Il Progetto Europeo HERB e la riqualificazione energetica di un edificio
residenziale a Bologna
Enzo ZanchiniDipartimento di Ingegneria Industriale – Università di Bologna
Abitare Sociale – Urban Center, Bologna – Sala Atelier, 07/04/2016
Holistic Energy-efficient Retrofitting of residential Buildings – 7° Programma Quadro Grant agreement no: 314283 – da 15 ottobre 2012 a 15 aprile 2016
http://www.euroretrofit.com/
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0
100
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300
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1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
othergascoaloil
EJ
Consumo energetico per fonti nel periodo 1980 – 2012, da International Energy Statistics – EIA (US Energy Information Administration): 552.9 EJ nel 2012
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Consumo energetico per fonti nel periodo 2003 – 2013, da BP Statistical Review of World Energy 2015: 527 EJ nel 2012; 541 EJ nel 2014
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2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
other ren
hydroel
nuclear
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EJ
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Frazioni di energia primaria delle varie fonti nel 2014 – BP 2014
oil + coal + gas 86.3%nuclear 4.4%renewables 9.3%
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0.300
0.237
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0.0680.025
oilcoalgasnuclearhydroelother ren
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-0.4
-0.2
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1
1880 1890 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
�C
Reference: 1951 - 1980 mean
Global air temperature anomaly – land stations – from 1880 to 2014
Dati NASA: http://data.giss.nasa.gov/gistemp
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Frazioni di energia primaria dei vari settori, in Europa nel 2012– fonte EurostatResidenziale e servizi: 0.381
0.259
0.332
0.248
0.133
0.022 0.006
IndustryTransportResidentialServicesAgricoltureOther
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Il Progetto HERB – Holistic Energy-efficient Retrofitting of residential Buildings
18 Partner di 10 Paesi (Regno Unito, Grecia, Italia, Portogallo, Germania, Svizzera, Spagna, Turchia, Polonia, Olanda)
Dimostrazioni di riqualificazione energetica in 7 Paesi (Regno Unito, Grecia, Italia, Spagna, Portogallo, Svizzera, Olanda)
Coordinatore del Progetto: Prof. Saffa Riffat – Università di NottinghamPartner italiani: UNIBO e COBO
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OBIETTIVI DEL PROGETTO
Sviluppare ed applicare nuove efficienti tecnologie per la riqualificazione energetica di edifici residenziali
Obiettivi: riduzione di almeno l’80% del consumo di energia primaria e di almeno il 60% delle emissioni di CO2; consumo di energia primaria dopo la
riqualificazione minore di 50 kWh/m2.
Finestre a tubi di vuoto, materiali a cambiamento di fase, pannelli a vuoto, tubi di luce, sistemi solari
termici e fotovoltaici, pompe di calore aria-acqua (UNIBO-Galletti)
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APPROCCIO OLISTICO: problema nella sua globalità.Si considerano le combinazioni di varie tecnologie, individuando le combinazioni più
efficienti e, a parità di efficienza, quelle meno costose
PROCEDIMENTO ITERATIVO
Sviluppare sistemi a pompa di calore ad alta efficienza e realizzare la riqualificazione energetica di una palazzina con area riscaldata di circa 280 m2.
COMPITO DI UNIBO E COBO
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L’EDIFICIO HERB DI BOLOGNA
Piazza Mickiewicz
Via Libia Via Mondo
Piazza Mickiewicz 5
Piazza Maggiore Le due torri
La casa
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L’edificio è composto da tre piani, con due appartamenti ciascuno, un attico non riscaldato e un seminterrato non riscaldato. Il tetto ha 4 falde. La casa ha un
piccolo giardino, con alti alberi.
Vista dalla strada: lato nordest (Via Mondo)
Vista dalla strada: lato sudovest (via Libia)
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Foto della facciata su Piazza Mickiewicz (nordovest)
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Lati nordovest e nordest Lati sudest e sudovest
NO
NESESO
Modello 3D dell’edificio con Google-SkethUp, utilizzato per la simulazione dinamica con TRNSYS 17
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Appartamento 1a: 44.7 m2Appartamento 1b: 80.2 m2
Appartamento 2a (3a): 39.2 m2 Appartamento 2b (3b): 39.3 m2
Area riscaldata totale: 281.9 m2
N
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Parete esterna verticale in muratura di mattoni pieni, spessore 31 cm. Finestre a vetro singolo (vetro doppio in 2b e 3b). Seminterrato e sottotetto non riscaldati.
Riscaldamento con caldaia a gas e radiatori. ASC fornita da boiler elettrici e un boiler a gas (Appartamento 1b). Nessun condizionamento estivo.
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ELEMENTO DESCRIZIONE s [m] U [W/(m2K)]Parete verticale Intonaco int., muratura mattoni pieni, intonaco est. 0.31 1.797
Solaio su cantina Piastrelle, sottofondo, solaio laterocem., intonaco 0.26 1.476Solaio su terreno Piastrelle, sottofondo, solaio laterocemento 0.25 1.845
Solaio terrazzo Intonaco int., solaio laterocem., sottof., pavimento 0.26 1.476Solaio sottotetto Intonaco interno, solaio laterocemento 0.09 2.903
Tetto Intonaco interno, solaio laterocemento 0.21 2.279
CARATTERISTICHE DEGLI ELEMENTI DI INVOLUCRO NELLO STATO ATTUALE
Fabbisogni di energia primaria per la
climatizzazione calcolati con simulazione dinamica
mediante TRNYS 17: anno tipo di TRNSYS
1.7
4.3
9.4
13.8
20.221.5
24.4 24.1
20.9
14.4
8.4
3.9
0
5
10
15
20
25
30
Jan Feb March April May June July Aug Sept Oct Nov Dec
°C
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Stato attualeRetrofit 1: isolamento termico degli elementi di involucro
Retrofit 2: + sostituzione delle finestreRetrofit 3: + installazione di una pompa di calore aria-acqua per
riscaldamento e ACSRetrofit 4: + illuminazione LED
Retrofit 5: + pannelli fotovoltaici (vengono erogati anche raffrescamento e deumidificazione)
Parete verticale isolata con cappotto di silicati di calcio idrati (Multipor Ytong) 16 cm (riciclabile e prodotto con basso uso di fonti primarie), conducibilità termica
0.045 W/(mK).
SCENARI CONSIDERATI PER LA SIMULAZIONE
Solaio su seminterrato, Terrazzo fra primo e secondo piano, Solaio del sottotetto isolati con lana minerale.
Retrofit 1
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CARATTERISTICHE DEGLI ELEMENTI DI INVOLUCRO DOPO RETROFIT
ELEMENTO DESCRIZIONE s [m] U [W/(m2K)]
Parete verticaleIntonaco int., muratura mattoni pieni, intonaco est.,
silicati di calcio idrati 16 cm 0.47 0.243
Solaio su cantinaPiastrelle, sottofondo, solaio laterocemento,
intonaco, lana minerale 9.5 cm 0.355 0.274
Solaio terrazzoIntonaco int., solaio laterocemento, sottofondo,
pavimento, lana minerale 14 cm 0.40 0.224
Solaio sottotettoIntonaco interno, solaio laterocemento, lana
minerale 20 cm 0.29 0.187
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Retrofit 3: installazione di un a pompa di calore multifunzione aria-acqua con inverter, per riscaldamento e ACS (raffrescamento e deumidificazione non erogati in questo
scenario). Sostituzione dei radiatori con fan coil ad alta efficienza per ambienti cucina-pranzo e camere da letto, radiatori a bassa temperatura per i bagni.
Potenza e COP con aria esterna a 7 °C:11.7 kW; COP 3.75
Retrofit 2: sostituzione di tutte le finestre con finestre doppio vetro con telaio in legno, intercapedine 16 mm Argon e vetro a bassa emissività. Trasmittanza vetro
Ug = 1.00 W/(m2K), trasmittanza telaio Uf = 1.84 W/(m2K).
Pompa di calore Galletti HIWARM HWMC010
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Sistema fan-coil Galletti 2X1 modello speciale per HERB• Convezione naturale
(riscaldamento)• Convezione forzata
(riscaldamento alte potenze, raffrescamento e deumidificazione)
Il modello speciale che assorbe circa 6 W a velocità extra-low
La pompa di calore opera con integrazione a gas naturale (caldaia attuale). Volume di accumulo: 200 litri per riscaldamento; 1000 litri per ACS
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Retrofit 4: sostituzione delle lampade a incandescenza con lampade LED
Retrofit 5: installazione di collettori fotovoltaici sul tetto, con area di circa 29 m2 e potenza di picco 4.24 kW.
In Retrofit 5 la pompa di calore fornisce anche raffrescamento e deumidificazione.
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332.5
181.6
137.6
66.3 59.344.8
0
50
100
150
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250
300
350
Stato attuale Retrofit 1 Retrofit 2 Retrofit 3 Retrofit 4 Retrofit 5
kWh/m2
Consumo di energia primaria per unità di area negli scenari considerati
Riduzione ottenuta con Retrofit 5: 86.5%
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Secondo la Norma EN 15603:2008 il coefficiente di produzione di CO2 è 277 kg/MWh per il gas naturale e 617 kg/MWh per l’energia elettrica
ScenarioTER risc
ELrisc
TER ACS
ELACS
ELluce TER EL
CO2 TER CO2 EL CO2
Stato attuale 89347 0 2187 5749 1141 91535 6890 25355 4251 29606Retrofit 1 39692 0 2187 5749 1141 41880 6890 11601 4251 15852Retrofit 2 25222 0 2187 5749 1141 27410 6890 7592 4251 11844Retrofit 3 414 6653 0 619 1141 414 8413 115 5191 5305Retrofit 4 414 6653 0 619 228 414 7500 115 4628 4742Retrofit 5 414 1 415 5619 115 3467 3582
Consumo annuo di energia termica ed elettrica, kWh, e emissione annua di CO2, kg
Riduzione di emissione di CO2 con Retrofit 5: 86.3%
EMISSIONE ANNUA DI CO2
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MIGLIORAMENTO DEL COMFORT
Mediante simulazioni dinamiche TRNSYS 17: valori orari di temperatura operante, umidità relativa, parametri di benessere di Fanger (Predicted Mean Vote,
Predicted Percentage Dissatisfied) per ciascuna stanza, Stato attuale e Retrofit 5, con riferimento all’anno tipo di TRNSYS
I risultati hanno mostrato un notevole miglioramento del comfort: riduzione degli effetti delle superfici radianti fredde in inverno, climatizzazione in estate
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25
30
0 500 1000 1500 2000 2500
Stato attualeRetrofit 5
%
ore
PPD dal 1° novembre al 28 febbraio, Appartamento
3b, cucina
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 500 1000 1500 2000
Stato attualeRetrofit 5
%
ore
PPD dal 1° giugno al 31 agosto, Appartamento 3b,
cucina
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CONSIDERAZIONI ECONOMICHE
Ripartizione dei costi Centrale termica 45590 Climatizzazione 43670 ACS 12410 Impianto gas 980 Impianto elettrico 12065 Impianto fotovoltaico 11645 Isolamento verticale 57380 Isolamento orizzontale 9450 Finestre 33260 Opere murarie varie 8050 Oneri per la sicurezza 22873 Totale 257373 Totale con IVA 10% 283110 Costo aggiuntivo per sostituzione del tetto 37217 Totale con sostituzione del tetto 294590 Totale con sostituzione del tetto e IVA 10% 324049
Costo dell’intervento
Il costo totale di 283110 € comprende: lavori di consolidamento strutturale (basamento, terrazzo, sottotetto), tranne il completo rifacimento del tetto; completo rifacimento della rete di distribuzione climatizzazione e ACS; ripristino delle cornici esterne.
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Gas naturale – 0.9 €/m3;Energia elettrica – 0.2 €/kWh; energia elettrica fornita alla rete 0.0389 €/kWh
Costi di esercizio
Costo annuo di riscaldamento, ACS e illuminazione (+ raffrescamento e deumidificazione dopo retrofit)
Pre retrofit Dopo retrofit Costo energia termica € 7387 39 Costo energia elettrica € 1378 1108 Costo totale € 8765 1147
Uso annuo di energia termica, gas naturale, energia elettrica (E. Zanchini et al., Planned energy-efficient retrofitting of a residential building in Italy, Future Cities and
Environment 1:3, 2015)
Pre retrofit Dopo retrofit Energia termica kWh 78752 415 Gas naturale m3 8208 43 Energia elettrica kWh 6890 5619
Risparmio annuo iniziale 7618 €
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Il valore attuale netto, dopo n anni, di un intervento di riqualificazione energetica di costo C0 e risparmio annuo R0 all’anno zero è dato da
e = tasso di aumento del costo delle risorse energetiche, i = tasso di interesse
Se si assume e = i risulta VANn = nR0 – C0 e il numero di anni di payback è n = C0/R0
Risulta così n = 283110/7618 = 37.2 anni
In Italia un intervento di questo tipo ha (per privati cittadini) un incentivo statale pari al 65% del costo, erogato in 10 rate annue di detrazione fiscale.
A tasso di interesse zero, il valore del contributo sarebbe 184020 € e il tempo di payback sarebbe n0 = 99090/7618 = 13.0 anni
A tasso di interesse zero i = 0.02, il valore del attuale del contributo è 165298 € e il tempo di payback è n0.02 = 117812/7618 = 15.5 anni
( )( )0 0
1
1
1
kn
n kk
eVAN R C
i=
+= -
+å
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Il tempo di payback risulta piuttosto lungo anche considerando l’incentivo statale. Bisogna però considerare che l’edificio risulta completamente rinnovato negli
impianti di climatizzazione e ACS (nuove reti di distribuzione) e consolidato. Inoltre risulta notevolmente aumentato il confort termico.
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CONCLUSIONI
L’intervento eseguito porta a una riduzione del consumo annuo di energia di oltre l’85% e a un consumo di energia primaria post retrofit inferiore a 50 kWh/m2.
Produce anche un importante miglioramento del confort termico
Il costo è considerevole ed il tempo di autofinanziamento è piuttosto lungo, anche considerando l’incentivo statale del 65%. Una parte importante del costo è dovuto
alla installazione dei nuovi circuiti di distribuzione e ai lavori di consolidamento strutturale
I risultati delle simulazioni post-retrofit saranno validati mediante monitoraggio. Quelli pre-retrofit sono già stati validati con pieno successo.
Questa esperienza dimostra che è possibile eseguire interventi di riqualificazione energetica molto spinta anche su edifici con problemi strutturali, reti di distribuzione
di climatizzazione e ACS obsolete e necessità di ripristino delle facciate.Tuttavia i costi di una riqualificazione spinta in questi casi sono molto alti.
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GRAZIE PER LA CORTESE ATTENZIONE
Enzo ZanchiniDipartimento di Ingegneria Industriale – Università di Bologna
http://www.euroretrofit.com/
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