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Prestazioni energetiche del patrimonio edilizio pubblico: un caso studio

La diagnosi energetica di un grande patrimonio edilizio può permettere analisi globali e considerazioni sulle strategie per una progettazione intelligente della riqualificazione energetica. Una metodologia di classificazione in base a un indicatore di consumo normalizzato potrebbe essere uno strumento utile per determinare fino a che livello condurre l’azione di riduzione dei consumi. Si potrebbe pertanto sviluppare una serie di indagini sui risultati delle diagnosi energetiche di numerose Università, tenendo conto della posizione geografica e delle possibilità di intervento dettate dalle caratteristiche degli edifici (storici e contemporanei), per stabilire valori dell’IEN di riferimento appropriati per gli edifici universitari in Italia.

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La Termotecnica, gennaio-febbraio 2017

Pubblicato
da Alessia De Giosa




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Estratto del testo
Tecnica Energia & Edifici 42 LA TERMOTECNICA GENNAIO-FEBBRAIO 2017 INTRODUZIONE
La riduzione del consumo di energia negli edifici pubblici è una
priorità indicata sia nelle Direttive Europee che nelle norme di legge
nazionali.
Già a partire dalla Direttiva Europea 2002/91/CE [1] sul rendi-
mento energetico nell''edilizia, si trova l''indicazione (premesse (16))
che, nel processo di certificazione energetica, gli edifici occupati da
autorità o enti aperti al pubblico dovrebbero assumere un approccio
esemplare nei confronti dell''ambiente e dell''energia. Si prevede che
l''attestato di certificazione energetica (Art.7) sia affisso ben visibile
(per edifici di metratura utile totale > 1000 m2).
La riduzione del consumo di energia negli edifici pubblici è una
priorità indicata anche nella Direttiva Europea 2010/31/UE [2],
nella quale si ribadisce che il settore pubblico dovrebbe svolgere un
ruolo esemplare in materia di prestazione energetica nell''edilizia e
pertanto che gli obiettivi più ambiziosi dovrebbero essere fissati per
edifici occupati da enti pubblici. Ad esempio, le raccomandazioni
contenute nell''attestato di prestazione energetica dovrebbero esse-
re attuate tempestivamente, rappresentando un esempio di come
utilizzare le indicazioni disponibili. Inoltre, dal 31.12.2018 (due
anni prima rispetto agli altri edifici), le nuove costruzioni occupate
o di proprietà di enti pubblici dovranno essere edifici a energia
quasi zero (Art.9).
Infine, rispetto alla Direttiva precedente [1], il riferimento della su-
perficie oltre la quale scatta l''obbligo per la redazione dell''attestato
di prestazione energetica per edifici pubblici viene abbassato e fa
riferimento a una metratura utile totale di 250 m2.
L''attenzione al settore pubblico è stata confermata ancora più di recente dalla Direttiva Europea 2012/27/UE [3] in cui viene posta
l''attenzione al fatto che la spesa pubblica corrisponde al 19% del
prodotto interno lordo dell''Unione e che migliorare l''efficienza
energetica può liberare risorse pubbliche da destinare ad altri fini.
Inoltre viene messa in evidenza l''importanza della ristrutturazione,
indicando la necessità di fissare un tasso annuo di ristrutturazione
per gli edifici di proprietà degli enti pubblici che rappresentano una
quota considerevole del parco immobiliare e che godono di notevole
visibilità nella vita pubblica.
Viene inoltre indicata una strategia a lungo termine per la ristruttu-
razione di immobili e la necessità di ristrutturare ogni anno almeno il
3% della superficie coperta utile totale degli edifici pubblici riscaldati
e/o raffreddati per rispettare almeno i requisiti minimi di presta-
zione energetica. A questo scopo deve essere redatto un inventario
degli edifici pubblici riscaldati e/o raffreddati (per superficie co-
perta utile totale > 250 m2).
Viene lasciata una maggiore libertà di azione nel caso di edifici
protetti per il particolare valore architettonico o storico, ma solo nel
caso in cui il rispetto di determinati requisiti minimi di prestazione
energetica possa modificare in maniera inaccettabile il loro carat-
tere o aspetto.
Le Direttive europee sono state recepite a livello nazionale da di-
verse Leggi e Decreti, tra i quali si può evidenziare in particolare
il recentissimo Decreto del Ministero dello Sviluppo Economico [4]
(16 settembre 2016, G.U.n. 262 del 9 novembre 2016) che indica
le modalità di attuazione degli interventi per il miglioramento della
prestazione energetica degli immobili della pubblica amministra-
zione centrale, escludendo dal programma gli immobili vincolati di A. Magrini, L. Gobbi Prestazioni energetiche del patrimonio
edilizio pubblico: un caso studio
I consumi energetici degli edifici pubblici rappresentano un costo per la comunità e sono oggetto di attenzione sia delle Direttive Europee che dei
documenti legislativi nazionali. Tra gli edifici pubblici, quelli universitari rivestono grande importanza in termini di estensione e di scarsa efficienza.
Questa è dovuta anche al fatto che molti Atenei Italiani presentano un parco edilizio appartenente a diverse epoche storiche. Alcuni aspetti di questo
problema sono presentati e discussi in riferimento all''Università di Pavia, una delle più antiche Università d''Europa, fondata nel 1361, che ha il 40%
della superficie totale costruita rappresentata da edifici costruiti prima della seconda guerra mondiale. Si presentano alcune considerazioni sulla
diagnosi energetica degli edifici dell''Ateneo e sulla valutazione dei consumi attraverso un indice normalizzato che attualmente viene utilizzato per il
confronto tra consumi energetici di edifici scolastici. ENERGY PERFORMANCE OF PUBLIC BUILDINGS. A CASE STUDY
The energy consumption of public buildings represents a cost for the community and is subdued to the regulatory constraints of both the European
Directives and the national laws. Among the public buildings, Universities are extended and scarcely efficient, as many of them belong to different
historical periods. Some aspects of this problem are presented and discussed in reference to the University of Pavia, one of the oldest universities in
Europe, with 40% of the total building stock built before the Second World War. An attempt to assess the energy consumption through a normalized
index currently used for school buildings is analysed. Anna Magrini - Dipartimento di ingegneria Civile e Architettura - Università di Pavia
Laura Gobbi - Servizio gestione Facility e Utilities, Area Servizi Tecnici - Università di Pavia Tecnica Energia & Edifici LA TERMOTECNICA GENNAIO-FEBBRAIO 2017 43 (sempre nella misura in cui il rispetto di determinati requisiti minimi
di prestazione energetica modificherebbe in maniera inaccettabile
il loro carattere o aspetto). Tra le tipologie di interventi ammessi a
finanziamento, sono indicati: isolamento termico di strutture opa-
che, sostituzione di chiusure trasparenti, installazione di sistemi di
schermatura, sostituzione di impianti di climatizzazione invernale,
installazione di collettori solari termici, riqualificazione di impianti
di illuminazione, installazione di sistemi di termoregolazione e
contabilizzazione del calore, di sistemi BACS.
Nel Rapporto RAEE 2016 [5] dell''ENEA viene evidenziato che Il
patrimonio immobiliare della Pubblica Amministrazione centrale
consta di 3.534 edifici con superficie lorda media superiore ai 250
m2, per un totale di 13.290.572 m2. Risultano realizzati o in fase
di realizzazione interventi su 120 immobili, per una superficie utile
complessiva di 855.235 m2.
Una categoria di edifici pubblici distribuita sul territorio nazionale
e con caratteristiche di utilizzo ben definite nell''arco del tempo è
quella rappresentata dagli spazi per l''educazione. Da un rapporto
presentato dal MIUR nel 2015 [6], in occasione della presentazione
dell''Anagrafe dell''Edilizia Scolastica, risultano circa 34.000 edifici
scolastici attivi, di cui il 55% costruito prima del 1976.
Per il parco edilizio universitario invece le informazioni non sono
disponibili in modo organico. Da un conteggio sommario degli
atenei italiani (97 secondo [7]) si può desumere che il parco edilizio
corrispondente sia altrettanto significativo: quasi 400 sedi (circa
1.700.000 studenti nel 2014/15, da ISTAT [8]) nelle quali è pre-
sente un ampio numero di edifici, non censito in modo sistematico.
Il numero di edifici però sembra essere rilevante. A titolo d''esempio
l''Università di Torino con le sue numerose sedi (al quarto posto per
numero di studenti, [8]) occupa più di 10.000.000 m2 [9]. L''Ateneo
di Bologna (al terzo posto per numero di studenti), articolato tra
edifici storici e nuovi, si distribuisce su una superficie complessiva di 900.000 m2 su scala regionale [10]. L''Università di Roma La
Sapienza (al primo posto per numero di studenti) ha un campus che
si estende per una superficie di circa 439.000 m2 in 38 edifici (con
le sedi esterne arriva a contare 100 edifici) [11]. I numeri indicati,
desunti dai documenti in bibliografia, tuttavia non forniscono tutte
le informazioni utili a un confronto tra parametri omogenei.
Gli edifici Universitari sono caratterizzati da una molteplicità di
attività (aule, biblioteche, uffici, sale conferenze, laboratori, bar,
mense, palestre sportive) con profili di occupazione differenti tra
loro. Il consumo energetico risulta significativo per soddisfare tutte
le necessità legate alla presenza degli studenti, ma anche all''am-
piezza degli ambienti (aule, corridoi, laboratori, spazi comuni), e
ad esigenze varie, come quelle per apparecchiature di laboratorio.
Appare quindi necessaria, per una gestione intelligente delle risor-
se, la conoscenza approfondita delle problematiche di gestione e
una diagnosi energetica accurata.
Diversi Atenei hanno già provveduto a svolgere diagnosi energe-
tiche dei propri edifici e a pianificare interventi mirati al risparmio
energetico, anche se non è presente un piano nazionale coordinato
e supportato dall''Amministrazione Centrale.
L''obiettivo, anche in questo settore, è quello della riduzione del
consumo di energia elettrica e termica, che però può essere difficile
da raggiungere, soprattutto quando il patrimonio edilizio dell''Uni-
versità comprende un mix di edifici contemporanei e storici.
A livello nazionale sono numerosi gli Atenei storici antecedenti al
XVI secolo, a cominciare da Bologna fondata nel 1088. Numerosi
edifici storici sono ancora utilizzati non solo per rappresentanza ma
anche per attività didattiche.
Nel seguito si vuole presentare un''analisi svolta nell''Ateneo di Pavia,
per mettere in evidenza alcuni aspetti importanti nel processo di
diagnosi energetica e nella valutazione degli interventi di riduzione
dei consumi, tenendo presente le diverse esigenze di utilizzo e le FIGURA 1 - Posizione degli edifici universitari nel centro della città (edifici storici, HB, giallo, lato destro),
espansione moderna (edifici contemporanei, CB, verde) e fuori della città (CB, azzurro, lato sinistro)
Tecnica Energia & Edifici 44 LA TERMOTECNICA GENNAIO-FEBBRAIO 2017 possibilità di intervento in funzione del valore storico degli edifici.
Per un''analisi costruttiva delle azioni mirate al contenimento dei
consumi energetici è importante definire l''obiettivo da conseguire
per ciascun edificio, in funzione delle sue caratteristiche specifiche
(destinazione, epoca di costruzione, ecc.). A questo fine è stata con-
siderata l''applicazione di un indicatore utilizzato per la valutazione
degli edifici scolastici a livello nazionale per verificarne l''applica-
bilità anche in questo contesto. L''attenzione è stata focalizzata sul
consumo di energia per il riscaldamento, con l''obiettivo di confron-
tare i consumi dell''Ateneo con l''indicatore IEN (Indicatore Energia
Normalizzato per il riscaldamento), un indicatore sviluppato da
ENEA-FIRE (l''Agenzia nazionale italiana per le nuove tecnologie,
l''energia e lo sviluppo economico sostenibile e la Federazione ita-
liana per l''uso razionale dell''Energia) [12], riferito al consumo di
energia primaria per il gas naturale. I CONSUMI ENERGETICI DI UN ATENEO
Un aspetto importante da considerare nella valutazione dei consumi
energetici è legato alle caratteristiche architettoniche e al valore
storico degli edifici. Un altro elemento fondamentale è rappresen-
tato dal profilo di occupazione dei diversi spazi, in relazione alla
specifica funzione e alla numerosità degli utenti.
Nell''Ateneo di Pavia, fondato nel 1361, gli edifici storici nel centro
della città occupano circa 77.000 m2, mentre degli edifici più recen-
ti, per 60.000 m2 sono stati costruiti prima della II guerra mondiale
e collocati in zone di espansione urbana, e per 85.000 m2 sono stati
costruiti negli anni ''80, nel polo didattico fuori dal centro, per una
superficie totale di circa 220.000 m2 (figura 1).
Oggi l''Università di Pavia ospita le attività di 1.150 docenti struttu-
rati e ricercatori, 860 unità di personale amministrativo/dipendenti
e 23.000 studenti/anno e rappresenta un importante patrimonio
pubblico per una città di media grandezza come Pavia, Comune di FIGURA 2 - Consumo annuo di energia per il riscaldamento di edifici universitari [kWh/m3]. Il rapporto S / V [m-1] è indicato sulla parte inferiore di ciascuna barra FIGURA 3 - Azioni di riqualificazione energetica indicate nella diagnosi (B = caldaia, indicato quando in IT1 è previ- sta la sostituzione della caldaia) Tecnica Energia & Edifici LA TERMOTECNICA GENNAIO-FEBBRAIO 2017 45 circa 64 km2, con 73.000 abitanti.
Il patrimonio edilizio dell''Ateneo risulta un caso interessante per
analizzare le potenzialità di intervento, data la grande varietà di
tipologie edilizie e la presenza di edifici storici.
L''intera Università è stata soggetta ad un processo di diagnosi,
per definire il consumo energetico e le misure più efficaci per una
significativa riduzione, secondo le procedure indicate nella norma
EN 16247:2014 [13], sulla base delle informazioni raccolte sui
seguenti aspetti: - rilievo geometrico degli edifici; - definizione del volume riscaldato; - caratteristiche e impostazioni degli impianti di climatizzazione; - dati di consumo di energia in termini di Nm3 di gas naturale; - gradi giorno di riscaldamento, GG; - caratteristiche dei componenti degli impianti di climatizzazione; - comportamento degli occupanti e modalità di utilizzo degli am- bienti. Il software utilizzato si basa sulla metodologia di calcolo quasi
stazionaria indicata dalla UNI/TS 11300 [14]); la validazione è
stata effettuata sulla base della media dei Gradi-Giorno effettivi di
tre anni, considerando il tempo di funzionamento dell''impianto di
riscaldamento, mediante il consumo medio annuo registrato nel cor-
rispondente periodo di tre anni. Il modello è stato successivamente
utilizzato per definire i miglioramenti, i costi corrispondenti, ed il
tempo di ritorno (PBT).
In figura 2 viene analizzato il consumo di energia annuo per il
riscaldamento per gli edifici storici (IX - XIX secolo) e quelli recenti
(dal XX secolo). Per entrambe le tipologie, si osserva che l''età dell''e-
dificio non influenza significativamente il consumo medio di energia
corrispondente rispettivamente a 25 e 25,7 kWh/m3 (quest''ultimo
diventa 23,2 kWh/m3, se si esclude l''edificio CB08, che deve essere
riscaldato per 24h/giorno). Anche la forma dell''edificio non sembra
incidere in modo significativo la prestazione energetica, anche se gli
edifici storici sono caratterizzati da un valore medio più alto di S/V
(0,41 m-1 rispetto a 0,36 degli edifici contemporanei).
Per migliorare le prestazioni degli edifici, è stato valutato qualche
intervento su involucro e impianti. In figura 3 è riportato il rapporto
tra il consumo di energia primaria previsto e il valore attuale per
alcune azioni di ristrutturazione proposte nel processo di diagnosi.
Sono stati considerati i benefici derivanti da due tipologie di azione
di riqualificazione energetica, IT1 '' Impianto di riscaldamento, IT2
'' Isolamento del tetto, quando associate a un PBT< 15 anni. IT1 si
riferisce alla sostituzione di pompe di ricircolo e valvole termostati-
che e in alcuni casi (indicati con B in Figura 2) anche della caldaia,
con una a condensazione. Il risparmio medio di energia risulta del
12% per gli edifici storici e del 16% per i più recenti. IT2 consente
una riduzione media del consumo energetico del 14% per gli edifici
storici e del 22% per quelli contemporanei.
Una terza azione, la sostituzione delle finestre, è stata valutata ma
non rappresentata nel diagramma in quanto non vantaggiosa in
termini di PBT sempre maggiore o uguale a 20 anni. Per gli edifici
recenti, questa azione porterebbe a un risparmio energetico fino al
16%. In generale non si ritiene appropriata per gli edifici storici, ma potrebbe essere valutata in termini di applicazione di un doppio ser-
ramento. In tal caso il risultato potrebbe portare a un miglioramento
della prestazione energetica in media pari al 10%.
L''efficacia degli interventi è stata analizzata solo in prima appros-
simazione, e la loro effettiva applicazione deve essere verificata
ulteriormente, per valutarne tutte le implicazioni. Alcuni aspetti po-
trebbero determinare scelte differenti, come per esempio la necessità
di filtrazione dell''acqua per l''applicazione di valvole termostatiche
(per evitarne l''ostruzione) o la necessità di acqua ad alta temperatu-
ra, nel caso che l''impianto sia appena sufficiente a fornire l''energia
richiesta con acqua calda (circa 70°C).
Inoltre dovrebbero essere esaminate anche soluzioni combinate, per
mettere in evidenza eventuali vantaggi che potrebbero derivare da
un approccio più radicale. ANALISI DEI CONSUMI ENERGETICI
Gli obiettivi di risparmio energetico che si vogliono conseguire do-
vrebbero essere valutati sempre in relazione ai costi da sostenere e
quindi in riferimento al PBT. Valori limite di trasmittanza o efficienza
dell''impianto possono non essere completamente appropriati per
edifici universitari o scolastici o ospedalieri, ovvero in tutte quelle
situazioni in cui il consumo energetico è dovuto a una elevata com-
plessità di funzioni.
Per la definizione degli obiettivi sarebbe tuttavia utile poter disporre
di un indicatore che permetta analisi di opportune combinazioni di
parametri, come ad esempio l''IEN, introdotto da ENEA per il settore
dell''edilizia scolastica. Seguendo la metodologia indicata nelle linee
guida [12], il Consumo di Gas naturale per Riscaldamento (CGR)
viene normalizzato in base al Fattore di Forma dell''edificio (FF), il
Tempo di Occupazione (TO), i Gradi Giorno (GG), il Volume totale
Riscaldato (VR). [Wh/ (m3 GG y)] (1) Il Fattore di Forma FF viene determinato in base alla tabella 1 per
scuole secondarie, per le quali è indicata la seguente classificazione
in termini di consumo normalizzato: - Buono: IEN < 11.5 Wh/ (m3GG y) - Sufficiente: IEN tra 11.5 e 15.5 Wh/ (m3GG y) - Scarso: IEN >15.5 Wh/ (m3GG y) ' stato pertanto applicato questo indice al caso degli edifici univer-
sitari di Pavia. La metodologia è stata sviluppata per le scuole e,
pertanto, si prevedono discrepanze tra i valori di riferimento e quelli
calcolati per gli edifici universitari.
Inoltre il confronto è stato effettuato solo sulla base del fabbisogno
energetico per il riscaldamento, in modo da tenere in considerazione
solo i consumi confrontabili, in quanto i consumi elettrici possono
essere molto differenti. Le scuole, infatti, sono in generale chiuse o
poco utilizzate nella stagione estiva, mentre le attività universitarie
sono estese a tutto il periodo estivo anche se possono prevedere in
parte periodi di chiusura.
Con queste premesse, dal confronto tra i valori di riferimento e
quelli calcolati (Tabella 2), si osserva   solo un caso critico con IEN Tecnica Energia & Edifici 46 LA TERMOTECNICA GENNAIO-FEBBRAIO 2017 = 15,8 Wh/(m3GG y), riferito ad un edificio in cui si ha necessità
di mantenerlo a temperatura costante (edificio CB08).
In base ai risultati della valutazione, si osserva che la metodologia
sviluppata per le scuole appare idonea in linea di principio per la
valutazione della situazione attuale e dei miglioramenti, anche se
devono essere considerati valori di riferimento diversi, che possano
essere rappresentativi del parco edilizio universitario.
Infatti, come risulta dall''analisi svolta, anche se il consumo energe-
tico degli edifici dell''Università di Pavia appare abbastanza elevato
e potrebbe essere ridotto attraverso interventi di riqualificazione,
esso viene classificato come ''buono', ad esclusione di un solo caso. CONCLUSIONI
La diagnosi energetica di un grande patrimonio edilizio può per- mettere analisi globali e considerazioni sulle strategie per una
progettazione intelligente della riqualificazione energetica.
Una metodologia di classificazione in base a un indicatore di con-
sumo normalizzato potrebbe essere uno strumento utile per deter-
minare fino a che livello condurre l''azione di riduzione dei consumi.
Si potrebbe pertanto sviluppare una serie di indagini sui risultati
delle diagnosi energetiche di numerose Università, tenendo conto
della posizione geografica e delle possibilità di intervento detta-
te dalle caratteristiche degli edifici (storici e contemporanei), per
stabilire valori dell''IEN di riferimento appropriati per gli edifici
universitari in Italia.
Lo stesso modello potrebbe essere sperimentato in tutta Europa,
trovando per ciascun paese i valori di riferimento più adatti, anche
sulla base degli attuali livelli di consumo energetico. BIBLIOGRAFIA
1. Direttiva Europea 2002/91/CE [1] del 16 dicembre 2002 sul rendimento energetico nell''edilizia 2. Direttiva Europea 2010/31/UE del 19 maggio 2010 sulla prestazione energetica nell''edilizia 3. Direttiva Europea 2012/27/UE del 25 ottobre 2012 sull''effi- cienza energetica 4. Decreto 16 settembre 2016, G.U. n. 262 del 9.11.2016, Mi- nistero dello sviluppo economico, Modalità di attuazione del
programma di interventi per il miglioramento della prestazione
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(accesso nov.2016) 7. Ministero dell''Università e della Ricerca, Atenei e Strutture, http://www.miur.it/0002Univer/0020Atenei/index_cf2.htm 8. ISTAT, Studenti e bacini universitari, 2016, Collana: Letture statistiche '' Temi, ISBN 978-88-458-1909-4, http://www.istat.
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11. Cubo Energy, case studies, http://www.mcuboenergy.com/ case-studies/la-sapienza/ 12. ENEA-FIRE: ''Guida per il contenimento della spesa energetica nelle scuole' Centro Ricerche Casaccia, Via Anguillarese 301,
S.Maria di Galeria, Roma, http://www.lexenergetica.it/docu-
menti/download.asp'id=12 13. UNI CEI EN 16247-2:2014 ''Diagnosi energetiche - Parte 2: Edifici' 14. UNI/TS 11300 Parte 1 ''Determinazione del fabbisogno di energia termica dell''edificio per la climatizzazione estiva ed
invernale ''; Parte 2 '' Determinazione del fabbisogno di energia
primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per
la produzione di acqua calda sanitaria'. TABELLA 1 - Fattore di forma FF e tempo di occupazione TO (scuole secondarie) TABELLA 2 - Valori di IEN per ciascun edificio dell''Ate- neo e indicazione del periodo di costruzione


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