Il settore degli edifici è in continua trasformazione; in particolare negli ultimi decenni è diventato sempre più importante ottenere anche un buon comfort degli ambienti interni oltre a ridotti consumi energetici ed impatti ambientali. Queste esigenze spingono al conseguimento di prestazioni energetiche migliori, da un lato realizzando edifici di nuova costruzione sempre più performanti, dall’altro riqualificando opportunamente edifici esistenti e obsoleti. Lo studio delle riqualificazioni energetiche nel settore edilizio è importante, essendo questo uno dei campi con più ampio margine di miglioramento dei consumi, e dove interventi a volte semplici e non molto costosi possono portare a risparmi notevoli e al miglioramento delle condizioni di benessere interno.

La teoria del comfort si colloca alla base nel presente studio, nel quale si valutano il grado di comfort termo-igrometrico e i consumi energetici con diverse tipologie di terminali di impianti di climatizzazione, considerando anche le caratteristiche dell’edificio. In particolare è stato preso in esame un edificio monofamiliare standard costruito a Milano negli anni cinquanta, nel secondo dopoguerra, ovvero negli anni fra il 1946 ed il 1960, che rappresenta un periodo significativo, poiché in Italia in tali anni si è verificato un grande boom edilizio ed inoltre non esistevano normative legate al risparmio energetico. Tale edificio è stato utilizzato come test case per realizzare misure e modellazioni atte a fornire una valutazione del ruolo delle richieste di comfort degli abitanti nella definizione dei consumi energetici ex ante ed ex post azioni di rilevante riqualificazione. Le modellazioni hanno anche permesso di confrontare diverse soluzioni tecnologiche.

Per la modellazione è stato utilizzato il software di simulazione energetica dinamica TRNSYS® considerando l’edificio dotato in alternativa di radiatori, fan coil e pannelli radianti a pavimento, in modo da potere valutare gli effetti di tali terminali soprattutto per quanto riguarda il comfort sugli occupanti. Inoltre l’edificio è stato esaminato sia nello stato originario che dopo una sua riqualificazione energetica consistente nell’isolamento termico dell’involucro opaco verticale e orizzontale e nella sostituzione dei serramenti dell’edificio.

Tramite le simulazioni sono stati ottenuti e confrontati risultati – in termini di comfort e di risparmio energetico – per le due condizioni dell’edificio, ossia ognuna delle quali con tre tipi di terminali. Tali risultati forniscono importanti informazioni sulle prestazioni dei terminali considerati in funzione anche delle condizioni di isolamento termico dell’edificio: originario (ex ante) e riqualificato (ex post).

Come logica di controllo, in un primo set di simulazioni è stato simulato un termostato reale, che comandava l’accensione e lo spegnimento dell’impianto quando veniva raggiunta la condizione di setpoint con aggiunta/sottratta la semiampiezza della banda di isteresi. Tale logica di controllo tuttavia si è dimostrata inadatta per effettuare un confronto alla pari tra diversi terminali ambiente, in quanto si sono riscontrati livelli di comfort diversi a pari temperatura dell’aria.

Per questo motivo è stato scelto di sviluppare e utilizzare un secondo set di simulazioni con una logica di controllo basata sul PMV (Predicted Mean Vote), ossia con lo scopo di mantenere il livello di comfort il più possibile costante durante il periodo di riscaldamento mentre la temperatura dell’aria può variare da terminale a terminale.

I dati ottenuti dalle simulazioni portano alle seguenti indicazioni:

• la riqualificazione dell’edificio consente un notevole risparmio energetico (dal 56% al 63%);
• nell’edificio non riqualificato, a parità di comfort, si consuma meno energia con i fan coil rispetto ai pannelli (+5%) e ai radiatori (+6%);
• nell’edificio riqualificato, a parità di comfort, si consuma meno energia con i fan coil rispetto ai radiatori (+13%) e ai pannelli (+24%).

Sono state effettuate anche valutazioni sui costi dell’energia necessari per rendere confortevole l’edificio riqualificato, con i vari tipi di terminali ambiente, considerando di produrre tale energia o con una caldaia a condensazione a metano o con una pompa di calore. I risultati ottenuti indicano che:

• con la caldaia il costo minore si ha con i fan coil (1246 €/anno), che aumenta del 11 % con i radiatori (1387 €/anno) e del 14 % con i pannelli (1420 €/anno);
• con la pompa di calore il costo minore si ha con i pannelli radianti (819 €/anno), che aumenta del 13 % con i fan coil (925 €/anno) e del 60% con i radiatori (1312 €/anno);
• installare la pompa di calore nell’edificio riqualificato al posto della caldaia produce un risparmio del 5 % con i radiatori (-75 €/anno), del 26% con i fan coil (-322 €/anno) e del 42 % con i pannelli radianti (-601 €/anno).

Come emerge dal sommario sopra riportato, questo rapporto propone un’analisi tecnica ed energetica che porta a chiusura il progetto di ricerca triennale. Scopo generale di questo lavoro è, infatti, mostrare i risultati dell’unione tra il “demand-side” e il “supply-side” soggetti ai vincoli sul comfort termico. In particolare, la definizione del “demand-side” e il contesto del comfort termico sono stati svolti nelle precedenti annualità. Nella prima annualità è stato identificato il contesto più ampio del “demand-side”, mediante l’identificazione di utenze rappresentative della popolazione nazionale e la definizione dei relativi comportamenti. Sempre sul lato domanda, mediante simulazioni quasi-stazionarie, è stato valutato l’effetto dei differenti comportamenti sui consumi e i risparmi energetici conseguenti ad una riqualificazione energetica. Nella seconda annualità, si è rivolta una maggiore attenzione verso l’involucro dell’edificio e la sua importanza rispetto ai parametri di comfort. In particolare, è stato indagato come le categorie di comfort e le caratteristiche degli utenti influenzino il fabbisogno energetico degli edifici; si è inoltre cercato di quantificare l’effetto rimbalzo sul risparmio energetico conseguenti ad una riqualificazione energetica. In questa analisi sono state valutate sia le caratteristiche dell’edificio, sia quelle del nucleo abitativo (es., il numero di persone, profilo orario di presenza, relazione del comportamento rispetto ai tassi di ricambio d’aria, la temperatura dell’aria, gli apporti termici interni). Si è evidenziato come il comportamento degli occupanti sia un fattore chiave sul fabbisogno termico dell’edificio. A valle di tali premesse, il presente rapporto si pone come chiusura unendo il “demand-side”, come individuato nelle annualità passate, rispetto al “supply-side”, come analizzato nell’ultimo anno del triennio, analizzando il lato generazione.