4.30d rappresenta un circuito di centrale di maggiori dimensioni con un primario e diversi secondari, ad esempio per la produzione dell’acqua calda sanitaria, per alimentare una batteria riscaldante termoregolata, per un circuito derivato a temperatura 217 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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medio-alta, come un circuito a radiatori, e infine per un circuito a bassa temperatura che alimenta un sistema radiante a pavimento. In conclusione la centrale termica comprendente più servizi, alcuni dei quali a bassa temperatura come nel caso del riscaldamento radiante a pavimento, altri a temperatura medio-alta, come la produzione dell’acqua calda sanitaria e il riscaldamento a radiatori, è in condizioni di garantire il massimo comfort e il massimo risparmio di energia purché vengano effettuate queste scelte: – caldaia a condensazione; – circuito primario dimensionato per un elevato salto di temperatura, non meno di 20 K, che può e deve caratterizzare il circuito di riscaldamento a radiatori e anche lo scambiatore per la produzione dell’acqua calda sanitaria; – regolazione del circuito derivato a servizio del sistema radiante mediante valvola a tre vie dimensionata secondo precise regole idrauliche (portata d’acqua commisurata al salto fra temperatura dell’acqua di mandata dalla caldaia e ritorno pari alla temperatura di ritorno dai serpentini) assicurando alla valvola stessa una perdita di carico elevata che possa conferirle la necessaria autorità. Il sistema di regolazione completo del circuito di riscaldamento a pavimento, nell’esempio di abitazioni civili, sarà composto da: – una centralina di controllo della regolazione ambiente che determini il movimento della valvola a tre vie in modo da conservare in ambiente il valore voluto modulando la temperatura dell’acqua in mandata; – un termostato o sonda di ambiente installato nel locale soggiorno o nella stanza da letto più esposta, a seconda del sistema integrativo adottato e sopra descritto; – una sonda termostatica di lettura della temperatura della tubazione di mandata; – un termostato elettrico di sicurezza in grado di mandare in chiusura la valvola a tre vie in un tempo limitato, in modo da arrestare repentinamente qualsiasi possibile sovratemperatura nel circuito. 6.2.3 Regolazione della temperatura nei locali favoriti È decaduto l’obbligo dell’installazione di dispositivi per la regolazione automatica della temperatura ambiente, al fine di “non determinare sovrariscaldamento nei singoli locali di un’unità immobiliare per effetto degli apporti solari e degli apporti gratuiti interni”, ma tale accorgimento rimane salutare sia per il benessere sia per il contenimento dei consumi. Si può verificare, per esempio, che nel mese di marzo la somma degli apporti termici gratuiti sia maggiore del 20% del fabbisogno energetico complessivo per il medesimo periodo; pertanto è più che opportuno, per esempio, dotare i corpi scaldanti del locale cucina al primo piano dell’edificio rappresentato alla figura 2.1 di valvole termosensibili o altro sistema simile, in aggiunta al sistema di regolazione già scelto (figura 6.1).

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Orari di esercizio e termoregolazioni

Figura 6.1 – L’adozione della valvola termostatica consente di limitare l’eventuale surriscaldamento di ambienti saltuariamente favoriti dal sole o da altri apporti termici gratuiti (Emmeti).

Legenda

1) corpo in ottone OT 58 UNI 5705/65 con finitura nichelata 2) asta di comando in acciaio rettificato AISI-304 3) filettatura d’accoppiamento con testa termostatica 4) tenuta verso l’esterno in O-Ring etilpropilene 5) guarnizione di tenuta otturatore in etilpropilene 6) otturatore termostatico 7) sensore termostatico a espansione di liquido 8) ghiera di fermo in ottone OT 58 UNI 5705/65 con finitura nichelata 9) manopola con rondelle dentate di limitazione temperatura in ABS 10) supporto filettato, asta di comando e scatola per il sensore in poliamide 11) molle di sicurezza e molla di contrasto in acciaio AISI-302

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Capitolo 6

Controllare il consumo di energia

Figura 6.2 – Esempio di isolamento termico di un serbatoio scaldacqua, delle tubazioni convoglianti fluidi caldi, nonché delle valvole e dei corpi pompa (Stiebel Eltron).

6.3 Conservazione dell’energia prodotta Prima di concludere questo capitolo, dedicato specificamente al controllo dei consumi di energia, è opportuno richiamare il paragrafo 4.4.1 dove sono descritti criteri e metodi per la coibentazione degli impianti. Qui si vuol ricordare il notevole risparmio nelle spese gestionali conseguibile con coibentazioni a regola d’arte. La stessa cura va dedicata anche agli edifici e agli impianti esistenti, specialmente nelle parti in vista, nelle centrali termiche, nei locali non riscaldati e ovunque si possa intervenire. La figura 6.2 porta un esempio di intervento su componenti impiantistiche delle quali viene talvolta trascurata la protezione.

Bibliografia [1] Calza F., et al., Manuale degli impianti termici e idrici, 2a ed., Tecniche Nuove, Milano 2010. Al capitolo 12 sono approfondite le regole relative alla progettazione degli impianti di riscaldamento a pavimento.

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Capitolo

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Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici Seppellito il XX secolo, dinanzi al tavolo delle onoranze vi è chi sente la necessità di trarre un bilancio, al fine di valutare i grandi progressi testé acquisiti nella salvaguardia della salute umana, nella scienza e nella tecnica in genere, nell’informazione, nella comunicazione e nella ricerca, cui peraltro si contrappone l’esaurimento delle scorte fossili, mandate in fumo in meno di tre generazioni. Per ora non s’intravedono alternative: consegniamo ai nostri nipoti i depositi vuoti, senza facoltà reali di ripristino delle scorte. La legge 10/91 è dedicata completamente all’argomento, sia per il corretto impiego, e dunque la limitazione di ogni spreco, sia per l’utilizzo delle fonti rinnovabili e il riutilizzo dell’energia residuata dai processi. Gli articoli 1 e 8 elencano le fonti rinnovabili e gli interventi a queste riferiti, ratificando il principio che considera le fonti medesime “di pubblico interesse e di pubblica utilità”. Le opere relative sono equiparate a quelle “dichiarate indifferibili e urgenti ai fini dell’applicazione delle leggi sulle opere pubbliche”, assioma che puntualmente si ritrova, spesso gratuitamente, in diversi altri atti pubblici dello Stato. Sole, vento, energia idraulica, risorse geotermiche, maree e moto ondoso, trasformazione di rifiuti organici o di prodotti vegetali, entrano nel mirino del Piano Energetico Nazionale con l’obiettivo di sostituire le materie energetiche, fossili e inquinanti, di importazione. Analoghe a queste, l’uranio. Vengono assimilate alle fonti rinnovabili, secondo la 10/91, anche quelle derivanti dalla produzione combinata di energia elettrica o meccanica e calore, dal recupero del contenuto termochimico dei fumi di scarico e da altre forme di riciclaggio energetico da processi, impianti e prodotti. In questo capitolo si esaminano due modalità esemplari di utilizzo delle fonti rinnovabili e assimilate, ambedue raccomandate dalla legge 10/91 e rese obbligatorie dai decreti regolamentari della legge medesima e dai decreti legislativi di ispirazione o di recepimento delle direttive europee.



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Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

7.1 Il recupero del calore delle espulsioni Si è già indicato, al paragrafo 4.1, in quali casi vi sia l’obbligo del recuperatore sull’aria espulsa; tuttavia, nonostante la provata convenienza economica che deriva dall’adozione del medesimo, il suo impiego stenta a farsi strada. A fare da freno è, probabilmente, la repulsa di chi progetta nei confronti delle complicazioni impiantistiche o, altre volte, la semplice carenza di spazi idonei. In proposito occorre rilevare che la responsabilità del progettista, enfatizzata dalla dichiarazione di rispondenza che egli sottoscrive, permane almeno per un decennio. Qualora vi sia stata omissione di questo o di altri adempimenti, non sarà una giustificazione il dichiarare di aver dato preferenza a scelte diverse. Le espulsioni dall’abitato comportano due seri motivi di preoccupazione per l’utente, entrambi rappresentati dall’aria espulsa. Il primo motivo è il costo dell’energia che è necessario impiegare per ripristinare l’equilibrio termico interno; il secondo, gradualmente più sentito, è la produzione di maggiori quantitativi sia di inquinanti da residui di combustione, sia di calore che contribuisce ad alterare, conseguentemente all’aumento della temperatura delle aree urbane, gli equilibri ambientali. Sempre più, infatti, si parla di effetto serra sul nostro Pianeta. Il calore può essere scambiato direttamente con l’aria nuova per mezzo di recuperatori termici di modelli diversi (si veda un esempio alla figura 7.1), i quali, consentendo economie di esercizio nell’ordine del 50%, dimostrano la propria convenienza applicando il pur discutibile criterio del rapido rientro del capitale investito grazie all’economia di esercizio. Più avanti in questo stesso capitolo viene trattato il falso ideologico che per un trentennio

Figura 7.1 – Recuperatore di calore a lastre ondulate a correnti incrociate: nessuna miscela è possibile fra le due correnti. L’opportuno dimensionamento consente di acquisire recuperi termici superiori al 50% dell’energia contenuta nell’aria espulsa (Hoval).

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Il recupero del calore delle espulsioni

ha relegato il ricorso alle fonti rinnovabili fra i nemici da combattere dal fronte governativo, distratto dal succulento apporto alle casse dello Stato degli aggi provenienti dal commercio dei combustibili inquinanti. Tale falso ideologico consiste nel confondere inopportunamente le spese d’investimento, che incrementano il patrimonio del finanziatore, con spese di esercizio. La tabella 4.1 ha definito i limiti oltre i quali vi è l’obbligo di installazione di un sistema di recupero del calore disperso per rinnovo dell’aria (all. C del Dpr 412/1993). Per i comuni italiani delle zone climatiche A, B e C a clima dolce (meno di 1400 gradi giorno), non vi sono costrizioni. Per i comuni della zona climatica D l’obbligo sussiste qualora il numero di ore annue di funzionamento del sistema di ventilazione superi i valori della seconda colonna in concomitanza con le portate d’aria della prima colonna. Altrettanto vale per le zone climatiche E e F con i numeri limite delle ore di funzionamento alla colonna di destra. Per i valori di portata dell’aria non indicati nella tabella si deve procedere per interpolazione lineare. Per inciso si ricorda che il valore dei gradi giorno dei circa 8000 comuni italiani, con indicazione della zona climatica, è pubblicato all’allegato A del medesimo Dpr, con alcuni aggiornamenti e correzioni oggetto di successivi decreti. Un enorme serbatoio di cascami energetici di promettente recupero è individuabile nell’industria; tuttavia, gli scarichi industriali nell’aria sono fortemente inquinati da polveri, vapori, gas condensabili, particelle o gas corrosivi che complicano notevolmente il recupero stesso. Un efficiente scambiatore di calore deve essere in grado di separare l’energia termica dall’aria inquinata, e ciò richiede profonda esperienza e impiego di idonei componenti. Esistono due classi generali di applicazione dei recuperatori, a seconda che riciclino l’energia termica di un processo industriale al proprio interno (figura 7.2) oppure trasferiscano il calore recuperato da un processo a un diverso servizio, come il riscaldamento dell’aria fresca di ricambio o di ricircolo (figura 7.3).

Figura 7.2 – Riciclo del calore recuperato all’interno di un processo industriale.

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Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

Figura 7.3 – Uso del calore recuperato da un processo industriale per la climatizzazione dell’ambiente (Jucker-Clima).

Nelle applicazioni del primo tipo l’energia recuperata può essere sempre totalmente utilizzata, mentre nel secondo caso essa può essere impiegata solo d’inverno, consentendo spesso la diminuzione di potenza degli impianti di riscaldamento. È necessaria la modulazione dell’energia riciclata per adeguarla ai carichi, il che richiede un sistema di serrande e di by-pass sul circuito di espulsione dell’aria calda. La scelta del recuperatore sarà influenzata dalla diversa incidenza delle seguenti variabili: – quantità di calore da recuperare; – perdita di carico attraverso le due sezioni del recuperatore; – condizioni ambientali compatibili con i materiali impiegati; – costo dell’installazione. Le caratteristiche termiche sono legate alla grandezza del recuperatore, alla sua profondità (lunghezza del percorso interno) ovvero al numero dei ranghi della batteria e al passo delle alette. Un criterio logico di scelta dell’apparecchio consiste nel definire il tipo di materiale adatto alle condizioni ambientali e alla temperatura di esercizio; bisogna poi scegliere il passo delle alette, rispettando le esigenze di manutenzione e la quantità di calore di recupero, e considerare la velocità di attraversamento frontale. Infine, va verificato che la perdita di carico risultante sia accettabile dal punto di vista della potenza assorbita dai ventilatori in gioco. Si devono valutare i possibili effetti corrosivi dei prodotti chimici contenuti nell’aria di espulsione sui materiali di costruzione dei recuperatori scelti: le variabili da considerare comprendono il prodotto, la sua concentrazione, la temperatura, le eventuali miscele e l’umidità. Occorre tenere conto anche della natura dei liquidi detergenti utilizzati per il lavaggio dei recuperatori. Se, ad esempio, si impiegano detergenti caustici, è consigliabile scegliere recuperatori in rame o in altri metalli ancor più pregiati. Quando invece, per motivi di corro224 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Il recupero del calore delle espulsioni

a)

b)

d)

c)

e)

f)

g)

h)

i)

l)

Legenda a) recuperatore statico a lastre ondulate a correnti incrociate, come in figura 7.1; b) come sopra, con tubi ovali in acciaio inossidabile autopulenti; c) come sopra, con tubi in vetro o materie plastiche per il recupero da gas corrosivi; d) recuperatore heat-pipe, con un setto centrale che separa l’aria di espulsione da quella di rinnovo; e) recuperatore di calore a tamburo rotante. L’aria esausta cede calore alla massa alettata attraversando metà della sezione. La lenta rotazione porta le alette che hanno accumulato calore a cederlo all’aria entrante nell’altra semisezione; f) recupero con batterie gemelle, sistema che risolve il caso in cui canali di espulsione e presa d’aria nuova si trovino reciprocamente discosti; g) scambiatore in polipropilene per applicazioni particolarmente critiche sotto il profilo delle corrosioni; h) scambiatore a tubi alettati, dalle caratteristiche termiche flessibili e di facile adattabilità al calcolo specifico; i) separatori di gocce in polipropilene, indispensabili a valle di batterie di scambio ove si verifichi la condensazione e sia necessario evitarne il trascinamento; l) recuperatori industriali per utilizzi diversi.

Figura 7.4 – Una panoramica sui sistemi di recupero termico (Sire).

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Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

sività dell’effluente caldo, non si ritiene valida nemmeno la costruzione in rame, è possibile ricorrere al rivestimento in resine fenoliche o all’utilizzo di materie plastiche o speciali. Nelle installazioni in cui fossero presenti prodotti della combustione, la quantità di calore recuperato deve essere controllata in modo che la temperatura dei gas di scarico non scenda al disotto del punto di rugiada, onde evitare corrosioni. La dimensione frontale del recuperatore viene determinata in base alla velocità di attraversamento dei due flussi: un campo di velocità compreso tra 1,25 e 4 m/s risulta soddisfacente, ma l’esperienza ha dimostrato che la velocità di 2,5 m/s offre il migliore compromesso tra la quantità di calore recuperata, la perdita di carico e il costo iniziale del recuperatore. Alle velocità inferiori la perdita di carico diminuisce e la quantità di calore recuperato aumenta, ma i costi tendono a lievitare a causa dell’aumento delle dimensioni; al contrario, a velocità di attraversamento superiori, il recuperatore subisce più alte perdite di carico, con minore capacità di recupero per insufficiente superficie di scambio. Per finire, riguardo ai recuperatori di calore sono distinguibili diversi sistemi: a secco, a batterie gemelle con circolazione di un termovettore e a tubi di calore (heat-pipe), tanto per citare i più noti. Tuttavia è interessante considerare anche le proposte dei costruttori specializzati del settore: per coniugare la minima spesa d’esercizio con il recupero termico si mira spesso al perfezionamento nei cicli d’aria, con il free-cooling o con l’adozione della pompa di calore. Una panoramica è rappresentata alla figura 7.4. 7.1.1 Recuperatori a secco I recuperatori a secco sono in genere costituiti da lastre metalliche, opportunamente sagomate in modo da esaltare lo scambio, ovvero da tubi metallici (o in vetro o in materie plastiche), con i flussi dell’aria incrociati fra loro e passanti alternativamente nelle intercapedini risultanti fra le lastre medesime (figure 7.5 e 7.6). Questo modello rappresenta la soluzione più semplice e va sottolineata la necessità di verificarne le compatibilità dei metalli impiegati con le caratteristiche dell’aria espulsa, specie a)

b)

Figura 7.5 – a) Centralina di recupero termico ispezionabile per temperature fino a 750 °C. b) Particolare del fascio tubiero (Sire).

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Il recupero del calore delle espulsioni

Figura 7.6 – Scambiatore di calore a piastre senza saldature, smontabile, per temperature fino a 500 °C (Sire).

in presenza di fenomeni di condensazione o di trasporto di vapori residui da lavorazioni. La velocità dell’aria nelle diverse sezioni dovrà essere contenuta, ad esempio da 2 a 5 m/s, con limite di 6 m/s, per evitare fenomeni di risonanza. 7.1.2 Batterie gemelle Il sistema a batterie gemelle, appena più complesso di quello illustrato al punto precedente, consiste nel collocare una batteria di scambio fra l’aria espulsa e un fluido vettore, quest’ultimo posto in circolazione a mezzo pompa per alimentare un’altra batteria adatta a cedere il calore all’aria in entrata (figura 7.4f). Il liquido in circolazione sarà costituito da un’appropriata miscela antigelo, per evitare, laddove esistano, rischi di gelata nella sezione d’ingresso. Si tratta, in definitiva, di un mini impianto a sé stante con proprio vaso di espansione, presa di caricamento, valvola di sicurezza e, soprattutto, con un sistema di regolazione dotato di differenziale in grado di ottimizzare il tempo di inserimento dell’elettrocircolatore. Benché la soluzione risulti di per sé più complessa rispetto al recuperatore a secco, essa si presta molto bene al trasferimento del calore qualora i condotti di espulsione e di rinnovo aria si trovino lontani fra loro e sia comunque difficile incrociare o affiancare i loro flussi. 7.1.3 Batterie a tubi di calore Un altro modello statico a elevata efficienza (figura 7.7), anch’esso senza problemi di gelo, è costituito da un’unica batteria heat-pipe posta in contemporaneo contatto e scambio con i due flussi di espulsione e rinnovo fra loro paralleli, affiancati o contrapposti. I tubi di calore, ad andamento suborizzontale, consentono il passaggio istantaneo del calore mediante le fasi di evaporazione al polo caldo e condensazione all’opposto polo freddo. Si tratta, nell’insieme, di una vera e propria batteria alettata a pacco, suddivisa frontalmente in due sezioni da un setto divisorio che separa i due flussi. 227 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

Figura 7.7 – Recuperatore di calore statico a tubi di calore per portate dei due flussi fino a 60.000 m3/h (Jucker-Clima).

Il recuperatore può essere installato con i tubi in verticale oppure in orizzontale: in quest’ultimo caso è necessario prevedere un’inclinazione di alcuni gradi (pendenza 2-3%). Il liquido contenuto nei tubi sottovuoto si raccoglie per gravità nella sezione più bassa dello scambiatore. Quando tale sezione viene attraversata dal flusso d’aria a temperatura più elevata ha luogo l’evaporazione del liquido. L’aumento del contenuto termico nella zona interessata all’evaporazione determina la repentina migrazione del vapore verso la sezione più alta del recuperatore, attraversata dal flusso d’aria a temperatura minore, il che provoca la ricondensazione del fluido bifase e il suo ritorno, per gravità, nella zona più bassa dove il ciclo può riprendere. 7.1.4 Un sistema modulare per edifici industriali Il recupero termico è soltanto uno degli obiettivi raggiunti da unità di termoventilazione, come quelle rappresentate nella figura 7.8, destinate a soddisfare modularmente le esigenze di climatizzazione dei grandi ambienti. Alla figura 7.9 si possono individuare le diverse batterie, i filtri, i ventilatori e le serrande che non soltanto consentono le necessarie condizioni di esercizio nella fase di riscaldamento, bensì utilizzano il free-cooling o soluzioni intermedie al variare delle esigenze. È intuibile il vantaggio di soluzioni di questo genere, che possono intervenire sui problemi di grandi vani anche dove vi siano mutamenti localizzati e repentini dei carichi interni e degli apporti gratuiti: illuminazione, macchinari, banchi frigoriferi, forni e altro. Il recupero del contenuto termico dell’aria espulsa diviene, dunque, solo una delle variabili in gioco, specie nelle stagioni intermedie, quando si presenta la necessità di graduare anche il getto d’aria (figura 7.10); quest’ultimo infatti tende a mutare il proprio andamento al variare dei parametri termici, correlati a quelli climatici.

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Il recupero del calore delle espulsioni

Figura 7.8 – Unità di ventilazione, riscaldamento, raffrescamento e recupero termico: è un sistema modulare decentralizzato per grandi ambienti industriali, commerciali e civili (Hoval).

Figura 7.9 – Tre possibili condizioni di esercizio dell’unità di figura 7.8: – l’aria ambiente viziata viene aspirata nella zona più alta del locale, attraversa il recuperatore e viene espulsa. Altrettanta aria esterna, filtrata e preriscaldata dal recuperatore, viene immessa in ambiente dopo eventuale postriscaldamento; – in altri orari o in altra stagione l’aria può essere prelevata e reimmessa in ambiente dopo opportuni trattamenti, ovvero realizzando semplicemente la destratificazione; – durante l’estate l’aria esterna viene introdotta e quella ambiente espulsa senza passare attraverso il recuperatore.

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Capitolo 7

a)

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

b)

Figura 7.10 – La distribuzione dell’aria in ambiente può essere regolata e resa uniforme, ad esempio: a) con un sistema a turbodiffusione ad alette orientabili; b) con controllo del getto e della sua velocità pilotato dal regolatore.

7.1.5 Aria corretta tutto l’anno con la pompa di calore Che l’aria di rinnovo debba essere immessa nei locali principali, come uffici o soggiorni, ed essere estratta esausta dai locali di servizio è principio ben noto. Alla figura 7.11 è presentato un sistema completo e integrato con il recuperatore termico all’incrocio dei due flussi e un sistema a batterie gemelle in grado di correggere gli eccessi, sia d’inverno sia d’estate, per mezzo di una pompa di calore automaticamente reversibile. 7.1.6 Calcolo del recuperatore di calore Purtroppo il Dpr 412/93, nel rendere obbligatoria l’adozione del recupero termico, non accenna minimamente alla dimensione da assegnare all’apparecchio, né alla sua efficienza. Si tratta evidentemente di una dimenticanza, ma proprio per questo viene a prevalere la funzione del progettista, il quale, sotto la propria personale responsabilità, conferma che il progetto è rispondente alle prescrizioni contenute nella legge e nei suoi regolamenti. È implicito, pertanto, che il recuperatore eventualmente adottato debba risultare idoneo a ridurre i consumi di energia e a migliorare la compatibilità ambientale. I fabbricanti di tali apparecchi, dal canto loro, sono tenuti a certificare l’efficienza dei medesimi nelle diverse condizioni di esercizio, mettendo a disposizione del progettista e del mercato informazioni e dati misurabili e inequivocabili.

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Il recupero del calore delle espulsioni

aria di espulsione

aria di rinnovo ventilatore

recupero termico

pompa di calore ventilatore

immissione espulsione

espulsione

riscaldamento

Figura 7.11 – Sistema completo di espulsione, recupero del calore, scambio con l’aria immessa e correzione delle condizioni tramite pompa di calore.

L’adozione del recupero termico, sistematica ovunque vi sia espulsione di fluidi con contenuto positivo di energia, è di per sé un investimento sia sul piano tecnico sia su quello economico. Oltre al dimensionamento corretto del recuperatore va infatti verificato il dimensionamento delle altre componenti dell’impianto in relazione al recupero termico, con i minori impegni di potenza delle centrali termiche, dei gruppi refrigeratori per i servizi estivi e degli scambiatori di calore. Si devono poi considerare i vantaggi collaterali, ad esempio la protezione antigelo delle batterie di preriscaldamento, che risulta più agevole, se non superflua, con il preriscaldamento dell’aria entrante per mezzo del recupero. Qui di seguito viene ripreso l’esempio della scuola elementare con 10 aule introdotto al paragrafo 4.1.

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Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

I dati di base del calcolo sono: – le caratteristiche dell’aria di espulsione portata d’aria temperatura dell’aria massa volumica alla temperatura θi (par. 3.2.3) portata massica d’aria interna da espellere1 – le caratteristiche dell’aria entrante (che in questo caso deve riequilibrare l’espulsione): portata d’aria temperatura minima invernale, ad esempio temperatura media esterna della stagione di riscaldamento (tabella 5.3)

φ θi ρ φi

= 4680 m3/h = 20 °C = 1,192 ≅ 1,2 kg/m3 = 5580 kg/h

φe = 5580 kg/h θe = –5 °C θem = 7,3 °C

Si calcola dapprima l’area frontale del recuperatore per la sezione di espulsione Ai, in questo caso uguale a quella dell’aria entrante Ae, dividendo la portata d’aria per la velocità consigliata (w = 2,5 m/s): Ai = Ae = φ / w = 4680/(2,5 × 3600) = 0,52 m2 Se la scelta di sistema si fosse orientata su un recuperatore a tubi di calore, l’area frontale complessiva sarebbe risultata: A = Ai + Ae = 1,04 m2 Si può adottare un recuperatore con tubi alettati Al/Al, diametro esterno 25,4 mm, spessore 1,07 mm, spessore dell’aletta 0,24 mm, con telaio e coperchi in acciaio zincato. Dopo aver individuato nei cataloghi del costruttore un modello 60 × 27 pollici la cui sezione frontale, per puro caso, corrisponde esattamente al calcolo,2 si sceglie il numero dei ranghi e il passo delle alette: trattandosi di aria pulita, la scelta si orienta verso alette con passo pari a 1,8 mm. Note la velocità dell’aria e il rapporto M fra le portate massiche φi e φe (nell’esempio M = 1), si può ricorrere al nomogramma di figura 7.12, caratteristico del modello esaminato. Si pone il numero dei ranghi (nell’esempio sono 6) e di lì si incontrano la linea del passo delle alette, quella della velocità e infine quella del rapporto M. Si ricava poi il coefficiente di recupero (per il flusso minore) CRa = 0,585. Nella semplice rappresentazione il coefficiente di recupero per il maggiore dei due flussi è: CRb = CRa/M = 0,585

Le portate massiche d’aria devono tenere conto della massa volumica reale ρ correlata alla temperatura dell’aria e all’altitudine. 2 In caso di diversità fra sezione calcolata e sezione frontale scelta, si ricalcola la velocità dell’aria che attraversa la sezione effettiva. 1

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Il recupero del calore delle espulsioni

Si possono ora calcolare le temperature in gioco, considerando che in questo caso i trasferimenti di calore avvengono in assenza di condensazione:3 – temperatura dell’aria entrante, a valle del recuperatore (temperatura di immissione = θe imm): θe imm = θe + [CRb (θi – θe)] nelle condizioni limite di progetto con θe = –5 °C: θe imm = 9,6 °C nelle condizioni medie della stagione invernale (per 212 giorni) con θe = +7,3 °C: θe imm = 14,7 °C – temperatura dell’aria espulsa = θi esp: θi esp = θi – [CRa (θi – θe)] nelle condizioni limite di progetto: θi esp = 5,4 °C nelle condizioni medie invernali: θi esp = 12,6 °C L’energia recuperata nella stagione invernale, in armonia con il paragrafo 3.2.4 e tenuto conto di N = 170 giorni di funzionamento per 8 ore nei 212 giorni del periodo (al netto delle festività), risulta: QVR = 8 · 3600 · N · φ · cp · ρ · Dθ · 10–6 = 56.519 MJ dove: φ = 4680/3600 m3/s

e

Dθ = θi – θesp = 7,4 K

L’energia risparmiata QR sarà pari a QVR, valore dal quale va dedotto il consumo di energia elettrica per la ventilazione dovuto alle maggiori perdite di carico sui circuiti di ventilazione, Qe/ηsen Un’attenta valutazione spetta infatti agli impegni di potenza e ai consumi elettrici, considerando l’aggiunta di perdite di carico dovute alle nuove batterie di scambio con le relative scelte dimensionali. Nel caso di condensazione, con recupero del relativo calore latente, vanno apportate le correzioni previste dalle specifiche tecniche pubblicate dai costruttori. 3

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Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

Figura 7.12 – Metodo per individuare il coefficiente di recupero CRa di un recuperatore a tubi di calore. Se il flusso in entrata risulterà diverso da quello in uscita si procederà valutando il minore fra i due (Jucker-Clima).

A questo punto si valuteranno tali perdite di carico per i due flussi in entrata e in uscita e si dimensioneranno canali d’aria, ventilatori ecc. Il maggior costo dell’impianto dovuto all’adozione del recuperatore di calore, tenendo conto delle semplificazioni impiantistiche e delle minori potenze termiche in gioco, va confrontato ora con il risparmio annuo di energia, quantificabile in termini di energia primaria o di combustibile equivalente. Si può concludere questo argomento riprendendo la panoramica rappresentata graficamente alla figura 7.4, evidenziando nella tabella 7.1 le principali caratteristiche di ciascun modello.

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Utilizzo dell’energia solare

Tabella 7.1 – Orientamento sull’efficienza ottenibile dai recuperatori termici in condizioni ottimali di realizzazione dei sistemi. Modello

Temperatura massima di esercizio (°C)

Portata d’aria (m3/h)

Calore recuperabile nelle condizioni ottimali (%)

Statico a correnti incrociate a lastre ondulate

200



1000÷80.000

45÷60

Statico a tubi in acciaio

450



4000÷100.000

45÷55

100÷250



5000÷80.000

35÷45

A tubi di calore Al/Al e Cu/Cu

200



1000÷45.000

50÷80

A tubi di calore in acciaio

400



1000÷35.000

60÷80

A tamburo rotante aria-aria

500



2000÷50.000

45÷65

Batterie gemelle

300

15.000÷100.000

40÷65

Industriali specifici

750

10.000÷150.000

40÷80

Statico con tubi non metallici

7.2 Utilizzo dell’energia solare Con il fabbisogno mondiale di energia che continua a crescere è necessario attrezzarsi, attingere da tutte le fonti e per questo sviluppare e affinare le tecniche e le tecnologie. Per quanto riguarda l’utilizzo dell’energia solare, è indispensabile dare spazio alla crescita di sistemi distribuiti sul territorio, presenti in ogni edificio, piuttosto che concentrati negli spazi limitati delle centrali come accade per i combustibili d’ogni genere, tanto più che per tali spazi il sole non manifesta preferenze. Soddisfare queste condizioni contribuisce alla reale idoneità energetica di ogni edificio: il medesimo cioè potrà essere attrezzato con uno o più sistemi di utilizzo dell’energia solare sia all’atto della prima costruzione, sia in tempi successivi e fino alla conclusione della propria vita attiva. Da considerare sorpassato dunque il costruire edifici con forme e orientamenti inadatti, quasi che il problema energetico e l’inquinamento ambientale, due facce della stessa medaglia, non esistessero. Ciò non corrisponde certamente alle conclusioni del Piano Energetico Nazionale della fine degli anni ’80, che aveva preconizzato gli attuali malanni, né alle leggi sul corretto impiego dell’energia che ne sono seguite per fronteggiarli, il tutto a riprova del discutibile uso della normativa, citata di continuo, ben si sa, ma soltanto per farne un paravento. Beati monoculi in terra caecorum (beati i guerci 235 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

nel paese dei ciechi), e così anche i beati guerci hanno preferito fingere di non conoscere, tanto per esemplificare, il dettato della legge 9 gennaio 1991 n. 10 che, all’art. 26, comma 7, ha fatto obbligo per tutto il successivo ventennio, inutilmente trascorso, di soddisfare il fabbisogno energetico degli edifici di proprietà pubblica o adibiti a uso pubblico favorendo il ricorso a fonti rinnovabili di energia. Oggi si consolida una visuale diversa, resa ufficiale nel Protocollo di Kyoto del dicembre 1997 sul contenimento delle emissioni di gas serra. L’Italia, nonostante le favorevoli condizioni, si trova ad avere in funzione una quantità esigua di collettori solari termici e per questo ora si tratta di riprendersi e riportarsi al passo con gli altri, meno fortunati, membri dell’Unione. L’utilizzo dell’energia solare, seppure con il limite della disponibilità saltuaria, introduce una serie di applicazioni nel campo delle basse temperature, ad esempio la produzione di acqua calda, il riscaldamento dei locali e delle vasche di piscina, gli usi agricoli e dell’industria alimentare, oltre ad applicazioni nella climatizzazione estiva. 7.2.1 Diritto al sole nella nuova edilizia Per realizzare un connubio virtuoso tra edificio e impianto è necessario compiere diverse scelte urbanistiche e architettoniche che, pur ricadendo nell’ovvio, reclamano uno sforzo evolutivo donando efficacia alle recenti norme di legge in materia. Risultati soddisfacenti dall’utilizzo solare, termico o fotovoltaico che sia, presuppongono il rispetto di alcune condizioni fondamentali: • le superfici di captazione siano permanentemente esenti da ombre portate dai corpi opachi prospicienti; • l’asse perpendicolare a tali superfici sia orientato a Sud; • l’inclinazione rispetto al piano orizzontale risponda alle finalità del sistema edificio impianto; • sia garantita l’accessibilità a tutti i componenti impiantistici; • le apparecchiature di trasduzione, scambio, pompaggio e regolazione possano trovar posto in apposito vano tecnico nelle immediate adiacenze del campo collettori; • sia sempre tenuto in considerazione ogni possibile rischio di infortunio connesso alle opere progettate. Il Dlgs 19 agosto 2005 n. 192, appositamente integrato dall’art. 4 del Dlgs 29 dicembre 2006 n. 311, al comma 5 bis dell’art. 9 affida alle Regioni il compito di dare indicazioni in ordine all’orientamento e alla conformazione degli edifici da realizzare per massimizzare lo sfruttamento della radiazione solare, e ciò per rendere efficace l’utilizzo delle fonti rinnovabili. Lo stesso decreto 192/2005 va citato anche per l’allegato I, così come integrato dall’art. 8 del Dlgs 29 dicembre 2006 n. 311: ai commi 12 e 13 vi è imposto l’obbligo dell’utilizzo di fonti rinnovabili per la produzione di energia termica ed elettrica in tutti gli edifici di nuova costruzione. Negli impieghi dell’energia solare il maggior beneficio è atteso dunque in edilizia, sia 236 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Utilizzo dell’energia solare

Figura 7.13 – Maglia regolare di un quartiere in buon ordine: il corretto orientamento sull’asse meridiano consente di fruire massicciamente dell’energia del sole e di goderne l’apporto bioclimatico.

civile, sia industriale o del terziario: ecco la necessità di regole per l’orientamento e la conformazione degli edifici, secondo le indicazioni che le Regioni emaneranno, o che ci si augura abbiano già emanato, in ossequio alle direttive europee esplicitate nel Dlgs di cui sopra (figure 7.13 e 7.14). Le superfici di raccolta potranno collocarsi sulle facciate degli edifici rivolte a Sud oppure sui tetti a terrazzo, in guisa di tettoie o coperture di vani tecnici i cui volumi potranno risultare utili a loro volta per stazioni e sottostazioni impiantistiche [1]. Del tutto logico che questi grandi piani di captazione possano fungere da elementi integranti l’involucro edilizio e in effetti, nel proporre agevolazioni e contributi, le disposizioni in atto prevedono dei plus, privilegiando le soluzioni integrate. Il presente, mancando ancora un’edilizia in grado di ospitare davvero il solare, si palesa con la collocazione dei collettori sulle falde dei tetti ed ecco venire a mancare la rispondenza a tutti o quasi tutti gli obiettivi indicati in apertura del presente paragrafo, con i problemi che ne derivano e specialmente con l’inefficienza dei sistemi dovuta alla bassa inclinazione, lontana dalla perpendicolare al raggio solare proprio nei periodi nei quali è massimo il fabbisogno di calore/energia. Strumenti normativi improvvidi, incentivando nel recente passato installazioni inopportune, hanno costretto il solare a risultati non soddisfacenti, allontanando ancora una volta l’affermarsi della tecnica che pure è trattata e approfondita in numerose pubblicazioni sulla stampa e sui manuali specifici, come consultabile [2]. 237 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

Preme dunque veder comparire la pubblicazione di regole urbanistiche secondo i compiti assegnati alle Regioni che diano orientamento alle aree da costruire e a quelle esterne (figura 7.13), a partire dallo spazio pubblico la cui corretta impostazione è in grado di generare, se non altro per emulazione e per l’influenza solerte degli organi tecnici pubblici, allineamenti confacenti con la geometria solare, fino a ieri trascurata. L’orientamento valido richiede l’esposizione principale a Sud, come ampiamente dimostrato nell’ambito delle ricerche condotte durante il Progetto Finalizzato Energetica CNR/PFE, a fine anni ’80, in base a procedimenti di simulazione automatica condotti dagli Istituti di Architettura di Venezia e di Ingegneria di Padova [3]. È stato provato che, per effetto bioclimatico, si ottengono vantaggi misurabili quanto a risparmio di energia anche su edifici qualsiasi, il che davvero non guasta al di là del consentire la miglior collocazione delle superfici di captazione. Sono stati verificati, indipendentemente dagli impianti, bilanci termici di notevole interesse, essendo rispettato il controllo del regime di ombre portate ed essendo verificato che i locali affacciati sui due fronti Nord e Sud siano destinati a funzioni idonee, differenziando opportunamente le masse, i coibenti e le superfici trasparenti. La fiancata Ovest si troverà comunque nella posizione più problematica quanto alla climatizzazione naturale, il che indurrà il progettista a minimizzare l’importanza delle destinazioni d’uso degli ambienti costà affacciati e le dimensioni degli stessi. Il compimento degli studi svolti conferma l’identità di obiettivi e caratteristiche in un’edilizia davvero moderna che consente e dà spazio all’utilizzo solare in tutte e tre le sue forme praticate: bioclimatica, termica e fotovoltaica. È propriamente la qualità architettonica, essenziale nel trasferire conoscenze per il risparmio di energia, a reclamare prioritariamente l’applicazione dei concetti a scala microurbana, prima soglia dell’architettura bioclimatica, il cui studio ha attraversato e argomentato nello scorso secolo la considerazione delle carenze di spazi urbani pubblici caratteristici delle tipologie razionalistiche, fossero le stesse basate sull’asse eliotermico o si trattasse di sistemi solari passivi con orientazione equisolare [3, 4]. Le conclusioni raggiunte dagli studiosi sulla valutazione fisica della luce e delle ombre, alla ricerca della qualità dello spazio, portano a ripercorrere la storia d’Italia, influente su tutta l’area mediterranea e in Europa, riguadagnando le origini: la bellezza della nostra terra nasce dalle componenti naturali e trae fioritura dalla sequenza degli eventi che hanno impresso alle nostre città e ai sobborghi impronte distinte e ineguagliabili. All’ordinato disegno lasciato da Roma antica e alla sequenza distruttiva dei barbari invasori si sono sovrapposte le vicende medievali, con i centri abitati raccolti e addensati a ridosso del castello del duca o dell’abbazia cistercense. Ecco poi sopraggiungere l’estro e l’inventiva rinascimentale e di seguito gli altri eventi i cui segni inconfondibili caratterizzano il Bel Paese. Ora si tratterà di ripercorrere gli studi del passato in tutto il loro evolversi con la prospettiva di un’urbanistica finalizzata alla qualità della vita e al rispetto del problema energetico, ben noto a Roma antica con il suo risvolto ambientale, come si legge in Vitruvio nel suo trattato dedicato ad Augusto, unico integro testo latino di architettura, il più importante perciò tra i pochi, giunti in modo più o meno frammentario fino a noi [5]. Uno dei dieci libri è dedicato propriamente agli orologi solari a riprova della cura delle relazioni fra il sole e l’ambiente. Non si potrà certo ritornare all’ordine arcaico, ma uno sguardo a come 238 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Utilizzo dell’energia solare

sorgeva e si sviluppava una città romana, visitabile in moltissimi esempi sul territorio europeo, può far comprendere la capacità di tracciare un programma urbanistico a lungo respiro che oggi più che mai risulterebbe efficace. Infatti, il castrum, campo militare dei romani, era fondato sul cardo, direttrice Nord-Sud, e sulla traversa perpendicolare EstOvest, il decumanus; ben presto venivano tracciate e costruite le mura destinate a difendere e contenere la costruenda città. All’incrocio delle direttrici principali prendevano posto il foro e il mercato, mentre la città si sviluppava; le costruzioni di maggiore altezza, come l’anfiteatro e il teatro, venivano situate all’estremo Nord. Trascorso più di un secolo dalla fondazione la città raggiungeva le dimensioni del piano regolatore, con una rete stradale adatta e con spazi liberi per le attività ricreative, ma soltanto sul fronte estremo Nord era possibile la sopraelevazione degli immobili [6]. La traccia lasciata da Roma non si è estinta con la caduta dell’Impero, bensì ha trovato un riscontro ben leggibile nei principali edifici di moltissime città europee, infatti cattedrali e basiliche paleocristiane, ma anche chiese più dimesse, cattoliche e ortodosse, antiche o di epoche più recenti, sono rigorosamente orientate con facciata a Ovest, mantenendo fissa così una direttrice determinante per la traccia della mappa cittadina. Nel guardarsi attorno è frequente constatare, negli impianti solari costruiti, l’assenza o insufficienza dei requisiti espressi all’inizio di questo paragrafo. E pensare che si tratta di macrorequisiti, cioè di requisiti basilari dal cui rispetto dipendono l’utilità e la convenienza dell’installazione e perciò della spesa di investimento. La figura 7.14, che rappresenta una città fondata dall’espandersi di Roma imperiale, mostra

Figura 7.14 – La città di Colonia sul fiume Reno, fondata nel periodo di espansione dell’impero romano, qui come si presentava ai tempi del suo primo sviluppo. In questo caso è il decumano a segnare esattamente l’asse Sud-Nord. Sulla destra, di qua del fiume in direzione Est, il castrum.

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Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

Figura 7.15 – Esempio di una soluzione edilizia, impianti sui terrazzi, che assicura grande libertà di scelta nel disporre i collettori solari con l’inclinazione più opportuna (disegno di Tommaso Vidus).

l’esempio di una soluzione edilizia che assicura, nel suo reticolo, la necessaria libertà di scelta nel disporre i collettori solari con l’inclinazione più opportuna, adatti dunque agli utilizzi invernali (verticali o subverticali) o a quelli di tutto l’anno (60° sull’orizzontale alle nostre latitudini), purché vi sia continuativamente un carico termico da soddisfare. Fondare il nuovo edificio sulla disponibilità di un belvedere consente vantaggi cospicui e, fra gli altri, l’indipendenza almeno parziale dal rigido allineamento con l’asse meridiano, valutando ed evitando ombre riportate e mantenendo l’orientamento Sud per le superfici captanti. Va peraltro garantita l’accessibilità e vi si può trovare lo spazio da assegnare ai vani tecnici per la trasduzione dell’energia. L’evoluzione di un tessuto urbano ben orientato fin dalla sua nascita potrà assicurare soluzioni come esemplificato alla figura 7.15. È certo che ogni nuovo edificio, ovunque sia possibile, va orientato con il lato lungo sulla direttrice Est-Ovest [7], come in figura 7.16 a), il che gli consentirà di fruire al massimo dei benefici bioclimatici e di quelli ricavabili dagli impianti di utilizzo dell’energia solare posizionati secondo linee parallele all’asse dell’edificio. Uno scostamento di 20°, come alla figura 7.16 b), comporta una riduzione, secondo valutazioni grossolane, del 5% circa della radiazione solare utilizzabile, mentre la posizione 7.16 c) migliora la raccolta so240 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Utilizzo dell’energia solare

Nord

Nord

a)

b)

Nord c)

20°

Nord

20°

Nord

d)

e)

45°

Nord f)

45°

Figura 7.16 – Collezione solare rapportata all’orientamento dell’edificio.

lare passiva durante la stagione fredda, ma penalizza notevolmente l’edificio durante la stagione estiva per la coincidenza dell’elevata radiazione solare e delle rientrate termiche convettive nelle ore pomeridiane. Altrettanto si può dire per le posizioni 7.16 d) ed e) con radiazione solare diretta che si riduce di valori intorno al 20%, a meno di spostare le schiere di collettori solari su allineamenti diversi rispetto alle parallele al lato lungo dell’edificio. L’orientamento dell’edificio come in 7.16 e) risulta estremamente nocivo per la stagione estiva e la soluzione peggiora ulteriormente per la posizione 7.16 f), inadatta alla raccolta solare e soggetta a un carico termico estivo poco sostenibile, che grava su tutti gli ambienti prospicienti la facciata Ovest. 7.2.2 Progettazione specifica: le ombre Girovagando nella realtà consueta è frequente notare sulle superfici di raccolta solare la proiezione di ombre portate da corpi opachi, come comignoli, torri, campanili, cabine elettriche, alberi o addirittura edifici prospicienti. Talvolta sono le stesse schiere o stringhe di pannelli solari a produrre ombre reciproche. 241 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

Si deve considerare, nel caso del solare termico, che l’ombra proiettata su un collettore solare non soltanto priva il medesimo dell’efficienza progettata, bensì lo trasforma da captatore a radiatore (o meglio, dissipatore radiante e convettivo) [8]. Quell’elemento non si limita a sottrarsi alla funzionalità, bensì si comporterà da corpo scaldante all’aperto con emissioni verso l’esterno; perciò raffredderà il liquido termovettore in circolazione, alimentato dagli altri elementi in schiera, sottraendo energia e influenzando negativamente tutta la superficie di raccolta e tutto il sistema. Se questo testo trattasse di impianti fotovoltaici, verrebbe dichiarato per questi un effetto altrettanto grave, salvo l’adozione di accorgimenti progettuali e relative apparecchiature: il modulo fotovoltaico in ombra, infatti, invece di irradiare verso l’esterno, si comporta come un carico elettrico che assorbe energia dagli altri moduli. Lo stesso dicasi per ciascuna cella che compone il modulo rispetto alle sorelle, ed ecco perché ciascun modulo esce di fabbrica dotato di transistor atti a non permettere circolazioni inverse nel modulo stesso. A quel punto i moduli in ombra cessano di erogare energia riducendo le prestazioni del modulo stesso, visto ora dagli altri moduli della stringa come un carico. Nuovi circuiti inversi aprono la strada a sovracorrenti nella macrostruttura, ed ecco la necessità, assegnata

a

a) passo fra le schiere

=

=

a

b) passo fra le schiere

Figura 7.17 – Schiere di collettori solari installate su una copertura piana. Il passo fra le schiere va calcolato nel rispetto dell’angolo α di altitudine del sole al solstizio d’inverno. Nel caso a) ciascuna schiera riceve ombra da quella antistante. Nel caso b) le schiere sono correttamente distanziate.

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Utilizzo dell’energia solare

al progetto, di dotare l’impianto di tutti gli accorgimenti per impedire l’insorgere di correnti inverse o di sovracorrenti. Le stringhe poi sono viste dalle altre stringhe esattamente come fossero semplici moduli e i problemi si ripetono, questa volta ingranditi, a livello di macrostruttura. Le correnti inverse, oltre a comportare la riduzione delle prestazioni, possono danneggiare il generatore fotovoltaico: il primo passo per ridurre i malanni è quello di collegare i moduli di ciascuna stringa in modo che l’ombra lambisca tutti i collettori di stringa in modo corrispondente, ma la soluzione vera è di tipo urbanistico-architettonico, costruita applicando piani regolatori rispettosi del diritto al sole. Solare termico o fotovoltaico che sia, si consideri la figura 7.17 con un metodo definito per individuare il passo corretto fra le schiere o stringhe che dir si voglia. 7.2.3 L’inclinazione Lo sviluppo nell’utilizzo dell’energia solare sotto forma di calore considera necessariamente la consegna all’utente di tutti i servizi termici, o almeno dei principali, non limitandosi perciò alla preparazione dell’acqua calda sanitaria e accettando l’incostanza e variabilità della fonte energetica. Per questo la regolamentazione voluta dalle direttive europee in ordine all’orientamento e alla conformazione degli edifici da realizzare per massimizzare lo sfruttamento della radiazione solare, espressa nel decreto 192/2005 sarà, auguriamocelo, lungimirante e aprirà la via all’installazione di superfici di raccolta solare non soltanto correttamente orientate, bensì inclinabili in modo fisso o regolabile a seconda del servizio da fornire all’edificio: riscaldamento di alloggi e produzione di energia elettrica, assieme alla preparazione di acqua calda sanitaria. Nel caso del semplice servizio acqua calda si possono ammettere approssimazioni consistenti nella scelta dell’orientamento, ma per il riscaldamento invernale si considera uno scarto massimo di ± 15° rispetto al Sud, il che consente la massima raccolta di energia nei mesi da ottobre a marzo caratterizzati da ridotto numero di ore di luce e minor apporto di radiazione diffusa, con le migliori prestazioni nelle ore centrali della giornata. Si veda la figura 7.18 che riprende un esempio localizzato nella città di Roma; vi si osserva che: • la massima captazione invernale, con orientamento Sud, avviene per inclinazioni comprese fra 61° e 90°; • l’inclinazione di 61° consente una captazione quasi costante durante tutto il corso dell’anno, con i massimi risultati complessivi; • la soluzione verticale comporta i massimi benefici intorno ai mesi estremi dell’anno, mentre l’apporto energetico diminuisce nei mesi estivi, caratterizzati da un numero maggiore di ore di luce e da una più forte componente diffusa della radiazione solare. Per converso si constata che le basse inclinazioni rispetto al piano orizzontale favoriscono, alle latitudini dell’Europa mediterranea, una captazione prevalentemente o addirittura esclusivamente estiva, mentre d’inverno si verifica l’effetto dovuto al fattore di vista (minore superficie proiettata rispetto ai raggi incidenti) e si massimizza la dispersione luminosa per riflessione sulla superficie vetrata del collettore solare. Nelle tre immagini di figura 7.19 243 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

Irradiazione totale (diretta + diffusa) a cielo sereno su superfici diversamente inclinate rivolte a Sud alla latitudine di 41° Nord

Irradiazione (Wh/m2 giorno)

9000

0° 20° 40° 60° 90°

8000 7000 6000 5000 4000 3000 dicembre

novembre

ottobre

settembre

agosto

luglio

giugno

maggio

aprile

marzo

febbraio

gennaio

dicembre

2000

Mese dell’anno

Figura 7.18 – Irradiazione totale (diretta + diffusa) per superfici rivolte a Sud con diverse inclinazioni. La latitudine in quest’esempio è di 41° Nord (Roma).

si notano gli angoli formati da una superficie inclinata di 90° (verticale), 60° e 20° rispetto al piano orizzontale e si percepisce la scarsa utilità o l’assurdità degli impianti solari per riscaldamento invernale adagiati sulla falda del tetto, aspetti che peggiorano vistosamente se ci si sposta alle latitudini oltre 35°, cioè a Nord di Lampedusa. 7.2.4 Accessibilità e libertà nella progettazione Sintetizzando i concetti espressi si può ritenere che, prima ancora dell’integrazione edilizia che contempla la costruzione di pareti solarizzate, la migliore configurazione può consistere per ciascun edificio in una copertura a terrazzo libera da ostacoli opachi nella direzione Sud: si tratta di una soluzione architettonica abbastanza comune nel Mezzogiorno italiano e nelle Isole, come in gran parte dei Paesi affacciati sul Mediterraneo. C’è piena libertà di orientamento, inclinazione, fissaggio antivento e antisismico, c’è massima tutela dai rischi per i lavoratori e i verificatori, oltre, potenzialmente, alla massima facilità nell’esecuzione dei collegamenti idraulici ed elettrici, nelle verifiche e nelle manutenzioni. La disponibilità di un terrazzo per l’insediamento dei collettori solari consente l’installazione di pannelli accostati l’uno all’altro con base il lato corto in modo da formare una o più schiere compatte, minimizzando il perimetro esposto. La distanza fra una schiera e la successiva, nel caso di impianti estesi, va contenuta entro i limiti fissati dall’altezza solare 244 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Figura 7.19 – Visualizzazione degli angoli di incidenza a mezzodì di metà febbraio con superficie captante installata rispettivamente a 90°, 60° e 20° rispetto al piano orizzontale. La latitudine è, in questo esempio, pari a 45° (fiume Po).

Utilizzo dell’energia solare

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Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

α a mezzodì del solstizio invernale, che si calcola assumendo due soli dati in sé noti: la latitudine del luogo φ e l’inclinazione dell’asse terrestre δ. α = 90° – (φ + δ) Un esempio riferito a Roma: α = 90° – (41°53' + 23°27') = 24°40' Riferendoci ancora alla figura 7.17 e tracciando una linea sull’asse meridiano dal vertice della schiera anteriore alla base di appoggio della schiera successiva in direzione Nord, l’angolo di tale linea inclinata non dovrà essere maggiore dell’α calcolato. La copertura a terrazzo offre ulteriori vantaggi all’insediamento di impianti a energia solare, primo fra tutti la limitazione del rischio di infortuni per i costruttori, i verificatori e i manutentori che ricorrentemente devono accedere ai componenti installati e alla relativa strumentazione. E un altro vantaggio palese consiste nella facoltà di alloggiare agevolmente le apparecchiature di trasduzione, scambio, pompaggio e regolazione che potranno trovar posto in apposito vano tecnico nelle immediate adiacenze del campo collettori. Alla figura 7.20 un esempio di box prefabbricato con la parete Sud strutturale e solarizzata e all’interno l’intera impiantistica per riscaldamento e produzione dell’acqua calda sanitaria, caldaia inclusa.

Figura 7.20 – La tecnica solare si evolve e il sistema prefabbricato, presentato alla figura 7.15, è progettato per contenere in unico box collaudato in fabbrica tutti i servizi termici di un edificio abitativo: riscaldamento solare, ausiliario a gas, preparazione dell’acqua calda sanitaria, generatore ausiliario, termoregolazioni e controlli. Nell’immagine di un prototipo, realizzato e funzionante, è rappresentato anche l’optional di una stringa fotovoltaica per l’alimentazione elettrica del sistema.

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Utilizzo dell’energia solare

Figura 7.21 – Gran parte della parete Sud può divenire un impianto di utilizzo dell’energia solare con la disposizione verticale che risulta la più conveniente nell’arco dell’anno.

7.2.5 Solarizzazione integrale Il passo ulteriore che attende un’edilizia davvero rispondente all’emergenza energetica in atto, consiste nell’integrazione del solare nella struttura dell’edificio al punto di sostituire tutta o gran parte della facciata Sud, inserendo fra i pilastri moduli prefabbricati. La figura 7.21 traccia una prima idea di questa scuola di pensiero, considerando peraltro le notevoli esperienze acquisite in Italia fin dagli anni ’70. Si vedano le figure 7.22, 7.23 e 7.24.

Figura 7.22 – Parete solare a servizio riscaldamento più acqua calda più distillazione acqua più rettifica liquidi antigelo, costruita e funzionante nel 1980. Primo premio nazionale ministero dell’Industria 1977, all’epoca è stata la più grande superficie monoblocco (300 m2) di captazione del solare termico in Europa. I collettori solari, ancorati a profili a omega, costituiscono l’intera parete Sud.

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Capitolo 7

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Figura 7.23 – Parete solare a servizio riscaldamento più acqua calda per tre abitazioni ove vivono 12 persone. L’impianto, progettato e realizzato dall’autore di questo testo, è tuttora perfettamente funzionante fin dal 1977.

Figura 7.24 – Una parete solarizzata integrata in edificio acconciamente disegnato (Banca di Credito di Trieste, 1981).

Ma queste esperienze sono soltanto la base per conseguire una tecnica completa nell’integrazione solare in edilizia. Fra le soluzioni tecnicamente possibili è stato concepito e costruito un modulo solare che funge da parete a ogni effetto costruttivo, con sufficiente coibenza, protezione acustica, protezione dalle intemperie e miglioramento delle caratteristiche antisismiche.

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Utilizzo dell’energia solare

Figura 7.25 – Modulo solare: un parallelepipedo dello spessore di una parete, di ingombro in altezza e lunghezza compatibili con l’attuale edilizia, con acconce caratteristiche di coibenza e protezione acustica. Va a comporre la parete Sud di un edificio ed è un diodo termico in grado di captare e utilizzare calore quando disponibile e quando e quanto utile ai locali retrostanti. Vista esterna

Figura 7.26 – Uno spaccato per visualizzare l’impiantistica interna al modulo della figura precedente. Si distinguono gli scaldacqua a stratificazione progressiva ove viene prodotta e accumulata l’acqua calda sanitaria.

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Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

Integrazione

Scambio Adduzione idrica

Integrazione

Figura 7.27 – Schema funzionale del modulo solare rappresentato alle figure precedenti.

Figura 7.28 – Rendering di un edificio con la parete Sud interamente solarizzata e composta da moduli come quello di figura 7.25.

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Utilizzo dell’energia solare

7.2.6 Schemi d’impianto Il lavoro di progettazione da svolgere, per garantire sul piano etico un contributo apprezzabile al bilancio energetico nazionale, sta proprio nel riscaldamento degli edifici, che richiede la disponibilità ad acquisire un livello superiore di specializzazione. Fra gli utilizzi termici alimentati con energia solare, infatti, le prospettive economiche offerte dal servizio acqua calda comprendono modesti contenuti energetici, anche se distribuiti distribuiti lungo tutto il periodo annuale. Altrettanto limitati, nel bilancio complessivo, sono i possibili risparmi relativi al riscaldamento delle piscine coperte o ad altri impieghi nell’industria alimentare. È piuttosto la climatizzazione invernale da fonte solare nell’intera edilizia abitativa a offrire opportunità di sostituzione di notevoli consumi di energia, benché porti con sé problemi di adattamento, concentrata com’è nella stagione più afflitta da fenomeni ricorrenti di opacità atmosferica. Si prosegua per un momento il confronto fra i servizi termici citati e si potrà anche considerare che: – il servizio acqua calda richiama modeste quantità di energia, prelevate però con notevole potenza istantanea nella fase di erogazione; – il servizio riscaldamento comporta notevole fabbisogno di energia fornita per tempi estesi e, di regola, a bassa potenza; – la temperatura di utilizzo per il servizio acqua calda (40 °C) è di gran lunga più elevata di quella per riscaldamento dei locali (20 °C), pur essendo invalso il costume di provvedere ai due servizi con un unico fluido vettore, con termoregolazione a temperatura notevolmente maggiore, caratteristica del sistema di produzione. Trattando di utilizzo solare si considera il continuo mutare della temperatura del fluido primario, spesso a condizioni considerate insufficienti secondo un modo di vedere che è retaggio di tradizioni legate alla disponibilità di combustibili. Giusta dimensione dei collettori solari La progettazione di un impianto solare non può basarsi su un calcolo esatto o, meglio, sono senz’altro da tollerare ampie approssimazioni, considerando l’incostanza della fonte termica. Essendo notoriamente variabile il servizio da fornire e variabile in fasi diverse la fonte termica (tabella 7.2), potrebbe venire in mente di progettare un grosso accumulatore che metta pace in tutto questo oscillare di disponibilità e fabbisogni. Ma si provi, prima di compiere passi decisivi, a dimensionare un impianto solare. Per concretizzare i concetti si consideri questo esempio elementare: progettare un impianto per riscaldamento di un alloggio medio di nuova costruzione di superficie lorda 140 m2 con tre abitanti (la famiglia media), costruito secondo le regole dettate dalle leggi e dai regolamenti in vigore. Si procede ipotizzando tre diverse collocazioni geografiche. Le caratteristiche termiche, le prestazioni e i fabbisogni sono elencati alla seguente tabella 7.3. I dati sono desunti da esempi di calcolo per riscaldamento invernale e qui di seguito si descrive la colonna dati Nord Italia che ipotizza un alloggio nella città di Torino. Si può considerare l’installazione dei collettori solari in posizione verticale, a ridosso della parete Sud dell’edificio che si considera orientato secondo gli assi cardinali. 251 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

Tabella 7.2 – Andamento caratteristico di alcuni servizi termici. Fabbisogno annuo

Potenza istantanea

Andamento del servizio

Stagione del fabbisogno

Climatizzazione invernale

Elevato

Bassa*

Continuo

Inverno**

Servizio acqua calda

Basso

Elevata

Intermittente

Annuale



Riscaldamento Elevato Elevata Continuo piscine

Annuale, con attenuazione estiva

Impieghi Elevato Elevata Intermittente industriali

Annuale, con interruzioni festive

* Potenza correlata all’entità del servizio. ** Per inverno qui si intende il semestre che va dall’equinozio d’autunno all’equinozio di primavera, con sconfinamenti fino ad aprile e oltre. Tabella 7.3 – Servizi termici sul territorio italiano: esempi per un alloggio tipo di superficie lorda 140 m2. Servizio termico

Potenza (energia giornaliera)

Nord Italia

Centro Italia

Sud Italia e Isole

Riscaldamento

di progetto, kW 8, 60 kW 6, 90 kW 5, 40 alle condizioni kWh/d 165,12 ) ( kWh/d 132, 50 ) ( kWh/d 103, 70 ) ( estreme

Riscaldamento

media stagionale, kW 3, 98 kW 1, 33 kW 2, 61 netto da apporti kWh/d 95, 52 ) kWh/d 31, 85 ) kWh/d 62, 57 ) ( ( ( gratuiti

Acqua calda sanitaria

da acquisire kW 1, 31 kW 1, 31 kW 1, 31 nelle ore di ricarica ( kWh/d 9,17 ) ( kWh/d 9,17 ) ( kWh/d 9,17 ) accumulo

Solare consigliato

potenza kW 5, 30 kW 3,92 kW 2,64 termica utile* energia utile kWh/d 37, 03 kWh/d 27, 44 kWh/d 18, 48 ) ( ) ( ) ( in 7-8 ore*

* Dati a cielo sereno.

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Utilizzo dell’energia solare

Il fabbisogno viene riferito alle condizioni di metà febbraio (temperatura esterna diurna + 6 °C) e perciò si considera il carico termico per dispersioni e ricambio d’aria durante le ore diurne pari a 4816 W a confronto con la potenza termica di progetto di 8600 W. Questi dati sono dedotti direttamente o mediante comparazione dal calcolo delle dispersioni termiche e del calore di ventilazione eseguito secondo la legge 10/91 nelle condizioni limite. Gli apporti termici gratuiti per illuminazione, apparecchiature elettriche ed elettroniche, persone e solare diretto attraverso le finestre, si possono valutare, seguendo la UNI 10344, in 7 W/m2 di superficie del pavimento (la superficie utile risulta di 119 m2), per complessivi 833 W. La potenza termica che deve sviluppare l’impianto di riscaldamento nelle ore utili di un periodo di medio fabbisogno (ore diurne di metà febbraio) risulta pertanto: Φs = 4816 – 833 = 3983 W Inoltre si prevede di alimentare un serbatoio scaldacqua che consente l’utilizzo dell’energia in esubero, specialmente per i mesi estivi, con un consumo giornaliero di 9200 Wh/d. Nelle sette ore di ricarica ciò comporta il fabbisogno di 1314 W e pertanto la potenza da calcolare per un ipotetico 14 febbraio è data da 3983 + 1314 = 5297 W La superficie A dei collettori solari da installare risulta in quest’esempio: A=

Φ 5297 = = 12, 36 m 2 ηg ⋅ I 0, 48 ⋅ 893

dove: I è l’irradianza, pari a 893 W/m2, con la latitudine 45°7' di Torino, ricavata dalla tabella 7.4 per interpolazione dal dato di irradiazione totale a cielo sereno nel mese di febbraio sul piano verticale di 6249 Wh/m2, considerando tale energia distribuita in sette ore fra le 9.00 e le 16.00 [2]; ηg l’efficienza globale è pari a 0,48, prodotto dell’efficienza del sistema per l’efficienza del collettore solare piano nelle condizioni di metà febbraio a Torino. Qualora si intendesse dimensionare secondo i risultati di calcolo espressi in tabella, si otterrebbe il risultato di un impianto solare che consegna all’edificio, nelle ore diurne dei giorni buoni, tutto il calore di cui c’è necessità. Tale risultato può estendersi all’intero arco stagionale che va dalla metà di ottobre (irradiazione solare pari a quella di metà febbraio), all’intero periodo novembre-dicembre-gennaio, con irradiazione a valori minori. L’esempio sopra riportato riguarda una località della pianura padana: se ne deduce che in quasi tutta la stagione di riscaldamento l’edificio risulterebbe parzialmente servito nelle giornate serene, senza alcuna esuberanza e dunque senza alcuna utilità nell’accumulare le eccedenze. Non vi è nulla da incamerare in quanto un corretto impianto di utilizzo trasferisce immediatamente all’ambiente tutto il calore solare raccolto, in sé appena sufficiente a provvedere al fabbisogno. 253 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

3481 2740 2045

4651 3957 3200

6080 5477 4859

7285 6878 6474

7983 7827 7601

8178 8099 7974

7899 7784 7616

7083 6813 6514

5956 5457 4953

4712 4034 3394

3626 2865 2247

3110 2435 1706

Feb.

Mar.

Apr.

Mag.

Giu.

Lug.

Ago.

Sett.

Ott.

Nov.

Dic.

41° 47°

Gen.

35°

Piano orizzontale 41° 47°

4463 4206 3587

4920 4531 4255

5842 5599 5326

6743 6609 6530

7449 7407 7401

7941 7941 7965

8124 8129 8170

8052 8127 8165

7869 7800 7785

7140 7000 6878

5993 5800 5406

4867 4553 4170

35°

Piano inclinato L – 20°

7138 6891 6390 7743 7638 7508 7819 7770 7781 7498 7513 7548 7253 7274 7334 7197 7797 7248 7148 7138 7131 7055 6921 6850 6698 6421 6098 6103 5380 5256 5795 5443 4574

7555 7414 7284 7941 7878 7884 7897 7909 7930 7742 7785 7836 7645 7662 7685 7387 7358 7349 6871 6844 6771 6350 6085 5207 5579 5143 4815 5195 4888 4143

41° 47°

6650 6430 5977

35° 6205 5795 5280

41° 47°

Piano inclinato L

5610 5236 4783

35°

Piano inclinato L – 10° 41° 47°

6250 5855 4922

6473 5944 5543

6880 6586 6244

6958 6593 6757

6787 6783 6788

6638 6683 6722

6647 6681 6748

7038 7353 7049

7552 7502 7526

7814 7670 7536

7445 7136 6634

6637 6191 5622

35°

Piano inclinato L + 10° 41° 47°

6529 6106 5103

6666 6103 5680

6883 6578 6224

6695 6573 6501

6281 6279 6287

5971 6014 6058

5910 5957 6008

7477 6359 6399

7102 7063 7078

7649 7510 7384

7559 7274 6697

6898 6414 5807

35°

Piano inclinato L + 20°

Radiazione solare totale (diretta e diffusa) latitudini (L) 35°, 41°, 47° Nord (Wh/m2 giorno)

41° 47°

6091 5851 4964

5951 5643 5392

5558 5620 5542

4653 5005 5326

3671 4171 4662

3108 3643 4206

2955 3481 4085

3298 3907 4491

4392 5521 5470

5691 6022 6305

6423 6463 6151

6316 6049 5601

35°

Sud verticale

Tabella 7.4 – Irradiazione totale (diretta + diffusa) sulle diverse superfici inclinate rivolte a Sud: il dato relativo al calcolo della captazione utile a cielo sereno per la latitudine che interessa verrà ricavato per interpolazione.

Capitolo 7 Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

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Utilizzo dell’energia solare

Restano tre mesi, per l’esempio di Torino, da metà febbraio a metà aprile e da metà ottobre a metà novembre, nei quali potrebbe verificarsi qualche eccedenza nelle giornate serene, per effetto dell’incremento dell’irradiazione giornaliera e del contemporaneo incremento della temperatura esterna che determina riduzione del fabbisogno. È su questi tre mesi che si gioca l’eventualità di progettare un accumulatore, salvo scegliere altre vie progettuali: fra queste le più comuni consisteranno nell’adottare una superficie di captazione ridotta rispetto a quella di calcolo, per esempio 10,00 m2 di collettori solari in luogo dei 12,36 calcolati, e nel privilegiare con l’inclinazione dei collettori la captazione nei mesi di dicembre-gennaio (solare verticale). Si noti che limitare la superficie di raccolta è prassi usuale, incoraggiata anche da motivi di ingombro e di spesa, e consente di disporre di un solare più elastico. È intuitivo che un impianto di ridotte dimensioni assicura un utilizzo senza frange di scarto. C’è inoltre da considerare che l’eventuale eccedenza di calore disponibile, per giornate veramente fortunate, verrebbe incamerata dalla massa edilizia e dai corpi opachi presenti nell’ambiente (mobilio ecc.) che nell’insieme funzionano da volano termico per restituire nelle ore serali e notturne l’eventuale eccedenza. Analoghe considerazioni possono essere formulate per il Centro e il Sud Italia, con minori superfici di captazione e la stagione di riscaldamento ristretta. Quando si tratti di riscaldamento solare degli ambienti sarebbero sufficienti queste prime valutazioni per far propendere per i sistemi diretti. Chiaro che esiste anche il sevizio acqua calda sanitaria e che il medesimo va realizzato immancabilmente con un accumulatore, come già approfondito in numerosi servizi sulla rivista RCI [9] e nei manuali editi da Tecniche Nuove [2, 10]. E va ricordato che la maggior superficie captante, indispensabile per il riscaldamento invernale, rimarrà utile anche d’estate per sopperire alla bassa efficienza dovuta all’inclinazione dei collettori solari, inadatta quando il sole è più alto sull’orizzonte, ma con una notevole superficie a disposizione per produrre e accumulare acqua calda. Da valutare è anche la modestissima capacità termica di un accumulatore ad acqua. Un accumulo di 1000 litri, per esempio, se caricato a 50 °C e considerando il suo utilizzo fino alla soglia di 35 °C con un salto di temperatura di 15 K, contiene 17,4 kWh di energia utilizzabile, poco più di quattro ore di autonomia per l’esempio fino a qui trattato. Non si dimentichi che, per poter disporre di energia accumulata, è giocoforza aver sovradimensionato il campo collettori solari. Funzionalità del sistema diretto A questo punto è necessario considerare non tanto l’opportunità di accumulo, quanto piuttosto la funzionalità reale del sistema e la possibilità di raccogliere e far tesoro della massima possibile quantità di energia solare rispetto a quella fornita dai combustibili. Quando si debbano far collaborare due sistemi termici uno dei quali, nella fattispecie, con generatore a combustibili fossili la cui gestione è consacrata da esperienze secolari, l’altro all’insegna della variabilità dovuta all’escursione solare e alle condizioni meteo, il principale problema da risolvere è evitare che uno dei due sistemi si sovrapponga all’altro. Nel contesto, purtroppo, è molto facile per un generatore a combustibili funzionare automaticamente fornendo un servizio regolare e abbondante ed è altrettanto facile che il solare ne resti eclissato senza che l’utente ne abbia percezione. Infatti, considerando un qualsiasi 255 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

impianto termico che eroghi calore, è indubbia la presenza di un circuito con un’andata che convoglia il calore e un ritorno che riporta il fluido al generatore per riscaldarlo e ripetere il ciclo. Il fatto deviante, a confronto con la semplice preparazione di acqua calda sanitaria, è proprio il contenuto termico della tubazione di ritorno. Se si tratterà di un impianto modernamente concepito, l’andata dalla caldaia avrà temperature dell’ordine di 60 °C, mentre il fluido rientrerà al generatore con 40 °C di temperatura o più, e questo fluido avrà accesso alla parte bassa dell’accumulatore come si vede alle figure 7.29 e 7.30. Il solare, pilotato da opportuni sistemi di controllo, al mattino si avvia soltanto quando la temperatura del proprio fluido termovettore supera quella caratteristica del servizio da prestare. Per la semplice preparazione dell’acqua calda lo strato più basso del serbatoio scaldacqua sarà invaso dall’acqua fredda di adduzione, per esempio 15 °C, essendosi certamente verificati alcuni prelievi mattutini tali da far entrare acqua nuova. Il solare dunque avrà immediatamente l’opportunità di cedere calore all’acqua fredda, con elevato Δθ ed elevato rendimento [2, 10]. Diversamente accade per il riscaldamento qualora i due sistemi, solare più ausiliario, dovessero trovarsi riuniti. Il ritorno dell’impianto a combustibili influenzerebbe la parte bassa dell’accumulatore che si troverebbe così a temperatura tale da impedire l’avviamento del circuito solare, ad esempio 40 °C, mentre l’ambiente da riscaldare, ad esempio a 20 °C, sarebbe ben disponibile a fruire convenientemente di un sistema di riscaldamento a bassa temperatura. Si veda, per cominciare, la figura 7.30 a): l’ambiente può essere riscaldato da un radiatore che chiameremo ausiliario, alimentato da un comune generatore a combustibili. Ma non appena vi sia disponibilità dall’impianto solare, il ventilconvettore (o, se volete, l’unità di trattamento aria negli impianti maggiori) si sostituirà automaticamente nel servizio all’ambiente, facendo recedere dal funzionamento il radiatore ausiliario quando raggiunta la temperatura impostata sul termostato ambiente. Inutile dire che un’accorta gestione o un appropriato software [1, 3] guideranno le operazioni in modo da anticipare l’arresto del radiatore lasciando via libera al solare, complice un normale orologio, simbolo analogico quasi perfetto del percorso del sole. I circuiti – solare con ventilconvettore e ausiliario con radiatori – sono completamente separati e indipendenti senza alcuna connessione nei fluidi e nei cicli. Questa è, fra l’altro, una caratteristica essenziale per evitare qualsivoglia errore di manovra o di sistema. Nel frattempo il circuito solare conserva una quota di energia, trasportata dalla tubazione in uscita dalla batteria di riscaldamento. Ecco, circuitalmente in serie, il serpentino dello scaldacqua che provvede all’accumulo acqua calda sanitaria, alimentato con energia solare a minor contenuto termico (si può dire in cascata). Quando il riscaldamento dei locali risultasse più che sufficiente, per esempio nelle ore pomeridiane specialmente in marzo-aprile, tutto il calore disponibile convogliato dal fluido termovettore verrà automaticamente trasferito allo scaldacqua accumulatore portando l’acqua a una temperatura oltre i minimi basilari prestabiliti per l’accumulo, ad esempio 60 °C, il che farà attuare una buona difesa, occasionale quanto si vuole, contro il rischio legionellosi. Per completezza di analisi si consideri che il ventilconvettore potrà a sua volta essere sosti256 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Figura 7.29 – Schema funzionale di un impianto di riscaldamento e produzione acqua calda ad avvicendamento. L’inizio dell’irradiazione utile determina sia l’arresto dell’impianto di riscaldamento, sia il funzionamento del circuito dei radiatori con energia solare. Legenda A – impianto di riscaldamento a radiatori; B – cronotermostato comprendente TA; C – gruppo termico con produzione di acqua calda sanitaria; D – scaldacqua ad accumulo con integrazione nella parte più alta; E – scambiatore di calore a piastre, a elevata efficienza di scambio; F – disaeratore; G – serbatoio di servizio; H – valvola di ritegno con by-pass; I – manometro; P1, P2,P3 – elettrocircolatori; S1, S2, S3 – sonde di rilevamento; TA – termostato in ambiente; Ts – termostato di sicurezza; E/I – commutatore estate/inverno; P – pressostato di minima.

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tuito da un semplice radiatore o altro corpo scaldante dimensionato per bassa temperatura, che farà privilegiare l’effetto radiante piuttosto che il convettivo. Potrebbero qui essere sollevate obiezioni nei confronti del doppio ingombro di corpi scaldanti nello stesso ambiente (succede anche per stufe e caminetti), ovvero avverso la maggior spesa del sistema. Ecco dunque, alla figura 7.30 b), una variante dello schema di figura 7.30 a) nella quale scompare il radiatore prima destinato al servizio ausiliario: tale compito è ora affidato a una semplice batteria di postriscaldamento che porterà all’ambiente la sola differenza tra il fabbisogno termico e la quota resa disponibile dal solare, una soluzione molto adatta ad ambienti di lavoro come uffici, negozi e altro. Riscaldamento solare alternativo La figura 7.29, e la 7.30 c) più sinteticamente, propongono uno schema di impianto solare con radiatori. Anche in questo caso, sperimentato in ripetute realizzazioni funzionanti, il solare agisce direttamente, salvo l’interposizione di uno scambiatore di calore a piastre che ha lo scopo di separare i collettori solari dal circuito di utilizzo e di consentire l’abbinamento con il circuito di caldaia. Lo scambio comporta un gradino in discesa, quanto a temperature in circolazione, ma si tratta di un gradino di qualche centigrado e, anche qui, un accorto sistema di conduzione arresterà a tempo debito il circuito alimentato dalla caldaia aprendo la via fin dalle prime ore del mattino al riscaldamento da fonte solare. L’integrazione avviene solo e soltanto nell’ambiente e il sistema ausiliario funzionerà, se necessario, nelle ore antelucane, in quelle serali e nelle ore notturne. Con il bel tempo la casa-accumulatore potrebbe risultare autosufficiente in dipendenza anche dal livello di comfort preteso e programmato dall’utenza. Il solare dunque alimenterà i radiatori in tutto l’arco diurno, salvo il caso di maltempo, pronto comunque a rientrare in fase al ricomparire del sole. I surplus termici eventualmente disponibili convoglieranno nello scaldacqua (di capacità per esempio 200-300 litri nella dimensione monofamiliare) che fungerà da accumulatore. Peraltro si considera che, al comparire del sole, lo strato più basso dello scaldacqua medesimo si troverà alla temperatura dell’acqua di adduzione e quindi sarà in grado di acquisire tutta l’energia disponibile anche a valle dello scambio con l’impianto di riscaldamento. Essenziale il pilotaggio automatico del sistema ausiliario che si arresta in tempo per consentire lo smaltimento del calore ceduto al circuito radiatori prima dell’ora di avvio del solare. La via dell’accumulo La figura 7.30 d) considera l’installazione di un grosso accumulatore attrezzato con un serpentino di scambio del solare destinato a riscaldare le masse idriche interne. Si è scelto per questo esempio un sistema tank in tank cosiddetto, modello che si va diffondendo sul mercato, con un serbatoio bollitore interno riscaldato da una camicia a intercapedine comunicante con la caldaia, come rappresentato in figura. Il sistema è molto costoso e di notevole ingombro, non sempre di facile collocazione in un alloggio, ma quel che più preoccupa è la completa dipendenza circuitale fra solare e ausiliario e il rischio consistente di lasciare inattivo il solare per una parte della giornata serena, fino a quando la temperatura del fluido dei collettori non si porti a un valore maggiore di quello rilevato dalla sonda immersa nell’intercapedine. È soltanto in tale condizione che il solare diviene efficace, il 258 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Utilizzo dell’energia solare

a)

b)

c)

d)

Figura 7.30 – Sono rappresentate a livello schematico cinque soluzioni a confronto: a) circuito solare di riscaldamento e preparazione di acqua calda sanitaria completamente indipendente da altri sistemi impiantistici; l’integrazione ausiliaria è affidata all’usuale impianto di riscaldamento a radiatori, completamente separato; gli eventuali surplus termici vengono accumulati nel serbatoio scaldacqua; b) integrazione del servizio di riscaldamento solare con batteria di postriscaldamento in ambiente; anche in questa soluzione i surplus e) termici si raccolgono nel serbatoio scaldacqua; c) sistema di riscaldamento solare diretto che alimenta il circuito radiatori e funziona alternativamente rispetto al servizio fornito dal generatore a combustibili nei tempi di carenza del solare; questa è la sintesi dello schema di figura 7.29; d) riscaldamento indiretto degli ambienti e preparazione dell’acqua calda sanitaria da fonte solare, con integrazione ausiliaria nell’accumulatore; nell’ipotesi del tutto consueta di accumulatore carico, l’utilizzo solare viene ostacolato, a tutto vantaggio dei consumi inquinanti; e) riscaldamento indiretto degli ambienti con impianto radiante a pavimento e preparazione dell’acqua calda sanitaria da fonte solare, con integrazione ausiliaria nell’accumulatore... e anche in questa soluzione vi è un ostacolo di sistema all’utilizzo solare alle minori temperature, oltre all’impedimento congenito dell’elevata inerzia termica del sistema a pavimento.

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che significa perdere la propria utilità per diverse ore ogni giorno e comunque trovarsi a scambiare con un liquido già tiepido o caldo per i precedenti interventi della caldaia. Il semplice esame dello schema mette in evidenza il ritorno dall’impianto termico che va a collegarsi con la parte bassa dell’intercapedine portando tutta la massa a temperatura tale da mal usufruire del solare. Si riduce così, per ambedue i motivi suddetti, l’efficienza del sistema, con il danno collaterale del notevole ritardo nell’inizio dell’utilizzo. Lo scambio con l’acqua sanitaria è di bassa efficienza per la sequenza di passaggi del calore, con i fluidi in parte in condizioni statiche, dal serpentino alla massa idrica dell’accumulatore e da questa all’acqua da riscaldare. Rischi da non sottovalutare sono i possibili errori di manovra o di sistema o per interventi inconsulti, tali da privilegiare l’apporto termico del sistema ausiliario rispetto al solare vanificandone l’utilità. Si noterà altresì che l’utente, come pure un osservatore non specializzato, stenterà a rendersi conto di anomalie del genere, a meno di acquisire precise verifiche sui consumi di combustibile, con la probabile amara sorpresa di rilevare, a posteriori, che il solare non ha svolto il compito che da esso si attendeva. Nelle apparenze lo schema di figura 7.30 e) potrebbe ridare fiducia, essendo stato prescelto un impianto di riscaldamento radiante. Il sistema a pavimento garantirebbe infatti migliore efficienza dei collettori solari ai regimi termici caratteristici, ma la commistione di servizi e di fonti termiche eterogenee porta inevitabilmente a far intervenire il componente a maggior temperatura. Nella stagione invernale sarà certamente la caldaia ad essere chiamata in causa e a portare l’intercapedine a temperatura tale da produrre acqua sanitaria sufficientemente calda; l’intercapedine entrerà in circolazione e si riscalderà anche negli strati più bassi impedendo di fatto, e per molte ore utili, l’accesso del calore raccolto dai collettori solari, inutilmente tiepidi o caldi. Si considera altresì il comportamento tipico di un impianto a pavimento con la sua caratteristica alta inerzia termica: quando il sole è in grado di offrire le proprie disponibilità è inevitabile che il pavimento radiante si trovi già caldo, senza possibilità di acquisire nuovo calore. Meglio diranno le misure, sul campo o nei laboratori di prova, che ogni produttore di questi sistemi avrà la cura di eseguire, confrontando con adatti strumenti i risultati acquisiti e monitorando, per esempio, impianti eseguiti secondo lo schema di figura 7.30 c), da comparare con impianti secondo la figura 7.30 d) o altri. Il lettore sa di trovarsi davanti a una tecnica giovane e per questo ogni ricerca in questo settore è da salutare con entusiasmo. Efficienza complessiva Nella sostanza si sono qui confrontati due concetti, ambedue basati sull’estrema variabilità dell’irradianza a fronte di un servizio a inerzia termica elevata: • gli schemi rappresentati alle figure 7.30 a), b), c) tendono a portare all’edificio tempestivamente quasi tutta l’energia disponibile, accumulando altra energia in acqua calda sanitaria a valle dell’utilizzo; • gli altri due schemi (figure 7.30 d, e) scelgono piuttosto la via dell’accumulo che soltanto in linea di principio fa da volano fra la variabilità dell’irradianza e l’incostanza del fabbisogno; nella realtà l’accumulatore si troverà già carico quando sorgerà il sole 260 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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a causa dell’azione del sistema ausiliario; di fatto ciò impedisce l’utilizzo dell’energia solare per una parte consistente del tempo di irradiazione utile, consentendo la cattura di energia soltanto ai più elevati livelli di temperatura. La figura 7.31 sintetizza i contenuti di tutto il testo che precede: vi è rappresentato l’andamento dell’irradianza nell’arco diurno con valori caratteristici delle giornate serene. Il grafico a) fa rilevare la parte di energia inutilizzabile, consegnata al sistema a livello termico insufficiente rispetto all’utilizzatore. È l’andamento caratteristico di un impianto a bassa inerzia termica nel quale tutta l’energia si trasferisce agli utilizzi ai minimi livelli termici possibili. Il grafico b) mostra invece l’analogo andamento qualora il sistema di trasferimento e utilizzo dell’energia solare comporti la necessità pratica del superamento di una determinata soglia termica. Il circuito solare deve salire di temperatura, trascurando energia preziosa, fino a quando non venga superata la soglia termica prodotta dalle temperature di ritorno dei sistemi in funzione.

a)

b)

Figura 7.31 – Andamento dell’irradianza in una giornata serena: nell’immagine a) si rileva la perdita per impossibile utilizzo alle temperature più basse caratteristica dei sistemi rappresentati alle figure 7.31 a), b), c), mentre l’immagine b) mostra l’analogo comportamento, con perdita notevolmente più elevata, nel caso di impianti rappresentati alle figure 7.31 d), e), con l’adozione di un accumulatore-scambiatore.

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Si concludono queste note affermando che certamente il criterio dell’accumulo termico va rispettato e coltivato, ma esso non deve limitare l’efficienza complessiva. Chi scrive ha direttamente sperimentato i sistemi descritti e ben conosce l’utilità di un accumulatore in un sistema a energia variabile [9], ma tale accumulatore deve raccogliere soltanto l’energia residua (deve cioè stare a valle dell’utilizzo) e, una volta carico, deve essere utilizzato in orari diversi o per servizi diversi da quelli durante i quali l’energia del sole è direttamente disponibile. 7.2.7 Come produrre acqua calda Nella buona stagione, il che vuol dire per gran parte dell’anno nel Mezzogiorno italiano, si può produrre acqua calda con gli scaldacqua solari diretti, di concezione elementare dal punto di vista idraulico e funzionale (figura 7.32). Si tratta di apparecchi, come nell’esempio rappresentato alla figura 7.33, con il serbatoio di accumulo posto all’interno del sistema di captazione; quest’ultimo è formato da un paraboloide a riflessione totale, in grado di mantenere sul serbatoio stesso la concentrazione dei raggi che attraversano il trasparente superiore. L’acqua contenuta nel serbatoio-captatore si riscalda per trasmissione diretta e per convezione, tendendo a stratificare e consentendo la separazione, nella parte alta, di un quantitativo di pronto impiego proporzionale all’irradiazione utile e al tempo di riscaldamento. Si può così incamerare l’energia solare incidente in condizioni di cielo sereno, ottenendo il massimo risultato; anche l’insolazione parziale delle giornate a tempo variabile, tuttavia, assicura un risultato (ovviamente altrettanto parziale). La tipica destinazione dello scaldacqua solare diretto è l’utenza familiare: nell’area centromediterranea ciò può essere ottenuto con modesti investimenti, collocando l’apparecchio (o la coppia di apparecchi) a una certa inclinazione al fine di ottimizzare i risultati invernali. L’integrazione in caso di maltempo è di rigore, ma un’accorta gestione delle disponibilità può consentire la copertura di gran parte del fabbisogno con accumuli di modesta capacità (50-100 litri).

Figura 7.32 – Scaldacqua solare diretto con serbatoio da 50 litri installato in giardino.

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Figura 7.33 – Sezione dello scaldacqua solare diretto: il serbatoio-captatore è posto nel fuoco di un paraboloide a riflessione totale. I raggi riflessi colpiscono la parte più bassa del recipiente sì da favorire il riscaldamento omogeneo e la stratificazione.

Nel caso di famiglie più numerose, con frequente uso della vasca da bagno, si dovranno installare più scaldacqua solari in parallelo. Salendo alle latitudini del Nord Italia o del Centro Europa, così come in montagna, con le frequenti gelate invernali, gli scaldacqua diretti vanno destinati a un impiego medio prevalentemente stagionale ed estivo, attivandoli in febbraio-marzo e scaricando il contenuto idrico in novembre, prima comunque dei geli invernali (stagione delle brine). Questa nuova generazione di apparecchi, pratici, maneggevoli, contenuti nelle dimensioni e nel peso, reclama la ricerca della massima efficienza in relazione alle specifiche disponibilità di posizionamento e alla vicinanza rispetto agli utilizzatori. Non sono necessarie particolari opere di manutenzione, ma nella scelta della posizione di installazione va sempre rispettato il principio dell’accessibilità. Nel procedere verso soluzioni più complesse si incontrano gli scaldacqua prefabbricati a circuito, nei quali un serbatoio superiore viene riscaldato durante l’insolazione utile grazie alla circolazione naturale di un fluido che, a sua volta, si riscalda nei sottostanti collettori solari (figura 7.34). L’installazione sul tetto, in questo caso esteticamente accettabile, comporta alcuni problemi di accessibilità per i controlli e la manutenzione. In termini di compatibilità edilizia va verificata la sovrapposizione dello scaldacqua solare a una copertura, l’accessibilità di quest’ultima e gli effetti del calpestio nei confronti sia della sicurezza delle persone sia dell’integrità della copertura. Questi sono soltanto accenni ad alcuni problemi che l’utilizzo dell’energia solare comporta, specie nei confronti di un’utenza per ora ben poco propensa a intervenire manualmente nella gestione degli impianti, ad esempio proteggendo i captatori solari nel caso di mancato utilizzo (assenza dalla casa, per vacanze o altro). Risulta molto più propizia la collocazione dei collettori solari sulle terrazze degli edifici, 263 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Figura 7.34 – Scaldacqua solare a circolazione naturale, con circuito chiuso (Solahart).

caso di grande frequenza in molti Paesi del Mediterraneo, oppure nei giardini o in spazi appositamente predisposti: si ritorna dunque alle indicazioni desumibili dalla figura 7.15. Rientrando nell’ambito degli impianti di riscaldamento e considerando sia le necessità di comfort congiunte alla preparazione dell’acqua calda sanitaria, sia l’utilità di disporre di un accumulatore che consente lo stoccaggio dei surplus termici, si potrà adottare uno scaldacqua del tipo rappresentato alla figura 7.35. Sarà il caso di adottare diversi accorgimenti V1 chiude se T1 > 65 °C V2 chiude se T2 > 60 °C T1 V2 T2

Idroeiettore Venturi: dosaggio costante di acqua addolcita con acqua dell’acquedotto interno potabile

V1

Acquedotto interno

Acqua addolcita

Figura 7.35 – Scaldacqua ad accumulo con due serpentini di scambio per utilizzo di separate fonti termiche, ad esempio l’energia solare e l’integrazione con caldaia. Diversi accorgimenti sono descritti nel testo.

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quali l’integrazione ausiliaria nella parte alta del serbatoio, il ricircolo negli impianti più grandi esterno alla massa in accumulo, la miscela con acqua addolcita per contenere la durezza all’adduzione idrica, il serpentino inferiore piegato verso il fondo per minimizzare il ristagno di depositi e la coltura di microbatteri, l’elevata coibenza, la regolazione automatica che assicura la difesa antilegionella e privilegia l’acquisizione dell’energia del sole. Questo scaldacqua va dunque inserito nello schema cui alla figura 7.30 c). Per un approfondimento delle tecniche di produzione dell’acqua calda con utilizzo solare, si rinvia ai manuali editi da Tecniche Nuove [2, 10, 11]. 7.2.8 Esempio di calcolo di un impianto solare Si consideri un ipotetico edificio per 30 alloggi dell’Istituto case popolari di Agrigento. Nella tabella 4.5 sono stati riportati alcuni valori dell’energia W erogata durante un periodo di fabbisogno, in funzione del numero di unità abitative servite da impianti centralizzati. Se ne ricava il volume dello scaldacqua, applicando il procedimento descritto al paragrafo 4.2.9, considerando provvisoriamente la temperatura di entrata dell’acqua fredda pari a 10 °C, un dato prudenziale valido soltanto in parte per il territorio italiano e correlato al periodo dell’anno caratterizzato da maggior richiesta. Nel calcolare il volume lordo del serbatoio è stato considerato un periodo di preriscaldamento pari alla metà del periodo di fabbisogno e, stimata l’energia W, si è ottenuta la potenza di scambio Φ come energia spesa nell’unità di tempo, confrontata con la potenza necessaria a far fronte ai 10 minuti di punta, utilizzando anche l’energia accumulata. Questo dimensionamento va tuttavia confrontato con la diversa dinamica dell’utilizzo solare. Mancando la continuità della fonte termica è necessario proporzionare l’accumulo all’intero consumo giornaliero e potenziare lo scambio per acquisire i risultati voluti nell’arco di tempo dell’insolazione utile. Nell’esempio dei 30 alloggi ad Agrigento si devono considerare due condizioni: – la condizione invernale di massimo carico cui riferire il calcolo del sistema integrativo, che deve far fronte al fabbisogno indipendentemente dall’apporto solare, considerando tuttavia l’energia del periodo di fabbisogno ridotta per la maggior temperatura dell’acqua di acquedotto (15 °C, anziché 10 °C come nell’esempio della tabella 4.5), pertanto risulterebbe W = 194.750 Wh, V = 1860 litri, Φ = 38.186 W; – la condizione estiva, con diminuzione del fabbisogno sulla base dei dati statistici acquisiti [11] e dell’ulteriore aumento della temperatura dell’acqua di acquedotto a 20 °C. Il periodo di fabbisogno si conferma essere pari a 5,1 ore e corrisponde al fabbisogno giornaliero medio: W = 146.812 Wh. A questo punto sarà il progettista a considerare se risulti economicamente più conveniente dimensionare l’accumulo e l’intero impianto per l’autosufficienza nelle giornate di massima insolazione, quanto a potenza in entrata, con il fabbisogno corrispondente al consumo medio giornaliero quanto a utilizzo, ovvero dimensionare l’impianto per i periodi di minore insolazione con la maggior spesa che ne consegue e con un impianto che tende265 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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rebbe a condizioni di stagnazione d’estate. Si considera perciò che l’impianto integrativo venga spento durante la bella stagione e che il periodo di ricarica dell’accumulo sia di 6 ore, un po’ più esteso di quello, successivo nell’arco del giorno, di durata del fabbisogno. Si ricavano il volume totale dell’accumulo: V = 3713 litri e la potenza termica del serpentino di scambio: Φ = 28.783 W L’intero volume dell’accumulo viene dunque riscaldato dallo scambiatore più basso (figura 7.35), alimentato a energia solare, mentre nelle fasi di maltempo lo scambiatore integrativo riscalderà la sola parte di serbatoio posta superiormente. Tale dimensionamento, rigoroso in linea teorica, può subire alcune semplificazioni, come ad esempio nel progettare un sistema al servizio di un albergo in una località marina: i consumi d’acqua calda infatti risulteranno consistenti nelle giornate di bel tempo e molto limitati nelle pur rare giornate di maltempo estivo: la parte di accumulatore servita dallo scambiatore integrativo può essere conseguentemente ridotta. Per l’esempio case popolari di Agrigento, l’accumulo scelto, arrotondato a 4000 litri, risulterà congruo rispetto al consumo medio totale giornaliero e a quello dell’ora di punta. Il dimensionamento dell’impianto solare va eseguito considerando l’insolazione massima utile a cielo sereno correlata all’orientamento e all’inclinazione della superficie di raccolta. Il calore deve essere interamente trasferito all’acqua. Si riconferma un principio di calcolo che purtroppo viene talvolta travisato dall’indicazione dell’insolazione media, anziché della massima, quale parametro dimensionale in entrata. Se l’impianto avesse le giuste dimensioni per soddisfare le giornate “medie”, che rappresentano una vera rarità, risulterebbe inutilmente sovradimensionato nelle giornate serene e comunque inutile nei giorni di maltempo. Il dimensionamento va dunque eseguito per equilibrare il dato di insolazione massima, riservando all’impianto solare la funzione di economizzatore nelle condizioni medie. Scelto l’orientamento Sud, l’inclinazione dei pannelli va ottimizzata, tenendo conto che in casi come quello in esame non vi è rischio di surriscaldamento estivo, neppure a Ferragosto, dovendosi ritenere il complesso edilizio abitato almeno parzialmente. L’inclinazione ottimale per i pannelli di questo esempio è di circa 55° rispetto all’orizzontale, inclinazione che assicura risultati quasi costanti al variare delle stagioni. Si veda in proposito la tabella 7.4, ove si può notare, alla colonna L + 20° per 35° (Agrigento ha latitudine 37°, anziché 35°, dunque si procederà a correzioni per interpolazione), che l’insolazione giornaliera varia dal minimo di 5910 in giugno, al massimo di 7649 Wh/m2 nel mese di marzo. Se si trattasse di un edificio unifamiliare o di un altro caso in cui l’utilizzo assumesse carattere di discontinuità, sarebbe preferibile la posizione verticale, che limita il rischio di surriscaldamento in corrispondenza del mancato utilizzo alle condizioni estive limite (assenza per vacanze). 266 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Utilizzo dell’energia solare

Tornando all’edificio di 30 alloggi sito in Agrigento, si riscontra il fabbisogno medio giornaliero di energia, pari a quello di punta, nel periodo di fabbisogno di oltre 5 ore: W =

(

)

N ⋅ 1,16 N ⋅ qq ⋅⋅(θ nm −–θθ f )⋅1,16

ηg

= 146.812 Wh

dove: N è il numero di persone; q è pari a 45 l/giorno. È stato considerato il rendimento globale medio del sistema di produzione, regolazione, distribuzione ed erogazione ηg = 80%. L’acqua di acquedotto, va ricordato, è alla temperatura di 15 °C. L’insolazione giornaliera massima a cielo sereno nel mese di marzo, ricavata dalla tabella 7.4 per interpolazione fra 35° e 41° lat., è: H = 7584 Wh/m2 giorno L’efficienza del collettore solare piano è un dato fornito dal costruttore e si misura secondo la formula caratteristica di ciascun pannello solare, ad esempio: η = 0,85 – 8,70 · ∆θ/I il primo addendo è rappresentativo della trasparenza del vetro; il secondo addendo rappresenta invece le dispersioni del pannello solare, con ∆θ fra temperatura della lastra captatrice e aria esterna; I corrisponde all’irradianza. Nelle condizioni limite di calcolo l’irradianza sul piano inclinato, nel momento di perpendicolarità del raggio, dipende esclusivamente dalla qualità dell’atmosfera e dal suo spessore; poiché non cambia molto da una località all’altra, salvo appunto l’influenza positiva dell’altitudine, essa può essere valutata in 1000 W/m2. Nelle condizioni medie del giorno di marzo considerato, per la durata di sei ore, si può adottare l’irradianza media di 720 W/m2. Semplificando il valore di ∆θ 4 e considerandolo pari alla temperatura media del collettore solare nell’arco delle sei ore (ad esempio uguale a 45 °C) diminuita della temperatura media diurna dall’ambiente esterno in marzo (12,7 °C media delle 24 ore + 10/3 K escursione = 16 °C), si ottiene: η = 50% Si tratta di un rendimento abbastanza alto, che si può raggiungere con elevato scambio al serpentino dello scaldacqua per mantenere bassa la temperatura, mediante collettori solari di alta qualità ed efficienza e con impiantistica ineccepibile. In realtà si dovrebbe considerare l’andamento della temperatura del collettore solare dall’alba al tramonto, eseguendo la sommatoria delle differenze rispetto alla temperatura dell’aria. 4

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Realizzate queste condizioni, si può ricavare la superficie di captazione utile: A = W / η · Η = 146.812 / 0,5 × 7584 = 38,7 m2 Questo dato consente di scegliere i collettori solari adatti al caso e di dimensionare i circuiti e l’elettrocircolatore, considerando la potenza di scambio Φ = 28,8 kW prima calcolata, con salto di temperatura fra andata e ritorno del fluido vettore, pari, ad esempio, a 7 K. La portata dell’acqua risulta: φ = 28,8 × 860 / 7 = 3538 l/h

7.3 Tempo di recupero della spesa Il Dpr 412/1993, caposaldo della regolamentazione della principale legge sul corretto impiego dell’energia, ha tuttora in vigore il comma 16 dell’art. 5, ove si legge che il limite di convenienza economica, per gli impianti di produzione di energia di nuova installazione o da ristrutturare, che determina l’obbligo del ricorso alle fonti rinnovabili di energia o assimilate è determinato dal recupero entro un periodo di otto anni degli extracosti dell’impianto che utilizza le fonti rinnovabili o assimilate rispetto a un impianto convenzionale; il recupero, calcolato come tempo di ritorno semplice, è determinato dalle minori spese per l’acquisto del combustibile, o di altri vettori energetici, valutate ai costi di fornitura all’atto della compilazione del progetto, e dagli eventuali introiti determinati dalla vendita della sovrapproduzione di energia elettrica o termica a terzi. Il tempo di ritorno semplice è elevato da otto a dieci anni per edifici siti nei centri urbani dei comuni con popolazione superiore a 50.000 abitanti, al fine di tener conto della maggiore importanza dell’impatto ambientale. Per rispondere alle prescrizioni regolamentari viene sviluppato qui appresso il calcolo del ROI, return on investment, ma si avverte il lettore che tale procedura corrisponde a un falso ideologico introdotto dal Dpr 412, regolamento legislativo palesemente in contrasto con il Piano Energetico Nazionale, con la legge 10/1991 e con la preoccupante situazione energetica mondiale. Tale regolamento risulterebbe per certi versi completamente abrogato poiché scaturisce dall’art. 4, quarto comma della legge 10/1991, a sua volta abrogato. Nonostante ciò vi sono altri documenti ufficiali dello Stato, decreti legislativi e Dpr che ancora riportano riferimenti e citazioni tali da far presumere lo stato di vigenza del Dpr nominato. Per questo si rinvia al capitolo 8 per una disamina approfondita del caso e qui si risponde all’eventuale esigenza del progettista di rappresentare il calcolo richiesto. Innanzi tutto sarebbe necessario conoscere l’extracosto dell’impianto solare, rispetto al semplice impianto caldaia-serbatoio scaldacqua, fatto di per sé opinabile nella fase di progettazione. Di lì si passerebbe al calcolo economico, considerando i prezzi di mercato al momento del progetto. In questa sede, a puro titolo di esempio, si può considerare un costo complessivo dell’impianto, incluse le strutture di sostegno e altre opere, pari a euro 25.155.5 5

Si è assunto a base il costo dell’impianto solare pari a euro 650/m2 utile di pannello, tutto incluso.

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Tempo di recupero della spesa

Per calcolare il ROI va ora individuata la quantità di energia utilizzata dal sistema. Avendo eseguito il calcolo nelle condizioni di massima insolazione e nell’ipotesi di medio consumo, si è ragionevolmente convinti di poter raccogliere quasi tutta l’energia solare disponibile nell’arco dell’anno. Si applicherà un coefficiente di utilizzo ηs, che può variare dal 30 al 90% a seconda del tipo di impianto, del suo dimensionamento e del tipo di utilizzo (continuità del servizio ecc.). In questo caso si può ritenere ηs = 90%. L’energia utilizzata nell’arco dell’anno tiene conto anche del rendimento del collettore solare, continuamente variabile con il variare dei parametri di: – inclinazione del raggio, con variazione della trasparenza netta; – fattore di sporcamento; – temperatura media del fluido vettore e conseguentemente della lastra captatrice; – temperatura dell’aria esterna; – irradianza. Il rendimento medio annuale può essere, con i dati oggi disponibili, soltanto stimato. Per poterlo accertare sarebbero necessari diversi anni di monitoraggio sia su impianti campione a funzionamento continuativo, sia su casi reali; studio per il momento non effettuato. L’autore ritiene di poter attingere, per ora, solo dalla personale esperienza maturata nel campo della ricerca, dell’installazione, del monitoraggio e della verifica degli impianti solari nonché, sin dagli anni ’70, dalla personale esperienza di utente di un impianto solare di notevoli dimensioni perfettamente funzionante (figura 7.23). Il rendimento medio annuale per il caso in esame può ritenersi ηa = 45% L’irradiazione solare globale sulla superficie inclinata del caso esemplificato può essere tratta da testi specifici [2], di cui si riporta un estratto alle tabelle 7.5 e 7.6.6 L’energia utilizzata risulta: W = Ws · ηg · ηs · ηa = 189.154 × 0,8 × 0,9 × 0,45 = 61.286 MJ Il consumo annuo di energia sostituito dall’utilizzo di energia solare risulta pari a 1428 kg di gasolio, ovvero a 1764 Nm3 di metano. La spesa, aggiornata al 31 maggio 2011, deriva dal seguente costo dei combustibili: 1,20 euro/kg per il gasolio agevolato laddove non ci si può allacciare al metano; 0,65 euro/Nm3 per il gas metano. Il risparmio annuo, a valuta costante, varia tra l’importo di 1713 euro, sostituendo il gasolio, all’importo di 1146 euro sostituendo il gas metano. I dati riportati in queste tabelle abbracciano diversi angoli di inclinazione, compresi i piani orizzontale e verticale. Confrontandoli con i dati dei prospetti VIII e IX della UNI 10349 si riscontrano differenze che vanno dal 10 al 35% in meno. I dati della UNI sono dunque più favorevoli, ma le differenze sono principalmente dovute alle quote di energia ai margini della giornata, alba e tramonto, non utilizzabili dai collettori solari. 6

269 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 7

Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

Tabella 7.5 – Irradiazione reale mensile e annuale per l’esempio nel testo. La superficie captante è inclinata di 55° sull’orizzontale; i dati di irradiazione giornaliera sono ricavati, per la città di Gela, dalla tabella 7.6 con interpolazione fra 45° e 60°. Irradiazione media giornaliera su piano inclinato (MJ/m2)

Mese

Superficie captante utile (m2)

Giorni

Energia entrante Qs (MJ)

Gen.



10,3



31



38,7



12.352

Feb.



12,1



28



38,7



13.068

Mar.



13,2



31



38,7



15.781

Apr.



13,7



30



38,7



15.937

Mag.



14,3



31



38,7



17.116

Giu.



13,8



30



38,7



16.008

Lug.



15,1



31



38,7



18.057

Ago.



16,2



31



38,7



19.478

Sett.



15,9



30



38,7



18.457

Ott.



14,2



31



38,7



17.004

Nov.



12,2



30



38,7



14.127

Dic.



9,8



31



38,7



11.769

365



38,7



189.154

Totale

Il tempo di ritorno semplice, calcolato secondo le indicazioni del Dpr 412/93, è dunque compreso fra 15 e 22 anni, superando perciò il limite di dieci anni per edifici siti nei centri urbani dei comuni con popolazione superiore a 50.000 abitanti, come Agrigento. Scopo del presente volume è quello di fornire un metodo di calcolo credibile, in assenza di qualsiasi altra indicazione normativa in materia, ma il percorso seguito ci ha condotti a una sorpresa: la legge 10/91 (strumento parlamentare) ha spinto verso l’impiego delle fonti rinnovabili di energia, ma i parametri stabiliti dal Dpr 412/93 (strumento governativo) di fatto spingono verso gli idrocarburi. Si potrebbe forzare il calcolo, essere più ottimisti nella valutazione dell’extracosto e accettare componenti e sistemi di basso prezzo e bassa qualità (oltre che di breve durata); si potrebbero inoltre maggiorare i dati assunti di irradiazione solare reale, tenuto conto delle differenze positive riscontrate fra le norme UNI e i dati delle tabelle 7.5 e 7.6. Il progettista, poi, ha piena facoltà di supporre valori di ηg, ηs e ηa molto più favorevoli di quelli sopra considerati. Il tutto potrebbe costringere il ROI nell’intorno di dieci-dodici anni e perciò rientrare o 270 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

α s =

α s =

α s =

Udine 46°2'

Pian Rosà 45°56'

Trieste 45°39'

{ { { {

α s =

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

Gen. 1163 1864 2077 2177 2016 3,4

2128 4219 4912 5302 5091 –

1302 2227 2520 2669 2508 3,6

1116 1830 2051 2159 2015 3,5

Feb. 1791 2443 2592 2606 2237 4,0

3326 5341 5901 6106 5417 –

1895 2662 2848 2883 2499 4,0

1837 2572 2750 2781 2410 4,5

Mar. 2837 3377 3402 3257 2510 4,8

4860 6357 6573 6408 4942 –

2988 3622 3671 3533 2745 4,6

2802 3363 3398 3263 2531 5,0

Apr. 3907 4059 3881 3501 2233 6,2

6256 6786 6567 5945 3657 –

3547 3697 3544 3214 2112 5,5

3686 3833 3672 3323 2152 5,7

Mag. 4895 4686 4362 3749 1913 7,8

6919 6640 6178 5281 2340 –

4872 4669 4355 3776 1940 7,0

4430 4248 3967 3456 1848 6,6

Giu. 5244 4866 4488 3819 1714 8,2

7221 6651 6116 5117 1876 –

5023 4658 4306 3678 1633 7,2

4767 4438 4112 3529 1706 7,0

Lug. 5419 5190 4829 4166 2060 9,8

6558 6267 5836 4999 1815 –

5349 5117 4771 4124 2062 8,7

4814 4619 4313 3751 1972 7,7

Ago. 4860 5099 4888 4407 2762 8,8

5814 6223 6001 5430 3390 –

4581 4835 4651 4216 2712 7,8

4198 4383 4203 3803 2448 6,9

Sett. 3733 4555 4620 4444 3433 7,1

5709 5909 6060 5873 4564 –

3628 4444 4517 4355 3394 6,4

3360 4074 4129 3973 2388 6,1

Ott. 2605 3864 4194 4290 3769 5,8

3547 5644 6226 6437 5714 –

2523 3720 4031 4119 3613 5,3

2233 3247 3509 3581 3145 4,9

eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

1058 1919 2203 2363 2271 3,2 1814 3940 4674 5120 5038 – 1058 1856 2115 2255 2148 2,8

1174 1874 2087 2188 2031 2,8 1244 2016 2255 2369 2206 2,7 2244 4385 5093 5491 5265 – 1302 2092 2333 2445 2266 2,8

Segue

919 1585 1800 1916 1826 2,8

Nov.

α

s = ore di soleggiamento effettivo

Bolzano 46°28'

Località latitudine

Dic.

Tabella 7.6 – Irradiazione giornaliera media mensile su superfici piane orientate a Sud diversamente inclinate (Wh/m2).

Tempo di recupero della spesa

271

{ { { {

α

α s =

α s =

α s =

α s =

Torino 45°11'

Bologna 44°32'

Genova 44°25'

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

s = ore di soleggiamento effettivo

Milano 45°26'

Località latitudine

Tabella 7.6 – Seguito. Gen. 1267 2006 2227 2326 2122 4,1

1291 2063 2294 2401 2198 2,8

1349 2214 2491 2626 2450 3,8

872 1236 1334 1367 1231 2,0

Feb. 1814 2427 2559 2560 2174 4,5

1919 2608 2763 2773 2367 3,6

1942 2692 2867 2892 2490 4,5

1547 2021 2119 2113 1795 3,4

Mar. 2849 3359 3372 3219 2466 5,4

2872 3393 3409 3256 2497 4,7

2930 3503 3534 3387 2613 5,5

2593 3044 3056 2920 2351 5,1

Apr. 3826 3971 3791 3417 2195 6,3

4372 4581 4384 3857 2442 6,2

3826 3990 3820 4616 2231 6,0

3721 3877 3710 3357 2178 6,2

Mag. 4721 4498 4167 3587 1814 7,6

5081 4844 4487 3853 1895 7,7

4581 4376 4067 3520 1812 6,8

4465 4266 3967 3438 1792 7,2

Giu. 5174 4777 4380 3700 1624 8,4

5488 5063 4641 3908 1659 8,6

4884 4522 4165 3545 1619 7,5

4953 4587 4227 3599 1638 8,0

Lug. 5349 5103 4727 4056 1985 9,6

5558 5291 4897 4192 2010 9,6

4988 4758 4419 3813 1912 8,4

5035 4805 4465 3855 2164 9,1

Ago. 4616 4795 4576 4108 2565 8,7

4837 5073 4856 4373 2751 8,6

4395 4601 4408 3984 2548 7,4

4302 4501 4313 3900 2503 8,2

Sett. 3442 4097 4122 3940 3013 6,8

3674 4427 4471 4285 3052 7,0

3244 3866 3897 3731 2874 5,5

3244 3873 3906 3743 2886 6,0

Ott. 2314 3251 3477 3516 3023 5,5

2384 3348 3579 3616 3109 4,8

2151 2988 3186 3216 2776 4,5

1930 2614 2769 2781 2387 3,9

Nov. 1314 2028 2237 2327 2113 3,5

1163 1726 1885 1948 1756 2,0

1244 1949 2159 2253 2078 2,9

919 1274 1369 1397 1252 1,7

Dic.

272

eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Segue

1070 1781 2006 2119 1969 3,6

965 1553 1736 1826 1793 2,0

1081 1891 2156 2298 2188 3,2

698 1006 1093 1128 1031 1,5

Capitolo 7 Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

{ { { {

0° 30° 45° 60° 90° n.

α s =

α s =

α s =

Capo Mele 43°57'

Pisa 43°40'

Ancona 43°37'

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

s = ore di soleggiamento effettivo

Gen. 1163 1745 1912 1977 1778 2,4

1407 2243 2492 2603 2348 4,0

1686 2870 3236 3416 3124 4,4

1570 2642 2973 3135 2881 –

Feb. 1988 2426 2849 2856 2426 3,7

1988 2680 2830 2834 2395 4,5

2302 3252 3479 3517 3010 5,0

1965 2666 2822 2829 2403 –

Mar. 3116 3698 3717 3549 2708 4,7

2860 3345 3348 3186 2426 5,2

3302 3955 3985 3810 2908 5,5

2674 3105 3101 2949 2248 –

Apr. 4558 4743 4523 4057 2513 6,7

3965 4106 3912 3515 2237 6,8

4360 4548 4341 3902 2457 6,7

2814 2838 2688 2420 1598 –

Mag. 5570 5312 4913 4199 1998 8,6

4849 4608 4253 3643 1816 8,8

5151 4899 4523 3869 1885 7,7

4105 3908 3621 3133 1672 –

Giu. 5919 5458 4993 4177 1669 9,0

5337 4914 4487 3765 1615 9,3

5686 5230 4776 3997 1652 8,7

4093 3801 3497 2992 1503 –

Lug. 6128 5845 4707 4608 2134 10,4

5488 5207 4801 4091 1950 10,7

5837 5544 5110 4348 2022 9,8

4791 4564 4226 3637 1853 –

Ago. 5419 5676 5421 4858 2969 9,5

4674 4866 4640 4165 2613 9,4

5151 4703 5159 4633 2876 8,8

4581 4751 4528 4063 2534 –

Sett. 4116 5010 5071 4864 3717 7,1

3779 4528 4562 4359 3319 7,5

3953 4777 4824 4620 3523 6,9

3512 4183 4208 4020 3069 –

1174 1722 1874 1931 1728 – 1756 2950 3319 3498 3193 4,0 1453 2277 2520 2626 2360 3,5 1349 2066 2274 2362 2133 2,5

Ott.

α

Monte Cimone 44°12' α s =

Località latitudine Nov.

Tabella 7.6 – Seguito.

2198 3033 3227 3251 2779 – 2860 4134 4449 4517 3879 5,9 2558 3590 3833 3867 3298 6,0 2698 3901 4202 4272 3695 5,2

Dic.

eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Segue

988 1555 1727 1807 1652 2,1

1081 1757 1966 2069 1881 3,0

1442 2635 3024 3238 3012 4,1

1058 1736 1948 2052 1892 –

Tempo di recupero della spesa

273

{ { { {

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

α s =

α s =

α s =

α s =

Roma 41°48'

Olbia 40°56'

Napoli 40°51'

s = ore di soleggiamento effettivo

α

Pescara 42°26'

Località latitudine

Tabella 7.6 – Seguito. Gen. 1372 1977 2136 2186 1850 3,8

1535 2298 2510 2587 2205 4,4

1663 2624 2905 3023 2637 4,3

1302 1243 2119 2186 1913 3,2

Feb. 1930 2451 2540 2502 2042 4,5

2233 2931 3065 3041 2497 5,2

2302 3099 3267 3262 2710 4,7

2035 2698 2833 2822 2355 4,3

Mar. 2628 2949 2908 2733 2038 5,2

3198 3681 3656 3450 2565 6,2

3326 3897 3893 3694 2773 6,6

2919 3383 3360 3198 2414 4,8

Apr. 3663 3716 3505 3128 1974 6,6

4302 4378 4123 3652 2224 7,7

4500 4645 4402 3926 2427 7,0

4151 4284 4067 3640 2286 6,6

Mag. 4616 4344 3967 3360 1678 8,2

5360 5047 4601 3866 1817 9,8

5547 5235 4788 4036 1877 8,6

5035 4766 4379 3723 1815 8,2

Giu. 5128 4686 4228 3497 1505 9,3

5337 5258 4736 3892 1576 9,1

6012 5488 4956 4077 1594 9,4

5291 4856 4413 3679 1574 8,7

Lug. 5198 4881 4449 3743 1786 10,4

6081 5723 5209 4355 1956 12,1

6186 5827 5320 4458 1981 10,8

5523 5219 4788 4053 1909 10,2

Ago. 4558 4663 4401 3909 2409 9,9

5198 5323 5017 4436 2648 10,6

5407 5614 5324 4740 2873 9,9

4837 5013 4763 4256 2636 9,5

Sett. 3512 4048 4021 3797 2826 8,1

3930 4594 4580 4334 3220 8,5

4128 4908 4923 4681 3509 8,1

3674 4333 4341 4128 3114 7,4

Ott. 2547 3388 3558 3542 2917 6,4

2651 3593 3794 3794 3144 6,3

2930 4088 4352 4377 3669 6,4

2535 3401 3679 3691 3103 5,7

Nov. 1523 2219 2407 2469 2093 4,1

1733 2623 2873 2966 2533 4,3

1733 2709 2991 3109 2709 4,1

1500 2290 2510 2600 2285 3,6

Dic.

274

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Segue

1130 1667 1820 1878 1586 3,0

1302 2028 2241 2334 1988 3,6

1326 2158 2414 2535 2209 3,3

1116 1791 1949 2036 1800 2,7

Capitolo 7 Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

{ { { {

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

α s =

α s =

α s =

α s =

Brindisi 40°39'

Capo Palinuro 40°1'

Cagliari 39°15'

s = ore di soleggiamento effettivo

α

Alghero 40°38'

Località latitudine

Tabella 7.6 – Seguito. Gen. 1814 2724 2974 3062 2541 4,5

1814 2799 3078 3187 2702 4,2

1442 2101 2279 2337 1977 4,2

1767 2744 3023 3135 2678 4,5

Feb. 2465 3219 3357 3320 2685 4,7

2570 3444 3622 3606 2957 5,0

2128 2758 2874 2844 2327 5,1

2395 3188 3347 3328 2736 4,9

Mar. 3512 4029 3991 3752 2755 6,2

3453 4003 3981 3760 2791 5,5

2907 3306 3272 3083 2295 5,5

3593 4205 4194 3971 2955 6,2

Apr. 4465 4512 4228 3721 2229 7,2

4500 4614 4356 3867 2377 6,9

4116 4201 3964 3524 2190 7,1

4698 4828 4560 4048 2467 7,4

Mag. 5430 5080 4599 3829 1764 9,0

5465 5129 4662 3900 1802 8,7

5023 4723 4306 3627 1747 9,1

5930 5572 5065 4227 1887 9,4

Giu. 5628 5103 4560 3707 1476 9,5

6628 6005 5367 4336 1543 9,9

5407 4931 4441 3656 1517 10,0

6267 5694 5108 4159 1556 10,1

Lug. 6023 5631 5090 4216 1869 10,7

6128 5737 5202 4323 1899 10,9

5465 5128 4667 3914 1822 11,2

6663 6244 5664 4694 1981 11,6

Ago. 5326 5410 5072 4453 2612 10,2

5558 5727 5403 4778 2849 10,6

4930 5060 4777 4238 2579 10,4

5779 5980 5652 5003 2976 10,5

Sett. 4140 4797 4763 4485 3290 8,3

4384 5156 5145 4865 3591 8,5

3767 4378 4358 4120 3062 8,3

4488 5334 5342 5069 3764 8,6

Ott. 2942 3967 4179 4166 3399 6,3

3198 4420 4693 4695 3876 6,8

2640 3531 3714 3700 3048 6,6

3058 4221 4476 4485 3714 6,5

Nov. 1872 2778 2791 3105 2573 4,3

1953 3023 3328 3448 2923 4,7

1628 2414 2630 2706 2295 4,4

1779 2712 2976 3076 2620 4,3

Dic.

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Segue

1407 2156 2367 2450 2013 3,6

1500 2407 2679 2803 2366 3,6

1209 1827 2005 2077 1756 3,5

1360 2145 2379 2483 2109 3,4

Tempo di recupero della spesa

275

{ { { {

0° 30° 45° 60° 90° n.

0° 30° 45° 60° 90° n.

α s =

α s =

Trapani 37°55'

Gela 37°5'

0° 30° 45° 60° 90° n.

α s =

Messina 38°12'

0° 30° 45° 60° 90° n.

α s =

s = ore di soleggiamento effettivo

α

Crotone 39°4'

Località latitudine

Tabella 7.6 – Seguito. Gen. 1837 2631 2834 2886 2297 4,9

1849 2692 2912 2976 2395 4,5

1535 2140 2291 2323 1880 3,7

1698 2500 2716 2786 2308 4,2

Feb. 2570 3284 3399 3338 2645 5,8

2558 3291 3414 3359 2676 5,2

2302 2924 3023 2971 2376 4,9

2535 3334 3484 3450 2797 5,3

Mar. 3453 3892 3829 3578 2597 6,6

3605 4094 4036 3778 2741 6,5

3035 3398 3341 3126 2291 5,5

3256 3709 3669 3449 2541 5,3

Apr. 4430 4455 4159 3649 2190 7,8

4512 4524 4219 3692 2184 7,8

4163 4199 3934 3469 2119 7,0

4407 4479 4210 3721 2267 6,6

Mag. 5407 5013 4499 3701 1670 9,3

5535 5145 4627 3814 1714 9,4

4977 4640 4192 3490 1657 8,3

5395 5044 4566 3802 1752 8,2

Giu. 5535 4985 4414 3544 1395 10,1

5872 5302 4702 3777 1451 10,2

5651 5107 4543 3669 1441 9,5

5907 5350 4773 3865 1486 9,2

Lug. 5744 5314 4759 3899 1709 11,2

6012 5585 5014 4116 1794 11,6

5407 5029 4534 3751 1720 10,6

6105 5692 5138 4245 1847 10,2

Ago. 5233 5281 4929 4310 2526 10,6

5395 5438 5071 4424 2555 10,5

4826 4858 4538 3979 2357 10,0

5477 5605 5270 4642 2749 9,4

Sett. 4116 4687 4622 4324 3127 8,5

4302 4942 4887 4581 3317 8,6

3674 4162 4102 3843 2803 7,9

4140 4803 4773 4498 3305 7,4

Ott. 2953 3831 3984 3928 3120 6,7

3128 4174 4379 4348 3490 7,0

2616 3391 3529 3487 2803 6,1

2884 3840 4028 4002 3253 6,2

Nov. 2105 3084 3342 3417 2723 5,6

2209 3314 3613 3712 2997 5,4

1698 2387 2560 2601 2108 4,3

1837 2720 2959 3040 2517 4,5

Dic.

1628 2448 2676 2760 2156 4,6

1663 2551 2805 2903 2305 4,2

1326 1909 2066 2117 1695 3,3

1500 2331 2574 2676 2201 3,8

Capitolo 7 Utilizzo delle fonti rinnovabili e recuperi termici

276

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Tempo di recupero della spesa

quasi nei limiti. Tuttavia si tratterebbe di uno sforzo inutile, poiché il calcolo sopra concluso si riferisce a una delle città italiane più ricche di sole. Se la verifica risulta negativa ad Agrigento, tanto più lo sarà sull’intero territorio nazionale. Non resta che fare ricorso al Presidente della Repubblica, firmatario del Dpr 412/93, sul presupposto che si sia coscientemente voluta capovolgere l’indicazione della legge 10/91 e del Piano Energetico Nazionale, bloccando con parametri ristretti l’impiego delle fonti alternative. Nel successivo capitolo vengono approfonditi i concetti riguardanti la convenienza reale del’utilizzo solare.

Bibliografia [1] Bearzi G., Bearzi V., Architettura degli impianti, Tecniche Nuove, Milano 1997. [2] Bearzi V. et al., Manuale di energia solare, Tecniche Nuove, Milano 2009. [3] Los S., La città del Sole. Dall’utopia dello stile internazionale al progetto dell’architettura regionalista, Atti del convegno internazionale: “La progettazione urbana ambientale-energetica”, Trieste 1985. [4] Vinaccia G., Il corso del sole in urbanistica ed edilizia, Hoepli, Milano 1939. [5] Marcus Vitruvius Pollio, De Architectura, Libro nono, De horologiorum rationibus, Roma 29-23 a.C. [6] Macaulay D., La Città Romana, Nuove Edizioni Romane, Roma 1978. [7] Mccullagh J.C., Il libro delle serre solari, Franco Muzzio, Padova 1978. [8] Gaudenzi P., L’utilizzazione dell’energia solare e dell’irraggiamento verso l’infinito, Hoepli, Milano 1980. [9] Bearzi V., Come integrare le fonti energetiche, “RCI” n. 4/2003, Tecniche Nuove, Milano. [10] Calza F. et al., Manuale degli impianti termici e idrici, paragrafo 13.4.4, “Produzione e distribuzione dell’acqua calda sanitaria”, Tecniche Nuove, Milano 2008. [11] Bearzi V., Manuale degli impianti idricosanitari, 2a ed., Tecniche Nuove, Milano 1999. [12] Bearzi V., System for recovering solar energy and his direct utilisation, United States Patent n. 568.088, Sunlife 1975.

277 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Capitolo

8

Etica e formazione

La dinamica delle norme di legge per far avanzare l’edilizia e l’impiantistica a livelli più elevati, nel corretto utilizzo delle fonti di energia, comporta da un lato il superamento della mentalità del “consumo facile”, ostacolo al ricorso alle fonti rinnovabili, d’altro lato la necessità di formare una nuova generazione di tecnici potenziando la cultura esistente e rendendo efficace la preparazione delle nuove leve. Il principale cavallo di battaglia di scienziati e tecnici della vecchia guardia è consistito, dagli anni ’70 in poi, nello spargere dubbi sull’eventualità di ottenere vantaggi immediati nell’utilizzo del solare o di altre fonti rinnovabili. Si è trattato di un atteggiamento che ha sensibilmente toccato la nostra legislazione, una vera corrente di pensiero dall’ottica miope che ha consentito di proseguire nell’estrazione selvaggia dei fossili, propinata quale tecnica meno dispendiosa per l’utilizzatore e frattanto reputata vantaggiosa per le casse dello Stato. Non ci si è preoccupati di confondere spese di investimento con spese di esercizio, né delle conseguenze nel bruciare preziosi idrocarburi, proprio come non si pensa alle conseguenze del bombardamento dell’atomo. Il Piano Energetico Nazionale della fine degli anni ’80 per contro, con sostanziale lungimiranza, aveva proposto di propendere verso lo sviluppo delle nuove tecniche rispettose dell’ambiente, ricercando equilibri veritieri, utili all’intero Pianeta: in effetti l’utilizzo delle rinnovabili costituisce l’accesso a forme di energia caratterizzate, in rapporto all’arco temporale di vita dell’uomo, dall’illimitata grandezza delle fonti in termini di tempo e di spazio, di potenza e di disponibilità.

8.1 Confusione fra princìpi Le circostanze impongono di riprendere e dare spiegazione di un confronto che troppo spesso si sente ripetere: si paragona infatti l’efficienza di un ciclo termodinamico a combustibili che produce e trasforma l’energia termica in elettrica, efficienza 36% puramente teorica e praticamente irraggiungibile, con il rendimento di un sistema fotovoltaico, attestato per ora intorno al 15-20%, ma con obiettivi senz’altro più ambiziosi [1].

279 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 8

Etica e formazione

Altro confronto è sulla produzione di calore per riscaldamento, efficienza 90% e oltre (105% e più con la condensazione), che viene raffrontata con il solare, riscaldamento o produzione di acqua calda sanitaria, rendimento 40-60%. Ma non è casuale l’uso di vocaboli fra loro diversi, efficienza e rendimento, che evidenziano come il confronto abbia scarso significato pratico agli effetti del bilancio energetico. Infatti l’efficienza di un ciclo termodinamico rappresenta il calore-energia teoricamente utilizzato in rapporto al calore-energia ceduto dalla sorgente termica al fluido operante, mentre il rendimento di conversione di una cella o di un solare termico è più semplicemente il rapporto fra l’energia acquisita dalla cella e l’energia entrante nella stessa, che ha costo energetico zero. Per quanto riguarda l’utilizzo del solare, efficienza e rendimento coincidono nel significato, ma il confronto fra energia utile da fonti fossili ed energia utile raccolta da fonte solare richiede di entrare nelle valutazioni riguardanti il costo energetico di origine. Per questo vanno analizzati i seguenti princìpi. • Il rendimento di un solare fotovoltaico o termodinamico che produca energia elettrica ηse è il rapporto fra l’energia solare utile Ese (trasformabile in svariate forme di energia, ultima quella termica) e l’energia solare entrante Es che insiste su una grandezza unitaria, per esempio l’unità di superficie; in prospettiva è identificabile nel 15-30% e si può esprimere con

ηse =

Ese Es

• Il rendimento di un sistema solare termico ηst è il rapporto fra l’energia solare utile Est, trasformabile prevalentemente in energia termica, e l’energia solare Es come sopra detto; è identificabile nel 40-60%, e si può esprimere con

ηst =

Est Es

• Il rendimento di un sistema termodinamico a combustibili fossili ηfe è il rapporto fra l’energia elettrica prodotta Efe e l’energia consumata per produrla, cioè l’energia potenziale che viene irreversibilmente sottratta al sistema Terra Ep più l’energia per estrarre il combustibile dal sottosuolo E1 più l’energia per distillazione frazionata e raffinazione E2 più l’energia per il trasporto E3 più l’energia per realizzare il ciclo termodinamico E4 più l’energia per il disinquinamento dell’ambiente naturale reso necessario dall’insieme delle operazioni E5.

η fe =

E fe E p ⋅ E1 ⋅ E2 ⋅ E3 ⋅ E4 ⋅ E5

Secondo un uso più che discutibile, questo rendimento ηfe viene comodamente calcolato assumendo al denominatore il solo addendo E4 e ottenendo così un rendimento che una 280 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Confusione fra princìpi

norma nazionale1 identifica nel valore del 36%, il che può verificarsi, pur limitandosi a computare il solo addendo al denominatore E4, soltanto in condizioni ottimali e di breve durata. • Il rendimento di un sistema termico a combustibili fossili ηft realizzato nel produrre energia Eft a basso livello termico può essere espresso in completa analogia con l’espressione precedente, come nella formula che segue; anche qui questo rendimento viene dichiarato assumendo al denominatore il solo addendo E4, raggiungendo così,2 a fronte del potere calorifico inferiore dei combustibili, valori superiori al 100%

η ft =

E ft E p ⋅ E1 ⋅ E2 ⋅ E3 ⋅ E4 ⋅ E5

Questa sequenza, all’apparenza paradossale, è strettamente logica, purtroppo, e si può presumere che lo stesso Rankine,3 se potesse constatare l’attuale situazione nel Pianeta, si esprimerebbe negli stessi termini rappresentati dalle espressioni sopra riportate, al denominatore delle quali rimangono da accertare i valori di Ep, E1, E2, E3 e di E5. Si può ritenere che E1, E2 e E3 si possano analizzare e calcolare con i consueti metodi, mentre risulterà difficilmente calcolabile il valore di E5, quantunque sia stata fatta più di qualche ipotesi in proposito. Sarà imbarazzante dare un valore a E2 valutando il prezzo pagato dagli italiani per la perdita delle bellezze delle coste ove hanno ora sede le raffinerie, tanto per richiamare una sola delle molte immagini. E che dire di E3, considerando quanto del traffico in autostrada, per esempio, serva a rifornire i terminali della combustione dei fossili o i furgoni attrezzati per la manutenzione delle caldaie. Che fare invece con la valutazione di Ep ? Certo che ci si potrebbe allineare con il passato e considerare tale parametro pari a zero, il che corrisponde a considerare inesauribili le scorte, oppure si considererà Ep di entità bassa e trascurabile, il che consacrerà come legittima la riconsegna alle generazioni future dei depositi svuotati. 8.1.1 Economia del rapporto Sole/Terra L’economia del rapporto Sole/Terra resta certamente al di fuori della comprensione umana, avendo avuto inizio molto prima della comparsa dell’Homo sapiens. La natura ha accettato con umiltà la superiorità della Stella e ha imparato a sopportarne gli effetti operando in due modi pressoché paralleli: l’energia che investe il Pianeta e che si dimostra in esubero viene Il rendimento del sistema elettrico nazionale si può assumere pari a 0,36, in assenza di obblighi specifici. Così afferma la UNI 10348, paragrafo 7.1 interpretando il comma 2 dell’art. 5 del Dpr 412/1993. 2 Con l’impiego di caldaie a condensazione in condizioni ottimali. 3 William J. Macquorn Rankine, 1820-1872. Fin dalle prime scoperte veniva apprezzata la facoltà di migliorare l’efficienza del ciclo termodinamico incrementando i parametri di temperatura (del vapore surriscaldato), di pressione di esercizio e di vuoto spinto, ma si constatava che tali progressi comportavano sì incremento nell’efficienza, ma si verificava nel frattempo la riduzione drastica del rendimento complessivo: in altre parole cresceva la sproporzione nell’economia energetica. 1

281 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 8

Etica e formazione

dissipata oltre la coltre atmosferica e restituita all’universo; nel frattempo ne viene messa in disparte una quota per un riutilizzo futuro, non del tutto improbabile. La dissipazione è il possibile risultato di fenomeni fisici come l’irradianza nell’infrarosso, mentre la costituzione di riserve compete al mondo naturale, per eccellenza al regno vegetale e, in parte, a quello animale. L’uomo, intento a opporsi al processo di conservazione, tenta di approfittarsene, ma è così che contribuisce attivamente all’azione di trasferire l’energia a livelli inferiori di reattività. Con la sua intelligenza ha individuato le vie, e ancora ne sta cercando, per utilizzare quell’accumulo tanto gelosamente messo nei granai del Pianeta, trovando più semplice e immediato l’avvalersi del processo inverso rispetto a quello adottato dalla natura. In senso astronomico i cicli naturali e i rispettivi collegamenti antropici, qui descritti, hanno il sapore delle interpretazioni più ingenue, ma nelle dimensioni assunte in questa disamina si può considerare quanto breve sia il tempo trascorso dall’inizio della presenza umana sulla Terra e quante possibilità vi siano ancora per crescere e occupare lo spazio, non solo fisico, ancora a disposizione. Ci vuole una generazione nuova, con la mente libera dalle pastoie di un passato glorioso, ma passato, conscia della opportunità di venire a termini con il dovere del mantenimento dell’equilibrio naturale, stabilito molto tempo addietro. 8.1.2 Ossigeno Ogni tipo di combustione, respirazione animale e umana comprese poiché assimilabili a combustioni lente, tende a squilibrare la disponibilità del comburente ossigeno, tanto che il mondo della scienza è preoccupato per l’incremento dell’anidride carbonica, uno dei due principali prodotti della combustione, effetto dell’ossidazione degli idrocarburi. La sintesi clorofilliana, dunque l’azione della natura più importante per la vita, assorbe anidride carbonica e riproduce ossigeno, unica certezza per la sopravvivenza. La piantagione di nuove foreste, utilizzando nei deserti l’acqua pompata con energia solare, costituirebbe l’operazione mondiale necessaria e sufficiente a superare il problema del surriscaldamento del Pianeta. Nel confronto fra le trasformazioni da fonti inquinanti e quelle da fonte solare balza all’occhio come queste ultime non consumino ossigeno in alcuna forma, a differenza delle combustioni, possibili soltanto alla presenza del comburente ossigeno che ne viene assorbito. 8.1.3 Idrogeno Alla fine degli anni ’90 era stato dato l’avvio in Europa alla corsa all’idrogeno, considerato un’alternativa a ogni altra fonte di energia. Infatti, tra tutti i gas combustibili andrebbe citato per primo, considerati l’elevato contenuto energetico, di gran lunga superiore a quello di metano, propano o carbone, la grande affinità con il comburente ossigeno e la pulizia della combustione, che fra i residui non annovera inquinanti, quali monossido di carbonio, ossidi di zolfo o composti organici, né gas serra, come l’anidride carbonica. Unico prodotto della combustione dell’idrogeno è l’acqua. 282 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Confusione fra princìpi

La prospettiva di bruciare idrogeno soddisferebbe il più evoluto concetto di transizione: l’obiettivo non è più soltanto il pregio energetico, bensì si persegue la decarbonizzazione del combustibile. Non resterebbe che ricorrere a un tale combustibile inoffensivo nei confronti dell’ambiente: sotto ogni punto di vista l’idrogeno dispone di tutte le caratteristiche necessarie e sarebbe tutto molto bello se non vi fosse il problema della produzione, poiché il 96% dell’idrogeno attualmente utilizzato sul Pianeta deriva dai combustibili fossili e per questo è legato a doppia mandata al carbone, al petrolio, al gas naturale e alla loro tribolata trafila [2]. Un modo di produrlo semplice e ben noto sta nel processo di elettrolisi, in grado di scindere la molecola dell’acqua nei suoi componenti idrogeno e ossigeno: l’acqua risulterebbe dunque la materia prima. Ma per compiere l’elettrolisi è necessario disporre di energia elettrica e questa è prodotta a valle di un sistema dipendente dalla combustione di idrocarburi. Inoltre va considerato che si tratta di un processo arduo, inverso alla natura, come sempre quando si vuol passare da un residuo all’elemento di origine. Si può in proposito simboleggiare l’acqua come fumo e cenere della combustione dell’idrogeno: a questo punto è facile comprendere quanto problematico e costoso risulterebbe il tentare di risalire dal fumo e dalla cenere al combustibile che li ha generati. La soluzione complessiva per la produzione di idrogeno, volendo evitare i problemi dell’inquinamento, dell’effetto serra e del progressivo impoverimento dei giacimenti fossili, sta nell’ottimizzazione dell’utilizzo di fonti energetiche non inquinanti, come quelle rinnovabili: solare, eolica e geotermica. Di qui è facile ipotizzare il perfezionamento di nuovi processi solari allo studio, di tipo fotochimico, fotocatalitico e fotoelettrochimico. È certo che si dovranno costruire impianti complessi e di elevato costo per la raccolta e l’impiego delle fonti rinnovabili, portando i costi industriali di produzione dell’energia elettrica a livelli molto più elevati di quelli che attualmente si sopportano utilizzando le fonti fossili, ma è fin troppo chiaro che nei calcoli fino a ieri eseguiti non si è tenuto conto dei costi ambientali, sommatoria dei danni temporanei e di quelli permanenti prodotti al Pianeta, oltre a quelli necessari allo smaltimento, compreso l’inquinamento generato dagli stessi sistemi e mezzi di smaltimento. Essenziale per le valutazioni attuali è una considerazione ultimativa: tutto l’idrogeno attualmente prodotto sulla Terra è appena sufficiente per coprire i fabbisogni nei processi dell’industria petrolifera. 8.1.4 Il regime energetico complessivo L’utilizzo dell’energia solare reclama, quale tributo indispensabile, di investire nella specifica tecnologia, cioè nel lavoro umano a partire dalla ricerca scientifica per passare ai prodotti industriali e alle installazioni, dedicando spazi alle superfici di raccolta sia a ridosso degli edifici sia nei campi solari, localizzabili in aree non necessariamente pregiate. Una bella differenza rispetto all’uso dei fossili, che comporta problemi internazionali e guerre, rischi per l’ambiente e sacrificio di bellezze naturali, come è visibile in grandi e inquinati segmenti delle coste italiane. Difficile inserire in tale contesto un calcolo costi-benefici. Addirittura, se il calcolo con283 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 8

Etica e formazione

tinuerà a limitarsi alla mera ricerca del rientro dei costi sostenuti, ogni tentativo diverrà improponibile. Utilizzando energia si può immaginare il Pianeta inserito in un immenso ciclo di Carnot, ipotizzato sotto forma ideale, con impiego di risorse mondiali. Come tutti i cicli macroscopici questa ipotesi rimane indeterminata in quanto non definibile è la spesa per tornare al punto di origine del ciclo. D’altra parte, se in questo intento si utilizzasse soltanto energia terrena, si dovrebbe anche dar valore al concetto di exergia: mantenere l’attuale equilibrio, ammesso che di equilibrio si tratti, comporterebbe una riduzione della quota energetica utile che deve far spazio al coincidente e irreversibile aumento di entropia. Soltanto a questo punto si potrebbero comparare i sistemi: un impianto solare riduce l’energia e aumenta l’entropia nella prima fase della sua vita, mentre cioè viene prodotto e installato. Poi il processo si inverte e il primo termine dell’equazione, l’energia utile, si incrementa a contrastare la precedente azione entropica. 8.1.5 Gli investimenti e le leggi L’Italia si è posta da molti anni il problema dell’utilizzo sostenibile delle fonti energetiche e in effetti sono state emanate leggi d’avanguardia che già contenevano i concetti di tendenza alla riduzione dei consumi pur nel miglioramento delle prestazioni e delle condizioni di benessere. Basti pensare alle leggi 373 del 1976 e 308 del 1982, varate in coincidenza con i lavori del Progetto Finalizzato Energetica del Consiglio Nazionale delle Ricerche 19771983 e, di seguito, del Piano Energetico Nazionale della fine degli anni ’80. Il sistema legislativo portava il nostro Paese all’avanguardia in questo settore, ma i concetti superiori identificati nelle leggi non sono poi stati ratificati e trasformati in idonei strumenti esecutivi e così si è attuato un lungo periodo di silenzio-rifiuto nei confronti dell’impiego delle fonti energetiche rinnovabili, sotto l’influsso di quella corrente di pensiero, dominante nella cura della Cosa Pubblica, che considerava sfavorevole ogni investimento per l’autoproduzione di energia gratuita. Soltanto in questo nuovo secolo, e millennio, si verifica l’inversione di tendenza, mossa dalle libere scelte del cittadino e del mercato oltre che da direttive d’Europa, volte a superare gli ostacoli posti da inadatti provvedimenti in materia. Ritornando al Piano Energetico Nazionale e alle leggi che ne sono scaturite, si riconosce la ratifica del principio che considera le fonti rinnovabili di pubblico interesse e di pubblica utilità con le relative opere equiparate a quelle dichiarate indifferibili e urgenti ai fini dell’applicazione delle leggi sulle opere pubbliche. Per questo sembrerebbe inverosimile la trascuratezza praticata e ostentata per tutti gli anni susseguitisi nello snobbare la direzione del risparmio vero. 8.1.6 L’energy pay back time L’inosservata legge 10/91 ha proposto linee ben precise per il diffondersi ordinato delle tecniche solari, istituendo fra l’altro il criterio dell’esemplificazione negli edifici pubblici 284 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Confusione fra princìpi

o a uso pubblico (art. 26), ma a questo punto chi doveva rendere efficace la volontà e le decisioni della Nazione, espresse dal Parlamento, ha pensato di introdurre un freno che si è dimostrato decisivo. Si trattò semplicemente di innestare nel regolamento di esecuzione un criterio avulso dal sistema italiano, sia civilistico sia fiscale: qui si parla del già citato ROI, return of investment (v. par. 7.3). Il criterio è noto come concetto industriale pratico per valutare la convenienza o meno di un piano di lancio di un nuovo prodotto, ma è stato trasdotto con il risultato di annullare l’effetto voluto dal Piano. Infatti il Dpr 412/1993 ribadiva l’obbligo di soddisfare il fabbisogno energetico di edifici di proprietà pubblica o adibiti a uso pubblico favorendo il ricorso a fonti rinnovabili di energia o assimilate, elencate all’art. 1 della legge istitutiva, ma l’introduzione dei parametri regolamentari faceva escludere qualsiasi realizzazione, come si è visto al paragrafo 7.3. Sta di fatto che nell’arco pluridecennale successivo al regolamento nessuno, o quasi, ha rispettato questa disposizione obbligatoria: una sorta di rivolta di utenti, progettisti e costruttori contro il regolamento di legge? Oppure è stato il regolamento ad aver deformato la legge in modo da renderla inapplicabile? Il Dpr 412 aveva stabilito il limite di convenienza economica determinando il tempo di recupero dell’investimento, rappresentato dall’extracosto dell’impianto considerato rispetto a un impianto ritenuto convenzionale. Si dovevano documentare e sommare le minori spese per acquisto di combustibile confrontando tale risultato con l’extracosto dell’investimento iniziale. Soltanto se il risultato fosse stato minore o uguale a 8-10 anni il regolamento sarebbe stato soddisfatto e l’intervento giustificato e finanziabile. Il sistema del ROI si inserisce nella metodologia di calcolo LCA, life costs cycle analysis, una metodologia d’oltremare recepita anche dalla normativa italiana con le UNI della serie 14040 e seguenti e con inserimenti in varie altre norme ambientali. L’LCA è un sistema di calcolo aperto che si pone l’obiettivo di interpretare l’evoluzione dei costi nella vita attiva di un qualunque sistema, dal concepimento dell’idea al disarmo, dove tutti gli elementi specifici possono essere messi a confronto. Per questo, disparate norme UNI ne riprendono i concetti di calcolo e per ciascun argomento vengono messe in evidenza le differenze di costo proprie. A tutta ragione dunque si potranno mettere a confronto ammortamenti e ripristino degli elementi naturali espressi dalle formule qui sopra proposte. Il metodo LCA permette infatti di identificare il punto di eguaglianza tra differenti soluzioni adottate, data per scontata l’abilità del calcolatore nell’inserire i parametri corretti: omissioni o scarsa precisione possono generare errori macroscopici. Ultima considerazione, al margine dei criteri esposti: si può tentare una giustificazione all’adozione dell’energy pay back time in una grande realtà come quella nordamericana, dove le costruzioni civili hanno, per scelta progettuale, vita piuttosto breve. Gli edifici abitativi sono spesso costruiti in grandi quartieri omogenei, con tempi di costruzione rapidi, molta moquette e molta carta da parati, riscaldamento ad aria calda, il tutto a costi di costruzione e prezzi che non raggiungono il 50% di quelli sul mercato italiano. Non sempre è opportuno trapiantare una parte di un concetto in una realtà differente, specialmente se il concetto medesimo è stato studiato e adottato per rispondere a esigenze ben diverse, come appunto quelle industriali. 285 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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8.1.7 Le regole civilistiche nel sistema italiano Ci si è addentrati nell’esame del decreto del Presidente della Repubblica regolamentare della legge 10/91 ed è arrivato il momento di ricorrere a chi è più esperto in economia: una bella sorpresa nell’apprendere l’inesistenza di alcun criterio di valutazione nei bilanci patrimoniali e di esercizio che faccia proprie le regole testé espresse. Il risultato di esercizio di un impianto solare, applicando il sistema fiscale vigente in piena analogia con i concetti civilistici, si determina come segue: • fra i costi annui si annotano l’ammortamento, i costi per energia ausiliaria, i costi di manutenzione ed eventuali altri costi dell’esercizio; • fra i ricavi si registrano i corrispettivi nell’anno derivanti dalla vendita dell’eventuale sovrapproduzione di energia. Nota l’entità dei ricavi si tratta dunque di valutare i costi per energia ausiliaria, generalmente di modesta entità, oltre ai costi di manutenzione ordinaria e straordinaria, di facile identificazione in quanto corrispondenti a registrazioni contabili esatte o dati storici di facile acquisizione. Non resta che ricorrere ai dati contabili per riconoscere, dal bilancio patrimoniale, l’immobilizzo per acquisizione del bene. Poi, sulla base di tale valore, si può calcolare il costo dell’ammortamento annuale per la spesa d’investimento relativa all’impianto solare, parte integrante degli impianti civili dell’edificio di destinazione e dunque, dal punto di vista patrimoniale, parte del valore dell’immobile. Nel caso poi di impianto eseguito successivamente, la spesa va assimilata a quelle incrementative della manutenzione straordinaria dell’edificio, spesa di ammodernamento intesa come intervento di adeguamento tecnologico eseguito su impianti già inseriti nell’edificio. Esaminato il decreto 31.12.1988 del ministero delle Finanze, Coefficienti di ammortamento del costo dei beni strumentali impiegati nell’esercizio di attività commerciali, arti e professioni, si può constatare che il coefficiente di ammortamento per i fabbricati, per la gran parte delle attività considerate, è del 3% annuo. Soltanto poche categorie possono applicare tassi di ammortamento più elevati, del 4 o del 5%, con il top per fabbricati aziendali dell’industria chimica, per i quali è considerato il coefficiente di ammortamento del 7%. Si passerà ora al bilancio industriale per i ricavi ipotetici, un dato estraneo al bilancio ufficiale, da adeguare di anno in anno (in certi periodi di giorno in giorno) al prezzo aggiornato o prevedibile del combustibile e dell’energia ausiliaria per la combustione. I ricavi ipotetici, nel bilancio industriale, andranno a sommarsi agli eventuali ricavi registrati e costituiranno la contropartita dei costi sostenuti. Per consentire alla legge 10/1991 di divenire funzionale e sulla base di quanto sopra, il ROI avrebbe dovuto corrispondere a tempi dell’ordine di 20-30 anni o più; soltanto nel caso di impianti solari a servizio di fabbricati destinati all’industria chimica si sarebbe potuto considerare un tempo di rientro più ristretto, e altrettanto per impianti solari destinati a servizi termici di processo, come la produzione di calore da destinarsi direttamente all’industria alimentare, alla zootecnia ecc., casi per i quali si procederà a valutazioni caratteristiche dei conti economici di tipo industriale. Ma non si può comprendere quale motivo abbia spinto il Dpr 412 ad allontanarsi così 286 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Strumenti e meccanismi per i nuovi obiettivi

consistentemente dai criteri dello Stato italiano (leggi fiscali). È ammissibile che si siano adottati due pesi e due misure nel regolamentare processi economici, un criterio per operare il prelievo fiscale e uno diverso e contrastante per invogliare, si fa per dire, una tecnologia emergente? Fortunatamente il Dpr 412, che pure ha conservato altre sue validità, risulterebbe superato e inefficace in relazione a numerosi decreti, ritirandosi alla chetichella, senza scalpori e senza che alcuno chiedesse scusa per il danno provocato al Paese. Danno specificamente per l’industria italiana, partita prima in Europa e rimasta quasi subito fuori dal solare: lo è ancor ora, molto dipendente da Paesi d’oltralpe o d’oltreoceano, sia per i prodotti base, sia per i software applicativi. Il risultato morale che l’Italia subisce è quello di veder travolto lo spirito e la lettera di un Piano Energetico Nazionale che ci rendeva orgogliosi per aver individuato, molto prima di Kyoto e delle direttive europee, le giuste regole per prevenire l’attuale situazione. Chi ha lavorato per i principi del Piano e per salvaguardarli nel tempo si sente ora di far parte della nuova generazione e chiede a quella trascorsa di appendere le proprie bandiere e di lasciar fare chi sa che cosa sia necessario fare.

8.2 Strumenti e meccanismi per i nuovi obiettivi Il Consiglio d’Europa e la Commissione Europea hanno preso coscienza della lentezza con la quale si vanno attuando i dispositivi per limitare l’inquinamento dell’ambiente, salvaguardare le declinanti risorse energetiche e potenziare il ricorso alle rinnovabili. Per questo sono state abrogate alcune direttive, in particolare la 2001/77/CE e la 2003/30/CE, portando modifiche a una vasta normativa comunitaria. Conseguentemente le norme nazionali si vanno uniformando al nuovo corso, considerando che i risultati sono attesi entro una scadenza molto vicina: il 2020. Lo strumento esecutivo è stato emanato in Italia con Dlgs 3 marzo 2011 n. 28 in attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili ed è entrato in vigore immediatamente: definisce gli strumenti, i meccanismi, gli incentivi e il quadro istituzionale, finanziario e giuridico necessari per il raggiungimento degli obiettivi fino al 2020 in materia di quota complessiva di energia da fonti rinnovabili sul consumo finale lordo di energia. Allo scopo la costruzione e l’esercizio di impianti di produzione di energia da fonti rinnovabili sono disciplinati secondo speciali procedure amministrative semplificate, accelerate, proporzionate e adeguate, sulla base delle specifiche caratteristiche di ogni singola applicazione. A tutela del rispetto di ogni altra regola, per ogni nuova attività soggetta a progettazione e concessione edilizia, il proprietario dell’immobile presenta al comune, mediante mezzo cartaceo o in via telematica, almeno trenta giorni prima dell’effettivo inizio dei lavori, una dichiarazione accompagnata da una dettagliata relazione a firma di un progettista abilitato assieme agli opportuni elaborati progettuali, ove venga attestata la compatibilità del progetto con gli strumenti urbanistici e i regolamenti edilizi, nonché il rispetto delle norme di sicurezza e di quelle igienico-sanitarie. 287 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Ultimato l’intervento, il progettista o un tecnico abilitato rilascia un certificato di collaudo finale, che deve essere trasmesso al comune, ove si attesta la conformità dell’opera al progetto. 8.2.1 Solare termico Gli interventi di installazione di impianti solari termici sono considerati attività a edilizia libera e vanno realizzati, ai sensi del Dlgs 30.5.2008 n. 115, previa comunicazione all’amministrazione comunale, anche per via telematica, dell’inizio dei lavori da parte dell’interessato, qualora ricorrano congiuntamente le seguenti condizioni: a) siano installati impianti aderenti o integrati nei tetti di edifici esistenti con la stessa inclinazione e lo stesso orientamento della falda e i cui componenti non modificano la sagoma degli edifici stessi; b) la superficie dell’impianto non sia superiore a quella del tetto su cui viene realizzato; c) gli interventi non ricadano nel campo di applicazione del codice dei beni culturali e del paesaggio. Di seguito sono stabilite prescrizioni per la posa in opera degli impianti di produzione di calore da risorsa geotermica, ovvero sonde geotermiche, destinati al riscaldamento e alla climatizzazione di edifici, e sono individuati i casi in cui si applica la procedura abilitativa semplificata. L’installazione di pompe di calore da parte di installatori qualificati, destinate unicamente alla produzione di aria e di acqua calda negli edifici esistenti e negli spazi liberi privati annessi, è considerata estensione dell’impianto idrico-sanitario già in opera4. Nel caso di edifici nuovi o edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti, gli impianti di produzione di energia termica devono essere progettati e realizzati in modo da garantire il contemporaneo rispetto della copertura, tramite il ricorso a energia prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili, del 50% dei consumi previsti per l’acqua calda sanitaria e delle seguenti percentuali della somma dei consumi previsti per i tre servizi di acqua calda sanitaria, riscaldamento e raffrescamento: a) il 20% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata nel periodo che va dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013; b) il 35% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 1° gennaio 2014 al 31 dicembre 2016; c) il 50% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 1° gennaio 2017 in avanti. Gli obblighi stessi non possono essere assolti tramite impianti da fonti rinnovabili che producano esclusivamente energia elettrica la quale alimenti, a sua volta, dispositivi o impianti per la produzione di acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento.

Stranamente il decreto legislativo assimila i sistemi di climatizzazione all’impianto idrico-sanitario anziché all’impianto di riscaldamento. 4)

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8.2.2 Inclinazione impropria Il Dlgs 3.3.2011 n. 28 antepone l’estetica alla fisica tecnica, necessità comprensibile nel Bel Paese. Prescrive infatti che, in caso di utilizzo di pannelli solari termici o fotovoltaici disposti sui tetti degli edifici, i predetti componenti devono essere aderenti o integrati nei tetti medesimi, con la stessa inclinazione e lo stesso orientamento della falda. Non c’è alcun cenno all’installazione verticale e ciò fa ritenere che chi ha redatto questa norma fosse abbastanza lontano dalla conoscenza dell’utilizzo solare, allontanandone così anche il progettista di impianti solari, specialmente termici. La soluzione imposta consente infatti impianti efficaci soltanto nel periodo estivo. Eppure, nel testo dell’allegato 3 al decreto suddetto, si afferma la necessità di costruire impianti solari termici per il riscaldamento degli ambienti, cosa non realizzabile inclinando i collettori solari di meno di 20° rispetto all’orizzontale, come è per gran parte delle coperture a falde in Italia. Si rivedano in proposito le figure 7.18. e 7.19. Peggio ancora nel Nord Europa, dove sì, le falde dei tetti hanno talvolta inclinazioni maggiori, ma la maggior latitudine comporta anche una inclinazione più bassa del raggio solare, molto importante nella stagione del riscaldamento. Fortunatamente nel Mezzogiorno italiano la tipologia preferita per le coperture degli edifici è quella a terrazzo, cosicché il progettista potrà scegliere soluzioni a proprio giudizio, come suggerisce la figura 7.15. Ci si augura che il suddetto decreto venga aggiornato istituendo regole di edilizia che consentano soluzioni rispettose delle leggi fisiche dell’ottica applicata all’utilizzo solare [1], privilegiando per esempio l’installazione subverticale o verticale e proseguendo così le numerose e significative esperienze italiane di tutto il precedente trentennio, alcune delle quali sono citate o descritte nelle figure dalla 7.20 in avanti. 8.2.3 Norme complementari e compiti del progettista Il Dlgs 28/2011 precisa che gli obblighi cui al precedente paragrafo non si applicano qualora l’edificio sia allacciato a una rete di teleriscaldamento che ne copra l’intero fabbisogno di calore per il riscaldamento degli ambienti e la fornitura di acqua calda sanitaria, ma per gli edifici pubblici gli obblighi medesimi sono incrementati del 10%. L’eventuale impossibilità tecnica di ottemperare agli obblighi di integrazione solare/edificio deve essere evidenziata dal progettista nella relazione tecnica di cui all’art. 4, comma 25, del Dpr 2 aprile 2009 n. 59 dettagliando le cause di non fattibilità di tutte le diverse opzioni tecnologiche disponibili. In tali casi, tuttavia, è fatto obbligo di ottenere un indice di prestazione energetica complessiva dell’edificio che risulti inferiore rispetto al pertinente indice di prestazione energetica complessiva reso obbligatorio ai sensi del Dlgs n. 192/2005 e successivi provvedimenti attuativi, nel rispetto della seguente formula:

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I ≤ I192 ⋅

1 + 2

%effettiva φPeffettiva + effettiva %obbligo φPobbligo obbligo 4

dove: – %obbligo è il valore della percentuale della somma dei consumi previsti per l’acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento che deve essere coperta dall’utilizzo delle fonti rinnovabili; – %effettiva è il valore della percentuale effettivamente raggiunta dall’intervento; – Φobbligo è il valore della potenza elettrica degli impianti alimentati da fonti rinnovabili che devono essere obbligatoriamente installati; – Φeffettiva è il valore della potenza elettrica degli impianti alimentati da fonti rinnovabili effettivamente installata sull’edificio. 8.2.4 Informazione e formazione Fra le novità introdotte dal Dlgs 28/2010 il gestore dei servizi energetici (GSE) realizza, aggiornandolo sulla base dell’evoluzione normativa, un portale informatico recante: a) informazioni dettagliate sugli incentivi nazionali per le fonti rinnovabili per produzione di energia elettrica, calore e freddo e sulle relative condizioni e modalità di accesso; b) informazioni sui benefici netti, sui costi e sull’efficienza energetica delle apparecchiature e dei sistemi per l’uso di calore, freddo ed elettricità da fonti energetiche rinnovabili; c) orientamenti che consentano a tutti i soggetti interessati, in particolare agli urbanisti e agli architetti, di considerare adeguatamente la combinazione ottimale di fonti energetiche rinnovabili, tecnologie ad alta efficienza e sistemi di teleriscaldamento e di teleraffrescamento in sede di pianificazione, progettazione, costruzione e ristrutturazione di aree industriali o residenziali; d) informazioni riguardanti le buone pratiche adottate nelle regioni, nelle province autonome e nelle province per lo sviluppo delle energie rinnovabili e per promuovere il risparmio e l’efficienza energetica; e) informazioni di sintesi in merito ai procedimenti autorizzativi adottati nelle regioni, nelle province autonome e nelle province per l’installazione degli impianti che utilizzano fonti rinnovabili, anche a seguito di quanto previsto nelle linee guida adottate ai sensi dell’art. 12, comma 10, del Dlgs 29.12.2003 n. 387. Il GSE, con le modalità di cui all’art. 27, comma 1, della legge 23 luglio 2009 n. 99, può stipulare accordi con le autorità locali e regionali per elaborare programmi d’informazione, sensibilizzazione, orientamento o formazione, al fine di informare i cittadini sui benefici e sugli aspetti pratici dello sviluppo e dell’impiego di energia da fonti rinnovabili. Il progresso nell’utilizzo delle fonti rinnovabili avrà l’effetto non soltanto della bonifica ambientale e della salvaguardia delle scorte naturali, bensì porterà con sé una maggior cultura e qualificazione dell’intero comparto dei tecnici addetti, non soltanto dei proget290 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Strumenti e meccanismi per i nuovi obiettivi

tisti, portati a studi accurati per l’ottenimento dei risultati pretesi dalle nuove norme, ma anche degli installatori di impianti che sono tenuti a conseguire la qualifica professionale per l’attività di installazione e di manutenzione straordinaria di caldaie, caminetti e stufe a biomassa, di sistemi solari fotovoltaici e termici sugli edifici, di sistemi geotermici a bassa entalpia e di pompe di calore. A decorrere dal 1° agosto 2013, i requisiti tecnico-professionali si intendono rispettati quando: a) il titolo di formazione professionale è rilasciato nel rispetto delle modalità descritte nell’allegato 4 al Dlgs 28/2011 per gli installatori di caldaie e di stufe a biomassa, con formazione preliminare di idraulico, installatore di canalizzazioni, tecnico del riscaldamento o tecnico di impianti sanitari e di riscaldamento o raffreddamento; b) per gli installatori di pompe di calore: una formazione preliminare di idraulico o di tecnico frigorista e competenze di base di elettricità e impianti idraulici (taglio di tubi, saldatura e incollaggio di giunti di tubi, isolamento, sigillatura di raccordi, prove di tenuta e installazione di sistemi di riscaldamento o di raffreddamento); c) per gli installatori di sistemi solari fotovoltaici o termici: una formazione preliminare di idraulico o di elettricista e competenze di impianti idraulici, di elettricità e di copertura tetti. La formazione si conclude con un esame e relativo attestato, che comprende una prova pratica mirante a verificare la corretta installazione di caldaie o stufe a biomassa, di pompe di calore, di sistemi geotermici poco profondi o di sistemi solari fotovoltaici o termici. I titoli di qualificazione sono resi accessibili al pubblico per via informatica, a cura del soggetto che li rilascia. 8.2.5 Sostegno alle rinnovabili Gli articoli 28 e successivi del Dlgs 28/2011 definiscono i regimi di sostegno per la produzione di energia termica da fonti rinnovabili e per l’efficienza energetica. L’incentivo ha lo scopo di assicurare una equa remunerazione dei costi di investimento e di esercizio. Lo stesso è commisurato alla produzione di energia termica e può tener conto del valore economico dell’energia prodotta o risparmiata; è assegnato tramite contratti di diritto privato fra il GSE e il soggetto responsabile dell’impianto, sulla base di un contratto-tipo. Appositi decreti ministeriali sono in procinto di essere emanati portanti le modalità per l’attuazione di quanto sopra e per l’avvio dei nuovi meccanismi di incentivazione, con definizione degli eventuali obblighi di monitoraggio a carico del beneficiario. Il decreto legislativo cui si è fino a qui accennato è molto esteso, composto da 47 articoli e da 4 allegati, varato per costituire guida compiuta per tutto il comparto degli utilizzi energetici in edilizia e nei trasporti. Questa sintesi introduce allo studio dell’intero documento per farne tesoro e orientare le scelte progettuali ed esecutive che ne derivano.

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Capitolo 8

Etica e formazione

Bibliografia [1] Bearzi V. et al., Manuale di energia solare, Tecniche Nuove, Milano 2009. Il capitolo 9 si occupa specificamente dell’efficienza di una cella solare. [2] Bearzi V., Licheri P., Manuale degli impianti a gas, Tecniche Nuove, Milano 2007.

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Capitolo

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Aspetti generali ed esempi

L’alzare lo sguardo sulle attuali tecniche applicate al riscaldamento comporta l’esame di diversi aspetti e modi di costruire alcuni dei quali davvero migliorabili; per questo si intende in questo capitolo convogliare suggerimenti e avvertenze sulla termotecnica in generale con alcuni esempi da considerare indicativi per il procedere delle progettazioni e delle applicazioni.

9.1 Condizionamento o climatizzazione Va operata una scelta fra il condizionamento dell’aria, cioè conferimento di determinate e particolari caratteristiche all’aria ambiente per forzarla a determinare condizioni utili al benessere, e la climatizzazione, che consiste nel favorire tali condizioni operando sull’insieme dei parametri che hanno attinenza con l’ambiente di vita e di lavoro. Non soltanto dunque temperatura e umidità, e meno che mai velocità dell’aria, bensì piuttosto intelligenza dell’involucro, relazioni disciplinate fra ambiente e irradiazione solare, equilibrio operante fra radiazione e rinnovo d’aria, godimento visuale del verde naturale, gusto della luce e del colore, armonia musicale e acquisizione del silenzio. La tecnica attuale del condizionamento dell’aria si è basata sulle invenzioni di persone illuminate che hanno concepito cicli termodinamici e macchinari per produrre il freddo, inconsci dello sviluppo che attendeva il settore. Il compito della necessaria evoluzione spetterebbe ora al progettista per scegliere nuove vie e impiegare al meglio i mezzi disponibili. Fino a oggi si è proceduto semplicisticamente, impegnando il frigorifero sia nell’abbattimento del calore latente, dove il suo ruolo è intimamente connesso al controllo dell’umidità dell’ambiente servito, sia nella compensazione dei carichi termici sensibili, primo fra tutti l’apporto solare [1]. Il fatto è che queste due funzioni vengono svolte quasi sempre da un solo sistema frigorifero che consegna, per fare l’esempio più comune, acqua alla temperatura di 7 °C in modo da garantire la condensazione e l’asporto dall’aria trattata del vapor d’acqua, se considerato in eccesso. Lo stesso sistema viene impiegato anche per fronteggiare il calore sensibile dovuto ai ca

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Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

richi termici diretti, funzione che può essere assolta separatamente (ad esempio nel tipico impianto a ventilconvettori più aria primaria) con acqua in ciclo alla temperatura di 14 °C o più, in modo da evitare inutili, se non dannosi, fenomeni di condensazione. Altro modo di assolvere a questa stessa seconda funzione sta nell’installazione di sistemi radianti a parete o a soffitto. Si provoca soventemente una deumidificazione in eccesso, costosissima, specialmente negli ambienti affetti da notevoli rientrate di calore sensibile. Nel migliore dei casi questa differenziazione dei livelli termici si attua per mezzo di regolazioni partendo da un circuito a temperatura minore ed elevando la temperatura in un sistema o circuito secondario. Ricapitolando: si compie dapprima uno sforzo consistente per produrre acqua refrigerata, per esempio a +7 °C, per poi riportare, mediante miscela con il fluido di rientro, l’acqua in ciclo a +14 °C. Non si tratta forse di uno spreco inaccettabile? E si salti pure a piè pari, in questo esame, ogni approfondimento sul fatto che spessissimo la definizione di condizionamento dell’aria contrabbanda impianti dotati di una sola batteria la cui potenza è controllata da un termostato – con il risultato di deumidificare molto più di quanto non necessiti, specialmente in presenza di notevole irraggiamento solare – per ottenere la temperatura voluta, unico parametro che sembra interessare il malaccorto progettista e l’ignaro utente. Duplice spreco, dunque, in una prospettiva che reclama austerità energetica: inutile riduzione dell’umidità ambiente e spreco di sistema, dovuto alla discesa a un livello termico molto basso per poi risalire di temperatura. E a questo punto si fa strada l’idea di lasciare a un frigorifero di modeste dimensioni il compito di controllo dell’umidità ambiente, mentre la compensazione del calore sensibile può essere affidata, almeno in parte, a una pluralità di sistemi, sia artificiali sia naturali, in grado di minimizzare o di assorbire il carico stesso con temperature dei fluidi dell’ordine dei 16 °C o più, caratteristiche del raffreddamento radiante. Ecco dunque una risposta compiuta ai sistemi proposti al paragrafo 4.3.3 e altrove nel percorso seguito, laddove si è trattato specificamente di riscaldamento, non trascurando, anzi gettando le premesse, per la climatizzazione integrale della quale qui si contempla l’efficienza energetica, il comfort e l’economia complessiva.

9.2 Centralizzato o autonomo La scelta del gas quale fonte primaria di energia per usi domestici, operata dal Piano Energetico Nazionale negli anni ’80, e la possibilità di installare caldaie in ambienti abitati incoraggiata dalle norme UNI CIG, hanno impresso una spinta decisiva alla diffusione di impianti autonomi di riscaldamento. Non sempre però la conclamata autonomia ha il significato di indipendenza e così risultano presenti, nei sistemi adottati, vincoli e implicazioni che riportano fatalmente il problema “riscaldamento” nel clima talora violento delle assemblee condominiali, offrendo peraltro incerte garanzie di risparmio reale. A ciò si può aggiungere che, in una pluralità di alloggi, il costo iniziale di installazione di impianti singoli è in genere più contenuto rispetto a quello di un unico impianto centralizzato (considerando specialmente un passato con impiego di moltissime caldaiette di 294 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Centralizzato o autonomo

basso prezzo), mentre il risparmio energetico, dovuto specialmente al più accorto esercizio dell’autonomo, va raffrontato anche alla tariffa gas, più elevata per la piccola utenza piuttosto che per il cliente condominio, di ben maggiori dimensioni e consumi: a parità di gas erogato gli stessi condomini sborsano perciò, tutti assieme, una somma maggiore con l’autonomo rispetto al centralizzato. La moltiplicazione del numero dei fuochi comporta peraltro l’espandersi del rischio incendio e dei rischi connessi all’impiego del gas, come i due principali, quello di esplosioni e quello di avvelenamento dai prodotti della combustione [2]. Si considera, inoltre, la responsabilità del servizio e l’onere degli adempimenti obbligatori per l’utente autonomo, a confronto con il fruire di un servizio condominiale organizzato e più rispettoso della privacy. Per poter eseguire una prima valutazione della situazione andrebbero distinti alcuni casi tipici così riepilogabili: • impianti realizzati prima dell’entrata in vigore della legge 10/91 o in epoca successiva con dispregio della legge stessa: per grandissima parte si tratta di impianti centralizzati, costruiti con dubbio rispetto delle regole dell’arte e per questo privi talvolta dell’indispensabile isolamento termico delle reti di distribuzione, con camini fabbricati dai muratori secondo usanze di tipo edilizio piuttosto che impiantistico, mancanti dei requisiti di tenuta ai fumi, oltre che della coibenza delle pareti e d’altro ancora; • impianti realizzati dopo l’entrata in vigore della legge 10/91: in parte costruiti secondo la legge, ma spesso carenti negli isolamenti termici e ancora, per tutto lo scorso millennio e ancor oggi, con camini privi dei requisiti di tenuta e coibenza; sono di quest’epoca molti impianti autonomi che convogliano i prodotti della combustione in canne collettive ramificate, avendo così rinunciato sia all’indipendenza condominiale, sia alla possibilità di installare in un secondo momento gruppi termici più evoluti e aggiornati per il fatto di non poter collegare alla canna ramificata comune caldaie di modelli diversi; • impianti autonomi realizzati dopo l’entrata in vigore della legge 10/91 per trasformazione di impianti centralizzati già anziani; spesso si sono installate caldaie in ambiente abitato con scarico a parete, provvedendo all’espulsione dei prodotti della combustione a livello di altri ambienti abitati, altre volte utilizzando canne fumarie inadatte e comunque non in grado di garantire i minimi requisiti di tenuta e coibenza; • impianti autonomi realizzati ex novo, che non sempre risultano indipendenti gli uni dagli altri e perciò dotati di un camino o di un condotto fumario singolo per ogni alloggio, con passaggio di condotti del gas e dei fumi in adiacenza a spazi comuni, con facoltà e facilità di ispezione, di manutenzione e di modifica, in modo da rendere ciascun proprietario di alloggio libero di decidere e praticare le volute modifiche, aggiornamenti e via dicendo; • impianti centralizzati con contatori divisionali, altra soluzione che garantisce opportuna autonomia nella gestione del singolo alloggio, con l’utente in grado di fruire di un servizio completo.

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Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

9.2.1 Architettura degli impianti Una parte dei vincoli o difetti che costringono le scelte tipologiche degli impianti a dotazione di moderni edifici dipende dal mancato confronto fra progettista architettonico e collega termotecnico nel momento di primo abbozzo del progetto edilizio, confronto che sarebbe necessario avesse luogo anche alla presenza del progettista strutturale. In quella fase progettuale si potrebbe predisporre la posizione dei generatori termici e dei camini, o condotti fumari che dir si voglia, come pure ipotizzare i percorsi delle tubazioni del gas, ovunque necessariamente esterne all’edificio salvo il caso di volersi piegare alla fatalità, il tutto con occupazione di spazi comuni e accessibili, anche se i singoli utenti dovessero propendere per l’adozione di impianti autonomi. L’esigenza principale della sicurezza delle persone può essere soddisfatta dall’ubicazione dei gruppi termici in appositi box esterni all’edificio, ad esempio nei terrazzini adiacenti la cucina dell’alloggio interessato, in modo da minimizzare i percorsi del gas e mantenerli completamente esterni, escluso soltanto il breve tratto di attraversamento di una parete per il raccordo ai fornelli di cucina. Anche i condotti fumari devono risultare esterni all’edificio, correnti a ridosso di parti comuni, accessibili dall’esterno senza necessità di interventi su parti murarie per eventuali modifiche, manutenzioni o sostituzioni. L’evoluzione tecnologica in questo settore è piuttosto rapida e un buon impianto, a vent’anni d’età, diviene senz’altro decrepito, a differenza di un edificio che, se ben costruito, può durare più di un secolo. Guardando l’oggi si preferirà l’adozione di gruppi termici con ventilatore nel circuito di combustione, il che consente l’installazione di condotti di espulsione di minimo diametro, minimo ingombro e di facile collocazione. Adottando queste scelte, di massima efficacia qualora operate concordemente con il progettista edile fin dall’inizio della progettazione, si potrà contare su impianti autonomi indipendenti l’un dall’altro e tali da consentirne la modifica in futuro senza la necessità di procurarsi dei permessi o delibere condominiali. Non altrettanta facilità di modifiche evolutive potrà esserci nel caso di canne fumarie collettive che, notoriamente, possono essere destinate esclusivamente al servizio di apparecchi perfettamente analoghi fra loro. Impossibile perciò, nel tempo, sostituire un gruppo termico con uno più moderno senza il consenso e la compartecipazione degli altri utenti o proprietari allacciati alla medesima canna. Ed eccoci a rientrare nei vincoli e nei litigi condominiali, quando l’illusione dell’autonomia faceva pensare di esserne lontani. Ma c’è di più. Le scelte di base svolte nel confronto fra progettista edile e collega impiantista possono consentire soluzioni di intercambiabilità o polivalenza dei sistemi talché un edificio condominiale, dotato originariamente di impianti di riscaldamento autonomi, può essere equipaggiato con un impianto centralizzato apportando modifiche di non grande entità e poi, a distanza di tempo, quando le situazioni dovessero consentirlo o esigerlo, potrebbe essere allacciato all’impianto urbano di teleriscaldamento. Si tratterebbe soltanto di lungimiranza nella progettazione, con drastico contenimento dei costi, oltre alla certezza della fattibilità (figura 9.1). Essenziale è che venga mantenuto all’esterno del corpo edilizio ciò che non è indispensabile stia all’interno, e che la posizione delle caldaie sia mantenuta fissa, sulla stessa verticale 296 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Centralizzato o autonomo

un piano rispetto all’altro, a favore della possibilità di intervento razionale sulle colonne montanti e sui camini. 9.2.2 Contese condominiali La legge 10/91, all’art. 26, ha stravolto i concetti informatori del codice civile riguardanti la proprietà e il diritto di ogni condomino a godere dei servizi comuni, nell’intento di favorire il conseguimento del risparmio energetico con la trasformazione di impianti centralizzati in autonomi: un’illusione che punta alla riduzione dei consumi tramite la riduzione delle prestazioni. Per questo le delibere assunte dalle assemblee dei condomini relativamente alle parti comuni, ad esempio sullo smantellamento del vecchio impianto centralizzato per consentire la realizzazione di impianti unifamiliari, risultano valide con la semplice maggioranza delle quote millesimali. Innumerevoli sono le liti portate nelle aule dei tribunali su questo punto, e la giurisprudenza vi interviene con sentenze spesse volte contraddittorie. Nel contesto la legge, all’art. 8, considera intervento di risparmio energetico anche la trasformazione di impianti centralizzati di riscaldamento in impianti unifamiliari a gas per il riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria, dotati di sistema automatico di regolazione della temperatura, inseriti in edifici composti da più unità immobiliari, con determinazione dei consumi per le singole unità. La legge medesima esclude da tale preferenza soltanto gli edifici situati nelle aree ove sia presente il teleriscaldamento. Nel caso di trasformazione da centralizzato ad autonomo restano tuttavia da chiarire molti aspetti tecnici e amministrativi, fra i quali: • l’impianto centralizzato, ancorché decrepito, rimane di proprietà comune, ma c’è da chiedersi se potrà proseguire nella propria funzionalità a servizio dei dissenzienti, tenuto conto della necessità di essere messo a norma per effetto di leggi e decreti sopravvenienti; • visto che si tratta di una proprietà comune, c’è da ritenere che le spese di adeguamento e ristrutturazione ricadranno su tutti i condomini; • l’eventuale smembramento impiantistico risultante dalle ipotesi precedenti comporta il funzionamento di un impianto, dimensionato per una pluralità di alloggi, a servizio dei pochi dissenzienti, con una sproporzione dimensionale intuibile che indubbiamente va a tradursi in spreco energetico; • una parte del calore prodotto dal vecchio impianto centralizzato verrebbe comunque usufruito dagli altri condomini per trasmissioni interne fra le reti di distribuzione e le adiacenze riscaldate, con spese di esercizio indubbiamente da suddividere; • l’assemblea può aver correttamente deliberato, a maggioranza delle quote millesimali, sulle parti comuni, ma non potrà svolgere azioni su altre parti di proprietà dei singoli, come per esempio sul punto di collegamento fra l’impianto del singolo alloggio e la rete generale; • permane il problema dei nuovi condotti di espulsione dei prodotti della combustione, la cui collocazione va progettata senza passaggi attraverso altrui proprietà, essendo soltanto le parti comuni quelle soggette a deliberazione assembleare. 297 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

E che fare della vecchia canna fumaria? Potrebbe rimanere a servizio della centrale termica preesistente per eventualità future? Il tutto in ogni accezione va realizzato purché, come prescrive la legge, documenti progettuali responsabilmente e competentemente sottoscritti comprovino il contenimento dei consumi rispetto all’esistente, essendo contemplate, nelle dette eccezioni ai princìpi generali sulla proprietà, le sole realizzazioni o ristrutturazioni che garantiscano, in relazione al progresso della tecnica, il massimo contenimento dei consumi di energia termica ed elettrica. 9.2.3 Dall’autonomo al centralizzato contabilizzando il consumo Si sono messi in luce ai precedenti paragrafi alcuni aspetti, ritenuti importanti, delle due alternative: autonomo e centralizzato. Il dilemma rimane, ma una risposta inequivocabile può sortire dalla considerazione che il riscaldamento di un edificio condominiale può essere concepito indipendentemente come autonomo o centralizzato, purché vengano ricercate soluzioni progettuali che consentano di passare dall’uno all’altro dei due sistemi, in quanto intercambiabili fra loro. Deve perciò prendere corpo l’architettura degli impianti, nel senso dello studio preliminare del rapporto impianto/edificio, svolto dalla terna dei progettisti: architettonico, strutturista e impiantista, così da predisporre le applicazioni future. Ambedue, autonomo o centralizzato, possono inoltre consentire in tempi successivi, non si sa quanto lontani, l’allacciamento di ciascuna utenza in sé autonoma a una rete urbana di teleriscaldamento (figura 9.1). Ed ecco il valore dell’indipendenza che si ripete sia nell’ambiente circoscritto del proprio palazzo, sia nella prospettiva del variare delle fonti di energia cui attingere, essendo appunto il teleriscaldamento il sistema più elastico nei confronti dei grandi cambiamenti. Al paragrafo 4.5.8 si è considerato un sistema completo di termoregolazione e ripartizione dei consumi con i relativi regolatori o telecomandi analogici o digitali per ambiente, dotati di pulsanti per pilotare regimi di comfort o di riduzione, inclusa la facoltà di programmazione settimanale, di memorizzazione e di ripetizione delle informazioni. Si vedano in proposito le figure 4.34 e 4.35: eseguiti i calcoli e compensati gli errori di deriva termica, si possono leggere direttamente sul totalizzatore i consumi termici in kWh, e in altri modelli i dati stessi possono essere trasmessi in forma analogica o digitale all’elaboratore centrale. Nella bollettazione è possibile tener conto di un moltiplicatore differente per gli alloggi dell’ultimo piano, i quali devono erogare maggior energia, a parità di volume occupato, per far fronte alle dispersioni del tetto a favore di tutti, e altri moltiplicatori possono essere introdotti per altre situazioni, come negozi, uffici o alloggi a piano terra, il tutto facendo giustizia dei maggiori oneri che talvolta questi utenti sono costretti a sostenere a favore degli altri. Chiaramente queste correzioni devono risultare dai regolamenti condominiali, i quali terranno conto della norma UNI 10200 per la ripartizione delle spese condominiali.

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Emissione dei prodotti della combustione all’atmosfera

a)

b)

Gruppo termico

Contatori

c)

Conta calorie

Gruppo termico

d)

Rete di teleriscaldamento

Figura 9.1 – Una sequenza di soluzioni che rappresenta emblematicamente l’intercambiabilità di sistema fra impianti autonomi, centralizzati e allacciati al teleriscaldamento, qualora vi sia una progettazione previdente. a) Schema di impianto autonomo a gas che ha origine da un gruppo termico. b) Tre impianti autonomi analoghi fra loro posti a tre piani sovrastanti l’un l’altro; le tubazioni di adduzione del gas corrono esterne all’edificio (e altrettanto si potrà fare con i condotti fumari). c) Il passaggio dall’autonomo al centralizzato non rappresenta un grosso problema, installando i contatori di calore al posto dei gruppi termici; le colonne di andata e ritorno dell’impianto termico potrebbero trovar posto ove stavano i montanti del gas e i condotti fumari. d) Dalle soluzioni b) e c), fra loro intercambiabili e reversibili, si può facilmente passare al collegamento degli impianti autonomi alla rete di teleriscaldamento.

9.3 Emissione dei prodotti della combustione all’atmosfera Attenzione alle soluzioni suggerite dalle norme tecniche, alcune da evitare con la massima cura per i rischi che comportano sia di malintesi esecutivi, sia di difficoltà insorgenti in tempi successivi alla realizzazione. Il progettista interpreta un ruolo di cosciente indipendenza. Per quanto riguarda i camini si rende innanzi tutto necessario che siano idonei a combu299 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

stibili diversi, in quanto l’intercambiabilità dei sistemi è un requisito a sé stante, da non trascurare. Si può pensare al mezzo secolo scorso e al rapido evolversi dell’impiego dei combustibili: gli anni ’50 a legna e carbone, gli anni ’60 a nafta pesante, gli anni ’70 a nafta fluida e a gasolio, gli anni ’80 a gasolio e a gas, gli anni ’90 a gas. Ora la combustione a condensazione, con la mutata natura dei fumi, o addirittura la cogenerazione, che implica il convogliamento all’atmosfera di gas di scarico di motori endotermici installati nelle centrali termiche. L’evoluzione è piuttosto rapida e per questo va innescata una discussione fra progettisti sull’architettura degli impianti, sulla necessità di indipendenza dei condotti fumari dai corpi edilizi, sull’accessibilità dei condotti stessi, sulla disponibilità di esecuzione delle pratiche manutentive, sulla possibilità di sostituire l’anima interna senza intaccare la canna d’involucro. Espulsione dei prodotti della combustione La regolare consegna all’atmosfera dei prodotti della combustione può avvenire in due modi: – per tiraggio, cioè tramite un camino che provoca aspirazione alla base per effetto della propria altezza e della differenza fra temperatura di ingresso dei fumi nel camino e temperatura ambiente esterno; – per espulsione in pressione, essendovi un condotto, tubo di scappamento più che camino, che collega l’uscita fumi dal generatore termico all’atmosfera, essendo i fumi stessi in condizioni di pressione tali da vincere le perdite di carico relative al percorso da compiere. In ambedue i casi, camini e condotti fumari devono rispettare i requisiti di: – tenuta alle pressioni e depressioni in gioco; – resistenza agli agenti meccanici e corrosivi; – coibenza e bassa inerzia termica; – facoltà di raccolta e scarico della condensa; – idoneità dimensionale e aeraulica. Tenuta e resistenza agli agenti meccanici e corrosivi La tenuta è il requisito principale, in quanto il fluido “fumi” deve essere convogliato con certezza all’esterno, senza penetrare negli ambienti a ridosso del suo passaggio e senza che l’aria circostante entri a raffreddare e alterare le condizioni di tiraggio e di espulsione. Sembrerebbe banale dire che camini e condotti di espulsione devono prima di tutto essere tubi atti a convogliare un fluido e a tenerlo separato dall’ambiente circostante: nessuno si sognerebbe di obiettare alcunché se si trattasse di acqua, o di gas combustibili o di veleni, ma quando si tratta di fumi, che possono contenere tutte queste cose, ecco che viene formulata una ridda di ipotesi, frutto di mera fantasia, su regole misteriose che riguarderebbero il comportamento dei fumi stessi. A farne le spese è l’ambiente, innanzi tutto quello domestico, per subdole penetrazioni di gas velenosi nei locali abitati attraverso pareti inadatte. E poi l’ambiente esterno, un’atmosfera affetta da prodotti della combustione immessi senza il giusto rispetto delle regole più semplici. 300 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Emissione dei prodotti della combustione all’atmosfera

Non sono esenti da problemi anche i generatori di calore, che vengono privati del regolare comportamento di una parte non secondaria del proprio sistema complessivo. L’avvento delle caldaie a condensazione, tipicità del nuovo millennio, segna la fine di un’epoca di impiantistica approssimativa fatta di camini facili e di circuiti impiantistici talvolta improvvisati; più in generale, di incongruenze nei confronti della sicurezza, del comfort, del risparmio di energia e della tutela che ciascuno deve dedicare all’ambiente in cui si vive. Ma se è vero che il territorio è tuttora cosparso dei camini costruiti in quel nero passato (nero anche nel senso stretto di nero fumo appiccicato un po’ dappertutto) per la carenza degli indispensabili requisiti di tenuta, di impermeabilità, di protezione termica e di resistenza alle sollecitazioni meccaniche, termiche e chimiche che sono loro caratteristiche, è altrettanto vero che nello stesso arco temporale tecnica e tecnologia si sono evolute preparando nuove configurazioni impiantistiche, in grado attualmente di proporre all’utente gruppi termici considerati altrettanti gioielli di funzionalità e di rispetto delle risorse naturali, così da coinvolgere e reclamare l’impegno di tutti i partner affacciati al settore, per un lavoro complessivo rivolto alla gelosa conservazione delle risorse medesime. Si attua, in questo contesto, il passaggio definitivo di consegne fra il costruttore edile e lo specialista in impianti per quanto riguarda la costruzione di camini e opere annesse, passaggio introdotto e reso obbligatorio dall’attuale regolamentazione per quanto riguarda l’impiego del gas, nell’intesa che analogo concetto si consideri indispensabile anche per gli altri combustibili. La tenuta è un requisito difficilissimo da conseguire quando il camino venga costruito secondo usanze edili improprie che si sono diffuse per tutta la seconda metà del secolo scorso, nonostante i tentativi di porvi rimedio con la inascoltata legge antismog del 1966 e le relative regole tecniche che già esprimevano i concetti sopra descritti, impartite fin dal 1970.1 La tenuta di un camino o di un condotto fumario va messa alla prova all’atto della costruzione, come pure nelle successive fasi manutentive, trattandosi di un requisito primario per la funzionalità del sistema termico, ma anche per il rispetto dell’ambiente. Si terrà presente che la tenuta dei condotti da fumo e dei camini può essere compromessa nel tempo da sollecitazioni dovute a urti casuali, a movimenti sismici, a dilatazioni proprie del condotto e all’azione di agenti corrosivi presenti nei prodotti della combustione. A questi problemi potenziali deve trovare soluzione il progetto del camino mediante la scelta oculata dei materiali componenti la parete interna, per esempio l’acciaio inossidabile AISI 316 (figura 9.2), l’alluminio opportunamente verniciato e protetto dalle corrosioni, il fibrocemento, il gres porcellanato, il vetro refrattario o pirofilo e alcuni materiali plastici speciali: sono tutti materiali di sufficiente impermeabilità, se ben installati. Resta il fatto che ogni camino, oltre che di buona tenuta, deve essere anche libero di dilatare, come ogni tubazione convogliante un fluido caldo.

Dpr 22 dicembre 1970 n. 1391, Regolamento di esecuzione della legge 13 luglio 1966 n. 615 recante provvedimenti contro l’inquinamento atmosferico, limitatamente al settore degli impianti termici. 1

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Figura 9.2 – Un gruppo di camini in acciaio inossidabile a servizio della centrale termica di un complesso ospedaliero.

Alta coibenza e bassa inerzia termica Rispettato il requisito di tenuta, con gli aspetti connessi di durabilità e pertanto di resistenza nel tempo agli agenti corrosivi e alle sollecitazioni di altra natura, si passa necessariamente a considerare la coibenza del condotto fumario assieme alla sua inerzia termica. Si consideri per esempio un camino costruito scrupolosamente a regola d’arte nell’epoca del carbone, dunque per forni o caldaie a funzionamento continuo. In genere si trattava di ottimi camini in mattoni di argilla di notevole spessore, intonacati con malta cementizia all’interno mano a mano che saliva il manufatto e lisciati a dorso di cazzuola. L’avviamento avveniva progressivamente, come lento era l’avviamento dei forni o delle caldaie, portando in temperatura il sistema in tempi dell’ordine di ore. La coibenza era garantita dal materiale e l’inerzia termica che contraddistingueva tali manufatti era da considerare un pregio. Di lì, con la necessità di adeguare i camini al funzionamento intermittente dei bruciatori, è nata la tecnica dei camini a bassa inerzia termica che si prestano un po’ meglio dei loro antenati a entrare a regime in tempi più ristretti, dell’ordine della decina di minuti. Ma il requisito di ermeticità decade e poi, per quei dieci minuti, il funzionamento del focolare servito risulterà al di fuori delle prestazioni progettate, senza che ciò garantisca il proseguimento del funzionamento in condizioni ottimali per il successivo arresto del bruciatore. Cronometro alla mano si può constatare, specialmente negli impianti domestici caratterizzati dall’esuberante potenza dei generatori, che i tempi di funzionamento e di arresto nelle condizioni medie stagionali, che sono le più frequenti, sono sempre limitati, con la conseguenza di non permettere mai al camino di operare a regime, cioè alle condizioni di progetto. 302 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Emissione dei prodotti della combustione all’atmosfera

Vi è poi il problema legale della responsabilità del costruttore dell’impianto. Si ricorda che “per impianto gas a valle del punto di consegna” si intende l’insieme delle tubazioni e dei loro accessori dal medesimo punto di consegna all’apparecchio utilizzatore, l’installazione e i collegamenti del medesimo, le predisposizioni edili e/o meccaniche per la ventilazione del locale dove deve essere installato l’apparecchio, le predisposizioni edili e/o meccaniche per lo scarico all’esterno dei prodotti della combustione. È pertanto esclusa, come già si è detto, la facoltà per le imprese edili di intervenire nella costruzione del camino, prerogativa esclusiva dell’installatore qualificato. Molto meglio le canne fumarie con pareti molto sottili, protette da una guaina esterna, cioè un controtubo che fa da camicia, anch’essa a tenuta, con la coibentazione nell’intercapedine ottenuta fra le due canne concentriche con lana minerale o altri coibenti di sicura affidabilità e durata. Resta dunque la possibilità di allacciare una caldaia a tiraggio naturale a un camino a bassa inerzia termica: tanto più limitata risulterà la massa da riscaldare a ogni avviamento del bruciatore, tanto prima si potranno raggiungere condizioni di rendimento prossime a quelle di progetto. Il coibente posto nell’intercapedine consentirà di entrare rapidamente a regime a ogni avviamento e impedirà dispersioni termiche verso l’ambiente esterno, garantendo migliori e più costanti condizioni di tiraggio. Per i condotti di espulsione da generatori con ventilatore nel circuito di combustione, caratteristici dei sistemi a premiscelazione o a pressurizzazione, la coibentazione dei condotti stessi è indispensabile per evitare eccessivo raffreddamento dei fumi i quali, raggiunto il punto di immissione in atmosfera, è bene proseguano verso l’alto coadiuvati dalla differenza di temperatura rispetto all’ambiente e non ricadano nell’intorno: si limita così il loro effetto inquinante. Facoltà di raccolta e scarico della condensa Non esiste camino esente da fenomeni di condensa, con tutto quel vapor d’acqua presente nei prodotti della combustione degli idrocarburi ben rilevabile dall’analisi: al momento di ciascun avviamento il vapore d’acqua contenuto nei fumi incontrerà le pareti fredde dei condotti fumari, condensando. Indispensabile dunque una coppa di raccolta della condensa alla base, da raccordare alla rete di scarico previo sifone interposto tale da evitare interscambio di aria o di gas con la rete di raccolta. Il sifone va dimensionato dal progettista del sistema, tenuto conto delle pressioni in gioco anche in condizioni di eventuali contraccolpi all’avviamento. Indispensabile per ogni buon camino è anche la camera di ispezione alla base con portina di visita a tenuta. Idoneità dimensionale e aeraulica Il dimensionamento di un camino va eseguito adottando il sistema di calcolo unificato2 che tiene conto dell’altitudine del luogo di installazione, dei dati climatici nel momento di calcolo prescelto (le peggiori condizioni sono quelle estive), del tipo di generatore e del

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UNI-CTI 9615, Calcolo delle dimensioni interne dei camini.

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Capitolo 9

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combustibile progettato, delle condizioni di presa d’aria comburente, del percorso dei fumi con numero e tipo dei cambiamenti di direzione, dell’altezza della canna fumaria. Nel caso di condotti di espulsione, cioè di generatori con un ventilatore nel circuito di combustione, il dimensionamento degli stessi va eseguito dal costruttore dell’apparecchio: è quanto afferma la UNI CIG 7129 riferendosi a gruppi termici a gas. In campi diversi da quello contemplato dalla norma (potenze termiche maggiori, combustibili diversi dal gas naturale) si dovrà evidentemente procedere a una progettazione apposita valutando la portata dei prodotti della combustione e procedendo al calcolo in analogia a quanto viene fatto per camini, canali d’aria e simili. Sia i camini, sia i condotti di espulsione, vanno considerati dal punto di vista aeraulico con gli stessi criteri adottati per ogni altro condotto aerodinamico, evitando bruschi cambiamenti di direzione, limitando le curve nel condotto di raccordo fra generatore e canna verticale, accettando al massimo uno “spostamento” e curando l’immissione in atmosfera che, di regola, va eseguita a bocca libera, senza interposizione di inutili ostacoli costituiti da mitre e comignoli quasi sempre irrazionali. I fumi devono essere facilitati a salire verso gli strati più alti dell’atmosfera, un salire spontaneo per differenza di densità e temperatura. Negli strati più alti troveranno ossigeno adatto alla loro riduzione (teoria del pennacchio), senza miscelarsi con l’aria più prossima all’abitato. Scarico a parete Se si tratta di edificio multipiano, costituito da più unità immobiliari, è necessario dotare l’edificio stesso di appositi condotti di evacuazione dei prodotti della combustione: scopo infatti della legge 10/91 è anche quello della tutela ambientale, a differenza di molte norme tecniche che hanno dichiaratamente compiti della sola tutela della sicurezza. Gli scarichi a parete, infatti, potrebbero danneggiare il microclima locale, producendo turbolenza e convogliando i prodotti della combustione in direzione della finestra del piano superiore. Sono soluzioni inaccettabili che incidono in ogni caso, e complessivamente, sullo stato termochimico degli strati più bassi dell’atmosfera che sono per l’appunto quelli abitati. I regolamenti della legge 10 si sono dunque preoccupati dell’effetto degli scarichi a parete sull’ambiente e sulla salute umana, che potrebbe venire peggiorato dai fumi scaricati a parete anziché verso l’atmosfera, ma in seguito vi è stata parecchia confusione con prese di posizione avanti la Corte di Lussemburgo da parte dei propugnatori della semplificazione, incoraggiante per i consumi di combustibile, ma contraria all’interesse della Nazione. Si eviti sempre e ovunque lo scarico fumi a parete, anche quando malaccorte norme lo consentano. A ogni focolare il suo camino Vi sono norme e regole tecniche che acconsentono, o per lo meno non escludono, la possibilità di far confluire i prodotti della combustione di due o più generatori a un unico camino ed esiste una vasta letteratura, anche normativa, sulle canne fumarie collettive ramificate. Si tratta di realizzazioni tecniche da evitare fino a quando è possibile, specialmente in nuovi edifici e impianti. Si deve pensare al calcolo del camino, che diviene inutile e aleatorio per la continua varia304 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Emissione dei prodotti della combustione all’atmosfera

zione di parametri fondamentali, come la temperatura esterna e la pressione atmosferica. Superate tali perplessità, si deve valutare che ogni bruciatore funziona inevitabilmente a intermittenza, per cui le condizioni aerodinamiche e termiche interne ai condotti fumari continuano a variare. Per di più vi è la possibilità per molti bruciatori di modulare la fiamma, ottenendo così una gamma molto vasta di regimi funzionali, con moltissimi momenti di eccessivo tiraggio che non corrispondono ai requisiti voluti. Se a questo punto, invece di un focolare ne volessimo collegare due, le condizioni di combustione si moltiplicherebbero ulteriormente, con notevoli probabilità di disturbi reciproci. Soltanto il riferimento all’inevitabile intermittenza dovrebbe risultare sufficiente a scoraggiare qualsiasi tentativo di riunire i prodotti della combustione di due o più focolari. Si possono considerare due esempi tipici: – il collegamento a uno stesso camino di due o più caldaie della stessa centrale termica, poste pertanto sullo stesso piano; – la realizzazione di una canna collettiva. Nel primo esempio delle due caldaie complanari vi è il problema dell’innesto al camino. O si realizzano gli innesti su piani diversi, con più di qualche problema di ingombro, o si ricorre a un collettore dei fumi, difficile da concepire sul piano aerodinamico, ma specialmente sede di possibili accumuli di gas, dimostrato da più di qualche episodio di scoppio delle miscele gassose che ristagnano nelle sacche del collettore suddetto. Nella seconda ipotesi, se è il tentativo di contenere i costi a spingere verso canne collettive, è meglio eseguire bene le analisi, considerando il costo dei condotti di raccordo e rinvio, la difficoltà di tenuta ai diversi innesti, la rinuncia all’autonomia (l’odierna tendenza agli impianti autonomi va poi a generare camini condominiali che reclamano un amministratore e un responsabile tecnico), l’impossibilità nel tempo futuro di sostituire un generatore aggiornato al progresso tecnologico, lasciando l’altro, di tipo diverso, tecnicamente obsoleto, allacciato allo stesso camino. Si pensi anche, nel caso di canne fumarie collettive, alla differenza di tiraggio fra un piano e l’altro con diversissime prestazioni al piano più alto. E si immagini anche un camino, dimensionato per cinque focolari, che si trovi per molte ore a servizio di un focolare solo o di nessuno, raffreddandosi e preparandosi così a rifiutare i prodotti della combustione della prima accensione successiva. Camicia Nel caso di installazione di camini o di condotti fumari in pressione in adiacenza a locali di vita e di lavoro non è sufficiente acquisire la tenuta dei condotti veri e propri, bensì è necessario conseguire lo stesso requisito anche per la camicia, in modo tale che in caso di rotture, danneggiamenti o ostruzioni del condotto, sia impedito il trafilare dei fumi verso i locali adiacenti. Gli involucri murari, strutturali come i laterizi o di finitura come intonaci o cartongesso, non possono garantire una tale caratteristica, sia per la forte permeabilità, sia e specialmente per la non conservazione dei requisiti iniziali nel tempo. Qualsiasi struttura muraria segue 305 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 9

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infatti i movimenti, le dilatazioni, le contrazioni e gli assestamenti dell’edificio, che danno luogo a fessure e crepe più o meno evidenti, perdendo presto qualsiasi pretesa di impermeabilità ai gas. Ne sono riprova le penetrazioni di odori attraverso le pareti, rilevabili ovunque vi siano fognature non a tenuta o altre fonti, né risulta difficile eseguire prove pratiche per verificare quanto detto, impiegando ad esempio gas odorizzati o fumogeni da insufflare in una intercapedine muraria. L’unica vera barriera alla fuoriuscita di gas è un involucro che sia metallico o di sufficiente spessore e struttura se in calcestruzzo, di sezione idonea al contenimento della canna, con predisposizione dei fori per i raccordi e per gli scarichi di condensa. Resteranno comunque alcuni interrogativi sulla tenuta, nei punti di attraversamento dei condotti di raccordo. Caldaie a condensazione È propriamente nel contesto della tecnica più evoluta, reclamata dal diffondersi delle caldaie a condensazione, che l’UNI ha elaborato la norma “raccomandata” 10845 relativa agli impianti a gas per uso domestico, intitolata Sistemi per l’evacuazione dei prodotti della combustione asserviti ad apparecchi alimentati a gas. Criteri di verifica, risanamento, ristrutturazione e intubamento [3]: da questa vengono ricavate, e trasferite nel presente testo, le regole di installazione per caldaie munite di ventilatore, sia con bruciatore a tappeto, sia con combustione a condensazione, senza trascurare il riferimento alle leggi del nostro Paese, agli altri atti ufficiali dello Stato e alle norme UNI-CIG. I criteri proposti da questa norma, per quanto riguarda i condotti singoli a servizio esclusivo di un solo generatore, sono da applicare per analogia anche ai sistemi di maggiori dimensioni rispetto a quelli che la norma contempla. 9.3.1 Generatori muniti di ventilatore nel circuito di combustione Gli apparecchi a gas muniti di ventilatore costituiscono oggi la tipologia che meglio consente di guardare al futuro in quanto, nei diversi modelli, si realizza la camera stagna, primo grande passo nell’acquisizione della sicurezza dell’utente per mezzo della completa compartimentazione della camera di combustione rispetto all’ambiente abitato. Si tratta di sicurezza, detta “intrinseca”, che ha la caratteristica di non poter essere ridotta o modificata da interventi esterni, per quanto maldestri, salvo soltanto gli atti vandalici. Per la precisione, vi sono apparecchi muniti di ventilatore di tipo B, che prelevano l’aria comburente direttamente dall’ambiente ove sono installati, oppure di tipo C, protagonisti della sicurezza, nei quali si realizza la vera camera stagna, con la completa compartimentazione rispetto all’ambiente medesimo. Ma una nuova frontiera si sta delineando con ulteriore qualifica della camera stagna: è stato infatti concordato fra il ministro della Salute, le Regioni e le Province autonome un documento, Linee guida per la tutela della salute negli ambienti confinati, che costituisce il presupposto di un programma a lungo termine nel quale tutti gli operatori del settore termotecnico verranno coinvolti per migliorare la salute della popolazione italiana entro i prossimi vent’anni, riducendo la presenza e l’insistenza delle malattie trasmissibili per poterle limitare ai livelli più bassi dell’intera regione europea. In questo documento, pub306 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Emissione dei prodotti della combustione all’atmosfera

blicato sul supplemento ordinario n. 252 alla Gazzetta Ufficiale del 27 novembre 2001 n. 276, vi sono chiari riferimenti alla nocività degli apparecchi con combustione realizzata in ambiente e, per contro, alla necessità di allontanare i focolari aperti delle caldaie dai locali abitati, tutelando il consumatore con incentivi alla produzione e alla diffusione di prodotti sani, fornendo nel contempo adeguata informazione e formazione agli utenti e al personale tecnico. Gli apparecchi a gas muniti di ventilatore nel circuito di combustione, nuova dicitura proposta dall’ultima edizione della UNI CIG 7129 in sostituzione dell’espressione apparecchi a tiraggio forzato, sono da apprezzare in quanto possono realizzare turbolenza in camera di combustione, garanzia di miscela più intima fra comburente e combustibile, e possono migliorare lo scambio termico fra i prodotti della combustione e le superfici della caldaia, mantenendo al regime voluto le caratteristiche della combustione indipendentemente dalle variazioni climatiche esterne: si tratta di peculiarità che consentono di conseguire maggiori livelli di rendimento e minor inquinamento ambientale. Sono proprio queste caratteristiche a essere ulteriormente esaltate negli apparecchi a condensazione, nei quali si recupera sia il calore latente contenuto dal vapor d’acqua proveniente dalla combustione, sia quello sensibile presente in tutti gli altri prodotti della combustione, che vengono raffreddati a temperature ben inferiori al punto di ebollizione dell’acqua, considerata alla pressione atmosferica. La UNI 10845 si applica ai sistemi per l’adduzione di aria comburente e l’evacuazione dei prodotti della combustione ai quali siano collegati o si intendano collegare apparecchi di tipo B o di tipo C, alimentati a gas, inseriti in impianti domestici e similari, mentre non vengono esaminati, e sono da sconsigliare, i sistemi collettivi funzionanti con pressione positiva e quelli asserviti ad apparecchi con scarico diretto all’esterno. Per entrare nel vivo delle regole è necessario assumere le seguenti definizioni.

Adeguamento di sistema di evacuazione di prodotti della combustione: insieme di operazioni finalizzate a conseguire o ripristinare la funzionalità di un sistema. Vano tecnico (asola tecnica): vano a sviluppo prevalentemente verticale senza soluzione di continuità strutturale ai piani (anche camini e canne fumarie dismessi) con perimetro chiuso, adibito al contenimento dei servizi tecnici dell’edificio. Camino: condotto verticale di raccolta ed espulsione, a conveniente altezza dal suolo, dei prodotti della combustione provenienti da un apparecchio. Canale di fumo: condotto posto tra l’uscita fumi di un apparecchio e il camino, canna fumaria o condotto intubato. Caratteristiche strutturali di un sistema: caratteristiche fisiche e costruttive di tutti i componenti del sistema; ai fini normativi si devono considerare: forma, superficie, sviluppo, dimensioni, altezza, integrità, natura dei materiali, quota di sbocco, sezione di sbocco. (Segue)

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Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

(Seguito) Condotto di scarico fumi: condotto di raccordo, fornito dal costruttore quale parte integrante dell’apparecchio, posto tra l’uscita fumi e un camino, canna fumaria, condotto intubato o terminale di scarico; può essere a vista o all’interno del condotto adduzione aria comburente, anch’esso a vista. Condotto per intubamento: condotto composto da uno o più elementi a sviluppo prevalentemente verticale, di raccolta ed espulsione dei prodotti della combustione, idoneo a resistere nel tempo ai componenti degli stessi e delle eventuali condense, da inserire in camino, canna fumaria o vano tecnico esistente. Condotto intubato: condotto per intubamento inserito in un camino, canna fumaria o vano tecnico preesistente. Funzionalità di un sistema: caratteristica del sistema di soddisfare i requisiti di sicurezza relativi all’adduzione di aria comburente, all’evacuazione dei prodotti della combustione e all’assenza di fuoriuscita verso l’ambiente interno dei prodotti stessi. Fuoriuscita (dei prodotti della combustione): perdita dal sistema verso ambienti interni. Idoneità di un sistema: insieme delle caratteristiche qualitative di un sistema che soddisfa i requisiti di funzionalità, strutturali e di tenuta. Intubamento: operazione, nell’ambito della ristrutturazione di un sistema, che consiste nell’introduzione di uno o più appositi condotti, per realizzare, da un camino, canna fumaria o vano tecnico esistente, un sistema nuovo. Portata termica effettiva di funzionamento: portata termica massima dell’apparecchio, durante il normale funzionamento dello stesso, ottenuta a seguito dell’eventuale regolazione effettuata da un installatore, manutentore o responsabile dell’impianto. Riflusso: fuoriuscita di prodotti della combustione da un apparecchio verso il locale. Sistema per l’adduzione di aria comburente e l’evacuazione dei prodotti della combustione (di seguito definito “sistema”): complesso delle predisposizioni edili e meccaniche per l’apporto di aria comburente all’apparecchio e lo scarico all’esterno dei prodotti della combustione; sono da considerare parti integranti di un sistema le aperture di ventilazione e/o i condotti per l’apporto di aria comburente, i canali da fumo e i condotti di scarico, i camini e le canne fumarie, i condotti intubati e i comignoli. Tenuta: attitudine di un camino, canna fumaria o condotto intubato a non lasciare fuoriuscire gas o vapori dalle pareti perimetrali.

Idoneità di sistema Caratteristiche strutturali, tenuta e funzionalità: questi i criteri, in tre grandi gruppi, che consentono di dichiarare l’idoneità all’esercizio di un sistema fumario. Le caratteristiche strutturali sono ritenute adeguate se: • le aperture di ventilazione per l’adduzione di aria comburente agli apparecchi raccordati risultano libere, di adeguata superficie e protette con opportune griglie ove richiesto; 308 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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• gli altri componenti sono realizzati con materiali adatti e non presentano segni di deterioramento, danneggiamento, crepe o fessurazioni; in particolare i camini, le canne fumarie e i condotti intubati devono avere andamento verticale; eventuali deviazioni di percorso o variazioni di sezione devono consentire un corretto funzionamento fluidodinamico del sistema; • la posizione e la quota di sbocco, la sezione di sbocco e il comignolo devono essere conformi a quanto prescritto dalla UNI 7129; il terminale, ove previsto, deve risultare installato secondo le istruzioni del costruttore, preferibilmente a bocca libera in modo da evitare per ricaduta il rinvio all’ambiente circostante (microclima locale); la camera di raccolta, quando necessaria, deve essere di altezza adeguata; se la stessa risultasse dotata di sportello o apposita apertura d’ispezione rivolti verso ambienti interni, questi devono poter essere chiusi a tenuta e accessibili ai manutentori. Per quanto riguarda la tenuta, un camino, una canna fumaria o un condotto intubato vengono ritenuti idonei quando, effettuando una prova in pressione secondo le modalità di norma, si riscontrano valori di perdita non maggiori di quelli prestabiliti. È questo uno dei punti qualificanti della UNI 10845, che: • confina gli apparecchi a tiraggio naturale, di tipo B11, con camini o canne fumarie in depressione, entro un campo di verifiche di tipo soltanto strutturale, per quanto riguarda in particolare l’assenza di segni di deterioramento, danneggiamento, crepe e fessurazioni; • è ben precisa nel definire le modalità di effettuazione delle prove quando i condotti dei prodotti della combustione si possano trovare in condizioni, anche momentanee, di pressione positiva rispetto all’ambiente circostante. La funzionalità dei sistemi consiste nel soddisfare le condizioni di: • adeguato afflusso di aria comburente; • assenza di riflusso dei prodotti della combustione verso l’ambiente interno; • corretta evacuazione dei prodotti della combustione. 9.3.2 Calcolo del camino La tabella 9.1 riporta il completo calcolo, secondo UNI 9615, del camino per una caldaia a gasolio della potenza termica di 27,8 kW. Si tratta di un esempio applicabile per analogia alla centralina a servizio dell’edificio cui all’esempio condotto nei primi capitoli di questo testo: si veda la figura 2.1 e successive. Si è scelto di calcolare i condotti fumari per una caldaia a gasolio per poter dimensionare il camino adatto all’edificio anche nel caso di sostituzione del sistema di combustione. Infatti, dimensionando il camino per la combustione a gas, ci si potrebbe ritrovare con una sezione insufficiente passando al gasolio. Altro esempio di calcolo, trascritto alla tabella 9.2, riguarda un camino in acciaio inox che fa parte del gruppo rappresentato alla figura 9.2. Ora il dimensionamento, per il servizio di un generatore di notevoli dimensioni con potenza al focolare di 4070 kW, viene eseguito direttamente per combustione a gas metano. 309 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Segue

Tabella 9.1 – Dimensionamento in località montana di un camino in acciaio per gruppo termico e gasolio della potenza termica di 27,8 kW – regime costante – in riferimento alla UNI CTI 9615.

Capitolo 9 Aspetti generali ed esempi

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Tabella 9.1 – Seguito

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Segue

Tabella 9.2 – Dimensionamento di un camino in acciaio a servizio di un generatore di vapore con combustione a gas metano della potenza termica di 4070 kW – regime costante – in riferimento alla UNI CTI 9615.

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Tabella 9.2 – Seguito

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Capitolo 9

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9.4 Esempio di intervento in una ristrutturazione Di questi tempi un grande lavoro di ristrutturazione degli impianti è in atto ovunque: manutenzioni straordinarie, sostituzioni e rinnovi di ogni dimensione sono tali da assicurare il complessivo risanamento del parco impiantistico, con vantaggio per la sicurezza delle persone e per il corretto impiego dell’energia. L’esempio qui descritto si propone di trasmettere un’esperienza specifica, considerando la ristrutturazione un banco di prova più impegnativo a confronto con una costruzione nuova, dove si sarebbe più liberi di intraprendere una corretta progettazione. Riguarda uno degli edifici dell’Accademia Filarmonica a ridosso dello scenario di millenaria suggestione di piazza Bra a Verona. Quanto ad adeguamento alle nuove regole, la Direzione dell’Accademia aveva avviato fin dal 1992 un programma graduale, iniziato con la riforma dei serramenti, munendoli di vetrocamera; nell’anno seguente erano state sostituite le valvole dei radiatori, dotandole di teste termostatiche. La terza fase ha riguardato la centrale termica. L’impianto oggetto dell’intervento si trovava in condizioni precarie, mostrando notevoli necessità di intervenire sia per adeguarsi alla legge 10/91 e all’articolo 11, comma 15, del Dpr 412/93 vigente in quel periodo, che imponeva la sostituzione dei generatori a insufficiente rendimento, ma anche per il perseguimento di un più adeguato livello di sicurezza e di affidabilità funzionale. 9.4.1 Analisi della situazione Si è intervenuti sulla centrale termica (figura 9.3) dell’edificio C, adibito a negozi, uffici e alloggi, del complesso edilizio fino a quel momento alimentato termicamente da due caldaie a elementi di ghisa a combustione di gas metano, a focolare atmosferico, i cui dati di targa indicavano la potenza termica complessiva utile di 430 kW, con potenza termica ai focolari di 500 kW (figura 9.4). I generatori si trovavano in pessimo stato, come spesso nelle centrali in età, con vistosi segni di vecchiaia e di precarietà. Evidenti le tracce di incombusti rappresentate dai ben noti baffi neri, piuttosto significativi nel denunciare una combustione in difetto d’aria. La prova più convincente per promuovere la sostituzione è consistita nell’esame dei risultati di un’analisi della combustione, effettuata in data 2 febbraio 1995, quando da un punto di prelievo nel raccordo al camino, e quindi con i prodotti della combustione già diluiti dal dispositivo antivento, si erano misurati i seguenti valori di ossido di carbonio: prima prova: seconda prova:

CO CO

ppm ppm

6189 4715.

Ci si è trovati dunque in presenza di produzione di quel monossido in dosi 100 volte maggiori rispetto agli standard conseguibili, con i risultati conseguenti di polluzione all’atmosfera e anche di ricaduta e di rientro del velenoso incombusto nella stessa centrale termica, a concentrazioni segnatamente letali per l’uomo. Esisteva una canna fumaria a sezione rettangolare, in posizione irrazionale rispetto all’ingresso della centrale termica, con comignolo che costituiva ostacolo allo sfocio in atmosfera dei prodotti della combustione (figura 9.5). 314 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Esempio di intervento in una ristrutturazione

Figura 9.3 – Particolare della centrale termica dopo la ristrutturazione: organi di regolazione automatica e circolatori con inverter. Sulla sinistra il quadro elettrico ispezionabile sui quattro lati.

Figura 9.4 – Le due caldaie preesistenti con le relative cappe rompitiraggio e un solo condotto fumario a servizio dei due focolari a tiraggio naturale.

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Figura 9.5 – Il vecchio comignolo con il ripiano di copertura, un reale impedimento al tiraggio, ma ben disposto, purtroppo, nel far ricadere i prodotti della combustione sul microclima circostante.

La canna fumaria non era rispondente alle normative in vigore perché costruita in materiale non a tenuta ai gas e non protetta termicamente da intercapedine o altra coibentazione. Si è trattato di un condotto in eternit affetto da crepe e discontinuità di tenuta. Il vaso di espansione del sistema idraulico era situato all’aperto sopra il tetto dell’edificio, difficilmente accessibile e interessato da circolazione d’acqua calda con relative perdite termiche: le condizioni di sicurezza non erano rispettate, secondo la normativa italiana, in quanto risultavano presenti valvole d’intercettazione in grado di escludere le caldaie dal collegamento con l’espansione (tubazione di sicurezza). Vi era inoltre il rischio potenziale di gelo dell’acqua nel vaso o in un tronco del tubo di sicurezza corrente all’aperto, fatto che avrebbe potuto verificarsi in caso di prolungato arresto del servizio (blackout elettrico o altra causa) in concomitanza con temperature sotto lo zero. La centrale alimentava cinque distinti circuiti a servizio di altrettante zone dell’edificio e per ogni circuito erano installati elettrocircolatori di tipo gemellare a reciproca riserva ciascuno, con i motori montati con asse verticale, non compatibile con le regole di installazione impartite dalla casa costruttrice. Non esisteva un gruppo di circolazione primaria tale da poter garantire una sufficiente e regolare portata d’acqua ai generatori, cosicché il circuito primario veniva mantenuto in circolazione a regimi irregolari e casuali dagli elettrocircolatori dei circuiti derivati, posti a valle delle valvole a 3 vie di regolazione, con continue repentine variazioni di portata e irregolare circolazione interna nelle caldaie. Ogni circuito era dotato di propria valvola modulante servocomandata, pilotata da programmatore elettronico con possibilità di gestione di orari, calendario e temperature interne regolate su più livelli: tutto bene sotto questo aspetto, ma le apparecchiature, di ottima fabbricazione, risultavano inappropriate nelle sezioni in quanto di dimensioni eccessive, mancando della necessaria autorità. Si è altresì presa conoscenza di disfunzioni a causa di guasti o di manovre inadatte. Quadri elettrici, conduttori e impianti di illuminazione non rispondevano ai requisiti di 316 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Esempio di intervento in una ristrutturazione

sicurezza per centrali termiche a gas ed erano indubbiamente al limite delle facoltà di regolare funzionamento, con più di qualche segno di guasti trascorsi, di cortocircuiti e di riparazioni improvvisate. Per quanto riguarda i terminali di distribuzione, in epoca recente era stata generalizzata, come s’è detto, l’adozione della valvola termostatica all’ingresso di ogni corpo scaldante, il che risponde all’esigenza di adeguare l’emissione termica al variare dei contributi termici gratuiti (insolazione, macchine d’ufficio, usi domestici ecc.). Nell’estate 1995 si sono fissati i seguenti obiettivi: 1) radicale ristrutturazione della centrale termica a gas; 2) aggiornamento e adeguamento alle norme in vigore, con presentazione delle documentazioni di legge agli organi di controllo (Comune di Verona, comando Vigili del fuoco e ISPESL); 3) compilazione e aggiornamento del libretto di centrale; 4) esercizio e manutenzione programmati per almeno 5 anni, incluse le verifiche di legge e la manutenzione ordinaria. In sostanza si è avviata l’opera di aggiornamento degli impianti esistenti, il che significava rimuovere le precedenti problematiche e preparare interventi adatti a riportare l’edificio al valore patrimoniale che gli compete, dotandolo di impianti funzionanti ed efficienti con consumi energetici corrispondenti a quelli dei moderni edifici. In definitiva si trattava di applicare le attuali norme, anche nelle parti facoltative, sul razionale impiego dell’energia e sulla sicurezza degli impianti. Per raggiungere questi obiettivi è stato necessario operare su almeno due dei quattro rendimenti medi stagionali indicati dal Dpr 412/93 e precisamente sul rendimento di produzione, rapporto fra energia immessa nella rete di distribuzione ed energia primaria utilizzata dalla centrale, e sul rendimento di regolazione, rapporto tra il fabbisogno energetico utile con una regolazione teoricamente perfetta e quello realizzato con l’impianto di regolazione reale. Tuttavia, fin dallo studio preliminare, ci si è resi conto della possibilità di ottenere regimi termici più regolari e perciò di migliorare anche il rendimento di distribuzione, rapporto tra il fabbisogno energetico utile reale delle zone e l’energia termica fornita dal sistema di produzione. Altrettanto per il rendimento di emissione, correlato alla tipologia dei corpi scaldanti e alla temperatura di esercizio dei medesimi. Il risultato complessivo, espresso dal rendimento medio stagionale globale, è stato identificato in termini di obiettivo teorico, secondo legge 10/91 e Dpr 412/93, nel valore del 74,44% correlato appunto alla possibilità di intervento limitata ai primi due rendimenti ed essendo improponibile, per il momento, il risanamento delle reti di distribuzione e la loro coibentazione nelle parti incassate nelle murature. Si è altresì individuato, sulla base della norma UNI 10348, il rendimento medio stagionale globale del sistema esistente, calcolato nel valore del 61,02%. Il raffronto tra i due rendimenti globali (prima e dopo l’intervento) comporta, in prospettiva, un minor consumo percentuale del 18%, fatto 100 il consumo annuo dell’esercizio 1992-93, preso quale base di riferimento in quanto corrispondente all’andamento stagionale medio (2340 GG), con il consumo di gas metano annuale rilevato in 50547 m3. Era prevedibile fin dalla fase di 317 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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Rendimenti medi stagionali dei sistemi di riscaldamento.

Prima dell’intervento

Dopo l’intervento

Rendimento di produzione Rendimento di regolazione Rendimento di distribuzione Rendimento di emissione

77,24% 90,00% 91,00% 96,46%

86,53% 98,00% 91,00% 96,46%

Rendimento medio stagionale globale Rendimento medio stagionale globale, limite di legge

61,02%

74,44%

73,09%

71,58%

progettazione che tale risultato, puramente teorico, sarebbe stato superato dai fatti, tenuto conto della migliorata soluzione tecnica complessiva. Di seguito si indica il rapporto fra i diversi rendimenti medi stagionali prima e dopo l’intervento, assumendo i valori indicati dalla norma UNI 10348. 9.4.2 Progetto di ristrutturazione Individuati gli obiettivi, si è posto il problema di fissare gli interventi più adatti al caso, considerando le disposizioni del quadro normativo esistente non soltanto per i vincoli imposti, quanto per la spinta ad aggiornare gli impianti termici e assicurare l’impiego razionale dell’energia. Effetto collaterale considerato, e non computato nei calcoli eseguiti, è il beneficio per l’ambiente, ottenuto con la diminuzione delle polluzioni nell’atmosfera per la drastica riduzione dei veleni espulsi, come CO e NOx: il monossido di carbonio dovrà ridursi dai 5000 ppm circa, prodotti in precedenza, a valori inferiori ai 50 ppm, mentre il tasso di NOx passerà da 140 a circa 30 ppm. Le minori quote di inquinanti vanno anche correlate ai minori volumi di emissione complessiva, dovuti ai minori consumi. Si è proceduto al calcolo termico del complesso edificio-impianto secondo Dpr 412/93 e Dm 13.12.93 (a quel tempo vigente): si è così calcolata la potenza termica dell’edificio, nonché i fabbisogni annui di energia in due diverse situazioni. Il fabbisogno annuale di energia primaria dell’edificio nelle condizioni impiantistiche precedenti all’intervento comportava un regime termico superiore ai limiti, mentre dopo gli interventi, con la riduzione di tale fabbisogno, si è potuto constatare che il fabbisogno energetico normalizzato, calcolato secondo UNI 10379, era sceso a un valore più che accettabile e comunque minore del limite. Gli interventi programmati consentivano dunque di riclassificare l’edificio come rispondente alle condizioni energetiche e alle norme, proprio come si trattasse di un edificio di nuova costruzione.

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Esempio di intervento in una ristrutturazione

9.4.3 Nuova centrale termica La centrale venne suddivisa in due parti idraulicamente separate: la prima a servizio degli uffici del primo piano e la rimanente per la parte di edificio dal secondo all’ultimo piano, a sua volta servita da tre diversi circuiti. È stato realizzato un complesso impiantistico con una pluralità di generatori di calore ad attivazione progressiva in funzione del carico termico, come indicava l’art. 7, comma 9, del Dpr 412. La scelta è caduta su una batteria di otto caldaie in ghisa a elementi, con focolare cilindrico e bruciatore a premiscelazione autoregolante, alimentazione a gas metano, ciascun generatore con potenzialità al focolare di 29 kW e utile di 26,1 kW a servizio dei circuiti principali. Altri due generatori sono stati destinati al riscaldamento del primo piano che costituisce un’utenza completamente a sé stante (si veda l’insieme nella figura 9.6). Peculiarità dei generatori prescelti era quella di assicurare un elevato rendimento ai regimi di combustione ridotti, attuati sia per riduzione del volume di fiamma per effetto dell’autoregolazione, sia per intermittenza di funzionamento; ciò deriva da tre caratteristiche tipiche: – premiscelazione aria-gas, che permette alla combustione di stabilizzarsi in un tempo davvero limitato, minore di un minuto secondo;

Figura 9.6 – Batteria di caldaie a gas con combustione a premiscelazione, a inserimento progressivo (Gruppo Imar).

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– autoregolazione, che assicura un costante rapporto della miscela aria-gas in presenza di qualsiasi variazione del volume di fiamma, dovuta a inevitabili cambiamenti di salto termico, pressione, ventilazione esterna ecc.; – corpo caldaia in ghisa, che funge da accumulatore termico nei transitori di accensione, considerando che in tale fase la ghisa, che si trova alla temperatura dell’acqua, assorbe energia per portarsi alla temperatura di regime; la temperatura dei fumi, parallelamente, parte dai valori più bassi per giungere a quelli di regime. Di conseguenza il rendimento di combustione inizia con valori più alti, per portarsi anch’esso ai valori di regime, e dopo lo spegnimento si ottiene un’ulteriore restituzione termica dovuta alla ghisa che cede il calore assorbito. La sicurezza intrinseca del complesso di combustione è assicurata da: – camera stagna con bruciatore a premiscelazione autoregolante; – sistema di accensione del bruciatore tramite pilota, che rende morbido e silenzioso (e istantaneo) l’avviamento della fiamma; – dispositivo di sorveglianza fiamma con sonda a ionizzazione, che garantisce l’arresto del flusso del gas in caso di mancanza di fiamma nel tempo di un secondo; – pressostato aria, montato sul condotto di adduzione dell’aria comburente, che rileva la pressione differenziale al diaframma. La potenzialità utile dei generatori è stata determinata secondo la norma UNI 10379, tenuto conto della parziale applicabilità della norma medesima e della necessità di disporre di un fattore di carico correlato alle necessità specifiche della tipologia edilizia in esame, con locali in parte non riscaldati nell’interruzione di fine settimana e necessità di recupero il lunedì mattina. Il funzionamento dei generatori è stato scelto del tipo “a cascata” in modo che la potenza impegnata vari di continuo in relazione al fabbisogno reale dell’edificio. La potenza installata è evidentemente superiore, anche se di poco, a quella massima per necessità dimensionali dei gruppi termici, ma ciò risulta vantaggioso in regime di intermittenza, per ottenere alla prima accensione di ogni giorno un minor tempo di messa a regime. Per confronto si ricorda che la potenza termica utile precedentemente installata era di 430 kW, poco meno del doppio di quella attuale. Il progetto ha anche considerato il passaggio dal sistema di espansione a vaso aperto ai vasi chiusi posti in centrale termica. Il camino esistente, dopo pulizia e adattamenti murari, viene utilizzato come cavedio di passaggio dei condotti fumari dei 10 generatori di calore: ciascuno sfocia direttamente in atmosfera, alla quota del vecchio comignolo, in ottemperanza all’art. 5 del Dpr 412 (figura 9.7). L’aria comburente è prelevata direttamente dalla centrale termica dotata a sua volta di idonee prese d’aerazione. I condotti fumari sono realizzati secondo norme e dotati di apposito sistema di scarico della condensa. Allo scopo di garantire nei circuiti e nei generatori condizioni idrauliche adeguate ai diversi regimi, è stato realizzato un sistema primario-secondario (figura 9.8). È opportuno ritornare a quanto detto al paragrafo 4.5.2 e a quanto illustrato alla figura 320 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Esempio di intervento in una ristrutturazione

Figura 9.7 – Ciascuna caldaia a gas convoglia i fumi a un proprio condotto che prosegue verticalmente, separato dagli altri, correndo entro la canna fumaria preesistente, che dopo restauro funge da alveolo tecnico di contenimento.

Figura 9.8 – Sistemi circuitali primario-secondario con gruppi di circolazione e controlli automatici.

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Capitolo 9

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Figura 9.9 – Particolare di circuito secondario: il circolatore, con microprocessore di frequenza incorporato, consente di mantenere una pressione proporzionale alla curva caratteristica del circuito (Grundfos).

4.25: l’adozione del sistema primario-secondario garantisce un differenziale di pressione costante in ogni punto del circuito primario, in modo da consentire ai sistemi di regolazione dei circuiti derivati le condizioni idrauliche di progetto, ed è facilitata l’esclusione dei generatori a cascata in proporzione al carico effettivo dell’impianto, senza che cambi la prevalenza disponibile ai circuiti derivati con il variare del carico e del numero dei corpi scaldanti alimentati. A tale proposito va considerata l’esistenza delle valvole termostatiche a servizio di ciascun radiatore. Le elettropompe di circolazione dei circuiti secondari, da parte loro, sono in grado di mantenere una pressione di lavoro costante nella zona servita, a fronte delle continue variazioni delle condizioni idrauliche dovute all’apertura e chiusura automatica delle valvole in dotazione ai corpi scaldanti o ad altri organismi (figura 9.9). Tutti i circuiti secondari sono dotati di regolazione climatica che consente di variare la temperatura di mandata al mutare delle condizioni esterne, agendo su valvole a tre vie di giuste caratteristiche idrauliche con servocomandi ad azione modulante. Particolare cura è stata posta nella disaerazione dei circuiti, ottenuta con inserimento di degasatori ad assorbimento di microbolle di provata efficienza e anche con sfiati automatici alla sommità delle reti. La centrale è stata completata dalle coibentazioni eseguite ex novo secondo gli spessori indicati dal Dpr 412/93, all. B, con rivestimento di finitura in lamierino d’alluminio. L’impianto elettrico della centrale è stato ricostruito con grado di protezione IP 44, dotando l’ambiente di adatta illuminazione e alimentando le apparecchiature non soltanto nel rispetto delle norme in vigore, ma anche con l’adozione di accorgimenti per la massima 322 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Esempio di intervento in una ristrutturazione

semplificazione di future opere di manutenzione ordinaria o straordinaria, con accessibilità su tutti i lati (figura 9.3). Tutte le masse metalliche e le tubazioni in ingresso e uscita dalla centrale sono collegate all’impianto equipotenziale dell’edificio. L’insieme di controllo e regolazione è racchiuso nel quadro elettrico generale, con separazione fisica dai sistemi di potenza. Le preesistenti regolazioni climatiche, risultate in buono stato e di sicura efficienza, sono state reimpiegate e asservite a un sistema di controllo digitale diretto a microprocessori predisposto alla programmazione, libera e modulare, delle sequenze di accensione e inserimento della batteria di gruppi termici in funzione del carico, rappresentato dalle condizioni climatiche esterne, e della definizione della temperatura dei circuiti secondari mediante azionamento delle valvole servocomandate. In sostanza, è stato realizzato un sistema flottante che gestisce in continuo l’accensione del numero di caldaie, mantenendone un numero minimo sempre in funzione e modulando l’apporto ulteriore quando necessario, graduando perciò la temperatura del circuito primario entro un range massimale. A valle, ciascun circuito di zona può disporre di propria temperatura indipendente, con l’ulteriore regolazione locale per locale affidata alle valvole termostatiche. Sul display è possibile la lettura degli stati del sistema e delle programmazioni in essere, riconoscendo l’intero comportamento termico del complesso (figura 9.10).

Figura 9.10 – Le centraline di regolazione climatica preesistenti sono state inserite nel nuovo quadro comandi e subordinate al sistema di controllo digitale a microprocessori (Honeywell). Si può notare nella parte alta del quadro il selettore per impostare o modificare le sequenze, con il display ove si visualizzano le scelte operate e gli stati dell’impianto.

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Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

9.4.4 Consuntivi del periodo 1982-1996 Per concludere l’operazione sono stati confrontati i consumi pluriennali di gas, rilevati in collaborazione con la direzione dell’Accademia Filarmonica di Verona, trascritti nella tabella 9.3 e illustrati nel grafico di figura 9.11 da confrontare con quello di figura 9.12. Si può notare come i consumi medesimi siano progressivamente aumentati fino ai primi anni ’90, risentendo soltanto casualmente dell’andamento meteorologico. Si avverte anche il beneficio degli altri provvedimenti adottati per il risparmio di energia, come l’installazione di nuovi serramenti con vetrocamera (1992) e delle valvole termostatiche a servizio di Tabella 9.3 – Andamento dei consumi nel decennio precedente l’intervento. Stagione Consumo Correzione Correzione Nm3 gas climatica carico

82-83 83-84 84-85 85-86 86-87 87-88 88-89 89-90 90-91 91-92 92-93 93-94 94-95 95-96

41.991 42.952 44.510 45.540 43.819 43.929 50.156 49.553 47.970 51.172 50.547 47.837 42.586 30.839

0,977 1,035 1,023 1,012 1,103 0,895 0,988 0,971 1,021 1,064 1,000 0,932 0,903 1,027

1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,962

Consumo norma- lizzato 41.014 44.467 45.528 46.070 48.320 39.315 49.573 48.113 48.974 54.464 50.547 44.592 38.443 30.461

Variazione % Variazione % su stagione media 1992-93 1990-95 –18,86% –12,03% –9,93% –8,86% –4,41% –22,22% –1,93% –4,82% –3,11% 7,75% 0,00% –11,78% –23,95% –39,74%

3,31% 14,89% 6,63% –5,93% –18,90% –35,74%

20,00% 10,00% 82-83 0,00%

83-84 84-85 85-86 86-87 87-88 88-89 89-90 90-91 91-92 92-93 93-94 94-95 95-96

-10,00% -20,00% -30,00% -40,00% -50,00%

Figura 9.11 – Andamento dei consumi assumendo come stagione campione l’inverno 1992-93.

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Esempio di intervento in una ristrutturazione

ogni radiatore (1993). Si nota peraltro la flessione nei consumi in corrispondenza delle due stagioni più favorevoli (1987-88 e 1994-95). È stato tenuto conto, per un raffronto corretto, di come l’esercizio 1995-96 sia stato favorito dal minor carico dovuto allo stacco di un circuito, che ha comportato un minor fabbisogno annuo valutato in 37.559 MJ. D’altra parte il servizio agli utenti nell’ultimo esercizio considerato è risultato notevolmente migliorato sia per le temperature in ambiente, più confortevoli specialmente al piano attico, sia per l’assenza di interruzioni per cause diverse, che prima degli interventi descritti risultavano frequenti. L’altro fattore che può avere inciso sul risultato definitivo, l’andamento climatico, viene comparato tramite l’elaborazione dei dati meteorologici che l’Aeronautica Militare ha reso cortesemente disponibili. Per un confronto completo dei consumi dell’intero periodo 1982-1996 si è assunta come riferimento la stagione 1992-93 in quanto si riscontrano 2338 GG, pari alla media di tutto il periodo: rapportandosi a tale stagione campione si sono ricavate le variazioni percentuali dei consumi (figura 9.11 e penultima colonna di destra della tabella 9.3). Altra valutazione percentuale è stata eseguita assumendo come base il consumo medio annuale del quinquennio 1990-95. I numeri mostrano quali effetti reali è possibile garantire mediante l’applicazione dei princìpi della legge 10/91 e dei metodi del Dpr 412/93. Infatti, il calcolo assicurava un minor consumo percentuale del 18%, se si fosse rinnovata la centrale termica con le sue regolazioni, mentre il consuntivo dimostra una diminuzione dei consumi del 20,76% fra l’ultimo esercizio e il precedente, ma la variazione in meno è di ben 35,74% rispetto alla media dell’ultimo quinquennio. Va detto senz’altro che tutte le tecniche intraprese hanno contribuito al risultato complessivo, come si fosse trattato di un gioco di squadra in cui hanno svolto il proprio ruolo l’adozione dei vetricamera, le valvole termosensibili sui radiatori, le regolazioni climatiche, l’informatizzazione del sistema di cascata dei gruppi termici e l’alto rendimento dei generatori di calore ottenuto sia a pieno regime sia a carico ridotto. Meglio ancora si potrebbe fare ora, a distanza di pochi anni, constatati i risultati ottenibili con le caldaie a condensazione. Va considerato infine che è abbastanza raro, e qui ne abbiamo una eccezionale controprova, poter contare sull’ampia raccolta dei dati di consumo, praticata in questo caso dalla direzione dell’Accademia, dati messi poi in correlazione con quelli meteorologici che l’Aeronautica Militare ha messo a sua volta a disposizione. 9.4.5 Gradi giorno reali e consumi Nell’eseguire il raffronto dei consumi dell’edificio considerato nell’esempio sino a qui descritto è stato necessario poter disporre sia dei dati certi del combustibile consumato, sia dell’andamento climatico esterno, sia delle condizioni interne. Vi sono variabili climatiche non computabili, come la ventilazione esterna e l’insolazione, che necessariamente vanno fatte semplicisticamente rientrare nel più grosso bilancio rappresentato dall’andamento delle temperature. 325 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

L’unica via percorribile per la valutazione delle condizioni termiche invernali di Verona è stata individuata nel rilevamento sistematico delle temperature esterne, scegliendo l’arco temporale dal 1980 al 1996, che copre interamente i dati di consumo disponibili (1982-1996). Si è fatto ricorso alla cortesia e disponibilità del Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare che ha reso noti in formato elettronico i propri rilievi e le osservazioni triorarie per il periodo 1980-1994 relativamente alla vicina stazione aeroportuale di Villafranca. Per il successivo periodo 1994-96 si sono invece reperiti per la stessa Stazione i valori di temperatura massima e minima di ciascun giorno. Il tutto è stato elaborato e riportato nella tabella 9.4 e nel grafico di figura 9.12.

Tabella 9.4 – Gradi giorno a Verona nel periodo 1980-1996: nella colonna A, i dati calcolati in base ai rilevamenti triorari dal 1980 al 1994 e per analogia i successivi; nella colonna B, i dati ricavati sulla base delle sole temperature minima e massima giornaliera, dati disponibili anche per il periodo 1994-96; nella colonna C, i gradi giorno di Verona ricavati proporzionalmente sulla base della differenza tabellata dal Dpr 412/93 fra i gradi giorno di Villafranca e rispettivamente di Verona; nella colonna D, la variazione riferita alla media.

Stagione

A B C D GG a Villafranca GG a Villafranca GG a Verona Variazione (rilievi triorari) (min-max) (dati desunti) riferita alla media

80-81 2645 2609 81-82 2685 2652 82-83 2520 2479 83-84 2671 2644 84-85 2639 2617 85-86 2610 2612 86-87 2845 2791 87-88 2309 2297 88-89 2550 2450 89-90 2505 2456 90-91 2634 2457 91-92 2746 2681 92-93 2580 2547 93-94 2405 2381 94-95 2329 2291 95-96 2649 2606 Media 2583 Dpr 412/93 2282

2397 2433 2284 2421 2392 2365 2578 2092 2311 2270 2387 2488 2338 2179 2111 2401

2,4% 3,8% -2,5% 3,3% 2,1% 1,0% 9,2% -11,9% -1,3% -3,1% 2,0% 5,9% -0,1% -7,4% -10,9% 2,5%

2340 2068

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Esempio di intervento in una ristrutturazione

2900 2800 2700 2600 2500

Villafranca: dati calcolati

2400

Verona: dati desunti Verona: media dei GG

2300

Verona: GG secondo D.P.R. 412/93

2200 2100 2000 80-81 81-82 82-83 83-84 84-85 85-86 86-87 87-88 88-89 89-90 90-91 91-92 92-93 93-94 94-95 95-96

Figura 9.12 – Grafico dell’andamento climatico con i dati calcolati per la stazione di Villafranca e i dati desunti per la città di Verona.

Si è proceduto su database al calcolo delle sole differenze positive fra la temperatura esterna e quella interna di +20 °C nell’arco di 183 giorni per le sedici stagioni invernali considerate. Si è notato che Villafranca, in zona climatica E, è caratterizzata da 2282 gradi giorno secondo Dpr 412/93, mentre Verona è classificata in zona D con 2068 GG. Si è anche constatato che, di fatto, la città scaligera è considerata in zona climatica E quanto a calendario di riscaldamento, fatto questo che avvalora le misurazioni e i risultati del calcolo riportati in tabella 9.4. Nella stessa sono indicati per Villafranca, nella colonna A, i dati calcolati in base ai rilevamenti triorari dal 1980 al 1994, mentre nella colonna B sono elencati i dati ricavati sulla base delle sole temperature minima e massima giornaliera, dati disponibili anche per il periodo 1994-96. Si è notato che le differenze fra i gradi giorno delle colonne A e B risultano percentualmente costanti e da ciò si sono ricavati i due dati mancanti per Villafranca nel periodo 1994-96. Si è poi accettata la differenza tabellata dal Dpr 412/93 fra i gradi giorno rispettivamente di Villafranca e di Verona e proporzionalmente sono stati ricavati i gradi giorno per quest’ultima località (colonna C). Nella colonna D, infine, si sono riportate le differenze percentuali di ciascuna stagione rispetto ai gradi giorno medi, valore di 2340 calcolato secondo la procedura descritta, 13% in più, fatti 100 i 2068 GG del Dpr 412/93. Tutti i dati sono rappresentati nel grafico di figura 9.12, che visualizza l’andamento climatico nell’arco di tre lustri e consente alcune considerazioni. 327 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

Innanzi tutto si possono individuare le invernate rigide, come 1986-87 e 1991-92, e quelle più miti, come 1987-88 e 1994-95. Si può constatare la stretta conseguenza fra le une e le altre e anche una tendenza, molto generica, all’aumento delle temperature dell’aria esterna (riduzione dei gradi giorno). Di qui a poter affermare che le medie decennali sono in fase di mutamento il passo non è breve, tenuto conto di cicli climatici pluriennali che è ben difficile poter catalogare e che potrebbero smentire ogni tipo di previsione o di considerazione. Ci si sofferma piuttosto sul fatto più appariscente: i gradi giorno rilevati di Villafranca, e per analogia quelli desunti per Verona, sono di un bel po’ superiori a quelli indicati nell’allegato A del Dpr 412/93. Nella sola stagione invernale 1987-88, la più mite del periodo, i dati coincidono, mentre per il tempo restante si registrano valori costantemente, e in qualche caso notevolmente, più alti. Effettuato un controllo su base quinquennale per un’altra località, si sono trovate differenze consistenti. In quel caso si è trattato di Azzano Decimo (PN), con 2552 GG secondo Dpr 412/93. I dati rilevati con apposito strumento nel quinquennio 1988-93 indicavano una differenza in meno dell’ordine dell’8% (dato medio: 2300 GG). Per poter progredire nella nostra arte termotecnica, appare necessario non soltanto segnalare su queste pagine quanto risulta, bensì anche pretendere da chi ne ha il compito il monitoraggio dell’andamento dei gradi giorno almeno in alcune località campione, provvedendo alla pubblicazione periodica dei risultati acquisiti espressi in numeri di facile accesso e l’aggiornamento delle tabelle quando necessario. Si può concludere, per quanto riguarda l’intervento nel suo insieme, che il minor consumo, calcolato in fase di progetto nel 18%, si è realizzato invece nella misura ben più confortante del 35,74%.

9.5 Efficienza energetica e architettura bioclimatica in un nuovo ospedale Impegnarsi nello studio e nell’applicazione del Piano Energetico Nazionale e della legge 10/1991 produce inevitabilmente un ampliamento degli orizzonti e così, dopo aver sviscerato il progetto dell’impianto di riscaldamento di un piccolo edificio abitativo in montagna, viene proposto al lettore un esempio di ben diversa dimensione e complessità. Si tratta di una sintesi del progetto preliminare del nuovo ospedale Santa Maria degli Angeli di Pordenone, un insediamento che nasce libero da vincoli edilizi, ma nel riconoscimento dei problemi che affliggono i grandi complessi e gli ospedali soprattutto. Qui non si tratta soltanto di riscaldamento ambientale, ché anzi i locali di un moderno ospedale sono per massima parte serviti da impianti di climatizzazione integrale a funzionamento continuo, bensì dell’efficienza energetica complessiva essendo coinvolti diversi servizi termici, caldo e freddo, riuniti nella centrale idrotermoelettrica, il cui progetto funzionale si sviluppa lungo direttrici diverse, intimamente interconnesse. Si analizzano per prime tutte le componenti che possono comportare alterazioni nell’inquinamento dell’ambiente e si inizia dall’approvvigionamento d’acqua, perseguendo sia il 328 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Efficienza energetica e architettura bioclimatica in un nuovo ospedale

Figura 9.13 – Il costruendo ospedale Santa Maria degli Angeli di Pordenone visto da Sudovest, con le Prealpi Carniche verso Nord. Il bozzetto è dell’architetto Remigio Masobello.

corretto utilizzo delle risorse idriche, sia il comportamento termico dell’edificio nella sua genuina modernità, intimamente legato com’è all’approvvigionamento di energia e all’architettura propria. L’insieme risponderà a criteri fra loro intimamente legati per funzione bioclimatica e per efficienza energetica puntuale e complessiva. Collocare sulla planimetria del luogo un nuovo edificio comporta una ricerca, tutto sommato facile, del giusto orientamento che di per sé consente di minimizzare il dispendio di energia, a mente delle indicazioni proposte nella figura 7.16. La figura 9.13 è una rappresentazione del nuovo complesso ospedaliero correttamente orientato verso Sud in accordo con il Dlgs 19.8.2005 n. 192, appositamente integrato dall’art. 4 del Dlgs 29.12.2006 n. 311; infatti, al comma 5 bis dell’art. 9 si legge che è affidato alle regioni e province autonome il compito di dare indicazioni in ordine all’orientamento e alla conformazione degli edifici da realizzare per massimizzare lo sfruttamento della radiazione solare per rendere efficace l’utilizzo delle fonti rinnovabili. Orientare in questo senso l’attuale progetto ha avuto il significato perciò di confermare una cultura urbanistica antica, proveniente dalla civiltà latina, volta ad assicurare al tessuto urbano in via di sviluppo una fondamentale tutela fissata fin dai tempi: il diritto al sole, ancorato all’allineamento sugli assi cardinali e alla limitazione dell’altezza degli edifici, con gran vantaggio anche nella protezione dai terremoti. 329 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

La felice scelta ha fatto seguito a quella basilare: il nuovo insediamento ospedaliero si appoggia su terreni discosti dalle aree alluvionali e ricchi delle acque del sottosuolo. È questa l’impostazione più adatta alla raccolta dell’energia solare, sia sotto la forma diretta, denominata bioclimatica, sia per riscaldamento invernale e produzione acqua calda sanitaria con collettori solari, sia per le funzioni termiche estive per azionare gruppi frigoriferi ad assorbimento. Un importante contributo viene poi dato dalla cogenerazione: il dimensionamento della potenza installata viene concepito per impegnare la produzione contemporanea di energia elettrica e, sul versante termico, di calore, per assicurare la copertura dei fabbisogni nelle fasi di consumo minimale. Sul versante elettrico tutta l’energia prodotta dalla cogenerazione verrà utilizzata [4]. Ampio spazio viene riservato al solare fotovoltaico: i parcheggi per il pubblico verranno infatti attrezzati con speciali strutture di sostegno portanti i pannelli solari fotovoltaici, a copertura e ombreggio di tutta l’area, producendo circa il 10% del fabbisogno energetico dell’ospedale. La figura 9.14 è ricavata da un programma di analisi delle ombre che è stato dedicato allo studio del comportamento dell’edificio nella relazione con la sfera solare, sia nell’arco diurno, sia nell’intero arco annuale.

Figura 9.14 – Vista prospettica del complesso ospedaliero con la facciata Sud concepita come un grande collettore solare termico verticale che privilegia la raccolta di energia in pieno inverno. Le falde Sud dei grandi box impiantistici sopra le coperture sono anch’esse integrate da collettori solari termici con funzione di riscaldamento e di cogenerazione nelle quattro stagioni. Verso Nord i parcheggi per il pubblico con celle fotovoltaiche preposte all’ombreggio. L’immagine è ricavata dallo studio delle ombre e rappresenta la situazione alle ore 14.00 del 21 novembre, o del 21 gennaio se lo si vuole.

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Efficienza energetica e architettura bioclimatica in un nuovo ospedale

9.5.1 Il motivo progettuale dominante Da un lato la società umana richiede servizi ineccepibili nei luoghi di cura, come per esempio il condizionamento dell’aria esteso a tutti gli ambienti, ma d’altro lato ogni cittadino propugna l’indispensabile contenimento dei consumi di energia in uno con la tutela dell’ambiente naturale a beneficio della collettività e specialmente a tutela diretta dell’ambiente sanitario. Non si tratta dunque soltanto di estendere servizi per un benessere immediato, bensì di sviluppare la consapevolezza del mutamento sostanziale che la nuova generazione invita a praticare. L’impegno di accostarsi alla massima efficienza energetica ha tenuto conto dunque della necessità di attrezzare tutto l’ambiente ospedaliero con sistemi di climatizzazione per garantire alla persona comfort termoacustico e controllo dell’umidità, oltre all’afflusso controllato di aria di rinnovo. Si tratta di un traguardo raggiungibile con i sistemi progettati, ma l’estensione all’intero volume edificato dell’agire dei sistemi e dei mezzi di refrigerazione dell’acqua e dell’aria comporterebbe di pari passo l’amplificazione delle emissioni di calore nel microclima e la polluzione all’ambiente ristretto di probabili inquinanti biologici patogeni. Il fenomeno è tale da alterare il clima locale e ingenerare malattie veicolate dai sistemi impiantistici, e ciò proprio nell’ambiente ospedaliero nel quale si tende alla generalizzazione del condizionamento dell’aria per l’igiene e il benessere del paziente. Quasi ovunque viene infatti attuato il raffreddamento dei frigoriferi mediante l’azione delle torri evaporative, considerando soltanto a posteriori come le medesime siano caratterizzate dall’effetto aerosol, veicolo principale della legionellosi in una forma che ha assunto addirittura il nome di nosocomiale.3 Per poter ampliare il ricorso all’aria condizionata, come è necessario avvenga con il progredire della società, il progetto interpreta la necessità di elevare il livello di guardia attuando tecniche in sé note e collaudate, che consistono prima di tutto nel limitare al minimo i rischi dovuti all’inquinamento diretto, con ampio beneficio nel risparmio di combustibili fossili e nella tutela dell’ambiente in generale. Questo è il motivo dominante che guida l’intera progettazione, con particolare riferimento agli aspetti dell’efficienza energetica e dell’architettura bioclimatica, una progettazione articolata in diverse sezioni fortemente concatenate che riguardano i flussi idrici, l’approvvigionamento termico, la cogenerazione di energia elettrica e di calore, l’approvvigionamento frigorifero, l’utilizzo dell’energia solare, il convogliamento dei fluidi con protezione antisismica e la cura architettonica del complesso edilizio sotto gli aspetti bioclimatici. Tutte le azioni e le attività descritte si coniugano in un insieme funzionale che è rappresentato nel grafico di figura 9.15. Vi sono indicate le fonti energetiche: quelle rinnovabili come i collettori solari e quelle a fortissimo recupero di energia, come la cogenerazione, mentre si distingue l’impiego di fonti non rinnovabili, come le combustioni in caldaia, che tuttavia Linee guida per la prevenzione e il controllo della legionellosi. Accordo 4 aprile 2000 nella Conferenza permanente per i rapporti tra Stato, regioni e province autonome. 3

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Figura 9.15 – Dinamica dei flussi di energia: sono evidenziate in rosso le fonti fossili e in verde le rinnovabili. Vi sono anche approvvigionamenti, trasformazioni e scambi a due colori laddove le fonti di energia si integrano vicendevolmente. La colonna di destra indica tutti i servizi forniti.

Capitolo 9 Aspetti generali ed esempi

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Efficienza energetica e architettura bioclimatica in un nuovo ospedale

vengono ancor meglio curate limitando la loro capacità inquinante, ottenendo con ciò le più elevate prestazioni di efficienza. Le caldaie ad acqua funzioneranno a condensazione e per le caldaie a vapore verrà elevata la funzione degli economizzatori con preriscaldamento dell’aria comburente. Queste ultime verranno dedicate soltanto al servizio sterilizzazione, agli usi di cucina e, in pieno inverno, all’umidificazione controllata degli ambienti. 9.5.2 I servizi idrici per il consumo umano, per servizio e per il raffreddamento Per poter rispettare i criteri progettuali sopra richiamati si rende necessario innanzi tutto impiegare al meglio la risorsa idrica, limitando al minimo indispensabile l’impiego di acqua per uso umano, riservato ai lavabo, alle docce, ai bidè e a qualunque altro uso a contatto con l’individuo. Se ne evita l’utilizzo per lavaggi in genere, per annaffiamento e per wc e lavapadelle, riducendo così del 50% il prelievo dall’acquedotto potabile. L’acqua, fredda e calda, destinata ai lavabi, alle docce, agli usi di cucina e ad altri usi tecnologici verrà fornita da due acquedotti separati, con adduzione a reciproca riserva. Attraverserà un sistema di filtrazione molecolare e di trattamento con biossido di cloro antilegionella sorvegliato in continuo da monitoraggio con segnale regolatore dal campo utenza. Un’apposita derivazione, a valle della filtrazione preliminare, verrà soggetta a trattamenti di addolcimento a osmosi e alimenterà, entro tubazioni in acciaio inossidabile, gli apparecchi per la produzione di vapore di sterilizzazione e per l’umidificazione degli ambienti, i pacchi evaporatori per il raffreddamento adiabatico nelle unità di trattamento aria dei reparti, l’apporto per addolcimento dell’acqua avviata ai serbatoi scaldacqua e altre specifiche esigenze, come l’alimentazione delle caldaie a vapore e il caricamento degli impianti termici e frigoriferi. Dagli accertamenti eseguiti, la pressione utile dell’acquedotto urbano risulta insufficiente rispetto alla quota altimetrica degli edifici da servire, il che implica l’adozione di gruppi di sollevamento che garantiscano la pressione utile di almeno 100 kPa in qualunque punto di spillamento, inclusi idrantini e naspi antincendio. Si provvede pertanto alla sopraelevazione idrica con sistemi che non possano ostacolare il flusso diretto, provvedendo tuttavia al pompaggio con una terna di elettropompe con inverter a reciproca riserva attiva, per il mantenimento di un livello di pressione costante, seppur regolabile per taratura iniziale. Recepita nel progetto l’adozione delle misure necessarie all’eliminazione degli sprechi e alla riduzione dei consumi d’acqua, ci si trova a dover fronteggiare in maniera decisa la preoccupazione per il diffondersi di malattie, come la legionellosi, che si manifestano specialmente negli edifici ospedalieri, il cui principale veicolo è riconosciuto nell’effondersi di acqua nebulizzata dai sistemi di raffreddamento evaporativi o dalle molteplici apparecchiature impiantistiche per il condizionamento dell’aria, caratterizzate dalla presenza di bacinelle di raccolta con acqua stagnante e altro. Si è previsto per questo di realizzare nel nuovo ospedale un secondo acquedotto interno, oltre a quello per uso umano, destinando l’acquedotto di servizio al raffreddamento dei condensatori nei cicli frigoriferi mediante scambio con acqua proveniente dal sottosuolo, così elevando sostanzialmente il rendimento dei cicli frigoriferi medesimi e abbattendo la rumorosità dei sistemi. In sequenza l’acqua, sfruttata nel raffreddamento, verrà avviata 333 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

almeno in parte ai servizi igienici nei quali sia escluso il contatto con il corpo umano, come l’adduzione idrica alle cassette di vasi, orinatoi e lavapadelle, lavaggi esterni all’edificio, annaffiamento dei giardini e altri analoghi. Verrà acquisita la fornitura di acqua greggia, che entrerà in ciclo alla temperatura di 14 °C, da destinare alla sequenza dei servizi nominati, sfruttando perciò questo liquido a basso costo in osservanza dell’art. 146, lettera c), del Dlgs 3.4.2006 n. 152 e della UNI 9182 del 1987, considerando che gli usi diversi dal consumo umano sono consentiti nei limiti in cui le risorse idriche siano sufficienti e a condizione che non ne pregiudichino la qualità. Il sottosuolo, nella zona ove si va insediando il nuovo ospedale, è ricchissimo d’acqua con acquiferi a differenti profondità, ma vi sono notevoli limitazioni burocratiche alla possibilità di prelievo mediante infissione/trivellazione di pozzi propri, perciò si deve soprassedere in questa fase a tali prelievi propri e diretti, da considerare quale prospettiva proiettata nel tempo. Si dovrà, per ora, ricorrere all’Ente gestore dell’acquedotto locale che potrà fornire a prezzi ridotti acqua greggia, non trattata, con portata elevata nelle ore notturne, immessa in due vasche adiacenti e intercomunicanti dalle quali preleverà un sistema di pompaggio e pressurizzazione per alimentare la rete idrica di servizio, mantenuta costantemente a pressione medio-alta (8 bar). La capacità delle vasche è stata ricavata nell’ipotesi di rifornimento differenziato da parte dell’ente acquedotto nel corso delle 24 ore, privilegiando la consegna nelle ore notturne e rispondendo così a un’esigenza della città. I prelievi d’acqua di raffreddamento, svolta la propria funzione primaria, alimenteranno in cascata l’acquedotto interno di servizio, con portate d’acqua variabili, considerando l’adduzione dell’acqua greggia alla temperatura di 14 °C, già in grado di assicurare il parziale smaltimento del calore sensibile ambiente durante l’estate. L’ipotesi di arresto del servizio “acqua greggia” da parte dell’ente acquedotto consiglia l’adozione di almeno una torre evaporativa, da installare sopra la copertura dell’edificio centrale termica, in grado di far fronte in esercizio indipendente al raffreddamento dei gruppi frigoriferi nelle condizioni di massimo carico. L’acqua di servizio potrà inoltre essere immessa, previe manovre in posizione facilmente accessibile, nella rete antincendio quale alternativa di emergenza all’alimentazione diretta. 9.5.3 Energia e architettura Dal punto di vista bioclimatico, trattasi di edifici a forma di parallelepipedo con minimizzazione del rapporto S/V, privi di sporti o rientri, perfettamente orientati sull’asse meridiano. Verso le estremità sono attestati ambienti “cuscinetto”, come scale e locali di servizio, dalle limitate esigenze di climatizzazione. Anche le dispersioni e le rientrate termiche dal solaio di copertura vengono limitate dagli isolamenti coibenti e dalla protezione di sovrastrutture di copertura dedicate all’impiantistica, che costituiscono in sé protezione termica. L’involucro opaco si compone di pareti in laterizio interne che danno sostanza alla massa inerziale dedicata alla riduzione degli effetti di variabilità su tutte le esposizioni e gli orientamenti. L’elevato fattore di sfasamento riduce gli effetti del passaggio del sole, mentre il 334 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

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basso valore transitorio limita l’effetto notturno di raffreddamento nel periodo invernale. La massa verrà protetta termicamente dal cappotto in lana di vetro di forte spessore, con trasmittanza unitaria complessiva di 0,20-0,22 W/m2K, considerati anche i ponti termici, seppur minimi o trascurabili. La forma dei serramenti corrisponde al quadrato, cioè al minimo perimetro esposto in rapporto alla superficie trasparente. I serramenti stessi sono a forte taglio termico con vetrocamera, complessivamente di elevata efficienza energetica rappresentata dalla trasmittanza unitaria complessiva di 1,60 W/m2K. L’utilizzo passivo del calore solare si concretizza nella facoltà di captazione attraverso i serramenti, da privilegiare negli orari utili, e nel relativo assorbimento del calore captato da parte delle masse murarie poste all’interno delle pareti esposte, il tutto favorito dall’interazione fra tali masse e il sistema di riscaldamento o raffreddamento radiante realizzato nella controsoffittatura. Per motivi di igiene degli ambienti abitati, con determinazione fissata da norme, i locali di cura e degenza sono interessati da rinnovo d’aria integrale. L’aria immessa viene espulsa, in analoga quantità, attraversando recuperatori di calore ad alta efficienza (oltre 55% del contenuto termico). 9.5.4 Minimo impatto termico Tutto il sistema impiantistico si basa sulla distribuzione di fluidi a basso salto termico rispetto all’ambiente da servire. Infatti l’anello di riscaldamento generale, che negli ospedali è in funzione tutto l’anno per diverse esigenze (sale operatorie e altri servizi), funzionerà d’estate e nelle mezze stagioni a 65-35 °C e d’inverno, soltanto nelle condizioni limite, si porterà a 80-50 °C con tendenza automatica a rientrare alle condizioni ridotte di cui sopra. Dal canto suo l’anello di acqua refrigerata opererà a regime di non condensazione essendo dedicato a compensare soltanto lo smaltimento in ambiente di calore sensibile, lasciando a mezzi localizzati il compito della deumidificazione (sistemi ad assorbimento chimico o a pompa di calore). Funzionerà a 18-14 °C tutto l’anno usufruendo per gran parte del raffreddamento diretto da acqua di falda, il che eviterà la diffusione nell’ambiente esterno di vapori che vengono, nell’uso comune, emessi dalle torri evaporative, veicoli come s’è detto della propagazione di microrganismi patogeni. 9.5.5 Utilizzo dell’energia solare Il progetto prevede l’utilizzo dell’energia solare termica e del calore del raffreddamento della cogenerazione per diversi utilizzi contemporanei o alternativi, quali il riscaldamento invernale con sistema radiante dell’intero edificio, il riscaldamento dell’aria di rinnovo agli ambienti, il postriscaldamento estivo dopo deumidificazione, il riscaldamento o preriscaldamento dell’acqua calda sanitaria. È progettata la costruzione della parete solarizzata integrata nell’intera facciata Sud dell’edificio degenze: un complesso di 588 collettori solari piani della superficie captante utile di circa 1100 m2 per una potenza termica utile di progetto di 545.000 W. Il calore raccolto verrà utilizzato principalmente per il riscaldamento radiante di tutti gli ambienti e per la preparazione dell’acqua calda sanitaria, riversando 335 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

l’eventuale residuo nell’anello principale di riscaldamento, tenuto a bassa temperatura anche a questo scopo. Le figure 9.16, 9.17 e 9.18 rappresentano una parte dell’impianto solare integrato nella parete Sud e alcuni particolari che compongono l’insieme. Almeno una falda inclinata a Sud di 36° sull’orizzontale, a copertura dei vani tecnici di ciascun corpo edilizio, alloggerà superfici di raccolta solare per un complesso di 882 collettori solari piani della superficie captante utile di circa 1630 m2 per una potenza termica utile di progetto di 1.050.000 W. Il calore raccolto verrà utilizzato principalmente per i cicli di riscaldamento estivo degli assorbitori a bordo delle unità di trattamento dell’aria, oltre che per il riscaldamento radiante di tutti gli ambienti e per la preparazione dell’acqua calda sanitaria, riversando anche in questo caso l’eventuale residuo nell’anello principale di riscaldamento. La figura 9.14 dà rappresentazione anche delle schiere di collettori solari termici installati sulle falde delle coperture degli edifici, oltre che sulla parete verticale dell’edificio degenze, cui alla figura 9.16.

Figura 9.16 – La parete Sud del corpo principale viene integralmente solarizzata. La figura rappresenta una parte dell’impianto di captazione della superficie utile complessiva di 1100 m2.

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Schiera modulare composta da 7 collettori solari piani. Dimensioni nominali 7800 x 2018 x 89 1016

∼ 98

∼ 1114

7800 Quote in mm

Figura 9.17 – La parete si compone di 84 schiere modulari ciascuna comprendente sette collettori solari piani.

Valvola di intercettazione DN 32 a passaggio totale Flessibile PN 16 DN 32 a passaggio totale

Flessibile PN 16 DN 32 a passaggio totale

Flessibile PN 16 DN 20 a passaggio totale

Flessibile PN 16 DN 20 a passaggio totale Valvola di intercettazione DN 32 a passaggio totale Flessibile PN 16 DN 32 a passaggio totale

Figura 9.18 – Una colonna dell’impianto solare cui alla figura 9.16, composta da più schiere modulari e collegata elasticamente alla rete principale con raccordi flessibili PN16 tali da assecondare sia le dilatazioni, sia le sollecitazioni sismiche.

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7

21

126

252

882

6

Blocco Ovest

7

21

378

Totale sulle falde

6

Blocco Est

7

21

N. collettori N. collettori solari solari per ogni per edificio colonna e totale

126

12

Monoblocco centrale

7

N. collettori solari per ogni schiera

21

18

N. colonne di n. 3 schiere modulari

Edificio degenze

Falda

1633,47

233,35

233,35

466,70

700,07

46,8

46,8

93,6

140,4

6,50

6,50

6,50

6,50





Dimensioni lorde della superficie solarizzata l · h (m)

1051,8

151,7

151,7

303,4

455,0

Superficie Potenza captante di picco utile (m2) (kW)

Tabella 9.5 – Composizione delle schiere di collettori solari termici integrati nelle coperture a falda dei box roof-top.

Capitolo 9 Aspetti generali ed esempi

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La composizione delle schiere integrate sulle falde di copertura dei quattro edifici principali, destinate a coprire i box che ospiteranno le unità di trattamento dell’aria e altre collocazioni impiantistiche, è riassunta schematicamente alla tabella 9.5, che considera nel dettaglio le quattro superfici di raccolta solare. Verso Nord è previsto lo spazio per i parcheggi riservati al pubblico che sono predisposti all’installazione di strutture di sostegno di pannelli solari fotovoltaici a copertura e ombreggio di tutta l’area indicata. L’impianto sarà in grado di raggiungere la potenza di picco di 680 kW circa con produttività di 703 MWh/anno, prossimo al 10% del fabbisogno dell’ospedale. Si tratterà dunque di un impianto destinato all’autoconsumo. 9.5.6 Cogenerazione e raffreddamento Un secondo impianto di cui viene dotato l’ospedale è costituito dal sistema di cogenerazione, di potenza termica 1063 kW, pari a circa il 50% del fabbisogno del complesso (in termini di energia), tenuto conto delle condizioni di esercizio che possono essere variabili. La concomitanza di esercizio dei due impianti, fotovoltaico e cogeneratore, non influisce sulle prestazioni del cogeneratore stesso, essendo il generatore fotovoltaico collegabile alla rete cittadina in scambio. Il fabbisogno estivo di energia elettrica, altrimenti a carico della rete urbana, viene decurtato di circa il 65% grazie all’adozione di un sistema di raffreddamento ad assorbimento che richiede calore per alimentare il ciclo e quindi permette l’utilizzo del cogeneratore a pieno regime, salvo i momenti di riduzione del fabbisogno giornaliero caratteristico delle mezze stagioni. Al tempo stesso si riduce il fabbisogno di energia elettrica per alimentare i gruppi refrigeratori di tipo centrifugo che, per scelta progettuale connessa alla deumidificazione ad assorbimento adiabatico o a pompa di calore, devono sopperire al solo carico frigorifero sensibile lasciando il latente nella gestione di sistemi localizzati. La potenza frigorifera viene inoltre ridotta dall’utilizzo diretto dell’acqua di servizio, alla quale è affidato anche il compito del preraffreddamento. Anche il pilotaggio free-cooling delle unità di trattamento dell’aria svolge un ruolo non secondario nella riduzione dei consumi. 9.5.7 Acqua calda sanitaria Il progetto prevede l’utilizzo dell’energia solare termica e del calore di raffreddamento del cogeneratore anche per la produzione di acqua calda sanitaria durante tutto l’arco dell’anno, con le diverse grandi superfici di captazione delle quali quella verticale privilegia gli utilizzi invernali, mentre le quattro inclinate assicurano i migliori risultati medio stagionali ed estivi. Per la valutazione dei fabbisogni ci si è basati sui dati tabellari disponibili e sul monitoraggio eseguito per iniziativa dell’autore nel novembre 1998 relativamente all’ospedale esistente, dati confrontati con l’esperienza e con la bibliografia acquisita. Il consumo all’ospedale di Pordenone è risultato, nella media giornaliera, di 97.000 litri alla temperatura in rete di 50 °C, portata media giornaliera di 4000 l/h con punte istantanee di 12.000 l/h e massimi giornalieri di 115.000 litri. 339 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

L’attuale progetto considera la preparazione di acqua calda alla temperatura di 60 °C, ritenuta corretta per escludere la presenza della Legionella pneumofila, ma anche la massima per evitare incrostazioni e corrosioni dei serbatoi, degli scambiatori e delle reti di distribuzione e ricircolo. Ulteriore attenzione, dopo aver affrontato il problema all’origine con la filtrazione molecolare antilegionella, viene dedicata all’eventuale rischio residuo. Su questo argomento, esaminati gli atti della Conferenza permanente Stato-Regioni sintetizzati nell’accordo 4 aprile 2000, si è accettata la raccomandazione di lasciar raggiungere continuativamente nei serbatoi scaldacqua la temperatura di sicurezza di 60 °C, sufficiente a garantire l’ulteriore difesa che si estenderà all’intera rete di distribuzione e all’anello di ricircolo. Gli scaldacqua saranno riscaldati da uno scambiatore “solare” che apporterà energia in condizioni variabili di temperatura. Questo sarà alimentato da un circuito separato e indipendente che garantirà un preriscaldamento dell’acqua qualunque sia l’entità della radiazione solare acquisibile, incontrando lo strato più freddo del recipiente che, si rammenta, è ad asse verticale (figura 7.35). Concettualmente a valle di tale primo scambiatore vi sarà uno scambiatore alimentato dall’anello di centrale che potrà consentire, in ogni condizione, il raggiungimento della temperatura di 60 °C all’acqua da erogare alle condizioni igieniche antilegionella, come sopra detto. Considerando i valori energetici e le temperature in gioco, si può ritenere che la produzione dell’acqua calda sanitaria possa risultare soddisfatta durante l’arco dell’anno per almeno il 70% del fabbisogno complessivo utilizzando le fonti rinnovabili, considerando che la potenza complessiva del solare a cielo sereno è dimensionata per carichi termici tre volte maggiori da destinare anche agli altri servizi di climatizzazione. Tale valore deve costituire una soglia minima da rispettare nella progettazione esecutiva. 9.5.8 Climatizzazione degli ambienti Il servizio di climatizzazione si rivolge al comfort ambientale e riguarda tutti i locali degli edifici ospedalieri, soggetti peraltro a certificazione energetica in ossequio al decreto del ministero dello Sviluppo economico 26 giugno 2009. Obiettivo dell’insieme impiantistico dedicato alla climatizzazione è il benessere termico dell’individuo nel rispetto delle condizioni igieniche, acustiche incluse. Si rinvia alla figura 1.1 per riprendere la rappresentazione delle zone di benessere invernale ed estiva. Il benessere va considerato quale stato mentale complessivo che dipende da relazioni fisiche dirette principali quali temperatura, velocità dell’aria e umidità relativa, senza qui valutarne altre non meno importanti che fanno oggetto di differenti provvidenze e tutele edilizie e impiantistiche, quali rumore, illuminamento, sensazioni olfattive, immagini visuali e anche stati di allarme ed esigenza di salvaguardia dell’ambiente circostante. Poco intuitivo, ma importante per il comfort, è il concetto di cessione del calore corporeo per radiazione, che costituisce l’unico sistema diretto di raffreddamento controllato (che è chiamato riscaldamento). In sostanza, per valutare il riscaldamento degli ambienti ci si riferisce alla temperatura dell’aria, come ancor oggi è esplicitato nelle regole ufficiali, ma non si deve trascurare 340 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Efficienza energetica e architettura bioclimatica in un nuovo ospedale

la coesistenza dell’effetto radiante che porta al concetto di temperatura operante (vedi paragrafi 1.1.2 e 6.1.1). Si riconsidera a questo punto il limite imposto dalla legge 10/91 e dal suo regolamento, Dpr 412/93: temperatura massima dell’aria negli ambienti abitati, ospedali inclusi, è fissata nel valore di 20 °C. Nella realtà visitabile si può riscontrare che, in tutti gli ospedali senza distinzione, la temperatura dell’aria viene spesso mantenuta a valori notevolmente superiori ai 20 °C e purtroppo, fra l’altro, con l’uso frequente e incauto di stufette elettriche per integrazione localizzata del riscaldamento. Il mancato rispetto della legge porta dunque a sprechi energetici, ma specialmente all’attivazione nei locali ospedalieri, particolarmente nelle degenze, di mezzi che possono comportare rischi di folgorazione, innesco d’incendio e comunque deterioramento del microclima locale e specificamente della qualità dell’aria per l’emissione di polveri sottili (tostatura dell’aria). Il progetto considera la specificità dell’intero complesso, edificato per essere luogo di cura, e promuove la richiesta di benestare per l’assunzione di valori di temperatura confacenti con le cure delle quali ciascun paziente necessita, pertanto oltre il limite di 20 °C, considerando che le autorità medesime devono esprimersi nel merito entro 60 giorni dalla presentazione della relazione. Nonostante la suddetta precauzione, si è previsto di mantenere il rispetto dei limiti di legge e che, in ottemperanza a ciò, la temperatura dell’aria sia mantenuta ai livelli rispondenti ai 20 °C: si realizzerà un sistema radiante che provvederà a portare le superfici interne a temperature tali da consentire un benessere reale senza far salire la temperatura dell’aria. Il progetto prevede la realizzazione del riscaldamento invernale radiante nelle degenze e in altre diverse aree, considerando che lo stesso sistema radiante è attrezzato per la sottrazione estiva del calore sensibile dai medesimi locali. Peraltro è risaputo che l’umidità relativa più adatta al corpo umano è intorno al 50%, media fra il 30% e il 70% circa che sono i limiti fisici delle condizioni di benessere. Al capitolo 3, figura 3.1, si è già trattato degli effetti dannosi al corpo umano quando ci si allontana dai valori ottimali e, in assenza di umidificazione artificiale; durante la stagione invernale l’oscillazione dell’umidità nell’ambiente ospedaliero varierebbe fra il 20% e il 50% a seconda dell’andamento della temperatura esterna, a differenza di quanto accade d’estate, quando l’umidità degli ambienti interni può superare valori di oltre il 70%, determinando condizioni di disagio. Tanto più bassa è la temperatura dell’aria ambiente occupato, per esempio 20 °C, tanto più ci si manterrà naturalmente a condizioni di umidità relativa vicine a quelle ottimali. Alle esigenze di umidificazione dell’aria durante la stagione invernale si unisce l’indispensabile rinnovo d’aria negli ambienti, che deve corrispondere, secondo UNI 10339, a 11,0 l/s, cioè 40 m3/h per persona. Ciò comporta la distribuzione di aria nuova, tutta prelevata dall’esterno, il cui trattamento, molto oneroso sia dal punto di vista energetico, sia per le spese d’investimento, comprenderà d’inverno l’immissione di vapore sterile per l’umidificazione e d’estate la deumidificazione, realizzate entrambe in apposite sezioni delle unità di trattamento dell’aria. Nella progettazione esecutiva la portata d’aria, indicata come ottimale dalla norma UNI citata, verrà ulteriormente incrementata per garantire il numero orario di rinnovi d’aria secondo il Dpr 14.1.1997 in materia di requisiti strutturali, tecnologici e organizzativi minimi per l’esercizio delle attività sanitarie. 341 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

Per i locali di soggiorno, per i locali d’attesa e per altre sale mediche la portata d’aria di rinnovo potrà essere limitata a 8,5 l/s per persona, cioè circa 31 m3/h per persona, secondo UNI 10339, e comunque adeguata ai dettati del Dpr sopra citato. Gli apporti di calore sensibile ai locali verranno compensati dall’effetto di raffreddamento assicurato dal sistema radiante. L’aria esterna di rinnovo, filtrata e deumidificata, consentirà il rispetto dei requisiti fissati, mantenendo in ambiente l’umidità voluta anche nelle condizioni di presenza di persone. L’aria esterna destinata ai trattamenti per il rinnovo negli ambienti perverrà all’aspirazione delle unità di trattamento da un tunnel che preleva da una presa all’estremità orientale dell’edificio interessato, in una posizione difesa da possibili inquinamenti e specificamente da esalazioni fognarie e dalle espulsioni. Le unità di trattamento dell’aria saranno dotate di batterie di riscaldamento, di umidificazione a vapore sterile, di raffreddamento per smaltimento del calore sensibile, di deumidificazione a sorbimento chimico o ad adsorbimento con integrazione localizzata a espansione diretta, se necessario. L’ultimo trattamento consisterà nel postriscaldamento. La produzione di vapore sterile a bassa pressione avrà luogo in vani tecnici ove verranno installati evaporatori alimentati termicamente con vapore industriale proveniente dalla centrale a 10 bar, per vaporizzare acqua addolcita al massimo grado proveniente dalla centrale termica con linea a ciò dedicata. Questo servizio, nella stagione fredda, risulta estremamente oneroso e comporta consumi di energia elevatissimi. In situazioni di emergenza può essere interrotto per dare spazio all’alimentazione di altri servizi termici indispensabili, manovra che può essere svolta direttamente in centrale termica con la chiusura di una valvola in partenza dal collettore di vapore. La condensa prodotta nell’evaporatore, lato media pressione, viene integralmente recuperata e ritorna al pozzo caldo in centrale. 9.5.9 Acqua calda vettore del riscaldamento Il leitmotiv della presente progettazione porta a ridurre al minimo indispensabile la temperatura del grande anello acqua calda, principale vettore termico per i servizi di riscaldamento invernale, per l’alimentazione termica dei sistemi di deumidificazione estiva con assorbitori a raffreddamento adiabatico, per il postriscaldamento dell’aria di rinnovo e per la preparazione dell’acqua calda sanitaria. Bassa temperatura significa: • possibilità di rendimenti elevatissimi con la realizzazione del fenomeno della condensazione in caldaia – si può superare il 105% rispetto al potere calorifico inferiore per quasi tutto l’anno; • limitati disperdimenti di calore in centrale termica e nei cicli distributivi; • massimo comfort ambientale, assicurato dai limitati salti termici fra i terminali di riscaldamento e la persona; • moderazione della temperatura rispetto al rischio di scottature, pur raggiungendo, nella produzione di acqua calda sanitaria, la temperatura sufficiente a mantenere serbatoi e impianti in regime di sterilità rispetto al rischio legionellosi. 342 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Efficienza energetica e architettura bioclimatica in un nuovo ospedale

L’esame del diagramma di flusso di figura 9.15 consente di valutare l’insieme degli equipaggiamenti che contribuiscono ai servizi termici e le rispettive interazioni. I servizi termici tipicamente invernali, alcuni dei quali attivi anche durante la stagione estiva, come il postriscaldamento nelle unità di trattamento dell’aria e la preparazione dell’acqua calda sanitaria, vengono alimentati da diverse fonti termiche, in parte denominate rinnovabili. Si possono elencare, in ordine di affidabilità e continuità del servizio, le caldaie ad acqua calda, la cogenerazione di energia elettrica e calore, l’energia solare trasformata in energia termica, i recuperi termici dall’aria di espulsione. Si esaminano ora le caldaie ad acqua calda considerando il fabbisogno termico per riscaldamento che può scorrere fra il massimo di progetto, circa 6000 kW, e il minimo di fine inverno, circa 2150. Si tiene conto altresì del margine di potenza da assegnare ai generatori e del possibile arresto per avaria o manutenzione di uno dei generatori. Viene progettato un gruppo di tre generatori destinati a funzionare in batteria o singolarmente, a reciproca riserva, di potenza termica 3250 kW ciascuno nelle condizioni di regime massima temperatura di progetto, composti da caldaie semifisse orizzontali a focolare cilindrico e tubi di fumo accoppiati a economizzatori a condensazione in acciaio inox, bruciatore a gas metano e condotto di espulsione fumaria separato. Anche per questi generatori sono previsti bruciatori di gasolio di idonee e provate caratteristiche pronti come ricambio a magazzino, carrellati, predisposti all’azione, per sostituire i bruciatori a gas nel caso di mancata disponibilità del combustibile gassoso, quest’ultimo considerato preferenziale. L’esame dei fabbisogni consente le ipotesi funzionali cui appresso, considerando l’erogazione massima istantanea che la centrale assicura nei momenti di punta invernale, calcolata, con margine del 10%, identificando i fabbisogni nelle condizioni di minima temperatura dell’ambiente esterno. La potenza termica da assegnare alla centrale, tenuto conto dei rendimenti di produzione, distribuzione e regolazione, risulta:



kW

Richiesta termica di punta

5990

Richiesta termica nelle condizioni minimali

2135

Richiesta termica per riscaldamento estivo dei frigoriferi ad assorbimento

2000

Perdite, con rendimento globale 95% Potenza termica richiesta a regime massimo

315 6305

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Capitolo 9

Aspetti generali ed esempi

Tale potenza viene fornita dai tre generatori termici a condensazione di potenza termica 3250 kW ciascuno a temperatura massima di progetto, a combustione di gas metano o, in emergenza, di gasolio, che potranno funzionare: – due in coppia sviluppando la potenza termica complessiva di – uno nella bassa stagione, a temperatura di esercizio ridotta

6500 kW 3350 kW

Viene eseguita la verifica delle condizioni di emergenza e si considera di dover far fronte all’intero carico termico nelle condizioni di progetto, escludendo l’apporto della cogenerazione (temperatura esterna –5 °C). La seguente tabella rappresenta i diversi casi di esercizio e di emergenza per avaria di un componente essenziale: Ipotesi

(kW)

(Funzionamento invernale a massimo regime)

6305

(Funzionamento estivo a massimo regime)

3350

Fermo di uno dei tre generatori: potenza erogabile

6500

Fermo di due generatori nel periodo estivo: potenza erogabile

3350

Assenza di alimentazione gas: potenza erogabile

9000

Assenza di alimentazione gasolio: potenza erogabile

9750

Si rammenta inoltre che il cogeneratore di energia elettrica e calore alimenterà di continuo i circuiti acqua calda e nella realtà farà fronte all’intero carico per lunghi periodi dell’anno. Inoltre, in caso di emergenza estrema, uno scambiatore di calore entrerà in funzione essendo collegato in batteria con le tre caldaie e con lo scambiatore del cogeneratore, alimentato quest’ultimo dalle due caldaie a vapore che dovranno limitarsi ad assicurare, soltanto nelle ore diurne, la distribuzione del vapore alla sterilizzazione e alla cucina. Questo terzo soccorso di emergenza potrà sopperire al 70% circa dell’intero carico per riscaldamento nelle ore diurne e al 95% nelle ore notturne. Nella condizione di emergenza, dunque, le due caldaie a vapore potranno tener testa, a regimi ridotti, all’intero carico termico del nosocomio, con arresto della sola umidificazione invernale. Come illustrato negli schemi delle figure 9.19 e 9.20, le caldaie ad acqua calda verranno collegate fra loro e agli scambiatori primari in un circuito denominato interno, mantenuto separato dal grande anello primario per evitare fenomeni di corrosione e depositi di ossidi nelle caldaie, fenomeni che in casi ripetuti hanno portato al repentino collasso di intere nuove centrali nel giro di pochi mesi dal primo avviamento. La batteria di caldaie ad acqua, dunque, non confluirà direttamente nel circuito di riscaldamento, limitando la prima circolazione interna a uno scambio fra caldaie e primi scambiatori, trasferendo a questi l’intera erogazione termica. 344 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Figura 9.19 – Schema della centrale termica ad acqua calda, generata sia dalle tre caldaie a condensazione, sia dal cogeneratore o, per emergenza, dalle caldaie a vapore.

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Aspetti generali ed esempi

Figura 9.20 – Schema della centrale termica a vapore.

Capitolo 9

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Bibliografia

Questa precauzione, ritenuta oggidì indispensabile per la tutela dei generatori ad acqua di notevole taglia, tende a penalizzare l’obiettivo di bassa temperatura che ci si è posti, ma il ciclo complessivo è studiato per: – il regime limite invernale di progetto che considera il circuito interno caldaie-scambiatori alla temperatura di andata-ritorno di 85-55 °C; – il corrispondente regime limite invernale di progetto che considera l’anello primario esterno che raggiungerà tutti gli scambi periferici, inclusa la produzione acqua calda sanitaria alla temperatura di andata-ritorno di 80-50 °C; – una regolazione scorrevole fra la condizione di minima temperatura esterna invernale e la situazione estiva, fino a raggiungere nel circuito interno la condizione di 70-40 °C, massimizzando l’effetto di condensazione in caldaia, la quale in tale condizione lavorerà con rendimento intorno al 107%. Il regime progettato considera l’anello primario alla temperatura di andata-ritorno di 65-35 °C, sufficiente per ogni servizio termico, compresa la preparazione dell’acqua calda sanitaria al livello scelto e la sufficienza dell’alimentazione termica degli assorbitori incorporati nelle unità di trattamento dell’aria con raffreddamento adiabatico.

Bibliografia [1] Bearzi V. et al., Manuale di energia solare, Tecniche Nuove, Milano 2009. Il capitolo 9 si occupa specificamente dell’efficienza di una cella solare. [2] Bearzi V., Licheri P., Manuale degli impianti a gas, Tecniche Nuove, Milano 2007. [3] Le nuove norme in pratica, Immergas, Reggio Emilia 2006. [4] EOS – Exposition Of Sustainability, Udine Fiere, premio Greenfactor: primo classificato Vittorio Bearzi, 13 maggio 2011.

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Capitolo

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Relazione finale e certificazione energetica Giunti al termine della progettazione si darà naturale conclusione al lavoro svolto e dunque non resta che compilare la relazione tecnica, una sintesi del lavoro medesimo rivolta sia a documentare il committente, sia al compimento dei dettati legislativi per il deposito agli uffici tecnici comunali e per acquisire la certificazione energetica dell’impianto-edificio. Gli adempimenti in proposito risultano più che gravosi, resi complicati dallo sciame di decreti emanati dal Parlamento e dal Governo nazionale, in parte per esecuzione di direttive europee e, più di recente, per espressione dei parlamentini e dei governi regionali e delle province autonome. Nonostante la legge principale, compiuti i suoi vent’anni, abbia raggiunto l’età matura, l’abbondanza delle disposizioni coercitive porta confusione e sconforto in chi deve finanziare nuove opere e in chi le deve progettare e certificare. Da queste pagine si vuol tuttavia guardare oltre tale ingarbuglio normativo augurando l’indispensabile pubblicazione di un testo unico che immetta nel Paese, fra l’altro, condizioni di parità nei diversi ambiti e sia in grado di assicurare al cittadino, destinatario di tutti gli oneri inutilmente a lui accollati, una condivisione dell’utilità reale di quanto viene per legge eseguito [1]. A questo proposito è intuibile che un testo come questo manuale possa venire superato e contraddetto da disposizioni di più recente emanazione che, con la proliferazione dei decreti, modificano le regole da un giorno all’altro. L’incoraggiamento a proseguire prende forza dalla considerazione dell’attuale realtà del costruire o del riformare gli edifici, a confronto con quanto veniva fatto tempo addietro: il comfort conseguito, la drastica riduzione dei consumi di energia e dell’inquinamento che ne deriva sono prova della buona strada che, nonostante gli ostacoli, è stata imboccata. Correggere gli errori e migliorare la procedura rimane un dovere per chi ha il compito di emanare norme, ben noto che complicare è facile, semplificare è certamente difficile [2].



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Capitolo 10

Relazione finale e certificazione energetica

10.1 La relazione tecnica conclusiva Calcoli e verifiche previsti dal coacervo delle norme devono risultare nella relazione attestante la rispondenza alle prescrizioni per il contenimento del consumo di energia degli edifici e relativi impianti termici, che, ai sensi dell’art. 28, primo comma, della legge 9 gennaio 1991 n. 10, il proprietario dell’edificio, o chi ne ha titolo, deve depositare presso le amministrazioni competenti, insieme alla denuncia dell’inizio dei lavori relativi alle opere di cui agli articoli 25 e 26 della stessa legge. Schemi e modalità di riferimento per la compilazione delle relazioni tecniche sono riportati nell’allegato E al Dlgs 192/2005. Ai fini della più estesa applicazione dell’art. 26, settimo comma, della legge 10/1991, negli enti pubblici, o meglio nei soggetti all’obbligo di cui all’art. 19 della stessa legge, tale relazione progettuale va integrata dall’attestazione di verifica sull’applicazione della norma, redatta dal responsabile per la conservazione e l’uso razionale dell’energia nominato. L’art. 4, comma 25, del Dpr 59/2009 non fa che confermare i dettati della legge. Si riporta qui di seguito lo schema di relazione tecnica attestante la rispondenza alle prescrizioni. 10.1.1 Informazioni generali Comune di . ...................................................................... Provincia ............................... Progetto per la realizzazione (specificare il tipo di opere) . .............................................. Sito in (specificare l’ubicazione o, in alternativa, indicare la prevista ubicazione nel terreno di cui si riportano gli estremi del censimento al Nuovo Catasto Territoriale) .......................................................................................................................................... Concessione edilizia n. ....................................................del........................................... Classificazione dell’edificio (o del complesso di edifici) in base alla categoria di cui all’art. 3 del decreto del Presidente della Repubblica 26-8-1993, n. 412; per edifici costituiti da parti appartenenti a categorie differenti, specificare le diverse categorie) .......................................................................................................................................... Numero delle unità abitative ............................................................................................ Committente(i) . ................................................................................................................ Progettista(i) degli impianti termici e dell’isolamento termico dell’edificio ...................... Direttore(i) degli impianti termici e dell’isolamento termico dell’edificio ..........................

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La relazione tecnica conclusiva

❏ L’edificio (o il complesso di edifici) rientra tra quelli di proprietà pubblica o adibiti ad uso pubblico ai fini dell’art. 5, quindicesimo comma, del decreto del Presidente della Repubblica 26-8-1993, n. 412 (utilizzo delle fonti rinnovabili di energia) e dell’allegato I, quattordicesimo comma del Dlgs 311/2006. 10.1.2 Fattori tipologici dell’edificio (o del complesso di edifici) Gli elementi tipologici forniti, al solo scopo di supportare la presente relazione tecnica, sono i seguenti: ❏ Piante di ciascun piano degli edifici con orientamento e indicazione d’uso prevalente dei singoli locali ❏ Prospetti e sezioni degli edifici con evidenziazione dei sistemi di protezione solare ❏ Elaborati grafici relativi ad eventuali sistemi solari passivi specificamente progettati per favorire lo sfruttamento degli apporti solari 10.1.3 Parametri climatici della località Gradi giorno (della zona d’insediamento, determinati in base al decreto del Presidente della Repubblica 412/93) [GG] ......................................................................................... Temperatura minima di progetto (dell’aria esterna secondo norma UNI 5364 e successivi aggiornamenti) [°C] .................................................................................................... 10.1.4 Dati tecnici e costruttivi dell’edificio (o del complesso di edifici) e delle strutture relative Volume delle parti di edificio abitabili o agibili al lordo delle strutture che li delimitano (V) [m3] ............................................................................ Superficie esterna che delimita il volume (S) [m2] ............................................................ Rapporto S/V [1/m] .......................................................................................................... Superficie utile dell’edificio [m2] ....................................................................................... Valore di progetto della temperatura interna [°C] . ........................................................... Valore di progetto dell’umidità relativa interna [%] ..........................................................

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Capitolo 10

Relazione finale e certificazione energetica

10.1.5 Dati relativi agli impianti Impianti termici a) Descrizione impianto Tipologia .......................................................................................................................... Sistemi di generazione ..................................................................................................... Sistemi di termoregolazione ............................................................................................ Sistemi di contabilizzazione dell’energia termica ............................................................ Sistemi di distribuzione del vettore termico . ................................................................... Sistemi di ventilazione forzata: tipologie . ........................................................................ Sistemi di accumulo termico: tipologie . .......................................................................... Sistemi di produzione e di distribuzione dell’acqua calda sanitaria ................................ Durezza dell’acqua di alimentazione dei generatori di calore nei casi di potenza installata maggiore o uguale a 350 kW .................................... gradi francesi b) Specifiche dei generatori di energia Fluido termovettore . ........................................................................................................ Valore nominale della potenza termica utile [kW] ............................................................ Rendimento termico utile (o di combustione per generatori ad aria calda) al 100 per cento Φn .......................................................................................................... Valore di progetto [%] ...................................................................................................... Valore minimo prescritto dal regolamento [%] ....................................... (se necessario) Rendimento termico utile al 30 per cento Φn ................................................................... Valore di progetto [%] ...................................................................................................... Valore minimo prescritto dal regolamento [%] ....................................... (se necessario)

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La relazione tecnica conclusiva

Combustibile utilizzato ..................................................................................................... Nel caso di generatori che utilizzino più di un combustibile indicare il tipo e le percentuali di utilizzo dei singoli combustibili ............................................................................. Per gli impianti termici con o senza produzione di acqua calda sanitaria, che utilizzano, in tutto o in parte, macchine diverse dai generatori di calore convenzionali, quali ad esempio: pompe di calore, macchine frigorifere, gruppi di cogenerazione di energia termica ed elettrica, le prestazioni delle macchine diverse dai generatori di calore sono fornite indicando le caratteristiche normalmente utilizzate per le specifiche apparecchiature, applicando, ove esistenti, le vigenti norme tecniche. c) Specifiche relative ai sistemi di regolazione dell’impianto termico Tipo di conduzione prevista

❏ continua con attenuazione notturna

❏ intermittente

Sistema di telegestione dell’impianto termico, se esistente ............................................ Descrizione sintetica delle funzioni ............................................................................. Sistema di regolazione climatica in centrale termica (solo per impianti centralizzati) .......................................................................................................................................... Centralina climatica .................................................................................................... Descrizione sintetica delle funzioni ............................................................................. Numero dei livelli di programmazione della temperatura nelle 24 ore ........................ Organi di attuazione .................................................................................................... Descrizione sintetica delle funzioni ............................................................................. Regolatori climatici delle singole zone o unità immobiliari .............................................. Numero di apparecchi . ............................................................................................... Descrizione sintetica delle funzioni ............................................................................. Numero dei livelli di programmazione della temperatura nelle 24 ore ........................

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Capitolo 10

Relazione finale e certificazione energetica

Dispositivi per la regolazione automatica della temperatura ambiente nei singoli locali o nelle singole zone, ciascuna avente caratteristiche di uso ed esposizioni uniformi .......................................................................................................................................... Numero di apparecchi . ............................................................................................... Descrizione sintetica dei dispositivi ............................................................................ d) Dispositivi per la contabilizzazione del calore nelle singole unità immobiliari (solo per impianti centralizzati) Numero di apparecchi . .................................................................................................... Descrizione sintetica del dispositivo ................................................................................ e) Terminali di erogazione dell’energia termica Numero di apparecchi (quando applicabile) .................................................................... Tipo .................................................................................................................................. Potenza termica nominale (quando applicabile) .............................................................. f) Condotti di evacuazione dei prodotti della combustione Descrizione e caratteristiche principali (indicare con quale norma è stato eseguito il dimensionamento) ........................................................................................................... g) Sistemi di trattamento dell’acqua Tipo di trattamento .......................................................................................................... h) Specifiche dell’isolamento termico della rete di distribuzione Tipologia, conduttività termica, spessore ........................................................................ i) Specifiche della/e pompa/e di circolazione Portata, prevalenza, pressione, velocità, assorbimenti elettrici ....................................... j) Impianti solari termici Descrizione e caratteristiche tecniche .............................................................................

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La relazione tecnica conclusiva

k) Schemi funzionali degli impianti termici Impianti fotovoltaici Descrizione e caratteristiche tecniche e schemi funzionali ............................................. Altri impianti Descrizione e caratteristiche tecniche di apparecchiature, sistemi e impianti di rilevante importanza funzionale ...................................................................................................... 10.1.6 Principali risultati dei calcoli a) Involucro edilizio e ricambi d’aria Caratteristiche termiche, igrometriche e di massa superficiale dei componenti opachi dell’involucro edilizio Confronto con i valori limite riportati all’allegato C del decreto legislativo Vedi allegati alla presente relazione Caratteristiche termiche dei componenti finestrati dell’involucro edilizio Confronto con i valori limite riportati all’allegato C del decreto legislativo Classe di permeabilità all’aria dei serramenti esterni Vedi allegati alla presente relazione Valutazione dell’efficacia dei sistemi schermanti delle superfici vetrate .......................................................................................................................................... Attenuazione dei ponti termici (provvedimenti e calcoli) .......................................................................................................................................... Trasmittanza termica (U) degli elementi divisori tra alloggi o unità immobiliari confinanti (distinguendo pareti verticali e solai)................................................................................. Confronto con il valore limite riportato al decimo comma dell’allegato 1 al Dlgs 19-8-2005, n. 192 Verifica termoigrometrica Vedi allegati alla presente relazione Numeri di ricambi d’aria (media nelle 24 ore): specificare per le diverse zone.............

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Capitolo 10

Relazione finale e certificazione energetica

Portata d’aria di ricambio (ϕ) solo nei casi di ventilazione meccanica controllata m3/h .......................................................................................................................................... Portata dell’aria circolante attraverso apparecchiature di recupero del calore disperso (soltanto se previste dal progetto) m3/h ........................................................................... Rendimento termico delle apparecchiature di recupero del calore disperso (soltanto se previste dal progetto) ....................................................................................................... b) Valore dei rendimenti medi stagionali di progetto Rendimento di produzione (%) ........................................................................................ Rendimento di regolazione (%) ........................................................................................ Rendimento di distribuzione (%) . .................................................................................... Rendimento di emissione (%) .......................................................................................... Rendimento globale ......................................................................................................... c) Indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale Metodo di calcolo utilizzato (indicazione obbligatoria) Valore di progetto



kWh/m2 anno / kWh/m3 anno



..............................................

Confronto con il valore limite riportato all’allegato C del Dlgs 19-8-2005, n. 192

kWh/m2 anno / kWh/m3 anno



..............................................

Fabbisogno di combustibile

kg o Nm3 ..............................

Fabbisogno di energia elettrica da rete

kWhe ....................................

Fabbisogno di energia elettrica da produzione locale

kWhe ....................................

d) Indice di prestazione energetica normalizzato per la climatizzazione invernale Valore di progetto [trasformazione del corrispondente dato calcolato al punto c)]

kJ/m3 GG ...............................

e) Indice di prestazione energetica per la produzione di acqua calda sanitaria

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La relazione tecnica conclusiva

Fabbisogno combustibile ................................................................................................ Fabbisogno di energia elettrica da rete

kWhe . .....................................

Fabbisogno di energia elettrica da produzione locale

kWhe . .....................................

f) Impianti solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria Percentuale di copertura del fabbisogno annuo............................................................... g) Impianti fotovoltaici Percentuale di copertura del fabbisogno annuo............................................................... 10.1.7 Elementi specifici che motivano eventuali deroghe a norme stabilite dalla normativa vigente Nei casi in cui la normativa vigente consenta di derogare ad obblighi generalmente validi, in questa sezione vanno adeguatamente illustrati i motivi che giustificano la deroga nel caso specifico. 10.1.8 Valutazioni specifiche per l’utilizzo delle fonti rinnovabili di energia Indicare le tecnologie che, in sede di progetto, sono state valutate ai fini del soddisfacimento del fabbisogno energetico mediante ricorso a fonti rinnovabili di energia o assimilate 10.1.9 Documentazione allegata (qui un elenco indicativo) N. piante di ciascun piano degli edifici con orientamento e indicazione d’uso prevalente dei singoli locali. N. prospetti e sezioni degli edifici con evidenziazione di eventuali sistemi di protezione solare (completi di documentazione relativa alla marcatura CE). N. elaborati grafici relativi ad eventuali sistemi solari passivi specificamente progettati per favorire lo sfruttamento degli apporti solari. N. schemi funzionali degli impianti contenenti gli elementi di cui all’analoga voce del paragrafo “Dati relativi agli impianti”. N. tabelle con indicazione delle caratteristiche termiche, termoigrometriche e massa efficace dei componenti opachi dell’involucro edilizio. N. tabelle con indicazione delle caratteristiche termiche dei componenti finestrati dell’involucro edilizio e loro permeabilità all’aria. Altri eventuali allegati

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Capitolo 10

Relazione finale e certificazione energetica

10.1.10 Dichiarazione di rispondenza Il sottoscritto, iscritto a (indicare albo, ordine o collegio professionale di appartenenza, nonché provincia, numero dell’iscrizione) essendo a conoscenza delle sanzioni previste dall’art. 15, primo e secondo comma, del Dlgs 19-8-2005, n. 192 di attuazione della direttiva 2002/91/CE dichiara sotto la propria personale responsabilità che: a) il progetto relativo alle opere di cui sopra è rispondente alle prescrizioni contenute nel decreto attuativo della direttiva 2002/91/CE (si veda il quadro 10.1 per le definizioni); b) i dati e le informazioni contenuti nella relazione tecnica sono conformi a quanto contenuto o desumibile dagli elaborati progettuali.

Data ........................................... Firma . ..........................................................................

10.2 Certificazione energetica La certificazione energetica degli edifici è da considerare come il vero anello di chiusura della catena di operazioni e interventi, tutti regolamentati, che qualificano il settore termotecnico attraverso la legge 10/91, promotrice e interprete del risparmio di energia pregiata, del comfort e della tutela ambientale: progettazione del complesso impianto-edificio, costruzione di componenti energeticamente efficienti, esecuzione di impianti a regola d’arte, verifiche da parte degli enti pubblici preposti e, infine, qualificazione e certificazione di ogni edificio per gli aspetti connessi al corretto impiego dell’energia. Attraverso questo strumento l’acquirente di un edificio, o semplicemente di un alloggio, si rende conto del valore del proprio acquisto correlato al comfort e ai consumi di energia e ne viene edotto per il tramite di un certificato stilato da un tecnico responsabile, una specie di passaporto tecnico, documento destinato ad accompagnare l’unità immobiliare nel tempo. E l’estensione di una tale provvidenza all’intero patrimonio edilizio comporta un ordinato adempimento dell’insieme dei provvedimenti che la legge e la necessità impongono. L’articolo 30 della legge 10/91 ha definito le procedure di certificazione energetica degli edifici stabilendo che entro il termine della sua entrata in vigore (cioè 90 giorni a partire dal 17 gennaio 1991) si sarebbe dovuto emanare un decreto del Presidente della Repubblica contenente norme per la certificazione e per l’individuazione, tra l’altro, dei soggetti abilitati alla certificazione stessa. La certificazione energetica, aggiunge la legge, è documento che va portato alla conoscenza dell’acquirente o del locatario dell’intero immobile o della singola unità immobiliare nei casi di compravendita o di locazione. Il proprietario o il locatario possono richiedere al comune ove è ubicato l’edificio la certificazione energetica dell’intero immobile o della singola unità immobiliare, accollandosene le relative spese, e l’attestato relativo ha una validità temporanea di cinque anni a partire dal momento del suo rilascio. 358 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Certificazione energetica

Quadro 10.1 – Alcune definizioni introdotte dalla direttiva 2002/91/CE. Edificio

Costruzione provvista di tetto e di muri, per la quale l’energia è utilizzata per il condizionamento del clima degli ambienti interni; il termine può riferirsi a un intero edificio ovvero a parti di edificio progettate o ristrutturate per essere utilizzate come unità abitative a sé stanti.

Rendimento energetico di un edificio

Quantità di energia effettivamente consumata o che si prevede possa essere necessaria per soddisfare i vari bisogni connessi all’uso standard dell’edificio, compresi, tra gli altri, il riscaldamento, la preparazione dell’acqua calda, il raffreddamento, la ventilazione e l’illuminazione. Tale quantità viene espressa da uno o più descrittori calcolati tenendo conto della coibentazione, delle caratteristiche tecniche e di installazione, della progettazione e della posizione in relazione agli aspetti climatici, dell’esposizione al sole e dell’influenza delle strutture adiacenti, dell’esistenza di sistemi di generazione propria di energia e degli altri fattori, compreso il clima degli ambienti interni, che influenzano il fabbisogno energetico.

Attestato Documento riconosciuto dallo Stato o da una persona giuridica da esso designata, in cui figura il valore risultante dal calcolo del rendimento del rendimento energetico di un edificio effettuato seguendo una metodologia ufficialenergetico mente definita. di un edificio Cogenerazione Generazione combinata di energia elettrica e termica che si esplicita nella produzione simultanea a partire dai combustibili primari, nel rispetto di determinati criteri qualitativi di efficienza energetica. Sistema di condizionamento d’aria

Complesso di tutti i componenti necessari per un sistema di trattamento dell’aria in cui la temperatura è controllata o può essere abbassata, eventualmente in combinazione con il controllo della ventilazione, dell’umidità e della purezza dell’aria.

Caldaia1

Complesso bruciatore-focolare che permette di trasferire all’acqua il calore prodotto dalla combustione.

Potenza nominale utile (kW) Pompa di calore

Potenza termica massima specificata e garantita dal costruttore come potenza che può essere sviluppata all’acqua in regime di funzionamento continuo rispettando i rendimenti utili indicati dal costruttore. Dispositivo/impianto che sottrae all’aria, all’acqua o al suolo calore a bassa temperatura e lo trasferisce ai sistemi termici di un edificio.

Questa direttiva, riportata nella nostra lingua dalla traduzione di norme internazionali, ha scambiato il termine di caldaia, che ha origine da recipiente per riscaldare e vaporizzare liquidi, con quello di generatore termico, che è appunto il complesso comprendente la caldaia e tutte le apparecchiature indispensabili al suo funzionamento e controllo. Una volta di più si introduce dunque nella nostra lingua un elemento di confusione. 1

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Capitolo 10

Relazione finale e certificazione energetica

Ma le regole espresse dalla legge 10/91 sono rimaste per un lungo periodo lettera morta per mancata emanazione del regolamento, una omissione senz’altro voluta, da attribuire ai governi nazionali che si sono succeduti dal 1991 al 2002. Nel frattempo l’idea della certificazione energetica si faceva strada in Europa ed è una vera soddisfazione ritrovare nella direttiva 2002/91/CE un senso di unità di intenti, almeno nel settore termotecnico, sulla base dei principi lanciati dal nostro Paese con il Piano Energetico Nazionale quindici anni prima. Nel confronto fra la nuova direttiva e le consolidate leggi italiane, i criteri di partenza sono mutati per qualche sfumatura, ad esempio la preoccupazione per l’emissione di gas serra che si va ad aggiungere alle regole di tutela ambientale già enunciate nelle disposizioni legislative italiane degli anni ’80. In realtà nulla di sostanziale, visto che scopi e mezzi di attuazione collimano pienamente e anzi si può affermare che l’Italia fa parte dei Paesi guida nell’applicazione della direttiva, addentro com’è nell’attuazione delle regole in essa contenute. La direttiva 2002/91/CE, emanata dal Parlamento Europeo e dal Consiglio il 16 dicembre 2002, è stata pubblicata il 4 gennaio 2003 sul n. 1-L della Gazzetta Ufficiale delle Comunità Europee ed esprime in sintesi l’obiettivo, finalmente diffuso a livello europeo, di promuovere il miglioramento del rendimento energetico degli edifici nell’Unione, tenendo conto delle condizioni locali, innanzi tutto di quelle climatiche, ma anche delle prescrizioni sul clima degli ambienti interni e dell’efficacia dei sistemi a confronto con i costi. Si è dunque arrivati, costretti dalle leggi comunitarie, alla soppressione per abrogazione degli articoli 29 (Certificazione delle opere e collaudo) e 30 (Certificazione energetica degli edifici) della legge 10/91, a partire dall’8 ottobre 2005, per effetto dell’art. 16, comma 1, del Dlgs 19 agosto 2005 n. 192 che attualmente regolamenta la materia. Ne segue un’ondata di decreti e disposizioni, con modifiche e perfezionamenti in continua evoluzione, come si rileva dal quadro 1.2 del capitolo 1. Ulteriore evoluzione si prepara con gli atti legislativi con i quali si attuerà il recepimento della direttiva 2010/31/UE Nessuna innovazione sostanziale, ma il patrimonio edilizio migliora con un cambiamento reale che non investe soltanto i contenuti specifici, bensì si estende alla definizione e attuazione delle politiche e azioni comunitarie, uniformate alla direttiva, ai suoi principi generali e agli obiettivi in materia di rendimento energetico, essendo lasciate agli Stati membri le modalità di attuazione, cosicché le singole legislazioni nazionali possano tener conto delle particolarità del proprio Paese in quanto membro della Comunità. In altre parole, l’Italia aveva emanato ottime leggi sul corretto impiego dell’energia, come la 373 del 1976 e la 10 del 1991, ma le stesse hanno faticato a essere correttamente applicate un po’ per l’agnosticismo tipico del nostro agire, ma ancor più per la mancanza di collegamento fra tali leggi specifiche e altre leggi nazionali operanti nello stesso ambito. Ecco perché la legge 10/91 è andata a ripetere regole già espresse ed ecco anche il motivo per cui la legge stessa è rimasta a lungo circoscritta in uno spazio interpretativo ministeriale, impedita nel proprio espandersi da ostruzionismi geografici (una parte delle Regioni) o dall’ergersi di ostacoli settoriali (associazioni e corporazioni portatrici di interessi diversi e malintesi). 360 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Certificazione energetica

Ora, conoscendo l’articolata impostazione del sistema normativo comunitario, è decollata non soltanto l’applicazione della nuova direttiva attraverso i decreti legislativi nazionali, ma anche la diffusione dei principi e la loro propagazione con riflessi e coinvolgimenti nelle direttive europee future. 10.2.1 Considerazione delle risorse Nelle premesse la direttiva fa riferimento a risorse naturali, prodotti petroliferi, gas naturale e combustibili solidi fossili, considerati da un lato fonti essenziali di energia, ma al tempo stesso principali sorgenti delle emissioni di biossido di carbonio, il temuto gas serra destinato a condizionare questo secolo. E il primo modo per limitare le emissioni sta nell’aumento del rendimento energetico, consolidando la posizione caratteristica del conseguimento delle misure e degli interventi necessari per conformarsi al Protocollo di Kyoto. Nello stesso tempo la Comunità si preoccupa della propria posizione quanto a fabbisogno energetico nel contesto mondiale, per migliorare la gestione di uno strumento che può consentirle di influenzare il mercato dell’energia e quindi la sicurezza degli approvvigionamenti nel medio e lungo termine. E in logica sequenza vi sono le altre azioni del Consiglio, il quale, fra l’altro, ha approvato il piano d’azione della Commissione sull’efficienza energetica e ha richiesto interventi specifici nel settore dell’edilizia. Di fatto l’energia impiegata nel settore residenziale e terziario, composto per la maggior parte di edifici, rappresenta oltre il 40% del consumo finale di energia della Comunità, ma poiché si tratta di un settore in continua espansione, i suoi consumi e le sue emissioni di biossido di carbonio risulterebbero destinati a incrementarsi. Il Parlamento europeo e il Consiglio hanno sentito pertanto la necessità di uno strumento giuridico che stabilisca interventi concreti al fine di realizzare il risparmio energetico, considerato tuttora allo stadio embrionale, riducendo il divario tra le risultanze dei diversi Stati membri e tenendo conto delle direttive precedentemente emanate, ancor prive dell’effetto desiderato. 10.2.2 Calcolo del rendimento energetico integrato degli edifici La direttiva 2002/91 definisce la necessità di calcolare il rendimento energetico degli edifici secondo metodologie diversificate a livello regionale, ma basate su una serie di fattori oltre a quelli riferibili alla coibentazione dell’edificio. Nell’insieme il metodo di calcolo viene caratterizzato da un complesso di regole elencate nell’allegato alla direttiva e riguardanti: – le caratteristiche termiche dell’edificio, sia dell’involucro sia dei divisori interni con le rispettive masse, includendo nelle valutazioni anche l’ermeticità; – l’impianto di riscaldamento e di produzione di acqua calda, comprese le relative caratteristiche di coibentazione; – l’eventuale sistema di condizionamento d’aria; – la ventilazione dell’ambiente; – l’impianto di illuminazione (principalmente per il settore non residenziale); 361 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 10

Relazione finale e certificazione energetica

– la posizione e l’orientamento degli edifici, a fronte del clima esterno; – i sistemi solari passivi e le protezioni solari; – la ventilazione naturale; – la qualità climatica interna. Il calcolo deve tener conto dei vantaggi insiti nelle seguenti opzioni: – sistemi solari attivi e altri impianti di generazione di calore ed elettricità con utilizzo delle fonti rinnovabili di energia; – sistemi di cogenerazione dell’elettricità; – sistemi di riscaldamento e condizionamento a distanza (complesso di edifici); – illuminazione naturale. Ai fini del calcolo è necessario classificare gli edifici secondo categorie omogenee quali: – abitazioni monofamiliari di diverso tipo; – condomini (di alloggi); – uffici; – strutture scolastiche; – ospedali; – alberghi e ristoranti; – impianti sportivi; – esercizi commerciali per la vendita all’ingrosso o al dettaglio; – altri tipi di fabbricati con fabbisogno di energia. 10.2.3 Requisiti minimi di rendimento energetico degli edifici Tenuto conto dell’incidenza che hanno gli edifici abitativi sul consumo energetico complessivo, è prevista l’adozione di misure necessarie per garantire l’istituzione di requisiti minimi di rendimento energetico per gli edifici di nuova costruzione e per quelli già esistenti. Vengono tenute in considerazione le condizioni climatiche complessive all’interno degli ambienti allo scopo di evitare possibili effetti negativi, ad esempio una ventilazione inadeguata, ma vengono valutate anche le condizioni locali, l’uso cui l’edificio è destinato e la sua età. I requisiti vanno aggiornati, corretti o riveduti a scadenze regolari, almeno quinquennali, in funzione dei progressi della tecnica in campo edilizio. Gli Stati membri possono decidere nelle proprie regolamentazioni di non istituire o di non applicare i requisiti minimi di rendimento per le seguenti categorie di fabbricati: – edifici e monumenti ufficialmente protetti come patrimonio designato o in virtù del loro speciale valore architettonico o storico, nei casi in cui il rispetto delle prescrizioni implicherebbe un’alterazione inaccettabile del loro carattere o aspetto; – edifici adibiti a luoghi di culto e allo svolgimento di attività religiose; – fabbricati a impiego temporaneo con un tempo previsto di utilizzo non superiore a due anni, siti industriali, officine ed edifici agricoli non residenziali a basso fabbisogno energetico, nonché edifici agricoli non residenziali utilizzati in un settore disciplinato da un accordo nazionale settoriale sul rendimento energetico; 362 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Certificazione energetica

– edifici residenziali destinati a essere utilizzati per meno di quattro mesi all’anno; – fabbricati indipendenti di superficie utile complessiva inferiore a 50 m2. 10.2.4 Fonti rinnovabili di energia La direttiva 2002/91 considera una procedura innovativa che ciascuno degli Stati membri dovrà istituire e regolamentare affinché venga valorizzata l’applicazione di sistemi energetici alternativi. La novità consiste nell’accertare preventivamente la fattibilità dei sistemi di utilizzo delle fonti alternative a seconda della tipologia edilizia e delle caratteristiche territoriali dell’insediamento. Ciascuno Stato regolamenterà, mediante studi sul territorio, le misure più efficaci per la conservazione dell’energia in relazione alle condizioni medie che soddisfino il rapporto costo/efficacia. Ecco che, nella progettazione di ogni singolo edificio, si disporrà preventivamente, a livello di studio generale, di elementi sulla fattibilità di diversi sistemi prima ancora di entrare nel dettaglio di studi specifici. Nel caso di ristrutturazioni di edifici esistenti di superficie utile superiore a 1000 m2, il rendimento energetico andrà migliorato fino a soddisfare i requisiti minimi, con il limite di quanto tecnicamente, funzionalmente ed economicamente fattibile. 10.2.5 Certificazione energetica La direttiva 2002/91/CE ha altresì ripreso il principio espresso dall’art. 30 della legge 10/91 istituendo un meccanismo automatico di controllo dei requisiti energetici degli edifici. Infatti, nelle fasi di costruzione, compravendita o locazione di un edificio, le parti interessate devono esibire o poter esaminare un attestato di certificazione energetica reso disponibile dal proprietario nei confronti del futuro acquirente o locatario. Per i singoli appartamenti di un edificio condominiale può essere provvista una certificazione comune dell’intero edificio in quanto dotato di un impianto termico comune, oppure una certificazione specifica basata sulla valutazione di un appartamento, rappresentativo dello stesso edificio condominiale. La validità dell’attestato è al massimo di dieci anni e comprende dati e valori di riferimento in grado di consentire ai consumatori la valutazione del rendimento energetico, con il corredo di raccomandazioni per il miglioramento dell’efficienza in termini di costi/benefici. Il processo di certificazione si accompagna a programmi per agevolare il miglioramento del rendimento energetico, basandosi su accordi tra associazioni di soggetti interessati e un organismo designato dallo Stato. Per quanto possibile l’attestato deve descrivere la reale situazione dell’edificio in termini di rendimento energetico. Per gli edifici pubblici di superficie totale utile maggiore di 1000 m2, la norma prevede che sia affisso in luogo chiaramente visibile un attestato di certificazione energetica in corso di validità, quale approccio esemplare per il pubblico sui temi dell’ambiente e dell’energia e riprova del regolare assoggettarsi alla procedura. Con lo stesso criterio si potrebbero inoltre esporre le temperature raccomandate ufficialmente per gli ambienti interni, con il raffronto alle temperature effettivamente misurate: un’utile riprova dell’osservanza delle regole destinata a scoraggiare l’uso scorretto degli impianti di riscaldamento e di condizionamento dell’aria. 363 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Capitolo 10

Relazione finale e certificazione energetica

10.2.6 Soggetti abilitati alle analisi Tutto il meccanismo di applicazione della direttiva si basa su ispezioni, analisi, controlli e relative certificazioni da affidare a esperti qualificati e accreditati, sia per quanto concerne le caratteristiche degli edifici, sia per la funzionalità dei generatori di calore e degli impianti. Ne risulta chiaramente la necessità di indipendenza di questi tecnici, da garantire in base a criteri obiettivi, per formare un contesto omogeneo che introduca trasparenza sul mercato immobiliare a beneficio dei potenziali acquirenti o locatari.

Bibliografia [1] Soma F., Silvera S., La certificazione energetica nelle regioni italiane, Progetto 2000, n. 40, giugno 2011, Edilclima. [2] Munari B., Artista e designer, Economica Laterza 1971.

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i manuali della collana

Manuale di energia solare AA. VV.

Brossura con alette • 17×24 cm • 744 pagine ISBN: 978-88-481-2210-8 • 109,00 € Un manuale completo che tratta tutti i rami dell’utilizzo solare, consentendo una visione generale e un approfondimento nel campo di specifico interesse. Il testo analizza, nella prima parte, la necessità di un più stretto rapporto tra architettura e progettazione impianti al fine di proporre edifici davvero moderni ed efficienti. Entrati nello studio del riscaldamento, si esamina l’inserimento del solare, definendo i componenti e gli schemi funzionali, senza trascurare il calcolo dei fabbisogni di acqua calda. Una parte corposa del manuale è dedicata alla fisica della conversione fotovoltaica, al progetto dei sistemi e all’integrazione architettonica. Nella parte finale del libro sono descritte e analizzate alcune realizzazioni esemplari.

Manuale degli impianti a gas Vittorio Bearzi, Pierluigi Licheri

Cartonato •17×24 cm • 448 pagine ISBN: 978-88-481-1534-6 • 59,00 € Mettendo a frutto le pluridecennali esperienze dirette in possesso degli autori e lo studio della complessa normativa in vigore è stato generato questo testo nel quale sono raccolte le caratteristiche dei gas combustibili, le loro peculiarità, i molteplici impieghi di destinazione e il lungo percorso tecnico e tecnologico dedicato a trasferirli dai giacimenti del sottosuolo agli apparecchi utilizzatori presenti nell’abitazione, nel terziario e nell’industria. Caratteristica di tale percorso è la fondamentale separazione in due grandi sezioni: quella a servizio della collettività, coltivazione, trasporto e distribuzione, e quella degli impianti interni, inclusa la funzionalità e la convivenza con l’ambiente di vita e di lavoro.

Manuale degli impianti di climatizzazione AA. VV.

2 volumi • Cartonato con sovracoperta • 17,5×24,5 cm • 2.088 pagine ISBN: 978-88-481-1884-2 • 169,00 € Una guida completa e aggiornata alla progettazione degli impianti di climatizzazione secondo un’ottica di eco-sostenibilità, in base alla quale tutte le soluzioni tecniche di carattere strutturale e gestionale devono essere rivolte ad un uso razionale dell’energia. La scelta tra le diverse opzioni di involucro edilizio, fonti energetiche, tipologia di impianto e sistemi di regolazione deve quindi porsi come obiettivo l’ottenimento del massimo livello di comfort con il minimo consumo energetico.

Manuale degli impianti termici e idrici – II edizione AA. VV.

2 volumi • Brossura con sovraccoperta • 17×24 cm • 1.616 pagine ISBN: 978-88-481-2439-3 • 149,00 € Il realizzatore di impianti deve oggi superare i confini dell’idraulica e della termotecnica e spaziare dove lo portano le esigenze dell’utente o del committente. D’altra parte, sul fronte della collettività, le norme sulla sicurezza e sull’ambiente entrano a pieno titolo in questo settore; perciò l’antincendio e l’antisismica, il controllo dell’inquinamento, la depurazione delle acque, il risparmio energetico e le nuove fonti di energia devono far parte del bagaglio culturale dell’impiantista tanto quanto i principi della termodinamica. Il Manuale raccoglie dunque tutta questa complessa materia, con una dose di teoria sufficiente a permettere la comprensione dei processi, mentre gli esempi pratici di dimensionamento degli impianti e i relativi procedimenti di calcolo rendono più facile il compito del lettore.

Capire il confort Elementi di climatizzazione radiante – II edizione

Roberto Messana

Brossura • 17x24 cm • 192 pagine ISBN: 978-88-481-2685-4 • 24,90 € Il libro affronta il tema del confort termico da un nuovo angolo di visuale con l’obiettivo di colmare alcune lacune scientifiche e normative che sono di ostacolo allo sviluppo di una tecnologia di climatizzazione che possa veramente definirsi a misura d’uomo sia per le sensazioni di confort che per l’ambiente e le risorse naturali. Obiettivo del libro è far rientrare a pieno titolo il confort termico nella disciplina architettonica, oltrepassando quella della sola impiantistica, e in quella dell’economia dal momento che il valore economico del confort termico supera di gran lunga quello strettamente energetico.

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Impianti di climatizzazione Progettare per l’architettura – III edizione

Luca Stefanutti

Brossura • 17×24 cm • 440 pagine • ISBN 978-88-481-2303-7 • 74,90 €

Questo manuale rappresenta una guida pratica per la progettazione degli impianti di climatizzazione ed è corredato da immagini a colori, schemi e disegni riferiti alle tecnologie e alle soluzioni impiantistiche più aggiornate. In appendice a ogni capitolo sono riportati un elenco sintetico di green tips (soluzioni per la sostenibilità) e approfonditi casi di studio dedicati a progetti di recente realizzazione. L’opera si rivolge a tutti i professionisti coinvolti nella progettazione del sistema edificio/impianti, quindi non solo ai progettisti termotecnici ma anche ad architetti e utenti finali.

Impianti per gli edifici sostenibili Guida ASHRAE alla progettazione, costruzione e gestione – II edizione

Luca Stefanutti

Brossura • 17×24 cm • 488 pagine • ISBN: 978-88-481-2276-4 • 79,00 €

Questa pubblicazione rappresenta la traduzione e l’adattamento della Green Guide pubblicata dall’ASHRAE (American Society of Heating Refrigerating and Air-Conditioning Engineers), punto di riferimento per la progettazione sostenibile degli impianti a servizio dei green buildings. L’obiettivo della guida è quello di divulgare e promuovere una metodologia progettuale basata sul coordinamento del lavoro in team tra le diverse discipline coinvolte nel processo di progettazione, costruzione e gestione: architetti, progettisti, installatori e gestori.

Il condizionamento dell’aria – VII edizione Antonio Briganti

Cartonato • 17,5×24,5 cm • 944 pagine • ISBN: 978-88-481-1883-5 • 79,00 €

Il libro costituisce un’opera di studio e di aggiornamento che permette di raggiungere una completa conoscenza del condizionamento dell’aria, in modo coerente e facilitato da una grande chiarezza espositiva. I riferimenti a metodi rapidi di calcolo, i risultati di esperienze e dati pratici sono frequentissimi nel testo, come pure lo sono le descrizioni di macchine, applicazioni e impianti per offrire un diretto riferimento alle applicazioni reali.

Il controllo del rumore negli impianti di climatizzazione e negli edifici Antonio Briganti Brossura • 17×24 cm • 392 pagine • ISBN: 978-88-481-2137-8 • 34,90 €

Questo libro affronta e analizza in modo completo le più comuni cause di rumore, sia quelle che si producono all’interno degli edifici – dovute agli impianti di riscaldamento, condizionamento e ventilazione – sia quelle di origine esterna, e chiarisce i modi attraverso i quali il rumore stesso si trasmette, offrendo le soluzioni più dirette ed efficaci per controllarlo e abbatterlo. Il testo è suddiviso in tre parti: le caratteristiche del rumore, il rumore prodotto dagli impianti tecnici e l’acustica architettonica.

Impianti di condizionamento per server e data center Antonio Briganti

Brossura • 17×24 cm • 120 pagine • ISBN: 978-88-481-2371-6 • 24,90 €

Questo libro è la prima guida pratica per il progetto e la realizzazione degli impianti di condizionamento dei sistemi IT e le applicazioni mission critical. L’autore ci propone le informazioni più aggiornate disponibili oggi sul progetto di questi sistemi, le fondamentali linee guida, i dati sulle stime dei consumi, i parametri di efficienza energetica, la disposizione degli impianti rispetto ai server e le condizioni di impiego. Il volume è ricco di illustrazioni e tabelle, e riferimenti a prodotti e materiali specializzati sul mercato.

Energia eolica Progettazione del sito onshore e offshore

Angelo Selis

Brossura • 17×24 cm • 352 pagine • ISBN 978-88-481-2551-2 • 54,90 €

Il volume si prefigge di fornire al tecnico tutte le informazioni necessarie per progettare un sito eolico onshore e offshore e comprenderne le problematiche. Vengono esaminati e descritti: la componentistica delle turbine da utilizzare nelle centrali eoliche, per potenza, tipologia e impiego; l’assemblaggio e le modalità di posa in opera nella centrale eolica, con l’installazione del cantiere, le condizioni di funzionamento e la manutenzione; gli aspetti relativi alla scelta del sito (ventosità, impatto ambientale, convenienza economica, dismissione); la produzione e la trasmissione di energia elettrica. Il capitolo finale riepiloga le principali norme di riferimento a livello europeo, nazionale e regionale.

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0239090440 eBook acquistato da ALESSANDRO VERSARI

Da oltre quindici anni, con edizioni via via aggiornate, questo testo accompagna la tecnica del riscaldamento ambientale nella sua evoluzione qualitativa, includendo la cura del comfort, il corretto impiego delle risorse e il rispetto dell’ambiente naturale, applicando un metodo interpretativo dei dettami legislativi. Ora si assiste al proliferare sfrenato di leggi e decreti che rendono ben difficile la progettazione senza l’ausilio di una guida pratica che segua un percorso progettuale completo: dalla concezione dell’edificio al dimensionamento impiantistico, in relazione al fabbisogno di energia e al raffronto con l’energia utile, sia per le verifiche di legge sia per l’opportunità di scelte progredite. Caratteristica peculiare del libro è l’esemplificazione pratica; casi concreti percorrono tutta la trama del testo consentendo al lettore di riscontrare ogni passaggio dell’iter progettuale, nel calcolo come negli schemi grafici. Il progetto esecutivo si sviluppa di capitolo in capitolo confrontandosi con la normativa e con la fisica tecnica, mentre la progettazione impiantistica vera e propria spazia nell’ambito delle scelte di sistema individuando i modelli dei circuiti di centrale e di quelli distributivi, con un occhio agli errori più comuni che purtroppo si vanno diffondendo nella pratica. Il testo si rivolge a progettisti, costruttori, responsabili dell’esercizio e della manutenzione, agli uffici tecnici, agli insegnanti e studenti di ingegneria e impiantistica termotecnica, ai verificatori e certificatori energetici.

Vittorio Bearzi Libero professionista, progettista di impianti, energy manager e pubblicista, ha esercitato diversificate attività professionali e imprenditoriali collegandole allo svolgimento di corsi di formazione per progettisti termotecnici e a master universitari. Membro di ASHRAE e ATI, ha partecipato al Progetto Finalizzato Energetica del Consiglio Nazionale delle Ricerche e al Servizio Sismico Nazionale per lo sviluppo di Linee guida per la progettazione antisismica. È direttore e coautore del Manuale di Energia Solare pubblicato da Tecniche Nuove.

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