Edifici Quasi Zero Energia

Principi di termofisica e bioclimatica per la progettazione di edifici a quasi zero energia e la riqualificazione energetica degli edifici esistenti

Con il decreto legislativo 4 luglio 2014, n.?102, che recepisce la Direttiva 2012/27/UE, vengono individuate le misure per promuovere la realizzazione di Edifici a Energia Quasi Zero, i cosiddetti NZEB (Near Zero Energy Buildings), strutture in grado di utilizzare pochissima energia per il loro funzionamento, già introdotti in Italia con il D.L. n. 63/2013.

Il presente volume costituisce una guida per quei tecnici che vogliono affrontare le prossime sfide progettuali, offrendo suggerimenti ed esempi di casi esemplificativi italiani ed esteri.

La prima parte del volume esamina la normativa sugli EQZE ed il comportamento termofisico degli edifici. Riporta, inoltre, considerazioni sull'opportunità e sui benefici legati alla costruzione di EQZE e una esposizione sui principi della bioclimatica, attraverso un esame delle architetture vernacolari tradizionali, che già presentano soluzioni in grado di offrire un livello di benessere equivalente a quello che oggi viene richiesto.

La seconda parte del volume prende in esame le singole azioni di efficientamento energetico che possono essere condotte sull'involucro e sugli impianti di un edificio e trattata la riqualificazione energetica del costruito fornendo delle linee guida ed illustrando alcuni casi studio. Un capitolo riprende i principi di bioclimatica e di termofisica, per fornire ai tecnici delle indicazioni per la progettazione degli EQZE e un capitolo è dedicato all'integrazione architettonica dei principali impianti meccanici e di produzione di energia da fonti rinnovabili.

Il volume si conclude con un'esposizione di particolari costruttivi e casi studio, realizzati in Italia e all'estero.

NOTE SUL SOFTWARE INCLUSO
Il software incluso consente di accedere ad una banca-dati normativa ed ai seguenti fogli di calcolo: calcolo relativo alla parte terza delle UNI/TS 11300 (con manuale d'uso); calcolo irradiazione; cogenerazione (tutti i mesi); combustione di biomasse; dimensionamento reti tecnologiche (con manuale d'uso); Flusso solare.

Utilità disponibili con il software: Glossario (principali termini tecnico-normativi); F.A.Q. (domande e risposte più frequenti).

Requisiti hardware e software: processore da 2.00 GHz; MS Windows XP/Vista/7/8 (per utenti MS Windows Vista/7/8 sono necessari i privilegi di "amministratore"); 250 MB liberi sull'HDD; 1 GB di RAM; MS Excel 2003 e vs. successive; Adobe Reader 9 e vs. successive.

Giuliano Cammarata, ingegnere, professore di Prima Fascia di Impianti Termotecnici presso la Facoltà di Ingegneria di Catania. È stato Consigliere nazionale AICARR per tre mandati. È autore di circa 200 pubblicazioni scientifiche. Ha esperienza pluridecennale sull'impiantistica termotecnica.
Massimiliano Cammarata, architetto, dottorando in Energetica, coltiva interessi per l'architettura sostenibile e la bioarchitettura. Si interessa delle influenze energetiche nell'edilizia e dell'utilizzo di energie rinnovabili.
Giovanni D'Amico, architetto, libero professionista. È consulente energetico per enti pubblici e privati. Svolge ricerche nel campo delle ristrutturazioni ecosostenibili in Italia e all'Estero.
Fabrizio Russo, architetto, libero professionista. Opera nel campo dell'Architettura sostenibile e dell'ecoinnovazione applicata all'edilizia. Ha realizzato numerosi interventi di bioedilizia in ambito pubblico e privato.

Indice
1. INTRODUZIONE
1.1. Le problematiche energetiche
1.2. Edifici A Zero Energia
1.3. La Direttiva 2010/31/CE
1.3.1. Requisiti minimi di prestazione energetica in edifici nuovi
1.3.2. Requisiti minimi di prestazione energetica in edifici esistenti
1.3.3. Impianti tecnici nell'edilizia
1.3.4. Edifici a energia quasi zero
1.3.5. Attestato di Prestazione Energetica
1.3.6. Rilascio dell'attestato di prestazione energetica
1.3.7. Esperti indipendenti
1.3.8. Recepimento
1.3.9. Quadro comune generale per il calcolo della prestazione energetica degli edifici

2. LEGGE N. 90/2013 DI RECEPIMENTO  DELLA DIRETTIVA 2010/31/CE
2.1. Ambito di applicazione
2.2. Modalità di applicazione
2.3. Edifici a Quasi Zero Energia
2.4. Attestato di Prestazione Energetica
2.5. Relazioni Tecniche e Deposito in Comune
2.6. Norme Transitorie
2.7. Sanzioni
2.8. Abrogazioni e Disposizioni Finali
2.9. Nuovi Decreti attuativi della Legge n. 90/2013

3. DIRETTIVA 2012/27/UE
3.1. Direttiva 2012/27/CE
3.2. D.Lgs. n. 102/2014: recepimento della Direttiva 2012/27/CE

4. TERMOFISICA DEGLI EDIFICI
4.1. Grandezze e leggi Fisiche Utili per la Fisica degli Edifici
4.1.1. Sistema termodinamico
4.1.2. Massa
4.1.3. Densità
4.1.4. Viscosità dinamica
4.1.5. Viscosità cinematica
4.1.6. Energia
4.1.7. Potenza
4.1.8. Temperatura
4.1.9. Energia interna di un corpo
4.1.10. Calore specifico
4.1.11. Capacità termica
4.1.12. Potere Calorifico
4.1.13. Conducibilità termica
4.1.14. Convezione termica
4.1.15. Correlazioni adimensionali per la convezione
4.1.16. Bilancio Energetico
4.1.17. Resistenza termica
4.1.18. Ponti Termici
4.1.19. Scambi termici radiativi
4.2. Parametri climatici: gradi-giorno e temperatura esterna di progetto
4.3. Comportamento Termico dell'Involucro dell'edificio
4.3.1. Regime stazionario degli edifici
4.3.2. Transitorio termico degli edifici
4.3.3. Pareti in regime periodico stabilizzato
4.3.4. Riscaldamento e raffreddamento di un corpo
4.4. Parametri che influenzano i bilanci energetici degli edifici
4.4.1. Effetti di massa delle pareti interne
4.5. Pareti trasparenti
4.5.1. Caratteristiche ottiche dei vetri
4.5.2. Effetto Serra negli edifici
4.6. Serramenti ed infissi
4.7. Massa termica negli edifici
4.8. Bilancio di potenza per gli edifici: carico termico
4.9. Carico termico di riscaldamento di progetto
4.10. Indice di prestazione energetica

5. NUOVE NORME SULLA PRESTAZIONE ENERGETICA  DEGLI EDIFICI
5.1. La transizione verso le nuove procedure  di valutazione energetiche degli edifici
5.1.1. Edificio di Riferimento
5.1.2. Regolamento delegato UE n. 244/2012 del 16 gennaio 2012
5.2. Il Decreto sui Requisiti minimi degli Edifici
5.2.1. Definizione di Edifici a Quasi Zero Energia
5.2.2. Indici di Prestazione Energetica
5.2.3. Verifica del Coefficiente Medio Globale  di scambio termico
5.2.4. Verifica del valore massimo del rapporto  fra l'area equivalente estiva e la superficie utile
5.3. Parametri relativi agli impianti tecnici
5.3.1. Servizi di climatizzazione invernale,  climatizzazione estiva, acqua calda sanitaria  e produzione di energia elettrica in situ
5.3.2. Fabbisogni energetici di illuminazione
5.3.3. Fabbisogni energetici di ventilazione
5.4. Nuova Certificazione Energetica - Linee Guida Nazionali
5.4.1. Prestazione energetica e servizi energetici
5.4.2. Metodologie di Calcolo per la Prestazione Energetica
5.4.3. Metodo di calcolo di progetto
5.4.4. Metodo di calcolo da rilievo sull'edificio
5.5. Nuova Metodologia per la classificazione degli edifici
5.5.1. Rappresentazione delle prestazioni, struttura della scala  delle classi e soglia di riferimento legislativo
5.5.2. Il formato dell'APE
5.6. Altri indicatori presenti nell'APE
5.6.1. Prestazione energetica invernale e d estiva dell'involucro
5.6.2. Prestazione degli impianti tecnici
5.7. Nuove Norme UNI/TS 11300 - Parte 1 e 2

6. LA QUALITÀ DEGLI EDIFICI A QUASI ZERO ENERGIA
6.1. Considerazioni generali
6.2. I benefici degli Edifici Quasi Zero Energia
6.2.1. Sviluppo sostenibile  e riduzione delle emissioni in atmosfera di CO2
6.2.2. Ridurre, riciclare, Ristrutturare
6.2.3. Comfort termico
6.2.4. Comfort acustico
6.3. Classificazione degli edifici
6.3.1. Requisiti di un edificio passivo

7. ELEMENTI DI ARCHITETTURA BIOCLIMATICA
7.1. Architettura bioclimatica
7.1.1. Principi generali di Bioarchitettura
7.1.2. Influenza del clima
7.2. Esempi di Bioclimatica nella storia dell'Architettura
7.2.1. Insediamento indiano di MESA Verde in Colorado
7.2.2. La casa romana - DOMUS Romana
7.2.3. La casa Greca antica
7.2.4. Casa medievale
7.2.5. Architettura araba
7.2.6. Le abitazioni rinascimentali
7.2.7. La masseria siciliana
7.2.8. I dammusi di Pantelleria e i trulli di Alberobello
7.3. Osservazioni sulle case Vernacolari
7.4. Tipologie costruttive e Bioclimatica
7.5. Sistemi passivi
7.5.1. Sistemi a guadagno solare diretto
7.5.2. Sistemi a guadagno solare indiretto
7.5.3. Il sistema a guadagno indiretto con assorbitore di massa trascurabile: solar-wall
7.5.4. Sistemi a guadagno termico misto: serra Solare
7.6. Sistemi di raffrescamento
7.7. Apporti termici dovuti a componenti edilizi speciali  (Norma UNI 10344 - Appendice F)
7.7.1. Muro con copertura trasparente senza aperture
7.7.2. Muro con copertura trasparente e dotato di aperture verso l'ambiente interno
7.7.3. Serre solari
7.8. Sistemi attivi
7.9. Le case attive
7.9.1. Le specifiche Active House
7.9.2. Spazio minimo per l'autosufficienza

8. AZIONI SULL'INVOLUCRO DEGLI EDIFICI - IL RINNOVAMENTO ENERGETICO DEL COSTRUITO
8.1. L'opportunità d'intervenire sul costruito
8.2. Ostacoli al rinnovamento energetico del costruito
8.3. Politiche di incentivazione  per gli EQZE della Regione Piemonte
8.4. La necessità di intervenire  con un approccio progettuale di tipo integrato
8.5. Linee guida per gli interventi sugli edifici esistenti
8.5.1. Coibentare l'involucro
8.5.2. Ridurre le dispersioni delle Superfici vetrate
8.5.3. Ridurre i ponti termici
8.6. Gli interventi sugli edifici storici
8.6.1. I tubi di luce
8.6.2. Le nanotecnologie
8.6.3. CASO STUDIO: ristrutturazione ed ampliamento  di un edificio rurale nel Piacentino (edificio in muratura)  - Arch. Michael Tribus
8.6.4. CASO STUDIO: riqualificazione energetica  del Centro Servizi di Nicolosi (edificio con struttura mista)  - Arch. Fabrizio Russo e Ing. Ignazio Garra

9. PROGETTO DI EDIFICI QUASI ZERO ENERGIA
9.1. Applicazione dei criteri di Architettura Bioclimatica  e scelta dei materiali
9.2. Linee guida per la progettazione degli edifici
9.2.1. Orientamento dell'edificio
9.2.2. Assenza di elementi ombreggianti
9.2.3. Rapporto architettonico S/V
9.2.4. Distribuzione e disposizione dei locali
9.2.5. Isolamento termico
9.2.6. Assenza di ponti termici
9.2.7. Massa termica dell'edificio
9.2.8. Impermeabilità al vento
9.2.9. Finestre speciali
9.2.10. Schermatura solare
9.3. Azioni progettuali per gli Edifici Quasi Zero Energia
9.3.1. Pareti esterne
9.3.2. Facciata ventilata
9.3.3. Utilizzo di schermi esterni
9.3.4. Utilizzo di adeguate finestre
9.3.5. Pareti interne
9.3.6. Solai e coperture
9.3.7. Riduzione dei Ponti Termici
9.4. Involucri interattivi
9.5. Linee guida per l'utilizzo degli impianti meccanici
9.5.1. Calcolo dei Carichi Termici
9.5.2. Sistema di ventilazione
9.5.3. Generatori di calore
9.5.4. Produzione di acqua sanitaria
9.5.5. Illuminazione naturale
9.5.6. Illuminazione artificiale
9.5.7. Utilizzo di fonti di energia rinnovabili (FER)
9.5.8. Limitazione dell'utilizzo dell'energia elettrica
9.5.9. Riduzione dei consumi energetici  per il raffrescamento estivo
9.6. Inserimento di componenti attivi esterni
9.6.1. Inserimento di collettori solari Termici
9.6.2. Inserimento di collettori fotovoltaici
9.6.3. Inserimento di micro turbine eoliche
9.7. Inserimento degli impianti meccanici
9.7.1. Centrale termica
9.7.2. Sistema di ventilazione con recupero di calore
9.8. Architettura dinamica
9.9. Particolari costruttivi
9.9.1. Strutture verticali
9.9.2. Strutture orizzontali
9.10. Esempi
9.10.1. CASO STUDIO: progetto per un centro servizi a San Giovanni La Punta (edificio con struttura in legno X-Lam)  - Arch. Fabrizio Russo
9.10.2. CASO STUDIO: casa Magnanelli a Montescudo  in classe oro nature A (casa con muratura massiccia)
9.10.3. CASO STUDIO: CSET, Centre for Sustainable Energy Technologies, Ningbo, Giappone (Edificio con struttura mista) - Arch. Mario Cucinella
9.10.4. CASO STUDIO: Casa Biquadro, Italia  (casa con struttura in legno massiccio)  - Arch. Fabrizio Russo e Arch. Giovanni D'Amico
9.10.5. CASO STUDIO: kingspan Lighthouse a Watford,  Inghilterra (casa con struttura in legno)  - Arch. Sheppard Robson
9.10.6. CASO STUDIO: CSET, Centre for Sustainable Energy Technologies, Ningbo, Giappone - Arch. Mario Cucinella
9.10.7. CASO STUDIO - casa in collina, realizzazione  di una villa con struttura prefabbricata in legno  - Arch. Federica Capannini
9.10.8. CASO STUDIO: casa sul Lago D'Iseo  - Arch. Gabriele Gotti
9.10.9. CASO STUDIO: Milanofiori Residential Complex - OBR
9.10.10. CASO STUDIO: maison Damico - Atelier Karawitz
9.10.11. CASO STUDIO: maison Bambù - Atelier Karawitz
9.10.12. CASO STUDIO: Lenté - Atelier Karawitz
9.10.13. CASO STUDIO: VeluxLAB - Roberto Aparicio Ronda
9.10.14. CASO STUDIO: residenza Verdiana a Clusone  - Giovanni Maria Facchini
9.10.15. CASO STUDIO: riqualificazione energetica  della sede della comunita montana val Brembana  - Studio Architettura Carminati
9.10.16. CASO STUDIO - R-House a Syracuse, NY  - Della Valle Bernheimer and Architecture Research Office
9.10.17. CASO STUDIO: casa a San Gregorio (CT), struttura in X-Lam - Studio Fra - Architettura ed Ecoinnovazione

10. AZIONI SUGLI IMPIANTI - INTEGRAZIONE DEGLI IMPIANTI MECCANICI
10.1. La problematica degli impianti meccanici
10.1.1. Gli sviluppi normativi in campo energetico per gli edifici
10.2. D.Lgs. n. 28/2011 (promozione delle Fonti  di Energia Rinnovabile, FER)
10.2.1. Integrazione delle Fonti di Energia Rinnovabili (FER)
10.2.2. I fattori di conversione in energia primaria
10.2.3. Raccomandazione 14/2013 del CTI
10.2.4. Esempio di utilizzo integrato  del D.Lgs. n. 28/2011 e della UNI/TS11300-4
10.2.5. Energia prodotta da pompe di calore  e Decisione delle CE 1 marzo 2013
10.2.6. Esempio di catalogo aggiornato di pompe di calore
10.2.7. Verifica del grado di copertura  con il metodo dell'energia primaria totale
10.2.8. Uso dei pannelli fotovoltaici
10.2.9. Obbligo di integrazione dei pannelli fotovoltaici sui tetti
10.2.10. Conclusioni sul D.Lgs. n. 28/2011
10.3. Utilizzo di energia elettrica da rete
10.4. Integrazione energetica negli edifici con pompa di calore
10.4.1. Edificio con solo riscaldamento ACS ed illuminazione
10.4.2. Edifico con impianti di riscaldamento  e raffrescamento, ACS e illuminazione
10.4.3. Condizioni per l'accettazione  della rinnovabilità dell'energia
10.4.4. Calcolo dell'energia rinnovabile reale  ai fini della valutazione energetica
10.5. Utilizzo delle fonti di energia rinnovabili  secondo la UNI/TS 11300-4
10.5.1. Fabbisogni di energia primaria
10.5.2. Valutazione delle emissioni di CO2
10.6. Impianti solari
10.6.1. Specifica tecnica
10.6.2. Calcolo del coefficiente  di correzione della capacità di accumulo fst
10.6.3. Fabbisogno di energia elettrica degli ausiliari
10.6.4. Perdite dell'impianto solare termico
10.6.5. Frazione solare e riduzione  del fabbisogno di energia primaria
10.6.6. Esempio di calcolo
10.7. Impianti fotovoltaici
10.7.1. Specifica tecnica
10.7.2. Procedura di calcolo
10.7.3. Esempio di calcolo
10.8. Combustibile da biomasse
10.8.1. Procedura di calcolo
10.8.2. Generalità sui metodi di calcolo
10.8.3. Procedura per il calcolo delle perdite di generazione
10.8.4. Rendimenti minimi a carico nominale e intermedio  calcolati secondo la Direttiva 92/42/CEE
10.8.5. Calcolo del fabbisogno di energia degli ausiliari
10.8.6. Calcolo delle perdite d'energia recuperabili
10.8.7. Energia termica recuperabile dall'energia ausiliaria elettrica
10.8.8. Sottosistemi multipli
10.8.9. Esempio di calcolo
10.9. Pompe di calore
10.9.1. Pompe di calore a compressione di vapore
10.9.2. Pompe di calore ad assorbimento
10.9.3. Classificazione delle pompe di calore  in base al fluido termovettore e al pozzo freddo
10.9.4. Applicazioni della pompa di calore
10.9.5. Specifica tecnica
10.9.6. Correzione del COP o del GUE al variare delle temperature della sorgente fredda e del pozzo caldo
10.9.7. Rendimento di secondo principio
10.9.8. Fattore correttivo del COP o del GUE  in base al fattore di carico CR
10.9.9. Calcolo del fattore correttivo dai dati forniti dal costruttore
10.9.10. Calcolo del fattore correttivo in base  a dei modelli di calcolo di default
10.9.11. Intervalli di calcolo
10.9.12. Metodo per la determinazione dei Bin mensili
10.9.13. Procedura di calcolo
10.9.14. Pompe di calore per produzione  di sola acqua calda sanitaria
10.9.15. Pompe di calore per il riscaldamento
10.9.16. Calcolo dei fabbisogni di energia
10.9.17. Esempio di calcolo
10.10. Teleriscaldamento
10.10.1. Efficienza del teleriscaldamento
10.10.2. Teleraffrescamento
10.10.3. Specifica tecnica
10.10.4. Perdite di potenza termica della sottostazione
10.11. Cogenerazione
10.11.1. Efficienza di un impianto di cogenerazione
10.11.2. Tipologie di impianti cogenerativi
10.11.3. Vantaggi della cogenerazione
10.11.4. Specifica tecnica
10.11.5. Verifica del dimensionamento  dei sistemi di accumulo inerziale
10.11.6. Metodi di calcolo
10.11.7. Metodo del contributo frazionale mensile
10.11.8. Calcolo della frazione cogenerata
10.11.9. Fabbisogno di energia per la combustione
10.11.10. Metodo del profilo del giorno mensile
10.11.11. Determinazione del profilo di carico del giorno tipo mensile
10.11.12. Curve prestazionali standard
10.11.13. Esempio di calcolo

11. INSTALLAZIONE DEL SOFTWARE INCLUSO
11.1. Note sul software incluso
11.2. Requisiti hardware e software
11.3. Download del software e richiesta della password di attivazione
11.4. Installazione ed attivazione del software

INDICE DELLE FIGURE
INDICE DELLE TABELLE