Littérature scientifique sur le sujet « Riqualificazione energetica degli edifici esistenti »

Il DL ‘Rilancio' n. 34 del 19 maggio 2020 combina gli obiettivi della transizione energetica con il sostegno al settore delle costruzioni. Inoltre, promuovendo il recupero e il riuso degli edifici esistenti, contribuisce a contrastare lo spopolamento dei territori marginali. D'altra parte, migliorare l'efficienza energetica spesso richiede di aggiungere strati isolanti o impianti di generazionelocale, incompatibili con i caratteri tipologici e il valore culturale di un edificio storico.Partendo da una riflessione sul rapporto tra cultura della tutela e cultura della sostenibilità, questo articolo discute l'impatto atteso di queste misure sugli edifici storici e sui processi di marginalizzazione nei territori fragili.

Lo studio di fattibilità tecnico-economica oggetto della tesi è stato svolto sul quartiere Corticella a Bologna, per un totale di 21 edifici e di circa 105000 m2. Il punto di partenza tuttavia, è stata l’ipotesi di riattivare il mercato immobiliare e costruire addizioni volumetriche sugli edifici esistenti che avessero lo scopo di ridurre il tempo di ritorno degli investimenti necessari alla riqualificazione. Dopo aver stimato i costi di costruzione e di riqualificazione per ogni caso di studio, sono state fatte varie ipotesi di intervento, andando a scegliere quelle che massimizzassero i risultati di efficienza energetica, riqualificazione architettonica e profitto economico. Tali risultati sono stati combinati sia per ogni edificio singolarmente sia per il comparto urbano, in modo da riuscire ad individuare la soluzione ottimale a livello prestazionale ma che permettesse altresì di ridurre a pochi mesi il tempo di ritorno degli investimenti.

Considerata la situazione nel quale verte il patrimonio edilizio nazionale si ritiene opportuna una riqualificazione e adeguamento. Un programma di riqualificazione dell’intero parco abitativo Italiano avrebbe però una dimensione economica inimmaginabile. La soluzione a questo problema di natura finanziaria, può essere data dalla definizione di una metodologia di analisi speditiva che permetta di stilare una lista di priorità traducibile in una programmazione, anche economica, degli interventi necessari all’adeguamento del parco residenziale nazionale. In questa maniera i fondi a disposizione del soggetto interessato potranno essere mirati agli interventi più urgenti, rendendo più efficiente l’investimento delle risorse disponibili. Il protocollo di prima valutazione definito integra l’analisi di tipo AeDES con i dati desunti da TABULA, producendo una scheda da cui ricavare un giudizio sui livelli di prestazione stimati per entrambi i requisiti di vulnerabilità sismica e efficienza energetica. Integrando infine la metodologia proposta da MAPP è stata fatta una classificazione in funzione delle criticità strutturali ed energetiche riscontrate. L’ipotesi che la tesi intende dimostrare è che, usando una quantità limitata di dati ricavabili con il sopralluogo e senza la necessità di rilievi strumentali, è possibile disporre di informazioni sufficienti a classificare gli edifici di un parco immobiliare secondo X livelli di vulnerabilità sismica e Y livelli di efficienza energetica, stimate producendo una segmentazione del parco in K classi. Dopo aver segmentato il parco nelle K classi previste dal protocollo, sulla base di criteri definiti dall’autorità pubblica o dal committente proprietario del parco, le classi saranno ordinate per priorità di intervento e sottoposte via via ad indagini più approfondite. Questa procedura ha il fine di supportare il processo decisionale relativo alla tipologia di interventi da attuare in fase di programmazione.

Oggetto principale del progetto di ricerca è stata la valutazione del comportamento energetico di componenti edilizi attraverso l’analisi sperimentale in situ con la realizzazione di mock up configurati per lo scopo. In prima battuta, lo studio si è concentrato sulle problematiche inerenti ai consumi energetici estivi, il comfort interno e la salubrità degli ambienti prefiggendosi l’obiettivo di analizzare nuove strategie per l’ottimizzazione dell’involucro edilizio. La tematica dell’isolamento termico è stata, quindi, declinata sotto diversi aspetti: tipologia dei materiali isolanti e le loro caratteristiche chimico-fisiche, tipologia delle strutture edilizie che necessitano di isolamento, principali parametri termici da considerare e infine la traduzione, in termini di sperimentazione in sito, di un modello comparativo tra involucri termici su una struttura esistente fortemente inerziale ma priva di isolamento termico: mock up realizzato a Fabriano. La necessità di raggiungere standard energetici sempre più stringenti si è generalmente tradotta con la scelta e l’utilizzo di materiali isolanti con alte prestazioni per coibentare le pareti dei nostri edifici. Una corretta valutazione dei vantaggi e degli svantaggi legati a questa tecnica costruttiva è della massima importanza al fine di comprendere al meglio il comportamento termico delle strutture opache. Pertanto, la ricerca portata avanti, riporta i dati sperimentali e analitici ottenuti dallo studio di una parete ad elevata inerzia termica coibentata con due diversi strati isolanti esterni (metodologia in gergo definita come isolamento “a cappotto”) per soddisfare i requisiti nZEB italiani sulla resistenza termica e focalizzandosi sulle problematiche nell’ambito del clima mediterraneo. Infatti, il surriscaldamento degli ambienti interni e, quindi, l'uso eccessivo dei sistemi di raffrescamento rappresenta uno dei principali problemi sia per la salute degli occupanti che per i consumi energetici, in particolar modo durante il periodo estivo. Ne consegue che, al fine di limitare questo problema, è necessaria una progettazione appropriata e/o un adeguamento energetico dell'involucro edilizio che utilizzi un approccio globale e sinergico. Altro argomento di ricerca, seguito parallelamente al primo, è stato lo studio dei cool materials da applicare in sistemi di raffrescamento passivo degli edifici declinando la tecnica del cool roof alle facciate degli edifici. L’obiettivo dello studio è stato quello di valutare gli effettivi benefici che i cool materials possono avere una volta applicati su pareti verticali, al posto delle tradizionali vernici per esterni, e valutarne la convenienza in termini di costi-benefici-durabilità. Questi materiali possono contribuisce alla riduzione della temperatura superficiale dell’agglomerato abitativo grazie ad un migliore bilancio energetico relativo alle superfici in gioco favorendo la mitigazione dell’effetto di isola di calore urbana. Inoltre, l’utilizzo di pareti con corrette stratigrafie e il giusto posizionamento dell’isolamento con materiali che rispondano a condizioni al contorno dinamiche, soprattutto nei climi Mediterranei come il nostro, possono rappresentare una risposta alle problematiche riguardanti il miglioramento dell’efficienza energetica del nostro patrimonio edilizio. Il progetto di ricerca sui cool materials ha previsto una fase preliminare di studio dei materiali, formulazione delle pitture sperimentali e, infine, la preparazione del mock up sul quale installare i pannelli da monitorare durante il periodo estivo. Riassumendo, la problematica della riqualificazione degli edifici rispetto all’isolamento estivo ha affrontato, principalmente, i seguenti argomenti: • l’inerzia termica e la sua relazione con l’isolamento termico dell’involucro nel periodo estivo; • lo studio dei materiali e la loro sperimentazione in condizioni reali, ovvero in regime dinamico; • l’applicazione sperimentale dei cool materials sulle pareti verticali esterne per valutarne l’efficacia in termini di contenimento delle temperature superficiali.
The main object of the research project was the evaluation of the energy behavior of construction components through in situ measurement and experimental analysis with dedicated mock-up. At first, the study has focused on issues related to energy consumption over the summertime, indoor comfort’s situations and environment’s salubrity with the aim of analysing new strategies towards building envelope’s upgrade. Therefore, the topic of thermal insulation has been listed into different aspects: the type of insulating materials and their chemical-physical characteristics, the type of building structures that require insulation, the main thermal parameters to be considered within the research and, at last, the translation, in terms of on-site test, of a comparative model between several thermal envelopes applied on a highly inertial structure lacking of thermal isolation: mock up made in Fabriano. The use of high-performance insulating materials to insulate the building walls is the necessary consequence to achieve the higher strict energy standards. The urgent need of reaching higher energetic standards has brought to choosing high-performance isolating materials to insulate buildings. A correct evaluation of pros and cons of this specific construction technique is extremely fundamental in order to achieve a better understanding of opaque structures thermal behaviour’s. Perhaps, the current research reports experimental and analytical data obtained from the study of a high thermal inertia surface insulated with two different external isolating layers, to meet the Italian nZEB requirements on thermal resistance and focusing on set of problems caused by the Mediterranean climate conditions. In fact, the indoor environment overheating and, consequently, the excessive use of cooling systems represents one of the main problems both for the occupants’ health and for energy consumption, especially during the summertime. It follows that, in order to decrease the problem, a global and synergistic approach is necessary to design energy efficient building envelopes. Another topic of the research, in line with the first one covered, has been conducted on studying cool materials to be applied to passive cooling techniques with the application of cool roof technique to the building facades. The aim of the study was to assess the benefits of those materials when applied to vertical envelopes instead of traditional outdoor coatings and evaluate their convenience in terms of costs-benefits-durability. These materials can contribute to exterior’s temperature reduction of the housing agglomeration thanks to a better energy balance of the surfaces, facilitating the mitigation of the urban heat island effect. Furthermore, resolutions to the problems concerning the energy improvement of our building heritage can be represented by the use of correct stratigraphy walls and the right placement of the insulating materials that respond to dynamic boundary conditions, especially in Mediterranean climate. The research project on cool materials involved a preliminary phase of the materials study, the formulation of the experimental paints and, at last, the mock up preparation on which to install the panels to be monitored over the summertime period. In summary, the problem of building energy upgrading in regard to summer insulation is focused on the main following topics: • thermal inertia and its relationship with the thermal insulation of the envelope over summertime period; • the study of materials and their experimentation in real conditions, or rather in a dynamic regime; • the experimental application of cool materials on external vertical walls in order to evaluate their beneficial impact on surface’s temperature.

Nella tesi sono state valutate le prestazioni energetiche di un edificio esistente ed i possibili interventi migliorativi da porre in opera per migliorare dette prestazioni in riferimento all'involucro edilizio, agli impianti e alla produzione di energia da fonti rinnovabili.

L'obiettivo della Tesi di Laurea si inserisce tra quelli del progetto europeo ProGETonE, in particolar modo la riqualificazione energetica attraverso l'inserimento di impianti performanti e l'uso di fonti di energia rinnovabile al fine di ridurre al massimo i consumi energetici, fino ad arrivare ad avere un edificio NZEB. L'oggetto di intervento della Tesi di Laurea è un complesso residenziale in Provincia di Reggio Emilia di 13 appartamenti di edilizia popolare, nel quale è previsto un incremento di volumetria al fine di aumentarne il valore. É previsto inoltre l'inserimento di un isolamento a cappotto sulle pareti esterne esistenti e la sostituzione degli infissi. La tesi di Laurea parte da queste ipotesi progettuali e ha come fine quello di proporre diverse soluzioni impiantistiche di fattibilità, al fine di ottenere un miglioramento energetico. Nello stato di fatto è presente un impianto termico centralizzato per il riscaldamento degli ambienti e per la produzione di acqua calda sanitaria, con un generatore di calore alimentato a metano; non è presente nessuna forma di impianto di raffrescamento. Vengono proposte tre soluzioni che vanno ad evidenziare modalità diverse di intervento su un edificio esistente, ma in tutti i casi si ottiene un miglioramento in termini di riscaldamento invernale, raffrescamento estivo e qualità dell'aria interna all'abitazione. Per tutte tre le soluzioni è previsto l'inserimento di fonti di energia rinnovabile, ovvero pannelli fotovoltaici da collocarsi nel tetto; Il fine di questa tesi è quello di proporre soluzioni impiantistiche per il miglioramento energetico, i risultati sono stati valutati tramite simulazioni energetiche con il software EdilClima e confrontate con quelle svolte sullo stato di fatto e post intervento.

Questa tesi tratta dell'applicazione agli edifici esistenti di dispositivi per la produzione energetica da fonte rinnovabile: solare fotovoltaica, solare termica ed eolica. Dopo aver analizzato i motivi economici ed ambientali che oggi inducono ad affrontare il tema complesso dell'integrazione di queste tecnologie anche negli edifici esistenti, vengono documentate alcune decine di recenti istallazioni, reperite in ambito internazionale, costituendo così un piccolo repertorio di casi applicativi. Il ricorso alle fonti di energia rinnovabili in architettura ed il concetto di sostenibilità applicato alla progettazione sono temi di interesse mondiale che coinvolgono la riqualificazione energetica del parco edilizio esistente. Questo fenomeno sta generando una vera rivoluzione che, da una dimensione culturale promossa dalle politiche energetiche dei vari paesi, travolge svariati ambiti disciplinari, primo tra tutti l'architettura. L’elaborato è idealmente diviso in quattro parti, come di seguito specificato. Nel primo capitolo vengono trattate le problematiche che stanno portando alla diffusione delle energie rinnovabili nel mondo e descritte le varie forme e tecnologie con cui si utilizzano. Nel secondo e terzo capitolo sono trattati i temi dell’energia negli edifici e la sostenibilità nel progetto per la riqualificazione energetica in architettura. Negli ultimi tre capitoli si analizzano le caratteristiche, i componenti ed il funzionamento dei sistemi fotovoltaici, solari termici e micro/mini-eolici applicati ai manufatti edilizi. Si descrivono, inoltre, le tecnologie e le soluzioni per l’integrazione di detti impianti sugli edifici esistenti. L’ultima parte, costituita dall’allegato che contiene le schede di analisi di alcuni casi studio, descrive la realizzazione di progetti di riqualificazione energetica in cui sistemi fotovoltaici, solari termici ed eolici vengono applicati ad edifici di vario genere.

Due recenti innovazioni nel settore termotecnico sono lo sviluppo di caldaie murali a gas cogenerative, ottenute mediante l’adozione di motori Stirling in combinazione con bruciatori e scambiatori a condensazione adatte a un contesto domestico e quello di sistemi di generazione ibridi gas-energia elettrica costituiti da una pompa di calore ariaacqua e da una caldaia a condensazione. Per giustificare gli investimenti per le trasformazioni della rete elettrica e la semplificazione normativa è importante quantificare i risparmi di energia primaria ottenibili con tali tecnologie; inoltre a causa del maggior costo iniziale è anche necessario quantificare i risparmi economici ottenibili con l’adozione di questo tipo di macchine. Inoltre per la necessità di funzionare per un elevato numero di ore annue per generare i risparmi necessari al rientro economico esse sono adatte ad essere installate in edifici di vecchia costruzione che, anche dopo interventi di miglioramento dell’isolamento, abbiano elevate dispersioni termiche: per tale ragione esse costituiscono un sistema per intervenire sul parco edilizio esistente. Per questi motivi lo scopo di questo lavoro è quello di valutare mediante simulazioni dinamiche le prestazioni energetiche ed economiche di una unità microCHP domestica, di un sistema ibrido e confrontarli con una caldaia a gas a condensazione e con una pompa di calore con integrazione elettrica su un edificio unifamiliare, costruito negli anni 70 e situato a Milano Le simulazioni effettuate hanno mostrato che l’unità microCHP presa in considerazione è in grado di generare risparmi economici e riduzione del fabbisogno di energia primaria, ma solo con un’adeguata conduzione dell’impianto e con l’adozione di sistemi di controllo sofisticati. Inoltre è emerso che il sistema ibrido può raggiungere un elevato rendimento di generazione, ma solo con l’adozione di logiche di controllo sofisticate, mentre al contario la pompa di calore con integrazione elettrica non è in grado di migliorare il rendimento di generazione nel caso esaminato.
Two of the most recent innovations of thermo technique industry is the development of wall hung cogenerative gas boilers that adopt Stirling engines in combination with condensing heat exchangers, such machines are suitable for installation in single houses since the electric power is around 1 kW, and the development of hybrid systems constituted by an air source heat pump and a condensing boiler. However in order to justify the investments on the electric grids and to urge the simplification in laws, that makes now very difficult the installation, it is important to be able to quantify the primary energy savings achievable with such technologies; moreover because of the higher cost for the user it is also necessary to quantify the savings of money. For those reasons the aim of this work is the calculation of the energetic and economic performances of a Stirling engine microCHP, of a hybrid system and a heat pump with electric back up in comparison with a condensing gas boiler as reference case. Because of the necessity to work for a lot of hours during the year in order to be able to produce the savings suitable to the high cost of the machine, those kind of appliances are very suitable to be installed in old buildings, that even after improvements on insulations, have high thermal losses: for this reason the comparison was made on a detached house, built in 70’s in Milan. The simulations carried out using TRNSYS software show that the use of the Stirling microCHP gives advantages both in energetic and in economic terms, but they shown also that those advantages are higher with some working regimes and adopting sophisticated controls. Furthermore has sorted out that the hybrid system is able to improve the generation efficiency but just if a sophisticated control logic is adopted and that the heat pump with electric back up is not able to improve the generation efficiency.

Nel 2020 in Europa gli edifici sono ancora responsabili del 40% dei consumi energetici totali e del 36% delle emissioni serra totali, principalmente per il soddisfacimento dei fabbisogni per riscaldamento, nonostante un calo di quasi il 10% del fabbisogno energetico da parte del settore residenziale da inizio millennio ad oggi. L’Italia si dimostra in controtendenza rispetto al trend europeo, evidenziando una lenta ma costante crescita dei consumi: questo fenomeno dipende senza dubbio dall’elevata età media del proprio patrimonio immobiliare, dal momento che circa il 60% degli edifici residenziali presenti oggigiorno sul territorio italiano è stato costruito prima del 1977, cioè prima dell’entrata in vigore delle prime norme sull’efficienza energetica degli edifici. Gli incentivi per interventi di efficientamento energetico già proposti negli ultimi anni sono stati estesi nel corso del 2020 per supportare il settore edilizio gravemente colpito dalla crisi legata alla pandemia di Covid-19: in particolare, con il Decreto Rilancio del 19 maggio 2020 viene elevata al 110% l’aliquota di detrazione delle spese sostenute per specifici interventi in ambito di efficienza energetica. Nel presente lavoro di tesi verranno analizzati gli interventi realizzabili sul sistema edificio-impianto e ne verrà valutata la possibilità di soddisfare tramite essii nuovi requisiti per beneficiare degli incentivi dell’Ecobonus 110%. Inoltre, verrà anche valutata l’incidenza degli interventi sui consumi di energia e conseguentemente sulle emissioni di gas serra. Si analizzeranno i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna tipologia di intervento con lo scopo di fornire una base di partenza per l’applicazione delle nuove direttive introdotte, individuando le principali problematiche applicative e proponendo le soluzioni che allo stato attuale si sono dimostrate maggiormente vantaggiose.

In questo “position paper” si rappresentano obbiettivi modelli e metodi per contribuire ad avviare una campagna attiva di ricerca e sensibilizzazione sociale basata sull’interazione attraverso reti sociali e reti di automi basata nel Parco della Ricerca Enea Casaccia. Viene fornita un’anticipazione di quello che vuole essere il progetto “Sistemi Aperti Sapienza”; viene poi fornita una descrizione delle motivazioni di partenza e della riflessione che ha generato questa idea progettuale. Poi vengono considerate le ragioni per la convergenza di partner, identificati nei principali organismi della ricerca nel nostro territorio, in una organizzazione regionale guidata e ospitata da ENEA per raggiungere più rapidamente gli obiettivi dichiarati. La proposta prevede l’ implementazione presso ENEA, di un “FabLab”, un laboratorio finalizzato alla realizzazione di prototipi virtuali / reali, ovvero progettati attraverso software di modellazione 3d e stampabili attraverso stampanti 3d dall’utilizzatore finale. Ciò avverrebbe sulla scorta di quanto sta rapidamente diffondendosi in Italia e nel mondo sull’esempio del Center for Bits and Atoms (CBA) - MIT di Boston fondato da Neil Gershenfeld. Il FabLab Casaccia dovrebbe essere realizzato come una delle previste Officine della Sostenibilità specializzata nella produzione di soluzioni per la riqualificazione energetica degli edifici, per l’ applicazione delle energie sostenibili, per la diffusione virale di educazione e consapevolezza energetica e ambientale. Questo progetto, è pensato come un contributo di Sapienza nell’ambito della partnership al progetto di riqualificazione del Parco ENEA finalizzato ad operare per l’applicazione, prevista entro il 2015, delle misure di riqualificazione degli edifici nel settore della Pubblica Amministrazione.