Il Progetto Europeo HERB e la riqualificazione energetica ... · Holistic Energy-efficient...

Il Progetto Europeo HERB e la riqualificazione energetica di un edificio

residenziale a Bologna

Enzo ZanchiniDipartimento di Ingegneria Industriale – Università di Bologna

[email protected]

Abitare Sociale – Urban Center, Bologna – Sala Atelier, 07/04/2016

Holistic Energy-efficient Retrofitting of residential Buildings – 7° Programma Quadro Grant agreement no: 314283 – da 15 ottobre 2012 a 15 aprile 2016

http://www.euroretrofit.com/

mailto:[email protected]



0

100

200

300

400

500

600

1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

othergascoaloil

EJ

Consumo energetico per fonti nel periodo 1980 – 2012, da International Energy Statistics – EIA (US Energy Information Administration): 552.9 EJ nel 2012


Consumo energetico per fonti nel periodo 2003 – 2013, da BP Statistical Review of World Energy 2015: 527 EJ nel 2012; 541 EJ nel 2014

0

100

200

300

400

500

600

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014

other ren

hydroel

nuclear

gas

coal

oil

EJ


Frazioni di energia primaria delle varie fonti nel 2014 – BP 2014

oil + coal + gas 86.3%nuclear 4.4%renewables 9.3%

0.326

0.300

0.237

0.044

0.0680.025

oilcoalgasnuclearhydroelother ren


-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

�C

Reference: 1951 - 1980 mean

Global air temperature anomaly – land stations – from 1880 to 2014

Dati NASA: http://data.giss.nasa.gov/gistemp

http://data.giss.nasa.gov/gistemp


Frazioni di energia primaria dei vari settori, in Europa nel 2012– fonte EurostatResidenziale e servizi: 0.381

0.259

0.332

0.248

0.133

0.022 0.006

IndustryTransportResidentialServicesAgricoltureOther


Il Progetto HERB – Holistic Energy-efficient Retrofitting of residential Buildings

18 Partner di 10 Paesi (Regno Unito, Grecia, Italia, Portogallo, Germania, Svizzera, Spagna, Turchia, Polonia, Olanda)

Dimostrazioni di riqualificazione energetica in 7 Paesi (Regno Unito, Grecia, Italia, Spagna, Portogallo, Svizzera, Olanda)

Coordinatore del Progetto: Prof. Saffa Riffat – Università di NottinghamPartner italiani: UNIBO e COBO


OBIETTIVI DEL PROGETTO

Sviluppare ed applicare nuove efficienti tecnologie per la riqualificazione energetica di edifici residenziali

Obiettivi: riduzione di almeno l’80% del consumo di energia primaria e di almeno il 60% delle emissioni di CO2; consumo di energia primaria dopo la

riqualificazione minore di 50 kWh/m2.

Finestre a tubi di vuoto, materiali a cambiamento di fase, pannelli a vuoto, tubi di luce, sistemi solari

termici e fotovoltaici, pompe di calore aria-acqua (UNIBO-Galletti)


APPROCCIO OLISTICO: problema nella sua globalità.Si considerano le combinazioni di varie tecnologie, individuando le combinazioni più

efficienti e, a parità di efficienza, quelle meno costose

PROCEDIMENTO ITERATIVO

Sviluppare sistemi a pompa di calore ad alta efficienza e realizzare la riqualificazione energetica di una palazzina con area riscaldata di circa 280 m2.

COMPITO DI UNIBO E COBO


L’EDIFICIO HERB DI BOLOGNA

Piazza Mickiewicz

Via Libia Via Mondo

Piazza Mickiewicz 5

Piazza Maggiore Le due torri

La casa


L’edificio è composto da tre piani, con due appartamenti ciascuno, un attico non riscaldato e un seminterrato non riscaldato. Il tetto ha 4 falde. La casa ha un

piccolo giardino, con alti alberi.

Vista dalla strada: lato nordest (Via Mondo)

Vista dalla strada: lato sudovest (via Libia)


Foto della facciata su Piazza Mickiewicz (nordovest)


Lati nordovest e nordest Lati sudest e sudovest

NO

NESESO

Modello 3D dell’edificio con Google-SkethUp, utilizzato per la simulazione dinamica con TRNSYS 17


Appartamento 1a: 44.7 m2Appartamento 1b: 80.2 m2

Appartamento 2a (3a): 39.2 m2 Appartamento 2b (3b): 39.3 m2

Area riscaldata totale: 281.9 m2

N


Parete esterna verticale in muratura di mattoni pieni, spessore 31 cm. Finestre a vetro singolo (vetro doppio in 2b e 3b). Seminterrato e sottotetto non riscaldati.

Riscaldamento con caldaia a gas e radiatori. ASC fornita da boiler elettrici e un boiler a gas (Appartamento 1b). Nessun condizionamento estivo.


ELEMENTO DESCRIZIONE s [m] U [W/(m2K)]Parete verticale Intonaco int., muratura mattoni pieni, intonaco est. 0.31 1.797

Solaio su cantina Piastrelle, sottofondo, solaio laterocem., intonaco 0.26 1.476Solaio su terreno Piastrelle, sottofondo, solaio laterocemento 0.25 1.845

Solaio terrazzo Intonaco int., solaio laterocem., sottof., pavimento 0.26 1.476Solaio sottotetto Intonaco interno, solaio laterocemento 0.09 2.903

Tetto Intonaco interno, solaio laterocemento 0.21 2.279

CARATTERISTICHE DEGLI ELEMENTI DI INVOLUCRO NELLO STATO ATTUALE

Fabbisogni di energia primaria per la

climatizzazione calcolati con simulazione dinamica

mediante TRNYS 17: anno tipo di TRNSYS

1.7

4.3

9.4

13.8

20.221.5

24.4 24.1

20.9

14.4

8.4

3.9

0

5

10

15

20

25

30

Jan Feb March April May June July Aug Sept Oct Nov Dec

°C


Stato attualeRetrofit 1: isolamento termico degli elementi di involucro

Retrofit 2: + sostituzione delle finestreRetrofit 3: + installazione di una pompa di calore aria-acqua per

riscaldamento e ACSRetrofit 4: + illuminazione LED

Retrofit 5: + pannelli fotovoltaici (vengono erogati anche raffrescamento e deumidificazione)

Parete verticale isolata con cappotto di silicati di calcio idrati (Multipor Ytong) 16 cm (riciclabile e prodotto con basso uso di fonti primarie), conducibilità termica

0.045 W/(mK).

SCENARI CONSIDERATI PER LA SIMULAZIONE

Solaio su seminterrato, Terrazzo fra primo e secondo piano, Solaio del sottotetto isolati con lana minerale.

Retrofit 1


CARATTERISTICHE DEGLI ELEMENTI DI INVOLUCRO DOPO RETROFIT

ELEMENTO DESCRIZIONE s [m] U [W/(m2K)]

Parete verticaleIntonaco int., muratura mattoni pieni, intonaco est.,

silicati di calcio idrati 16 cm 0.47 0.243

Solaio su cantinaPiastrelle, sottofondo, solaio laterocemento,

intonaco, lana minerale 9.5 cm 0.355 0.274

Solaio terrazzoIntonaco int., solaio laterocemento, sottofondo,

pavimento, lana minerale 14 cm 0.40 0.224

Solaio sottotettoIntonaco interno, solaio laterocemento, lana

minerale 20 cm 0.29 0.187


Retrofit 3: installazione di un a pompa di calore multifunzione aria-acqua con inverter, per riscaldamento e ACS (raffrescamento e deumidificazione non erogati in questo

scenario). Sostituzione dei radiatori con fan coil ad alta efficienza per ambienti cucina-pranzo e camere da letto, radiatori a bassa temperatura per i bagni.

Potenza e COP con aria esterna a 7 °C:11.7 kW; COP 3.75

Retrofit 2: sostituzione di tutte le finestre con finestre doppio vetro con telaio in legno, intercapedine 16 mm Argon e vetro a bassa emissività. Trasmittanza vetro

Ug = 1.00 W/(m2K), trasmittanza telaio Uf = 1.84 W/(m2K).

Pompa di calore Galletti HIWARM HWMC010


Sistema fan-coil Galletti 2X1 modello speciale per HERB• Convezione naturale

(riscaldamento)• Convezione forzata

(riscaldamento alte potenze, raffrescamento e deumidificazione)

Il modello speciale che assorbe circa 6 W a velocità extra-low

La pompa di calore opera con integrazione a gas naturale (caldaia attuale). Volume di accumulo: 200 litri per riscaldamento; 1000 litri per ACS


Retrofit 4: sostituzione delle lampade a incandescenza con lampade LED

Retrofit 5: installazione di collettori fotovoltaici sul tetto, con area di circa 29 m2 e potenza di picco 4.24 kW.

In Retrofit 5 la pompa di calore fornisce anche raffrescamento e deumidificazione.


332.5

181.6

137.6

66.3 59.344.8

0

50

100

150

200

250

300

350

Stato attuale Retrofit 1 Retrofit 2 Retrofit 3 Retrofit 4 Retrofit 5

kWh/m2

Consumo di energia primaria per unità di area negli scenari considerati

Riduzione ottenuta con Retrofit 5: 86.5%


Secondo la Norma EN 15603:2008 il coefficiente di produzione di CO2 è 277 kg/MWh per il gas naturale e 617 kg/MWh per l’energia elettrica

ScenarioTER risc

ELrisc

TER ACS

ELACS

ELluce TER EL

CO2 TER CO2 EL CO2

Stato attuale 89347 0 2187 5749 1141 91535 6890 25355 4251 29606Retrofit 1 39692 0 2187 5749 1141 41880 6890 11601 4251 15852Retrofit 2 25222 0 2187 5749 1141 27410 6890 7592 4251 11844Retrofit 3 414 6653 0 619 1141 414 8413 115 5191 5305Retrofit 4 414 6653 0 619 228 414 7500 115 4628 4742Retrofit 5 414 1 415 5619 115 3467 3582

Consumo annuo di energia termica ed elettrica, kWh, e emissione annua di CO2, kg

Riduzione di emissione di CO2 con Retrofit 5: 86.3%

EMISSIONE ANNUA DI CO2


MIGLIORAMENTO DEL COMFORT

Mediante simulazioni dinamiche TRNSYS 17: valori orari di temperatura operante, umidità relativa, parametri di benessere di Fanger (Predicted Mean Vote,

Predicted Percentage Dissatisfied) per ciascuna stanza, Stato attuale e Retrofit 5, con riferimento all’anno tipo di TRNSYS

I risultati hanno mostrato un notevole miglioramento del comfort: riduzione degli effetti delle superfici radianti fredde in inverno, climatizzazione in estate


5

10

15

20

25

30

0 500 1000 1500 2000 2500

Stato attualeRetrofit 5

%

ore

PPD dal 1° novembre al 28 febbraio, Appartamento

3b, cucina

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 500 1000 1500 2000

Stato attualeRetrofit 5

%

ore

PPD dal 1° giugno al 31 agosto, Appartamento 3b,

cucina


CONSIDERAZIONI ECONOMICHE

Ripartizione dei costi Centrale termica 45590 Climatizzazione 43670 ACS 12410 Impianto gas 980 Impianto elettrico 12065 Impianto fotovoltaico 11645 Isolamento verticale 57380 Isolamento orizzontale 9450 Finestre 33260 Opere murarie varie 8050 Oneri per la sicurezza 22873 Totale 257373 Totale con IVA 10% 283110 Costo aggiuntivo per sostituzione del tetto 37217 Totale con sostituzione del tetto 294590 Totale con sostituzione del tetto e IVA 10% 324049

Costo dell’intervento

Il costo totale di 283110 € comprende: lavori di consolidamento strutturale (basamento, terrazzo, sottotetto), tranne il completo rifacimento del tetto; completo rifacimento della rete di distribuzione climatizzazione e ACS; ripristino delle cornici esterne.


Gas naturale – 0.9 €/m3;Energia elettrica – 0.2 €/kWh; energia elettrica fornita alla rete 0.0389 €/kWh

Costi di esercizio

Costo annuo di riscaldamento, ACS e illuminazione (+ raffrescamento e deumidificazione dopo retrofit)

Pre retrofit Dopo retrofit Costo energia termica € 7387 39 Costo energia elettrica € 1378 1108 Costo totale € 8765 1147

Uso annuo di energia termica, gas naturale, energia elettrica (E. Zanchini et al., Planned energy-efficient retrofitting of a residential building in Italy, Future Cities and

Environment 1:3, 2015)

Pre retrofit Dopo retrofit Energia termica kWh 78752 415 Gas naturale m3 8208 43 Energia elettrica kWh 6890 5619

Risparmio annuo iniziale 7618 €


Il valore attuale netto, dopo n anni, di un intervento di riqualificazione energetica di costo C0 e risparmio annuo R0 all’anno zero è dato da

e = tasso di aumento del costo delle risorse energetiche, i = tasso di interesse

Se si assume e = i risulta VANn = nR0 – C0 e il numero di anni di payback è n = C0/R0

Risulta così n = 283110/7618 = 37.2 anni

In Italia un intervento di questo tipo ha (per privati cittadini) un incentivo statale pari al 65% del costo, erogato in 10 rate annue di detrazione fiscale.

A tasso di interesse zero, il valore del contributo sarebbe 184020 € e il tempo di payback sarebbe n0 = 99090/7618 = 13.0 anni

A tasso di interesse zero i = 0.02, il valore del attuale del contributo è 165298 € e il tempo di payback è n0.02 = 117812/7618 = 15.5 anni

( )( )0 0

1

1

1

kn

n kk

eVAN R C

i=

+= -

+å


Il tempo di payback risulta piuttosto lungo anche considerando l’incentivo statale. Bisogna però considerare che l’edificio risulta completamente rinnovato negli

impianti di climatizzazione e ACS (nuove reti di distribuzione) e consolidato. Inoltre risulta notevolmente aumentato il confort termico.


CONCLUSIONI

L’intervento eseguito porta a una riduzione del consumo annuo di energia di oltre l’85% e a un consumo di energia primaria post retrofit inferiore a 50 kWh/m2.

Produce anche un importante miglioramento del confort termico

Il costo è considerevole ed il tempo di autofinanziamento è piuttosto lungo, anche considerando l’incentivo statale del 65%. Una parte importante del costo è dovuto

alla installazione dei nuovi circuiti di distribuzione e ai lavori di consolidamento strutturale

I risultati delle simulazioni post-retrofit saranno validati mediante monitoraggio. Quelli pre-retrofit sono già stati validati con pieno successo.

Questa esperienza dimostra che è possibile eseguire interventi di riqualificazione energetica molto spinta anche su edifici con problemi strutturali, reti di distribuzione

di climatizzazione e ACS obsolete e necessità di ripristino delle facciate.Tuttavia i costi di una riqualificazione spinta in questi casi sono molto alti.


GRAZIE PER LA CORTESE ATTENZIONE

Enzo ZanchiniDipartimento di Ingegneria Industriale – Università di Bologna

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