Le prestazioni di un edificio a energia quasi zero: il monitoraggio di un caso di studio
1. INTRODUZIONE
L’intento di questa analisi è mostrare come un sistema edificio-impianto di tipo nZEB possa dar luogo a prestazioni in esercizio molto diverse qualora utilizzato da utenze differenti.
Fig. n. 1: render palazzine
2. PRESENTAZIONE EDIFICI
Il complesso, costituito da due palazzine a carattere residenziale, è stato concepito con l’obiettivo di limitare i carichi termici invernali ed estivi e soddisfare le varie richieste energetiche tramite sistemi di recupero termico e l’utilizzo di fonti rinnovabili.
Le due palazzine comprendono rispettivamente tre e quattro piani fuori terra per una superficie netta calpestabile totale rispettivamente di 340 e di 480 m2.
La progettazione dell’involucro era finalizzata all’ottenimento di un valore medio di trasmittanza termica di 0,13 W/(m2K) per la parte opaca e 0,75 W/(m2K) per la parte trasparente.
Fig. n. 2: particolare costruttivo involucro
Particolare attenzione ha richiesto il calcolo dei ponti termici. E’ emersa immediatamente la necessità di approcciare il problema in modo diverso rispetto ad una valutazione forfettaria o semplificata come normalmente avveniva nella precedente versione delle UNI-TS 11300.
L’analisi è stata condotta per via analitica ed ha costituito una prima base per lo sviluppo dell’Atlante nazionale dei ponti termici elaborato con il supporto del Dipartimento di energetica del Politecnico di Torino.
Fig. n. 3: analisi ponte termico
L’impianto di climatizzazione è stato progettato per sfruttare in modo ottimale lo scambio diretto con il terreno in modo da realizzare free cooling nella stagione estiva e un preriscaldamento gratuito in quella invernale.
Fig. n. 4: schema impianto
Quando sono richiesti livelli entalpici non raggiungibili con il solo scambio diretto, vengono attivate pompe di calore geotermiche che alimentano i terminali radianti e le batterie dell’unità di trattamento aria.
La ventilazione è a portata variabile in funzione della concentrazione di inquinanti rilevata, alloggio per alloggio.
I pannelli solari termici integrano la produzione di acqua calda sanitaria, mentre i pannelli fotovoltaici producono l’energia necessaria per il funzionamento delle pompe di calore, dei ventilatori e degli ausiliari.
Per quanto riguarda il sistema di distribuzione, i cunicoli contenenti le reti di distribuzione principale sono stati progettati per garantire la minore dispersione termica possibile, utilizzando tubazioni preisolate nonché materiale isolante espanso in lastre, che riempie completamente i cavedi.
3. FASE DI MONITORAGGIO
Un sistema edificio-impianto come questo richiede necessariamente un apparato automatico per l’attivazione dei vari impianti in funzione di opportuni accorgimenti e delle varie condizioni ambientali.
Il sistema di gestione e regolazione (Siemens SYNCO 700) dell’impianto consente di esportare su piattaforma dedicata tutte le misure e gli stati in tempo reale.
Nella figura n. 5 sono riportati i punti di misura ricavati dalla maschera principale del sistema di acquisizione dati.
Si tratta di sensori di temperatura, umidità relativa, pressione, IAQ e stato. I sensori di temperatura sono in generale collocati su tutte le tubazioni ed i canali principali sia in mandata, sia in ripresa. I sensori di umidità relativa sono collocati sui canali di ripresa. I sensori di pressione sono collocati sui canali di mandata e ripresa.
Fig. n. 5: punti di misura
Il sistema di gestione previsto consente inoltre:
- la visione di tutti i principali parametri di funzionamento (temperatura, pressioni, % aperture, ecc.);
- la modifica di tutti i set point (curva climatica, temperatura aria primaria, temperatura ACS, ecc.);
- la programmazione delle sequenze di attivazione dei vari sistemi;
- la memorizzazione dei trend di funzionamento.
Consumi di acqua calda sanitaria e acqua fredda
In questo complesso il consumo di acqua calda è superiore rispetto ai dati standard previsti in sede di progetto. Tale evento non è infrequente: il consumo reale di ACS può essere maggiore rispetto a quello nominale.
Per verificare i rendimenti degli impianti si calcola l’energia utile attraverso i consumi ed i salti termici misurati dell’acqua calda.
Il dato relativo al consumo di acqua per uso WC è misurato a parte in quanto l’edificio è dotato di un sistema di recupero delle acque piovane, ad uso irriguo e cassette di risciacquo.
Si è potuta verificare l’utilità del sistema che, raramente, è andato in integrazione da acquedotto. Il risparmio idrico, per un piccolo complesso come questo, con 2.000 m2 di giardino e 7 appartamenti di dimensioni medio grandi, tutti con doppio bagno, è pari ad alcune centinaia di m3 di acqua all’anno.
Consumi elettrici
La strumentazione presente in campo per la misurazione dei consumi elettrici prevede, oltre al sistema di telegestione e telecontrollo (misurazione e registrazione di tutti i parametri di funzionamento degli impianti tra cui temperature, pressioni, portate, ecc. e contatori per la misura dei consumi delle varie utenze a lettura diretta), anche un multimetro registratore per la misura e registrazione in continuo dei dati di consumo delle apparecchiature di centrale comprendenti: pompa di calore riscaldamento, pompa di calore produzione ACS, circolatori, ventilatori, regolazioni, ecc.
Il multimetro registratore, modello Schneider PM 3250, è in funzione dal mese di maggio 2015. La misurazione e registrazione tramite multimetro ha confermato i dati iniziali misurati e registrati tramite l’originario sistema di telegestione e telecontrollo e tramite i contatori dedicati alle varie utenze ed ai principali servizi di centrale.
Consumi stagione 2015-2016
Vengono presentati i consumi per riscaldamento e climatizzazione estiva degli appartamenti collocati all’ultimo piano delle due palazzine (vedi figure n. 6A e 6B), i quali sono paragonabili in termini di volumetria totale, superfici totali e collocazione, ma caratterizzati da utenze con atteggiamenti diversi dal punto di vista dell’uso di un edificio nZEB.
Fig. n. 6A: dati di consumo misurati per riscaldamento
Fig. n. 6B: dati di consumo misurati per raffrescamento
L’ultimo piano della palazzina alta e la relativa mansarda ad uso comune, sono utilizzati da persone che hanno partecipato alla progettazione e costruzione degli edifici. In questo caso la gestione degli alloggi risulta quanto mai semplice.
Vengono definiti gli assetti climatici dei vari locali mantenendoli stabili e, solo nel caso di assenze prolungate, si opta per impostare delle riduzioni alle temperature interne. Le finestre sono generalmente chiuse e si affida ai sensori di qualità dell’aria la determinazione della portata di ricambio necessaria a mantenere un’idonea qualità dell’aria interna. Questo consente di mantenere in leggera pressione positiva i locali riducendo i consumi elettrici del ventilatore di ripresa.
La palazzina bassa (ultimo piano con mansarda), è abitata da occupanti che sono stati istruiti sul funzionamento di un edificio nZEB ma non hanno seguito le fasi progettuali e costruttive e sono quindi più portati a seguire dei criteri di gestione dell’edificio “tradizionali”.
Difficilmente si riescono a mantenere assetti climatici interni costanti e molto più spesso l’utente è portato ad accendere e spegnere il sistema come si fa con l’impianto di illuminazione, senza tenere conto dei tempi di messa a regime dell’impianto e delle conseguenze negative che questo può avere sul sistema di generazione.
Altro aspetto critico è la gestione del sistema di ventilazione meccanica: spesso infatti le finestre vengono lasciate aperte per periodi di tempo prolungati poiché, non avvertendo la rumorosità del ventilatore, si pensa che il sistema di ventilazione non sia in funzione. L’apertura degli infissi causa in realtà uno sbilanciamento dell’impianto poiché fa diminuire la contropressione nel locale con conseguente aumento dei consumi elettrici del sistema.
Si è valutata inoltre la discrepanza tra i consumi misurati per la generazione di calore e quelli attesi in fase di progettazione (figura n. 7). Da tale analisi è emerso che, negli alloggi della palazzina alta, la differenza tra i consumi reali e quelli previsti (nelle condizioni di temperatura interna reale) è minore rispetto a quella che si riscontra nella palazzina bassa.
Fig. n. 7: confronto dati di consumo misurati e attesi per riscaldamento
4. CONCLUSIONE
Dall’analisi dei dati del monitoraggio e dal confronto degli stessi con i dati di consumo attesi si evince che, affinchè un edificio nZEB garantisca le prestazioni attese in termini di risparmio dei consumi, non è sufficiente che la progettazione e la costruzione del fabbricato siano improntate verso principi e tecnologie costruttive altamente sostenibili, ma è necessario sensibilizzare, formare ed informare l’utenza che li abiterà, in modo che si abbandoni una modalità di gestione “tradizionale” dell’immobile per affidarsi ad una automatica e controllata dai sistemi, affinchè le prestazioni reali dell’edificio durante la vita utile, siano il più vicino possibile a quelle valutate teoricamente.