Le differenti sfaccettature dei calcoli energetici: valutazioni A1, A2 ed A3
1. Premessa
Il calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici si fonda su uno schema di flusso comune, articolato in una serie di passaggi (figura n. 1). Tale calcolo può essere tuttavia diretto a scopi differenti richiedendo pertanto, secondo il caso, l’adozione dei determinati dati di input ed impostazioni.
Fig. n. 1: schema di flusso alla base dei calcoli energetici
Si definiscono così tre distinte “modalità di valutazione”, denominate, rispettivamente, A1 (di progetto - design rating), A2 (standard - asset rating) ed A3 (adattata all’utenza - tailored rating). Le caratteristiche principali di ciascuna modalità di valutazione, così come i relativi campi di applicazione, sono sintetizzati nel prospetto 1.
Prospetto 1: le modalità di valutazione A1, A2 ed A3
Diviene pertanto essenziale, per chiunque si appresti a svolgere una prestazione professionale nel settore termotecnico-energetico, identificare il corretto approccio in quanto, ad ogni prestazione, corrisponde, secondo lo scopo, una specifica modalità di valutazione (figura n. 2).
Fig. n. 2: principali scopi ed applicazioni dei calcoli energetici
2. I principali punti di differenza
Ma quali sono le più significative differenze tra le varie modalità di valutazione? Le differenze tra le prime due (A1 ed A2), riassumibili sotto la voce di “calcolo regolamentare”, sono in realtà abbastanza minimali in quanto la maggior parte delle opzioni ed impostazioni sono, in tale caso, coincidenti.
Più marcate sono invece le differenze rispetto alla valutazione A3, il cui campo di applicazione specifico è costituito dalla diagnosi energetica.
In caso di calcolo regolamentare lo scopo è infatti quello di determinare indicatori energetici, i quali consentano di classificare gli edifici, di verificarne i requisiti rispetto a prestazioni di riferimento nonché di renderli tra loro confrontabili. Al fine di perseguire tale obiettivo, occorre necessariamente fondare il calcolo su parametri ed impostazioni convenzionali, funzione ad esempio della località o della destinazione d’uso, prescindendo quindi dalle tipicità di ogni edificio.
In caso di diagnosi energetica l’obiettivo è invece tutt’altro, vale a dire costruire un modello di calcolo il più possibile fedele alla realtà, tenuto conto di tutti gli specifici aspetti caratterizzanti l’edificio considerato. Passaggio finale del modello così costruito è la valutazione dei cosiddetti “consumi” (fabbisogno di combustibile, di energia elettrica ed, in generale, di ciascun vettore energetico utilizzato dall’edificio).
I consumi calcolati vanno successivamente confrontati con quelli reali ai fini della validazione “sul campo” del modello di calcolo. Una volta validato il modello, ossia appurata l’affidabilità dei calcoli effettuati, si procede alla simulazione delle opere di risparmio energetico, passaggio cardine della procedura di diagnosi energetica.
Si evince quindi come ogni prestazione professionale richieda un approccio ben preciso nonché specifiche competenze da parte del termotecnico, il quale, al fine di impostare correttamente il calcolo, non può prescindere da un’approfondita conoscenza delle opzioni ed impostazioni necessarie.
Tali informazioni sono, in parte, “normate” in quanto le normative stesse riportano, in alcuni casi, esplicite indicazioni in merito. In molti casi non si può però contare su regole ed indicazioni precostituite, ma occorre appellarsi alla sensibilità, perizia ed abilità del tecnico, a cui spetta la facoltà di discriminare tra un modello “convenzionale”, ove si tratti di definire indicatori di riferimento, ed un modello più fedele alla realtà, ove si tratti invece di una diagnosi.
3. La “guida” automatica predisposta da Edilclima
Al fine di supportare il termotecnico in tali valutazioni, non sempre immediate né scontate, tanto più nel contesto di un modello matematico già di per sé complicato ed articolato, Edilclima ha avuto l’idea di introdurre nel proprio software una “guida” automatica, la quale agevoli l’utente nell’esecuzione di una corretta compilazione.
Tale guida era già presente nella versione originaria del software, precorrendo ed anticipando i successivi sviluppi della normativa oltre che dei metodi di calcolo (figura n. 3).
Fig. n. 3: la guida “certificazione/diagnosi” in EC601 v.6 (2007)
La guida è stata successivamente rimodulata ed adattata, tenuto conto della notevole evoluzione verificatasi, dal punto di vista sia delle norme sia della realtà progettuale, fino ad essere infine ripristinata, in una versione arricchita ed ampliata, nella release odierna (figura n. 4).
Fig. n. 4: la guida “calcolo regolamentare/diagnosi” in EC700 v.8 (2017)
E’ bene tuttavia sottolineare come l’introduzione della guida predetta non sia rivolta solo a fornire un supporto operativo, automatizzando determinati passaggi. Con tale guida Edilclima intende infatti rimarcare ed avvalorare un punto cardine della propria “filosofia”, vale a dire la profonda convinzione della differente valenza caratterizzante gli specifici calcoli, non tutti tra loro equiparabili.
Si ritiene pertanto vadano distinti la “formalità” del calcolo regolamentare, pur contraddistinto da un inevitabile rigore, dal maggior “spessore” del calcolo di diagnosi, richiedente particolari sensibilità ed esperienza.
Un altro punto fermo della “storia” di Edilclima è il principio che non si debba “sbagliare per norma”. Se, in caso di calcolo regolamentare, non vi è purtroppo alternativa in quanto ci si deve attenere (salvo errori particolarmente eclatanti o inequivocabili) alle disposizioni normate, anche ove esse siano imperfette, nel caso di diagnosi si ha un grado di libertà in più trattandosi, per definizione, di un calcolo “libero”.
Tramite l’implementazione della guida sopra descritta Edilclima intende così enfatizzare proprio tale aspetto cogliendo l’occasione, in caso della modalità di valutazione A3, per fornire calcoli aggiuntivi ed alternativi, consigliati, ai fini dell’ottenimento di risultati veritieri, rispetto a quelli normati.
E’ pertanto frequente riscontrare, nel software di Edilclima, fin dalle sue prime versioni, la presenza di duplici opzioni, volte a fornire all’utente la facoltà di attenersi al calcolo normato o di personalizzarlo (i primi utenti ricorderanno la distinzione tra il FEN, puramente formale, ed il CCR, avente significato effettivo).
4. Approfondimenti: alcuni aspetti nel dettaglio
Ci si propone ora di dettagliare, a scopo esemplificativo, seppur non esaustivo, alcuni punti significativi, meritevoli di particolare considerazione. Tali punti corrispondono a differenze particolarmente nette, macroscopiche o di rilievo tra le varie modalità di valutazione.
Dati climatici
In caso di calcolo regolamentare si adottano i dati climatici convenzionali, definiti dalla UNI 10349. In caso di diagnosi si possono invece adottare i dati climatici reali, rilevati in loco o forniti da centraline meteorologiche (ove si adottino quelli convenzionali, i consumi calcolati andrebbero “destagionalizzati”, attraverso il rapporto tra i gradi giorno teorici ed effettivi, così da renderli confrontabili, ai fini della validazione del modello di calcolo, con quelli misurati).
Dati di utenza
Per “dati di utenza” si intendono una serie di parametri caratterizzanti le zone termiche ed i locali, quali, ad esempio, le temperature interne, l’umidità relativa interna, gli apporti interni sensibili, gli apporti interni latenti, i ricambi d’aria, le portate d’aria effettive, ecc.
Per tutti questi parametri, identificanti le abitudini ed i comportamenti degli utenti, vale, in generale, il seguente principio: in caso di calcolo regolamentare si adottano i valori convenzionali (dipendenti, ad esempio, dalla destinazione d’uso) mentre, in caso di diagnosi, si adottano i valori reali, tenuto conto delle condizioni o profili di utilizzo effettivi caratterizzanti l’edificio considerato. Per ciascuna tipologia di parametro valgono inoltre considerazioni specifiche.
Un aspetto meritevole di particolari riflessioni è, ad esempio, costituito dagli apporti interni gratuiti. Rispetto alla normativa precedente, nella UNI/TS 11300-1 gli apporti interni convenzionali per le categorie E.1(1) ed E.1(2) (abitazioni), riferiti alla superficie utile, sono stati diminuiti al fine di tener conto della progressiva tendenza all’utilizzo di lampade ed elettrodomestici energeticamente più efficienti. Considerazioni simili si ritiene possano valere, per analogia, per le categorie differenti.
Ad una riduzione degli apporti corrisponde così un maggior fabbisogno.
Va tuttavia precisato che i valori predetti, riferentisi ad una condizione ideale ed auspicata, sono da utilizzarsi per il calcolo regolamentare. In caso di diagnosi occorre invece tener conto che gli edifici esistenti sono mediamente ancora lontani dalla condizione auspicata. In tale caso i valori convenzionali andrebbero pertanto incrementati o si dovrebbe ricorrere alle tabelle relative alla valutazione A3, riportate nella UNI/TS 11300-1.
Si sottolinea che gli apporti costituiscono una componente rilevante della prestazione energetica degli edifici, significativa per quelli esistenti nonché determinante per quelli nuovi a basso consumo, perciò è consigliabile valutare con particolare prudenza tali aspetti.
Altre considerazioni possono essere effettuate ad esempio in merito ai ricambi d’aria. Riguardo ad essi si adotta, in caso di calcolo regolamentare, il valore convenzionale (0,3), ben rappresentativo del ricambio d’aria medio nelle 24 h degli edifici esistenti. Nel caso di diagnosi, si possono invece adottare ad esempio valori superiori, ove ciò sia giustificato dalla condizione dei serramenti, evidenziando tale condizione anomala, causa di maggiori consumi, nella relazione di calcolo.
Stagione di riscaldamento o raffrescamento
Per il servizio di riscaldamento occorre adottare, in caso di calcolo regolamentare, la stagione convenzionale (definita dalla UNI/TS 11300-1 in funzione della zona climatica) mentre, in caso di diagnosi, la stagione reale (calcolata, in conformità alla medesima norma, attraverso una valutazione dei due giorni estremi in cui il fabbisogno si annulla) o personalizzata (nota).
Per il servizio di raffrescamento si adotta invece, in caso di calcolo regolamentare, la stagione reale (calcolata secondo UNI/TS 11300-1) mentre, in caso di diagnosi, la stagione reale o nota.
Presenza dei vicini
In caso di calcolo regolamentare si deve effettuare una valutazione a “vicini presenti”, considerando cioè che i locali confinanti siano regolarmente occupati ed assumendo, per tali locali, le rispettive temperature interne convenzionali.
In caso di diagnosi occorre invece tener conto, al fine di una simulazione più veritiera, dell’effettiva presenza o meno dei vicini, effettuando, secondo il caso, una valutazione “vicini presenti” o “vicini assenti”. In tale seconda ipotesi si adottano, per i locali confinanti, le temperature interne mensili attenuate, calcolate secondo UNI EN 12831.
La differenza fra le due valutazioni indica il campo entro il quale può variare la prestazione energetica in funzione dello stato di occupazione dell’edificio.
Regime di funzionamento dell’impianto
In caso di calcolo regolamentare, dovendosi effettuare una valutazione in condizioni standard, si ipotizza il funzionamento continuo, senza cioè tener conto dell’effettivo regime di funzionamento caratterizzante l’impianto.
In caso di diagnosi, si deve invece simulare, ai fini di una valutazione aderente alla realtà, l’effettivo regime di funzionamento dell’impianto, secondo il caso continuo o intermittente (con spegnimento o attenuazione). In particolare il metodo di calcolo descrittivo del funzionamento intermittente è fornito dalla UNI EN ISO 13790, la quale verrà sostituita dalla nuova norma europea EN ISO 52016, non appena quest’ultima, in via di pubblicazione, verrà recepita a livello nazionale.
L’effetto dell’intermittenza si traduce, da un lato, in una riduzione del fabbisogno di energia utile, dall’altro, in una diminuzione dei tempi di accensione dell’impianto (ore/giorno). Con l’avvento della nuova norma europea il calcolo è stato profondamente rinnovato ed affinato rispetto a quello fornito dalla normativa precedente.
La nuova metodologia fornita si fonda infatti sulla determinazione della temperatura interna media risultante nelle 24 h ed è impostata in modo tale da consentire la gestione di profili di intermittenza multipli (ad esempio diurni, notturni o relativi al fine settimana).
Ciò permette di simulare profili di intermittenza particolari (caratterizzanti ad esempio le scuole) o periodi di non occupazione. Convenendo circa il significativo miglioramento apportato dalla nuova metodologia di calcolo, Edilclima ha valutato di anticiparlo nel proprio software introducendolo così nella prossima versione 8 di EC700.
Un ulteriore passo avanti verrà compiuto con l’introduzione dei metodi orari, finalizzati al calcolo dell’energia invernale ed estiva, anch’essi riportati nella EN ISO 52016, grazie ai quali si perverrà ad un notevole affinamento delle valutazioni inerenti la ventilazione ed il raffrescamento, servizi particolarmente rilevanti nel settore non residenziale.
Fattore di contabilizzazione
In caso di diagnosi occorre tener conto, ove le singole unità immobiliari siano provviste di dispositivi di contabilizzazione dell’energia termica utile, di un fattore di riduzione del fabbisogno, ipotizzabile, tipicamente, pari a 0,9. Tale fattore, denominato come “fattore di contabilizzazione”, consente di considerare il beneficio dovuto alla presenza dei dispositivi predetti, tali da ingenerare, secondo quanto effettivamente riscontrato nell’esperienza pratica, un comportamento più “virtuoso” da parte degli utenti.
L’opportunità di ricorrere all’applicazione del fattore di contabilizzazione, ai fini della determinazione di consumi più veritieri, è stata regolamentata, a livello normativo, per il servizio di riscaldamento (UNI/TS 11300-2) mentre non vi è cenno di ciò, nella norma, per altri servizi, quali il raffrescamento o la produzione di acqua calda sanitaria. Si ritiene tuttavia ragionevole, anche per tali servizi, procedere, in caso si disponga di contabilizzazione, in totale analogia, tanto più che il calcolo di diagnosi, come premesso, non deve essere necessariamente normato, bensì ha come scopo prioritario l’ottenimento di risultati garantiti ed affidabili. Ai fini del perseguimento di tale obiettivo, ogni buon tecnico deve pertanto affidarsi innanzitutto, quali regole basilari ed imprescindibili, alla fisica ed alla tecnica.
Si rimarca invece che, in caso di calcolo regolamentare, il fattore di contabilizzazione va ignorato dovendosi operare, in tale ipotesi, in condizioni standard, indipendentemente dalla peculiarità dei comportamenti degli utenti.
Rendimenti degli impianti
In caso di calcolo regolamentare si adottano i rendimenti normati, riportati nei prospetti o calcolati in conformità alle specifiche tecniche UNI/TS 11300. In caso di diagnosi si possono invece utilizzare rendimenti differenti, tenuto conto delle effettive condizioni di esercizio oppure calcolati secondo altre metodologie o norme.
Fattori di recuperabilità o di recupero delle perdite
Per “fattore di recuperabilità” si intende la frazione delle perdite totali da considerarsi recuperabili. Per “fattore di recupero” si intende la frazione delle perdite recuperabili da considerarsi effettivamente recuperate. In caso di calcolo regolamentare si adottano valori convenzionali o di default, variabili in funzione di aspetti quali la posizione delle tubazioni (per il fattore di recuperabilità) o la tipologia di regolazione (per il fattore di recupero). In caso di diagnosi si possono invece utilizzare valori differenti, secondo le condizioni effettive dell’edificio (es. tracciato reale delle tubazioni, ecc.).
Correzione del rendimento di regolazione per sbilanciamenti dell’impianto
Secondo la UNI/TS 11300-2 il rendimento di regolazione è funzione, per gli impianti contraddistinti da regolazione manuale o climatica, degli apporti gratuiti.
Nel caso di calcolo regolamentare si ipotizza che, nel locale più sfavorito, sia sempre garantita una temperatura interna di almeno 20 °C mentre, in tutti gli altri locali, la temperatura interna sia, per effetto degli apporti non recuperati, dovuti alla regolazione imperfetta, sempre superiore a tale valore (figura n. 5A e 5B). In tale ipotesi il rendimento di regolazione (hH,reg) si calcola attraverso la seguente formula:
ηH,reg = ηH,reg,rif - 0,6 × ηu × g [-]
dove:
ηH,reg,rif è il rendimento di riferimento, definito dalla UNI/TS 11300-2 [-];
ηu è il coefficiente di utilizzazione degli apporti [-];
g è il rapporto apporti perdite [-].
Fig. n. 5A e 5B: regolazione manuale o climatica, profilo di temperatura dei locali nell’ipotesi che siano tutti a temperatura superiore o uguale a 20 °C
Le condizioni reali, riscontrate in fase di collaudo o rilevate attraverso l’esame di grafici della temperatura interna, sono tuttavia spesso differenti. La conduzione degli impianti centralizzati si basa di frequente, infatti, su continui “ritocchi” o adattamenti dei parametri di regolazione al fine di “mediare” tra le richieste dei condomini, di cui alcuni lamentano temperature troppo basse mentre altri, disponendo ad esempio di appartamenti più favoriti, domandano una minor erogazione di calore per ragioni di comfort o economia. Ciò fa sì che la temperatura media del condominio sia circa pari a 20 °C, con alcuni appartamenti a temperatura superiore ed altri a temperatura inferiore.
Di tali condizioni è bene, in un calcolo di diagnosi, tenere conto così da non incorrere in una sovrastima dei consumi ed effettuare invece valutazioni più realistiche. Una condizione tipica, riscontrata in fase di rilievo, è ad esempio che 2/3 dei locali siano a temperatura superiore a 20 °C ed 1/3 sia a temperatura inferiore (figura n. 6A e 6B). Nell’ipotesi descritta, il rendimento di regolazione può essere così calcolato attraverso la seguente formula:
ηH,reg = ηH,reg,rif - 0,2 × ηu × g [-]
Fig. n. 6A e 6B: regolazione manuale o climatica, profilo di temperatura dei locali nell’ipotesi che 2/3 siano a temperatura superiore a 20 °C ed 1/3 sia a temperatura inferiore
Ragionamenti analoghi valgono in caso di sbilanciamenti o squilibri dell’impianto, tali per cui, per garantire i 20 °C nel locale più sfavorito, si tende a surriscaldare i locali più favoriti. Nella pratica, il gestore cerca pertanto di “bilanciare” le lamentele mantenendo i locali più sfavoriti ad una temperatura inferiore a 20 °C cosicchè si ricade in una condizione simile a quella descritta per la regolazione climatica.
Fattori di correzione extraflusso
Secondo la UNI/TS 11300-1, l’effetto dell’extraflusso termico per radiazione infrarossa verso la volta celeste è considerato come un incremento delle dispersioni conseguente alla diminuzione della temperatura superficiale delle pareti esposte verso la volta celeste.
Va pertanto precisato che, così come la radiazione solare ha effetto sulle sole pareti colpite dal sole, anche la radiazione della volta celeste dovrebbe incidere soltanto sulle pareti ad essa esposte ed, in particolare, sulle coperture piane.
Ad esempio, se un edificio è provvisto di un sottotetto, con copertura caratterizzata da ampie falde, tale edificio è schermato alla radiazione più intensa della volta celeste. La modesta quantità di radiazione che raggiunge le pareti laterali è invece sostanzialmente compensata, ove del caso, dalla radiazione del terreno o degli edifici circostanti, a temperatura più alta. Alla luce di tali considerazioni l’effetto dell’extraflusso va quindi applicato solo alle superfici non schermate o non soggette alla radiazione di altre superfici calde.
Quanto all’applicazione nelle valutazioni energetiche, nel caso di calcolo regolamentare si adottano i fattori di extraflusso “normati”, definiti dalla UNI/TS 11300-1, mentre, in caso di diagnosi, si consiglia di adottare fattori di extraflusso “personalizzati”, suggeriti ad esempio dal software di Edilclima, tenuto conto del grado di schermatura effettivo dell’edificio.
Un esempio di edificio parzialmente schermato è riportato nella figura n. 7 mentre un esempio di edificio non schermato è riportato nella figura n. 8.
Fig. n. 7: edificio parzialmente schermato alla radiazione della volta celeste
Fig. n. 8: edificio non schermato alla radiazione della volta celeste
5. Conclusione
Come premesso, ci si è proposti di evidenziare alcuni principi di fondo ed aspetti significativi, ma si ritiene possano sussisterne molti altri, meritevoli di considerazioni ed attenzione, essendo il calcolo delle prestazioni energetiche estremamente ricco di sfaccettature ed approcci differenti.
Proprio per tale ragione, si è convinti che un notevole valore aggiunto dell’operato di ogni buon termotecnico sia la sensibilità di discriminare tali aspetti effettuando, di volta in volta, secondo lo scopo, le più corrette assunzioni.
D’altro canto, lo strumento migliore di cui avvalersi dovrebbe essere un software evoluto, il quale non si limiti ad un’applicazione pedissequa ed acritica della norma, bensì sia tale da offrire, ove possibile, occasioni di personalizzazione, approfondimento ed affinamento, a beneficio di un’elevata professionalità oltre che di un risultato garantito.