Edifici ad energia netta zero: tra
efficienza energetica e comfort
Prof. Ing. Maurizio Cellura
Università degli Studi di Palermo – Dipartimento DEIM
Convegno «Riduzione delle emissioni e risparmio energetico: come intervenire sugli
impianti termici»
Palermo 30 Settembre 2015
Introduzione
Cambiamento
Climatico
Decarbonizzazione
40% dei consumi di
energia primaria
attribuibili al settore
edile
Edifici ad energia netta zero
Edifici
dalle
elevate
prestazioni
energetiche
ottenute
tramite
progettazione
bioclimatica
che
massimizzi le prestazioni
passive dell’edificio, in
grado tuttavia di coprire
una rilevante quota del
proprio fabbisogno tramite
fonti
energetiche
rinnovabili e in grado di
interfacciarsi in maniera
attiva e bidirezionale con
le reti energetiche.
Bilanci di energia netta zero
Crediti
Crediti > Fabbisogno
Crediti < Fabbisogno
Crediti
Fabbisogno
Interazione tra edifici e rete
Bilanci di energia netta zero
g
k
pk c j p j G C 0
k
Dove g e c
rappresentano
rispettivamente la
generazione e il carico,
pk e pj sono i fattori di
conversione,
k e j i vettori energetici
considerati per
generazione e carico.
j
Energia Primaria?
Emissioni equivalenti di
carbonio?
Energia finale?
Costo?
Exergia?
…
Disomogeneità
su
scala
mondiale
nelle
metriche
prescelte per il bilancio
Edifici ad energia netta zero:
concetti chiave
- Load Match,
- Interazione
bidirezionale
con la rete
energetica,
- Smart
Building,
- Connessione
alle
Smart
grid.
L’edificio diventa un sistema complesso: gli
occupanti assumono un ruolo chiave
Governare la
complessità tra
interessi
contrastanti:
-
Comfort termico,
Comfort acustico,
IAQ,
Comfort visivo.
Edifici ad energia
netta zero:
concetti chiave
- Non può fondarsi
solamente su analisi
medie mensili
- Quantificare la
contemporaneità di
domanda e generazione
di energia su scala oraria
o sub-oraria è di
fondamentale importanza
- Gli indici di Load Match
riportati a fianco, calcolati
per l’edificio Solar XXI
identificano variabilità
orarie estremamente
marcate
«Ventilative Cooling»
La legislazione corrente è orientata verso edifici dalle alte prestazioni
energetiche, bassi valori di trasmittanza e di ricambi d’aria per
infiltrazione.
Surriscaldamento
durante l’estate
Sebbene l’edilizia Mediterranea sia tipicamente caratterizzata da
involucri molto massivi, spesso l’inerzia termica non è sufficiente.
«Ventilative Cooling»
Il «Ventilative Cooling», si
riferisce
all’utilizzo
di
ventilazione
naturale
o
meccanica
per
il
raffrescamento degli ambienti
indoor.
Il «Ventilative Cooling» assume
importanza
rilevante
in
un’ampia gamma di edifici e in
particolare nel raggiungimento
del target di edificio ad energia
netta zero in edifici soggetti a
retrofit energetico.
Caso studio
Edificio scolastico,
provincia di Agrigento
Superficie: 675 m2
Trasmittanza S.
opache =1,2 W/(m2
K)
Trasmittanza
S.finestrate (Vetro
singolo) = 3 W/(m2 K)
Altre
caratteristiche:
- Edificio riscaldato
ma non raffrescato
- Occupato dalle 8:00
alle 18:00 circa
- Elevati carichi
termici interni
Vista Est – Modellizzazione Google Sketchup
Vista Ovest– Modellizzazione Google Sketchup
Cellura M., Guarino F., Longo S., Mistretta M. Natural ventilative cooling in school buildings in Sicily – REHVA Journal, in press
Obiettivi
- Quantificazione dei livelli di Comfort termico nelle zone
occupate tramite l’approccio adattivo in assenza di
condizionamento estivo (EN15251) nel periodo Maggio –
Ottobre (simulazione TRNSYS)
- Ottimizzazione della gestione dell’edificio tramite
«Ventilative Cooling» naturale
Suddivisione in zone termiche
Scenario A
(1)
(2)
(3)
Percentuale di ore di comfort sul totale
Scenari di Analisi
A : Edificio esistente
B1 : Ventilazione diurna (8:00, 20:00), area finestrata aperta
50%,
B2 : Ventilazione diurna (8:00, 20:00), area finestrata aperta
100%,
C1 : Ventilazione notturna (20:00, 8:00), area finestrata aperta
50%,
C2 : Ventilazione notturna (20:00, 8:00), area finestrata aperta
100%,
D1: Ventilazione naturale 24h, area finestrata aperta 50%
D2: Ventilazione naturale 24h, area finestrata aperta 100%
Carichi interni
Scenario D2
Riduzione T
interna fino a
5°C
T esterna
quasi sempre
nel range di
comfort
Dati orari simulazione TRNSYS, 3-4 Giugno
Risultati
±(2°C)
±(3°C) ±(2°C) ±(3°C) ±(2°C) ±(3°C) ±(2°C) ±(3°C)
Scenario
Administration
Classrooms1
Classrooms2
Classrooms 3
A
56.86
73.67
60.96
77.22
48.84
70.46
57.28
74.17
B1
61.07
78.51
65.48
82.87
53.38
75.35
61.72
79.23
B2
62.43
80.29
66.64
83.98
54.96
76.92
61.98
79.82
C1
63.03
81.03
66.98
84.34
55.80
78.92
62.35
80.08
C2
65.08
82.08
67.59
85.03
56.75
80.25
62.97
80.60
D1
66.11
83.65
69.05
86.07
57.89
81.63
64.45
82.50
D2
66.38
84.03
69.37
86.46
59.18
81.91
65.04
83.20
Percentuale di ore di comfort sul totale
Edifici ad energia netta zero: tra
efficienza energetica e comfort
PROF. ING. MAURIZIO CELLURA
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PALERMO
DIPARTIMENTO DI ENERGIA, INGEGNERIA
DELL’INFORMAZIONE E MODELLI MATEMATICI
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