PRIN 2015 - RIQUALIFICAZIONE DEL PARCO EDILIZIO ESISTENTE IN OTTICA NZEB
TITOLO DEL PROGETTO DI RICERCA
RIQUALIFICAZIONE DEL PARCO EDILIZIO ESISTENTE IN OTTICA NZEB (nearly Zero Energy Buildings): COSTRUZIONE DI UN NETWORK NAZIONALE PER LA RICERCA
DURATA (MESI)
36 mesi
SETTORE ERC PRINCIPALE
PE - Physical Sciences and Engineering
PAROLE CHIAVE
Near Zero Energy Buildings, Efficienza Energetica, Fonti Di Energia Rinnovabile, Diagnosi Energetica, Ottimizzazione Dei Costi
ABSTRACT
L’entrata in vigore del decreto legislativo 102/2014, che recepisce quanto disposto dalla UE in tema di efficienza energetica, assegna un ruolo strategico all’edilizia responsabile del 40% dei consumi e delle emissioni nazionali, un settore che in Italia rappresenta oltre il 6% dell'economia, impiega quasi due milioni di persone e un milione di imprese per lo più piccole e piccolissime. Conseguire gli obiettivi comunitari significherebbe attivare investimenti per la riqualificazione degli edifici esistenti dell’ordine di 10 miliardi all’anno fino al 2020. Per esprimere questo potenziale occorre però:
• rimuovere le barriere (tecnologiche, procedurali, sociali, economiche) per l’attivazione degli interventi
• ottenere la maggior efficacia in termini di valorizzazione delle risorse finanziarie disponibili
• riferirsi alla riqualificazione degli edifici esistenti e raggiungere la massima efficienza energetica nell’impiego di tecnologie innovative in un’ottica nZEB (nearly Zero Energy Buildings)
La ricerca ha l’obiettivo di contribuire ad attivare questo potenziale attraverso la costruzione di un network tra ricercatori di 12 università italiane che lavorano al tema nZEB e di ENEA in qualità di agenzia per l’efficienza energetica in una ottica di integrazione, unitarietà, multidisciplinarietà, attenzione al trasferimento tecnologico, promozione territoriale di una smart specialization strategy. Gli obiettivi principali sono: rendere quanto più univoche e coerenti le azioni di politica energetica riguardante gli edifici esistenti, trovare soluzioni integrate per la trasformazione degli edifici esistenti in nZEB idonee dal punto di vista tecnico-economico e facilitare la transizione verso un nuovo modello energetico. La rete, così come strutturata, ha collegamenti nazionali e internazionali e contatti con gli enti normativi interessati agli nZEB, in particolare con CEN, UNI e CTI, e con AEEGSI. I risultati della ricerca permettono di ottenere una ampia documentazione su procedure per la realizzazione di interventi di profonda riqualificazione energetica degli edifici esistenti con lo sviluppo:
• di metodi di simulazione dinamica dettagliata, capaci di dare risposta alle complesse dinamiche di interazione tra fabbricato e impianto, a tutt’oggi poco conosciute per carenza di dati su edifici reali
• di procedure di analisi di componenti di involucro edilizio innovativi e della loro caratterizzazione fisico-tecnica
• di strumenti e metodi per la diagnosi energetica di un edificio al fine di valutare la prestazione energetica di un edificio prima e dopo l’intervento di riqualificazione
• di elementi di valutazione della qualità degli ambienti interni
• del ruolo degli nZEB in chiave territoriale sub-urbana di metodologie per l’ottimizzazione dei costi necessari per la riqualificazione energetica degli edifici esistenti.
ARTICOLAZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA
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n |
Responsabile Unità |
Unità Operativa |
Qualifica |
Università/Ente |
Università partecipanti |
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1 |
De Santoli Livio |
UO1 |
Ordinario |
Università degli Studi di ROMA "La Sapienza" |
UniRoma 1 UniRoma 2 |
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2 |
Dell’isola Marco |
UO2 |
Ordinario |
Università degli Studi di CASSINO e del LAZIO MERIDIONALE |
UniCassino Uni Cagliari |
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3 |
Romagnoni Piercarlo |
UO3 |
Ordinario |
Università IUAV di VENEZIA |
IUAV UniCAL-Cosenza |
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4 |
D’ambrosio Francesca Romana |
UO4 |
Ordinario |
Università degli Studi di SALERNO |
UniSa UniNa |
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5 |
Corrado Vincenzo |
UO5 |
Associato confermato |
Politecnico di TORINO |
PoliTo Roma 3 |
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6 |
Mazzarella Livio |
UO6 |
Ordinario |
Politecnico di MILANO |
PoliMi UniTrento |
OBIETTIVO DELLA RICERCA
Gli obiettivi principali del progetto di ricerca sono: rendere quanto più univoche e coerenti le azioni di politica energetica riguardante gli edifici, trovare soluzioni integrate per la trasformazione degli edifici esistenti in nZEB idonee dal punto di vista tecnico-economico e facilitare la transizione verso un nuovo modello energetico partendo dal settore edilizio. A questo scopo, la proposta vuole operare attraverso una rete composta da ricercatori di 12 università, tutti impegnati sul tema dell’efficienza energetica in edilizia, e dall’ENEA, in qualità di Agenzia per l’efficienza energetica. La rete, così come strutturata, ha collegamenti nazionali e internazionali che permettono un costruttivo ed efficace scambio di idee e studi innovativi nel settore; inoltre, in ciascuna unità di ricerca è presente un membro di AiCARR, l’Associazione Italiana Condizionamento dell’Aria, Riscaldamento, Refrigerazione attualmente presieduta dal PI di questa proposta, che ha a sua volta stretti legami di collaborazione con REHVA (Federation of European Heating, Ventilation and Air Conditioning Associations) e con ASHRAE. Infine, la rete mantiene i contatti con gli enti normativi interessati agli nZEB, in particolare con CEN, UNI e CTI, non solo attraverso alcuni suoi membri, ma anche attraverso AiCARR. Un altro importante rapporto della rete, tenuto soprattutto attraverso AiCARR, è quello con AEEGSI.
In sintesi, la proposta è declinata lungo le seguenti direttrici principali:
•raggiungere la massima efficienza energetica nell’impiego di tecnologie innovative;
•ottenere la maggior efficacia in termini di massima valorizzazione delle risorse finanziarie disponibili;
•incrementare il numero di edifici nZEB;
•individuare la classificazione dei pacchetti di intervento da applicare alle diverse aggregazioni di edificio in riferimento al rapporto costi/benefici e alla modularità delle operazioni sull’involucro edilizio e sugli impianti che vedranno i ricercatori della rete impegnati a definire:
•metodi e caratteristiche dell’efficienza energetica per la riduzione dei consumi negli edifici esistenti, residenziali e non
residenziali
•sistemi di potenziamento delle reti intelligenti, realizzato prioritariamente nell’ambito di progetti di sviluppo urbano,
integrati con gli interventi sulla mobilità collettiva sostenibile e con i servizi di info-mobilità;
•metodologie per il sostegno della filiera imprenditoriale dell’energia sostenibile e dell’efficienza energetica;
•attività di accompagnamento, formazione e valorizzazione del bacino occupazionale legato all’energia sostenibile.
Per far questo, è indispensabile che la ricerca definisca un modello replicabile per la selezione degli edifici di riferimento e degli interventi di riqualificazione da effettuare, nonché per l’esecuzione degli interventi scelti e per la successiva fase di gestione e monitoraggio. Tutto ciò richiede che la rete di ricercatori coinvolti si occupi di sviluppare modelli di simulazione dinamica, fornire criteri per la progettazione e la realizzazione di soluzioni per l’involucro edilizio esistente con l’uso di materiali innovativi, caratterizzare sistemi impiantistici efficienti, definire tecniche di monitoraggio che permettano di mettere in relazione gli aspetti energetici con quelli relativi alla qualità dell’ambiente interno, dare riferimenti per la gestione delle reti di connessione che includono edifici nZEB e introdurre in maniera chiara la metodologia di cost-optimality nel progetto di riqualificazione energetica. Questi compiti sono suddivisi tra le unità di ricerca impegnate nelle attività di disseminazione dei risultati del progetto.
Qui di seguito è brevemente illustrato ciascuno di questi aspetti, tutti interconnessi e interdipendenti.
Lo sviluppo di modelli di simulazione dinamica, calibrati in funzione del clima, delle tipologie di edificio e dell’effettiva fattibilità tecnica ed economica degli interventi, è propedeutico per la valutazione degli interventi di riqualificazione energetica del patrimonio edilizio. Infatti, ciascun intervento deve essere preceduto da una accurata diagnosi energetica dello stato di fatto, per poter procedere con la selezione dell’intervento ottimale compatibile con i vincoli presenti e con la verifica a posteriori dell’effettivo miglioramento della prestazione energetica e del comfort abitativo. Tutto ciò richiede informazioni quantitative che possono essere prodotte solo con un calcolo energetico in regime dinamico, che è l’unico in grado di fornire informazioni dettagliate che tengano conto di tutti i possibili fattori che intervengono sui consumi energetici, permettendo così di formulare strategie integrate di intervento per la riqualificazione energetica e offrendo un quadro ampio delle soluzioni tecnologiche praticabili.
Per quanto riguarda la progettazione e la realizzazione di soluzioni per l’involucro edilizio esistente con l’uso di materiali innovativi, la ricerca punta all’uso dei materiali trasparenti e di quelli a cambiamento di fase, i PCM.
Le superfici trasparenti, soprattutto quando estese, influenzano in modo determinante la qualità dell’ambiente interno, in termini di comfort visivo e termico, e giocano un ruolo determinante per il contenimento dei consumi energetici degli edifici. In ambedue i casi, l’integrazione di schermi solari mobili e, eventualmente, di elementi fotovoltaici in fase di riqualificazione va accuratamente progettata. E’ pertanto indispensabile, sia nella fase di diagnosi energetica che in quella di selezione degli interventi, tener conto della possibilità di utilizzare materiali innovativi dei quali vanno conosciute le prestazioni illuminotecniche ed energetiche e i costi di installazione e di manutenzione, caratteristiche che saranno indagate, anche con prove sperimentali. L’uso dei PCM può essere una soluzione molto interessante, in quanto gli spessori da applicare per migliorare le prestazioni energetiche dell’edificio da riqualificare sono molto piccoli. Va però attentamente valutato l’effettivo miglioramento energetico, in termini di energia termica uscente nel periodo invernale ed entrante in quello estivo, conseguibile mediante l’impiego di uno strato di PCM disposto all’interno, all’esterno, oppure su entrambe le facce della parete. Tutto ciò assume un rilievo particolare perché uno degli aspetti di frontiera della ricerca è quello della simulazione del funzionamento della parete come accumulatore di energia. Queste valutazioni sono effettuate con riferimento a pareti esterne del parco edilizio esistente e a contesti climatici differenti rappresentativi del territorio nazionale. Attualmente sono disponibili molte tecniche di monitoraggio che permettono di mettere in relazione gli aspetti energetici con quelli relativi alla qualità dell’ambiente interno e di recente l’UE ne ha introdotto l’obbligo di utilizzo anche ai fini della ripartizione dei costi energetici. Molte di queste tecniche sono però ancora estremamente costose, time-consuming, spesso fortemente intrusive, complesse da utilizzare oltre che di difficile interpretazione in termini di affidabilità del risultato di misura. Questi sono i motivi fondamentali per cui l’uso delle tecniche di misura è ancora molto poco diffuso, il che comporta una barriera nella diffusione del retrofit energetico a causa di:
•una quantificazione e una allocazione del vantaggio economico dell’investimento di retrofit energetico e dei costi di esercizio molto approssimativa ai fini della determinazione di una equa ripartizione dei costi tra chi paga e chi ne beneficia;
•una oggettiva difficoltà nella definizione delle responsabilità dei progettisti e delle imprese di costruzione rispetto ai risultati ottenibili e ottenuti in termini di prestazioni energetiche degli edifici oggetto di retrofit;
•sistemi poveri di gestione della conoscenza.
In realtà, il corretto utilizzo delle tecniche di monitoraggio e diagnosi energetica degli edifici è essenziale sia ex-ante, ai fini della scelta degli interventi e dei risparmi effettivamente conseguibili, che ex post, per valutare gli effettivi risparmi conseguiti e la conformità delle prestazioni effettive rispetto a quelle progettuali. Tutto ciò è tanto più vero se riferito al retrofit energetico di edifici che devono rispondere ai requisiti previsti per gli nZEB.
Questa parte di ricerca ha come finalità la valutazione integrata degli aspetti energetici e della qualità dell’ambiente interno sia con l’individuazione dei metodi per la validazione metrologica e il confronto tra strumenti per la misurazione dei parametri energetici, ambientale e termofisici che con la definizione di tecniche avanzate per la misurazione in campo della trasmittanza termica nei climi temperati, e comunque nella stagione estiva, e della permeabilità all’aria dell’edificio. Verrà affrontato in tale sezione la diagnosi energetica e ambientale di un edificio esistente ante e post-intervento con particolare riferimento al consumo consapevole dell’utenza, con particolare riferimento al ruolo del prosumer negli edifici nZEB. Il quarto aspetto si riferisce alla gestione delle reti di connessione che includono edifici nZEB, in quanto in un modello innovativo delle reti energetiche risulta indispensabile considerare l’interazione tra lo nZEB e gli edifici circostanti, in termini di gestione dei deficit e dei surplus di energia autoprodotta. Il legislatore dà grande importanza al ruolo dell’aggregatore, figura che deve essere definita operativamente e direttamente correlata con il problema delle fonti rinnovabili FER non programmabili, del loro accumulo termico ed elettrico e delle reti intelligenti per le connessioni fisiche di trasferimento dell’energia. La realizzazione di strumenti per l’integrazione delle FER nella rete nazionale implica la definizione di mezzi tipo forecast dell’energia, con predizione delle serie temporali su base statistica e introduzione degli accumuli, e una ricerca specifica sulle modalità attraverso le quali i DSO (distributed system operators) possono utilizzare questi strumenti per la gestione della rete.
Al fine di individuare modalità di funzionamento di un aggregatore di energia, secondo quanto disposto dal D.Lgs. 102/2014 di recepimento della Direttiva europea sull’efficienza energetica, sarà condotta una sperimentazione in campo su un edificio a uso residenziale con utenze tutto-elettriche alimentate da una pluralità di sistemi elettrici di tipo rinnovabile: pompe di calore geotermiche, solare fotovoltaico.
L’introduzione della metodologia di cost-optimality è definita dalla direttiva 2010/31/UE all’interno delle procedure di diagnosi energetica degli edifici di cui alla norma UNI CEI EN 16247-2. Su questo punto, la ricerca, si baserà sull’utilizzo della procedura già messa a punto da AiCARR per conto del MiSE per il calcolo dei livelli ottimali in funzione dei costi per i requisiti minimi di prestazione energetica nazionali, che consente di analizzare un numero elevatissimo di pacchetti di misure di efficienza energetica e/o basate sull’energia da fonti rinnovabili. In particolare, sarà realizzato:
•il calcolo della prestazione energetica globale attraverso l’applicazione comparata dei metodi della normativa europea e il modello di simulazione energetica dinamica approntato;
•lo studio di un numero adeguato di casi;
•l’analisi dei costi di investimento e manutenzione relativi a una ampia gamma di misure di efficienza energetica,
comprendenti interventi sia sull’involucro, sia sugli impianti tecnici, nonché misure di gestione intelligente;
•l’effettuazione di analisi di sensibilità nei confronti di alcuni fattori chiave, quali costo dell’energia e delle tecnologie
innovative, semplificazioni del modello di calcolo, variabili climatiche e di utenza.
RISULTATI DELLA RICERCA
Risultati lavoro UO1 (vedi allegato)
Risultati lavoro UO2 (vedi allegato)
Risultati lavoro UO3 (vedi allegato)
Risultati lavoro UO4 (vedi allegato)
Risultati lavoro UO5 (vedi allegato)
Risultati lavoro UO6 (vedi allegato)
PUBBLICAZIONI
Pubblicazioni di tutte le unità operative (vedi allegato)