DIAGNOSI ENERGETICA PRELIMINARE EDIFICIO SCOLASTICO

Progetto “Educarsi al Futuro” A.S. 2010-2011
DIAGNOSI ENERGETICA PRELIMINARE
EDIFICIO SCOLASTICO
ISIS “GRAMSCI-KEYNES”
CLASSE 3AS
SCOPO DELL’INDAGINE
Lo scopo del presente lavoro è stato quello di svolgere una indagine sui consumi
energetici dell’edificio scolastico che ospita il nostro istituto.
Le motivazioni che ci hanno spinto a realizzarla sono riassumibili in tre punti:
•lo scarso comfort termico percepito dagli utenti, soprattutto in inverno ed in
estate;
•il desiderio di sperimentare una metodologia di valutazione delle prestazioni
energetiche degli edifici attraverso i consumi reali, come scuola tecnica che si
occupa di costruzioni e territorio;
•la volontà di esaminare un caso concreto di edilizia scolastica e di gestione dei
consumi per poter individuare le criticità e, in un successivo momento, le
strategie e gli interventi più opportuni per ridurre concretamente gli sprechi
energetici.
STATO ATTUALE DELL’EDIFICIO
STRUTTURA
L’edificio che ospita l’ISIS “Gramsci- Keynes” è costituito di quattro corpi
di fabbrica:
• due che ospitano le aule;
• un corpo centrale in cui si trovano la portineria, gli uffici, l’aula magna e
l’aula docenti;
• un corpo laterale che ospita: la palestra, l’auditorium, una biblioteca
multimediale, una sala per l’attrezzistica e la mensa. Tale corpo risulta
fisicamente disgiunto dagli altri ed è collegato al corpo centrale da una
passerella aerea che collega i rispettivi primi piani.
Il corpo centrale ed uno dei due corpi di fabbrica che contiene le aule
sono stati completati nel 1988, mentre il blocco palestra-auditoriummensa ed il secondo blocco aule sono stati ultimati undici anni dopo, nel
1999.
La struttura portante dell’edificio è in cemento armato con
tamponamento in muratura e rivestimento esterno in lastre di cemento
e argilla espansa.
Non è stato possibile rilevare la stratigrafia delle pareti e, di conseguenza,
la presenza di isolamento termico nella muratura.
Il tetto è piano nei due corpi aule, salvo per la zona centrale che copre i
corridoi del secondo piano dove si trova un lucernario in vetro e cemento
che consente di sfruttare la luce naturale per l’illuminazione.
Nel corpo centrale la copertura è piana, mentre nel corpo palestraauditorium-mensa una parte del tetto, che sovrasta la palestra con
attrezzistica, è costituita da una cupola in cemento e vetro con la funzione
di lucernario
ESPOSIZIONE E SERRAMENTI
Il complesso di edifici è posto lungo la strada declassata che conduce da
Prato a Pistoia, nel quartiere San Giusto. L’esposizione prevalente dei
blocchi è Nord-Est Sud-Ovest.
I blocchi-aule si sviluppano per tre piani fuori terra, hanno entrambi una
lunghezza di circa 64 m ed una larghezza di circa 22 m, sono paralleli tra
loro, e separati da una zona a verde della stessa larghezza.
Il blocco aule rivolto verso la tangenziale ospita 30 classi (5 al piano
terreno, 13 al primo piano e 12 al secondo). Le restanti aule sono adibite a
laboratori, aule informatica e locali di deposito, situati prevalentemente al
piano terreno. Sono rivolte a NE 17 aule in tutto, tra piano terra, primo e
secondo piano, mentre le restanti 13 a SO.
L’altro edificio omologo ospita 23 classi (10 al primo e 13 al secondo
piano) oltre a 13 aule con destinazione diversa, 9 delle quali occupano
completamente il piano terreno. Sono rivolte a NE 14 aule mentre le
restanti a SO.
Nel blocco centrale gli uffici al piano terreno hanno esposizione E, l’aula
docenti e invece rivolta a NE . Al secondo piano tre uffici sono rivolti ad E,
due ad O e tre a NE e l’aula magna ha doppia esposizione SE-SO.
Le finestre sono ampie, ed attraversano per tutta la loro lunghezza le
pareti rivolte verso l’esterno dei locali utilizzabili. Hanno vetri doppi ed
infissi scorrevoli in metallo. L’unica forma di riparo dalla luce esterna,
quando è eccessiva, è costituita da tende grigie, peraltro presenti solo
nelle aule dove maggiore è l’insolazione.
IMPIANTI
L’impianto termico, alimentato a metano, risulta suddiviso in due parti:
due caldaie alimentano il corpo centrale ed i blocchi aule, mentre una
terza caldaia provvede al riscaldamento del blocco palestra- auditoriummensa. La contabilizzazione dei consumi avviene con letture periodiche
distinte tra mensa scolastica (solo mensa) e tutto il resto dell’edificio.
Le due caldaie che servono i corpi aule ed il corpo centrale hanno una
tecnologia standard, e sono entrambi di marca Ferroli: una modello PREX
400 con una potenza al focolare di 516 kW, l’altra modello PREX 470 e una
potenza al focolare di 568 kW. Non è stato possibile avere i dati della terza
caldaia che serve il complesso palestra- auditorium-mensa.
Il riscaldamento dei locali è assicurato in gran parte da radiatori, salvo in
auditorium ed in palestra dove sono presenti aerotermi. L’impianto
fornisce anche acqua calda sanitaria.
Negli uffici la climatizzazione invernale ed estiva è supportata anche da
pompe di calore con split, mentre nelle aule sono stati installati dal 2008 due
ventilatori per aula in tutti i piani.
L’impianto funziona con intermittenza di esercizio, secondo quanto stabilito
dalla normativa vigente, per 12 ore giornaliere come per tutte le località che
come Prato ricadono nella zona climatica D, e con accensione dal 1
Novembre al 15 Aprile (durata della stagione di riscaldamento). La
temperatura ambiente è fissata ai valori di legge (20° con tolleranza di ± 2°) e
non può essere in alcun modo variata non essendo presenti sistemi di
regolazione nei diversi locali utilizzati.
L’impianto elettrico risulta a norma secondo le disposizioni della legge
46/90 ( sostituita dal D.M. 37/2008).
COMFORT PERCEPITO DAGLI UTENTI
Il comfort termico fornito dall’edificio risulta piuttosto basso in quanto
l’esposizione delle aule e la totale mancanza di possibilità di regolazione
dei caloriferi creano sovente situazioni di disagio.
Per quanto riguarda le aule si rileva quanto segue:
• le aule che si trovano al secondo (e ultimo) piano soffrono, nei periodi
più freddi, un disagio termico determinato dall’ampia superficie esposta,
che risulta particolarmente grave in quelle rivolte a NO . Le stesse aule nel
periodo estivo si surriscaldano in maniera insopportabile;
• una situazione simile, sebbene più mitigata, si registra anche nelle aule
al primo piano e negli uffici;
• quando l’andamento stagionale determina temperature più alte rispetto
alla media, in tutti i locali, non potendo regolare né escludere il
riscaldamento, si è costretti a tenere le finestre aperte.
METODOLOGIA
CALCOLO DELL’ EPGL
Il nostro scopo è quello di determinare il fabbisogno di energia primaria
per valutare, poi, l’indice di prestazione energetica (Ep) dell’edificio,
partendo dai dati reali di consumo e confrontarli con gli standard ritenuti
accettabili secondo la normativa vigente (classe energetica C).
Per realizzare il percorso abbiamo avuto il supporto tecnico di esperti
ENEA che in due seminari ci hanno introdotto i temi relativi ai consumi
energetici nazionali, alle fonti rinnovabili, ed alla certificazione energetica
degli edifici.
Riteniamo utile procedere preliminarmente ad una breve introduzione
sulla valutazione delle prestazioni energetiche degli edifici.
La prestazione energetica complessiva di un edificio è espressa
attraverso l’indice di prestazione energetica globale Epgl dato
dall’equazione:
Epgl = Epi + Epe+ Epacs+ Epill
Dove:
Epi
Epe
Epacs
Epill
indice di prestazione per la climatizzazione invernale;
indice di prestazione per la climatizzazione estiva;
indice di prestazione per la produzione di acqua calda sanitaria;
indice di prestazione per l’illuminazione.
Nel caso di edifici residenziali tutti gli indici sono espressi in KWh/m2
anno. Nel caso di altri edifici ( residenze collettive, terziario, industria)
tutti gli indici sono espressi in KWh/m3 anno.
L’ individuazione dell’ Epgl di un edificio consente di attribuirgli la classe
energetica di appartenenza, ovvero di individuare se esso rientra in
standard di consumo accettabili o se viceversa necessiti di interventi più o
meno consistenti per ridurre i consumi. Il sistema di classificazione
nazionale è definito sulla base dei limiti massimi ammissibili in vigore a
partire dal 1° gennaio 2010, poi parametrato sul rapporto di forma (S/V),
infine sulla zona climatica di appartenenza, nell’ottica di garantire classi
omogenee per edifici di diversa tipologia. Per la classificazione della
prestazione relativa al servizio di climatizzazione invernale, è stato posto il
requisito minimo fissato a partire dal 2010 quale limite di separazione tra
le classi C e D.
Ai fini della certificazione energetica dell’edificio, comunque, si
considerano, nelle attuali Linee guida nazionali, solamente gli indici di
prestazione di energia primaria per la climatizzazione invernale e per la
preparazione di acqua calda sanitaria, in quanto gli atti successivi di
integrazione al presente provvedimento, riferiti alla climatizzazione estiva
e all’illuminazione non sono state ancora emanati . Quindi:
Epgl= Epi + Epacs
NORMATIVA DI RIFERIMENTO
Legge 10/1991 “Norme per l’attuazione del piano energetico nazionale
in materia di uso razionale dell’energia, di risparmio energetico e di
sviluppo di fonti rinnovabili di energia” cui sono seguiti i DPR 412/1993 e
DPR 551/1999;
Direttiva 2002/91/CE “Rendimento energetico in edilizia”;
DL 192/2005 che recepisce la Direttiva precedente, integrato da DL
311/2006 e dal DL 115/2008;
DPR 59/09 “Regolamento di attuazione del art. 4 , comma1, lettere a) e
b) del DL192/2005” (Metodologie di calcolo);
Decreto 26 giugno 2009 “Linee guida nazionali per la certificazione
energetica degli Edifici”
In particolare il DPR 59/09 ha stabilito che, entro tempi indicati, ed in base alle
norme precedenti, tutti i nuovi edifici debbano essere corredati di un attestato di
certificazione energetica che il costruttore deve presentare contestualmente alla
dichiarazione di fine lavori al quale è subordinata l’accettazione da parte dei
Comuni della dichiarazione di fine lavori stessa. Stabilisce inoltre che gli edifici
privati esistenti, a partire dal 1 luglio 2009, in caso di trasferimento a titolo
oneroso, debbano essere corredati dell’attestato di qualificazione energetica.
A partire dal 1 gennaio 2007, l’attestato di qualificazione energetica dell’edificio
interessato è necessario per accedere agli incentivi e alle agevolazioni di qualsiasi
natura volti al miglioramento delle prestazioni energetiche, dell’unità
immobiliare, dell’edificio o degli impianti.
Stabilisce infine che a partire dal 1 luglio 2007 tutti i contratti, nuovi o rinnovati,
relativi alla gestione degli impianti termici o di climatizzazione degli edifici
pubblici, devono prevedere l’attestato di certificazione energetica dell’edificio o
della unità immobiliare interessati, con predisposizione ed esposizione al pubblico
della targa energetica.
MEDODOLOGIE PREVISTE DALLA NORMATIVA VIGENTE
Sulla base delle finalità, dell’esperienza e delle opportunità offerte dalla
certificazione energetica possono essere usate diverse metodologie di
riferimento per la determinazione della prestazione energetica degli
edifici, differenti per utilizzo e complessità.
“Metodo calcolato di progetto”, che prevede la valutazione della
prestazione energetica a partire dai dati di ingresso del progetto
energetico dell’edificio, come costruito, e dei sistemi impiantistici a
servizio dell’edificio come realizzati. Questo metodo è di riferimento
per gli edifici di nuova costruzione e per quelli completamente
ristrutturati.
“Metodo di calcolo da rilievo sull’edificio o standard”, che prevede la
valutazione della prestazione energetica a partire dai dati di ingresso
ricavati da indagini svolte sull’edifico esistente. In questo caso le modalità
di approccio possono essere:
•
mediante procedure di rilievo, anche strumentali, sull’edificio e/o sui
dispositivi impiantistici effettuate secondo le normative tecniche di
riferimento;
•
per analogia costruttiva con altri edifici e sistemi impiantistici;
•
sulla base dei principali dati climatici, tipologici, geometrici ed
impiantistici.
Il calcolo dell’ Epgl è materia molto complessa e presuppone la
conoscenza dei seguenti parametri:
•
dati climatici delle località;
•
coefficienti di dispersione termica per trasmissione e ventilazione
dell’edificio;
•
temperature interne previste;
•
caratteristiche solari dell’edificio (orientamento, dimensioni e tipo
dei componenti vetrati);
•
apporti energetici interni;
•
caratteristiche degli impianti termici (e dei loro sottosistemi di
produzione, distribuzione, regolazione ed emissione);
•
caratteristiche degli impianti elettrici.
Allo stato attuale l’applicazione della normativa sulla certificazione in
Italia ha evidenziato una serie di problemi, che hanno condotto, in
alcune Regioni, a risultati con errori di valutazione superiori al 100%.
L’errore di valutazione conduce ad una classificazione energetica che non
ha corrispondenza con i dati di consumo reali, con grave danno per gli
utenti.
A detta degli esperti tali errori non derivano dalla mancanza di una
metodologia universalmente accettata, ma piuttosto da tentativi di
semplificazione dei calcoli, realizzati anche attraverso software
improvvisati, appoggiati da normative regionali apparentemente
finalizzate alla riduzione degli oneri per gli utenti.
METODOLOGIA ADOTTATA
La normativa europea di riferimento( D.2002/91/CE) prevede anche la
possibilità di effettuare la valutazione delle prestazioni energetiche degli
edifici attraverso i consumi di combustibile in condizioni operative.
Tale tipo di metodologia risulta particolarmente efficace nel caso in cui si
voglia valutare l’urgenza di interventi di riqualificazione energetica degli
edifici, procedendo ad una loro classificazione preliminare rapida e priva
di costi.
Questo era il nostro scopo, adeguato anche alle competenze degli allievi,
e pertanto abbiamo scelto di adottare tale metodologia.
DIAGNOSI ENERGETICA DELL’EDIFICIO
ANALISI DEI CONSUMI ENERGETICI
Sono stati raccolti, attraverso le bollette, i dati sui consumi di combustibile
per riscaldamento e di energia elettrica del triennio 2008-2010, che ci
sono stati gentilmente forniti dalla Provincia di Prato. I dati sono quelli di
tutti i corpi di fabbrica, mensa compresa.
Di seguito sono esposti in tabella ed espressi con indici diversi. I m3 di
metano consumati sono stati convertiti nei corrispondenti MJ termici ed
in kWh.
MJ = m3 x PCS x C
dove PCS = potere calorifico superiore
C = coefficiente di correzione
1 kWh = 3,6 MJ
I consumi elettrici sono stati tradotti in tabella nella corrispondente
quantità di energia primaria richiesta utilizzando l’indice previsto dalla
normativa vigente (fpel =2,21782).
Periodo di
riferimento
Consumo di metano
Consumo elettrico
m3
MJ
kWh
kWhe
kWh Ep
Anno 2008
95.018
3.827.927,2
1.063.313,1
375.787
833.427,9
Anno 2009
133.024
5.359.089,7
1.488.636
311.233
690.258,8
Anno 2010
65.052
2.620.706,8
727.974,1
361.088
800.828,2
Consumi medi
triennio
97.770
3.935.907,9
1.093.307,7
349.370
774.838,3
I consumi medi annui di metano corrispondono a 94 tep (tonnellate equivalenti di
petrolio) mentre i consumi medi annui di energia elettrica risultano pari a 66,5 tep. In
totale dunque 160,5 tep.
Osservazioni
Una prima osservazione sui dati raccolti evidenzia un andamento
anomalo dei consumi di metano nel triennio. Il picco di consumi
dell’anno 2009, così come i consumi particolarmente bassi del 2010, non
possono giustificarsi con il diverso andamento climatico degli anni in
esame. In primo luogo perchè non ci sono state differenze così
significative, ed inoltre la regolazione fissa dell’orario di riscaldamento
non avrebbe potuto determinare tale divario. Inoltre, se le cause fossero
state di tipo climatico i consumi elettrici avrebbero dovuto avere un
andamento simile (ad esempio per maggiori consumi determinati dal
funzionamento di pompe di calore negli uffici), mentre è avvenuto l’esatto
contrario.
Pertanto appare evidente che ci sono stati grossolani errori nelle letture
dei contatori nel 2009 che hanno determinato la necessità di compensare
le letture nel 2010.
DETERMINAZIONE
PRELIMINARE
DELL’EDIFICIO SCOLASTICO
DELLA
CLASSE
ENERGETICA
La classificazione preliminare è stata possibile attraverso l’uso di un
software gratuito disponibile nella sezione Supporto/Utility del sito
www.edilclima.it
Il programma richiede i dati climatici, il tipo di combustibile, il suo utilizzo
(riscaldamento e acqua sanitaria) ed i corrispondenti consumi espressi in
m3, i consumi elettrici, la superficie esterna dell’involucro, quella netta
calpestabile ed il volume.
Calcolo del volume e delle superfici dell’edificio
Sono state calcolate:
la superficie lorda esterna dell’edificio
le superfici nette calpestabili
il volume dell’insieme dei corpi di fabbrica
19.770 m2
13.540 m2
63.212 m3
Il calcolo delle superfici nette è stato effettuato attraverso il CAD
partendo dalle piante esistenti, mentre le altezze sono state misurate,
poiché non erano disponibili i prospetti dell’edificio.
Risultati
ll fabbisogno di Energia primaria accettabile, per edifici con la stessa
destinazione ed analoghe caratteristiche, situati in zona climatica D ,
secondo il D.M. 26 giugno 2009, ovvero quello che consentirebbe
all’edificio di essere inserito in classe C, è pari a 14,93 kWh/ m3.
Il nostro edificio scolastico richiede invece 28,41 kWh/ m3, ovvero 1,9
volte il fabbisogno limite, risulta pertanto collocato in classe F.
Occorre osservare peraltro che il programma tiene conto dell’acqua
sanitaria ma l’acqua calda è fornita solo da un limitato numero di punti
di erogazione. Se nel programma viene esclusa, l’edificio risulta collocato
in classe G.
In base a tali risultati si può affermare che una diagnosi energetica
completa è necessaria ed indispensabile, in quanto i tempi di ritorno di
eventuali investimenti, volti alla riduzione dei consumi energetici,
saranno certamente molto brevi.
EMISSIONI CLIMALTERANTI E CARBON FOOTPRINT DELL’EDIFICIO
SCOLASTICO
Per emissioni climalteranti, si intendono l’insieme delle emissioni
gassose, solide micronizzate o di vapore, che determinano una variazione
dell’effetto serra. Oltre alla CO2 , contribuiscono in modo determinante
all’effetto serra il metano, il protossido di azoto, il vapore acqueo e
numerose altre sostanze meno presenti in atmosfera.
Non tutte le emissioni determinano lo stesso “effetto serra”, è noto
infatti che considerando pari ad 1 l’effetto determinato dalla CO2, il CH4, a
parità di concentrazione, determina un effetto 21 volte superiore, mentre
il N2O addirittura 310 volte superiore.
I consumi energetici sostenuti in via diretta o indiretta dalla combustione
di combustibili fossili, determinano immancabilmente la emissione di
quantità variabili di sostanze climalteranti.
Per determinare le emissioni climalteranti prodotte dai consumi
energetici, occorre moltiplicare i consumi di combustibile e di energia
elettrica per i fattori di emissione, determinati secondo procedure
standardizzate da organismi internazionali.
I fattori di emissione che abbiamo utilizzato convertono tutte le emissioni
climalteranti prodotte dalle combustioni in tonnellate di CO2 equivalenti,
convertono cioè tutti i gas prodotti nella quantità di CO2 che produce lo
stesso effetto.
Abbiamo utilizzato i fattori di conversione ALC ( fonte: Tecnical annex
Covenant of Mayor documents ), che tengono conto dell’intero ciclo di
vita del vettore energetico, ovvero, non solo delle emissioni della
combustione finale, a anche di tutte le emissioni della catena di
approvvigionamento. Tal dati, per l’energia elettrica, sono parametrati
per l’Italia, in quanto tengono conto del diverso mix di
approvvigionamento energetico dei singoli stati.
Carbon footprint dell’edificio scolastico
I consumi di energia elettrica corrispondono all’emissione di 247,35
tonnellate di CO2 equivalenti per anno (fattore di emissione 0,708 t CO2
eq/MWhe applicato all’energia elettrica consumata)
In termini di emissioni climalteranti i consumi complessivi medi di gas
dell’edificio scolastico corrispondono all’emissione di 259,11 tonnellate
di CO2 equivalenti per anno (fattore di emissione 0,237 t CO2 eq/MWh).
In totale 506,46 t CO2 equivalenti per anno.
CONCLUSIONI
L’indagine che abbiamo condotto ha evidenziato che i consumi per
riscaldamento, acqua sanitaria, ed energia elettrica del nostro Istituto
risultano molto alti sia in senso assoluto che in relazione ai limiti
accettabili fissati dalla normativa nazionale, attualmente in vigore, in
recepimento della Direttiva 2002/91CE del 16/12/2002. La classificazione
energetica preliminare realizzata, colloca l’edificio scolastico in classe F,
evidenziando non solo l’opportunità, ma anche la necessità inderogabile
di attuare interventi di riqualificazione energetica dell’edificio che
comporteranno oneri facilmente ammortizzabili in pochi anni, tenendo
conto degli attuali costi della bolleta energetica.
L’indagine non ha approfondito i fattori di criticità dei consumi, anche se
appaiono evidenti alcuni elementi determinanti che meritano ulteriori
approfondimenti: le caratteristiche dell’impianto di riscaldamento e la
struttura dell’edificio principalmente, ma anche la gestione complessiva
degli impianti (uso di dispositivi e comportamenti che consentano la
riduzione dei consumi energetici).
Ulteriori indagini si rendono pertanto necessarie per approfondire questi
aspetti e poter procedere allo sviluppo di un concreto piano d’ intervento
sull’edificio.
Il prossimo obiettivo sarà quello di affrontare la realizzazione di un vero e
proprio“attestato di qualificazione energetica”, utilizzando il metodo di
calcolo da rilievo sull’edificio, che sarà confrontato con i risultati a cui
siamo pervenuti, e lo sviluppo di proposte per la riqualificazione
energetica dell’edificio.
BIBLIOGRAFIA
Riferimenti bibliografici
“Certificazione energetica degli edifici” di D. Prisinzano – ENEA CCEI Sicilia
“La Direttiva 2002/91/CE e la certificazione energetica” di F.Soma – Progetto 2000- Giugno 2010
n° 38
“Piano di azione per l’energia sostenibile - SEAP” Comune di Maranello- Agenzia per l’energia e
lo sviluppo sostenibile di Modena
Riferimenti Internet
http://www.edilclima.it
http://www.carbontrust.org.uk
http://www.eumayors.eu/IMG/technical_annex_it.pdf
PROGETTO
“Educarsi al futuro”
Docente referente: Marina Lisetti
Docente consulente: Paola Rotondaro
Classe : 3As – a.s. 2010-2011
Ringraziamenti
Si ringraziano per la cortese ed essenziale collaborazione nella fase introduttiva del
progetto il dott. Camillo Calvaresi ed il dott.Domenico Prisinzano del’ENEA