Riqualificazione energetica degli edifici e prospettive impiantistiche di medio termine

Nerino Valetini, COPRAT Soc. Coop
Il tema fondamentale, ed assai dibattuto, dell’efficienza energetica in edilizia trae origine da una filosofia di intervento che la stessa Unione Europea ha fatto propria a partire dai primi provvedimenti comunitari dal 2002, con la promulgazione della celebre Direttiva 2002/91/CE (Strategia 20-20-20). Tutti i paesi membri, compresa l’Italia, si sono conseguentemente adattati alle prescrizioni di efficienza energetica nell’edilizia recependo i principi generali attraverso una serie di normative nazionali.
Nel nostro paese, si è quindi assistito ad una proliferazione di normative nazionali e regionali, nonché di norme tecniche al riguardo, che hanno di fatto creato un insieme eterogeneo di imposizioni, talvolta di difficile interpretazione a livello applicativo nei casi concreti. In particolare la Regione Lombardia, per parlare di una realtà a noi più vicina, ha sempre dimostrato un particolare interesse per il tema dell’efficienza energetica, tanto da emanare direttive proprie, quasi sempre in anticipo sulle disposizioni nazionali, che hanno di fatto anticipato i vincoli tecnici di qualche anno rispetto alle scadenze programmate sull’intero territorio nazionale.
Il tema generale del risparmio energetico che, è doveroso ricordarlo, fu ampiamente sviluppato in Italia già a partire dalla celebre Legge 10 del 1991 attraverso principi allora rivoluzionari e, per tale ragione, ancora validi (l’idea del sistema edificio-impianto come entità tecnica da trattare risulta ancora insuperata), individua un aspetto fondamentale nell’applicazione nel settore edilizio, poiché proprio all’edilizia sono da imputare consistenti consumi energetici, sia nelle fasi proprie di costruzione, sia nelle fasi di gestione dei beni nell’arco della loro vita. A ciò si aggiunga l’elevata obsolescenza del parco degli edifici, tipico del settore italiano, responsabile di gran parte dei consumi sopra indicati.
In linea generale, pertanto, sussistono due filoni di azione da intraprendere nell’ambito dell’edilizia: un primo principio, del tutto acquisito, di rispetto dei limiti cogenti di efficienza imposti dall’applicazione della normativa vigente a cui tutti i nuovi edifici devono sottostare; un secondo aspetto di applicazione relativo all’efficientamento del parco edilizio esistente, con particolare riferimento agli edifici costruiti nei periodi del boom economico e caratterizzati da una congenita mancanza di isolamenti termici e da impianti di sorpassata concezione.
L’argomento del risparmio energetico nel settore dell’edilizia non può dunque prescindere, trattandosi di azioni di carattere tecnico ed economico, dalle esigenze generali della teoria dei rientri economici e della fattibilità generale degli investimenti proposti. In tal senso il tema dell’efficientamento assume connotazioni più complesse, che non possono e non dovrebbero prescindere, da un’analisi economica degli interventi proposti, connotazioni che di fatto inquadrano tali tipi di azioni in un’ottica differente, rispetto ai desiderata della normativa vigente.
Facendo riferimento, per esempio, al settore residenziale, è doveroso ricordare come, rispetto ad altre uscite economiche, la spesa energetica delle famiglie si sia mantenuta pressoché costante (dati storici fino al 2013) negli ultimi anni, fatte salve le variazioni dovute all’inflazione, alle variazioni dei costi dell’energia primaria sui mercati, ecc. Ne consegue, sotto il profilo economico, che nel settore residenziale esistente significativi risparmi di energia, intendendo con ciò riduzioni dei consumi in percentuali non inferiori al 30-40%, possono essere raggiunti unicamente con interventi pesanti ed economicamente onerosi, come l’inserimento, quando possibile, di cappotti termici sulle facciate, il cambiamento dei serramenti esistenti, il completo rifacimento delle centrali termiche e dei sistemi di distribuzione dei fluidi. Il tempo di ritorno di questi investimenti (calcolabile con te le tecniche rudimentali del pay back o di quelle più raffinate del VAN) è decisamente lungo, dell’ordine talvolta di decine di anni, con vantaggi economici di non semplice determinazione distribuiti in archi temporali non appetibili sotto il profilo del mero investimento economico. Da ciò la scelta del legislatore negli ultimi anni di tentare di incentivare gli interventi di efficientamento attraverso politiche di sgravi fiscali (conto energia, conto termico, titoli di efficienza energetica) ed attraverso particolari premialità di incremento dei volumi recuperabili a patto di rispettare vincoli prestazionali energetici non molto dissimili da quelli valevoli per le nuove costruzioni. In tal senso, tenendo presente la particolarità di molti edifici di pregio nei centri storici, quest’ultima possibilità ha creato e sta creando non poche problematiche di applicabilità, rendendo talvolta non convenienti certi recuperi edilizi in quanto l’elevato investimento tecnologico necessario per conseguire le prestazioni richieste non risulta talvolta fattibile per rispetto dei vincoli delle Sovrintendenze. Da questo punto di vista una più oculata azione del legislatore avrebbe potuto consentire, attraverso una classificazione meno rigida dei vincoli da rispettare, più ampi spazi di intervento nei centri storici, favorendo un maggior numero di investimenti.
Discorso diverso vale per il settore terziario, laddove, soprattutto negli ultimi anni, la richiesta da parte di tender evoluti ha spinto gli interventi di riqualificazione energetica verso livelli interessanti sotto il profilo dei rientri economici, forti anche della spinta creata, a livello di immagine, dalle certificazioni ambientali ed energetiche di tipo volontario, prime tra tutti quella LEED orami divenuta una standard corrente. Anche per le caratteristiche proprie dei consumi energetici, nel settore terziario la riqualificazione energetica si attesta su interventi maggiormente mirati all’efficientamento impiantistico, attraverso, per esempio, la sostituzione dei sistemi elettrici (illuminazione, gruppi di pompaggio, sistemi frigoriferi, ecc.) con elementi caratterizzati da rendimenti più alti.
Per completare il quadro degli interventi, un discorso a parte è legato ai risparmi conseguibili nel settore industriale, in cui in funzione dei vari macro settori di indagine, sono conseguibili risparmi certamente interessanti; si tratta di un settore in cui gli aspetti energetici rientrano nell’utilizzo ingegneristico dei sistemi generali di gestione (presenza degli Energy Manager) dei vari processi produttivi, ragion per cui le azioni che possono essere affrontate sono in genere mirate e caratterizzate da tempi di ritorno economico di solito compatibili che le politiche di intervento aziendali e con azioni di intervento anche tecnicamente molto raffinate (riqualificazioni e ottimizzazioni dei consumi con tecniche di pinch point nei processi produttivi complessi)
Fermo restando la problematica della scarsa remunerabilità degli interventi di riqualificazione energetica nel settore residenziale esistente, è comunque necessario spingere le azioni di efficientamento nel parco edilizio, sia per ragioni di doverosa salvaguardia ambientale, sia per una maggiore attenzione per i temi della sostenibilità che il mercato ha saputo assimilare negli ultimi anni e che, sebbene a livello ancora embrionale, si stanno diffondendo. Ecco in tal senso l’utilità di privilegiare interventi più mirati agli aspetti impiantistici, che non necessariamente richiedono azioni pesanti e costose sugli involucri edilizi e che, per contro, consentono l’ottenimento di risparmi a medio termine interessanti.
Ben lungi dal poter dare una classificazione esaustiva delle possibili azioni in queste poche righe, è interessante evidenziare che le prime forme di risparmio e di efficientamento energetico del parco impiantistico esistente possono facilmente prendere forma attraverso interventi manutentivi intelligenti in grado di controllare periodicamente, per esempio, i bilanciamenti dei circuiti, la migliore taratura delle temperature di esercizio, l’ottimizzazione dei profili di funzionamento delle apparecchiature. L’aspetto meramente gestionale degli impianti rappresenta la nuova forma di intervento di efficientamento, aspetto oltremodo incentivato dalla recente normativa in materia (DPR n. 74 del 16 aprile 2013) che responsabilizza gli attori nell’ambito del controllo e del mantenimento dei livelli prestazionali degli impianti condotti. Non si tratta, ad onor del vero, della prima forma di normativa entrata in vigore: praticamente ogni normativa emanata a partire dal 1991, si trattasse di legge o di decreto attuativo, esprimeva l’obbligo della conduzione e della manutenzione razionale degli impianti. Tuttavia il recente sviluppo nel settore impiantistico, con l’introduzione di apparecchiature e sistemi certamente più complessi di quelli del passato, sta ponendo l’accento sull’effettiva preparazione dei manutentori, aspetto fondamentale che sta creando non poche problematiche reali nelle azioni di conduzione.
La normativa recente relativa ai livelli prestazionali attesi negli edifici ha di fatto privilegiato i sistemi di generazione dei fluidi mediante pompe di calore del tipo reversibile, con condensazione ad acqua o ad aria, con sistemi interni di climatizzazione degli ambienti di tipo radiante a bassa temperatura. Tale tecnologia, divenuta matura negli ultimi anni anche grazie agli sforzi di miglioramento e ricerca effettuati dai produttori delle apparecchiature, è applicabile alle nuove costruzioni, caratterizzate da elevati livelli di passivizzazione degli involucri edilizi, ma di difficile declinazione nelle ristrutturazioni, laddove sono largamente presenti sistemi a radiatori ad alta temperatura. Per tali interventi sono da privilegiare sistemi ibridi con pompe di calore (generalmente condensate ad aria per problematiche di infissione dei pozzi geotermici negli edifici esistenti) e caldaie a condensazione; in abbinamento ad una regolazione puntuale ed evoluta con questa tipologia impiantistica è possibile sfruttare al meglio le effettive condizioni di funzionamento dell’impianto in funzione della temperatura esterna, privilegiando la pompa di calore nelle condizioni esterne in cui le sue prestazioni risultino migliori di quelle delle caldaie, generalmente utilizzate con temperature esterne inferiori ai 4/5°C. Il bilanciamento delle prestazioni e lo sfruttamento delle migliori condizioni di funzionamento può di fatto conseguire interessanti risparmi energetici nel medio periodo.
Un’interessante prospettiva di utilizzo delle pompe di calore ad alta temperatura può derivare dai sistemi ad assorbimento ad ammoniaca ed a semplice effetto. Si tratta di pompe di calore che sfruttano la compressione termica di una soluzione di acqua ed ammoniaca utilizzando una fonte di calore esterna fornita da un bruciatore. Di fatto sono unità alimentate a gas metano con un bassissimo fabbisogno di energia elettrica, il cui utilizzo diviene interessante in quanto sono in grado di produrre fluidi a temperature compatibili con un buon utilizzo dei sistemi a radiatori negli edifici esistenti. Per ragioni fisiche, il ciclo ad assorbimento non presenta comunque livelli prestazionali elevati quanto i sistemi a compressione elettrica di vapore (pompe di calore tradizionali alimentate elettricamente); probabilmente a causa di questa ragione, unitamente a problematiche non banali di manutenzione derivanti da pressioni di esercizio elevate, i sistemi ad assorbimento con ciclo di ammoniaca non si sono particolarmente diffusi. Inoltre nell’ottica futura degli edifici Zero Carbon, evoluzione degli edifici nZEB, l’utilizzo di una fonte fossile come il gas metano come energia primaria non pare avere grande appeal.
Grazie ai recenti sviluppi nel settore delle pompe di calore elettriche, sono in fase di commercializzazione apparecchiature in grado, attraverso l’utilizzo di particolari refrigeranti, di produrre fluidi tecnici a temperature certamente più elevate delle pompe di calore attuali, anche a beneficio delle problematiche cogenti della legionella negli impianti centralizzati per la produzione di acqua calda sanitaria. Un discorso diverso può essere fatto per un’altra generazione di pompe di calore elettriche già in commercio ed utilizzate nei climi freddi dei paesi nordici; si tratta di sistemi molto interessanti sotto il profilo dell’impatto ambientale in quanto utilizzano l’anidride carbonica (CO2) come gas refrigerante, ossia un gas naturale con un potenziale nullo di distruzione dello strato di ozono. Tali pompe di calore sono in grado di produrre fluidi a temperature fino a 60/70°C, sfruttando un particolare ciclo frigorifero definito come transcritico; grazie a pressioni di esercizio molto elevate, aspetto non secondario nelle problematiche manutentive, le temperature in gioco aumentano, raggiungendo valori impensabili fino a qualche anno fa con rendimenti interessanti e paragonabili alle attuali apparecchiature. Tuttavia la particolarità del circuito frigorifero rende le prestazioni di queste macchine molto suscettibili delle temperature dell’aria esterna (problematica dell’equatore termico) al punto tale che incrementi anche di qualche grado dell’aria di condensazione provoca abbattimenti vistosi nei rendimenti. Questa la ragione per la quale le pompe di calore a ciclo transcritico di CO2 trovano migliore utilizzo nei climi nordici caratterizzati da più basse temperature di esercizio, diversamente dai nostri in cui le variazioni stagionali ed anche giornaliere risultano non trascurabili.
Gli sviluppi tecnologici nel settore delle pompe di calore e dei sistemi ibridi sono in continua evoluzione e, sebbene non siano attualmente ipotizzabili i tempi di applicazione nel settore residenziale, esistono filoni di ricerca che mirano al miglior sfruttamento delle fonti rinnovabili ed all’incremento dei livelli prestazionali delle apparecchiare. In alcuni casi, quasi paradossalmente, si tratta di rivisitazioni di idee e macchine già note e studiate in passato, come lo sfruttamento dei cicli Stirling mediante l’energia solare o i compressori che sfruttano i fenomeni termoacustici.
Al di là delle curiosità tecniche, è comunque doveroso evidenziare che l’utilizzo di impianti innovativi a basso impatto ambientale e caratterizzati da livelli prestazionali interessanti, non può non passare attraverso una progettazione che privilegi sistemi ibridi, in grado di sfruttare al meglio le caratteristiche sopra descritte e di utilizzare in maniera intelligente l’energia solare (pompe di calore elio-assistite) e di tradurre, di volta in volta le differenti esigenze che specificano l’ampio spettro di interventi nel settore dell’edilizia di recupero. In altri termini, non esistendo una ricetta unica per risolvere le problematiche in essere, la situazione quotidianamente in evoluzione dell’impiantistica, pone stimoli continui al progettista, oltre alla necessità di avvalersi di strumenti di analisi progettuale in termini di simulazione dinamiche dei sistemi impiantistici. 
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