EFFICIENZA ENERGETICA - Gli edifici a energia quasi zero

Le case passive e ad alte prestazioni energetiche
 di Marco Sambati

La direttiva europea 2010/31/UE prevede che, entro la fine del 2020 per tutti gli edifici – ma già dalla fine del 2018 per quelli pubblici o ad uso pubblico – ogni nuova costruzione in Europa dovrà essere “a energia quasi zero”, mentre un processo di trasformazione verso l’energia quasi zero dovrà essere avviato anche per il patrimonio edilizio esistente.

Gli edifici a energia quasi zero sono edifici ad alte prestazioni, con una bassissimo fabbisogno energetico coperto in parte o completamente con le fonti rinnovabili. Gli Stati membri dell’Unione europea dovranno preparare un piano per lo sviluppo degli edifici a energia quasi zero; in questo piano daranno una loro interpretazione della definizione in base al contesto climatico nazionale e stabiliranno azioni per promuovere questo tipo di edifici da qui al 1° gennaio 2021, data in cui l'obbligo si applicherà a tutti i nuovi edifici.

Si parla invece di casa attiva per individuare quegli edifici che oltre a disporre di soluzioni orientate al risparmio energetico hanno impianti (fotovoltaici, eolici, geotermici, biomasse, ecc.) in grado di produrre energia sino a sopperire alle necessità energetiche dell’edificio.

Con il presente articolo, il Dott. Marco Sambati, membro del Comitato Scientifico del CETRI-TIRES, nonché Responsabile del Nucleo di Coordinamento di Europrogetti & Finanza, vuole illustrare più nel merito le caratteristiche delle case passive o delle costruzioni ad alte prestazioni energetiche e quindi ad energia quasi zero.

Una casa passiva è un edificio ad altissime prestazioni energetiche, il cui fabbisogno per la climatizzazione sia invernale che estiva (riscaldamento e raffrescamento) è bassissimo. Questo fabbisogno è talmente basso che è possibile riscaldare o raffrescare l'edificio con il solo impianto di ventilazione dell'aria; espresso in unità fisicamente misurabili questo valore deve essere inferiore a 15kWh/m2annuo.

La casa passiva si distingue per altissimi livelli di qualità di vita, grazie ai suoi ridottissimi fabbisogni energetici; questi livelli vengono raggiunti grazie soprattutto all’altissima qualità costruttiva dei componenti utilizzati, denominati appunto “componenti passivi” (per esempio finestre a taglio termico, materiali isolanti, impianti per il recupero del calore, ecc.). L’ aspetto esteriore di una CP non deve per forza essere diverso da quello di una casa definita “tradizionale”; quindi con le costruzioni passive, definiamo uno standard energetico senza limitazioni ai modi di progettare e costruire.

Le case passive sono una specializzazione estrema degli edifici a basso consumo energetico; fondamentale in tutto ciò è la fase di progettazione e di risoluzione dei dettagli costruttivi; tali case sono concepite ed ideate affinché i fabbisogni energetici residui, possano essere soddisfatti attraverso l’impianto di ventilazione interno. Il fabbisogno di calore necessario è così ridotto che può anche essere fornito dalle comuni lampade ad incandescenza; per una stanza di 20 m2 sono sufficienti due lampade da 100 Watt ad alta efficienza, persino negli inverni più freddi. 
Per entrare meglio tale concetto, occorre introdurre alcune nozioni riferite sia ad indici di prestazione energetica, sia a quello di classe energetica.

L'indice di prestazione energetica è l'energia totale consumata dall'edificio climatizzato per metro quadro di superficie ogni anno. L' indice indica quanta energia viene consumata affinché l'edificio (o l'unità immobiliare) raggiunga le condizioni di comfort per il riscaldamento invernale, la produzione di acqua calda sanitaria, il raffrescamento estivo e l'illuminazione artificiale (anche se ancora il calcolo degli ultimi due valori non è previsto dalla normativa nazionale per edifici residenziali).

L'unità di misura per prestazioni relative ad edifici residenziali è il Kwh/m2 annuo.

Il simbolo utilizzato e definito dalla legge è EPgl (Indice di prestazione energetica globale); spesso però negli annunci immobiliari viene scritto IPE (o I.P.E.) ma è un acronimo poco corretto. Secondo quanto previsto dal decreto del Ministero dello Sviluppo Economico del 26.6.2009, che detta le linee guida per la certificazione energetica degli edifici, la prestazione energetica complessiva di un edificio è espressa attraverso EPgl (prestazione energetica globale).

EPgl = EPi + EPacs + EPe + EPill

dove:
EPi: è l’indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale;
EPacs: l’indice di prestazione energetica per la produzione dell’acqua calda sanitaria;
Epe: l’indice di prestazione energetica per la climatizzazione estiva;
EPill: l’indice di prestazione energetica per l’illuminazione artificiale.

Nel caso di edifici residenziali tutti gli indici sono espressi in kWh/m2anno.
Nel caso di altri edifici (residenze collettive, terziario, industria) tutti gli indici sono espressi in kWh/m3anno.
Tuttavia, nella fase di avvio della normativa, ai fini della certificazione degli edifici, si considerano solamente gli indici di prestazione di energia primaria per la climatizzazione invernale e per la preparazione dell’acqua calda per usi igienici e sanitari.

Attualmente la formula utilizzata è quindi solamente:

EPgl= EPi + EPacs 

Altro elemento utile ai fini di una maggiore chiarezza del concetto di casa passiva sono l’attestato di certificazione energetica (ACE), che è quel documento, mediante gli indicatori di energia (EP), quantifica l’efficienza del sistema edificio-impianti in materia di energia, così come previsto dalla direttiva europea sul rendimento energetico nell’edilizia (direttiva 2002/91/CE “EPBD”), recepita in Italia dal D.Lgs 192/2005 e s.m.i .

Il 6 giugno 2013 è entrato però in vigore il decreto legge 4 giugno 2013, n.63 recante il recepimento della direttiva 2010/31/UE del Parlamento europeo e del Consiglio del 19 maggio 2010, sulla prestazione energetica nell’edilizia; con tale provvedimento viene soppresso l’attestato di certificazione energetica (ACE) e introdotto, in suo luogo, l’attestato di prestazione energetica (APE), rispondente ai criteri indicati dalla direttiva 2010/31/UE.

L'Ace viene redatto a seguito dell'analisi degli indici di prestazione energetica del sistema di raffrescamento, di riscaldamento e di produzione di acqua dell'immobile: in breve, un edificio classificato in buona classe energetica (A+, A e B) avrà elevata efficienza energetica e consumi più bassi, uno in classe G sarà molto più energivoro e comporta quindi costi di gestione più alti.



Attualmente l’efficienza è misurata per il solo riscaldamento degli ambienti e per il consumo di acqua calda sanitaria e, in modo qualitativo, per le prestazioni estive del sono involucro edilizio.

Gli indicatori (EP) forniscono quindi una misura dell’efficienza energetica dell’unità immobiliare, in maniera simile a quanto già avviene per lavatrici, frigoriferi, lavastoviglie e lampade. Tali valori, calcolati in conformità a norme tecniche sviluppate su mandato del Parlamento Europeo, sono legati all’isolamento dell’involucro edilizio dell’unità immobiliare, alla tipologia di finestre, e alla tipologia ed efficienza dell’impianto di riscaldamento.

Gli indicatori vengono espressi in unità di energia (kWh) per metro quadro di superficie calpestabile (m2) e per anno [kWh/(m2 anno)]; indicativamente, tale parametro di energia termica (1 kWh) corrisponde a circa 0,1 litri di gasolio, a circa 0,1 m3 di gas metano ed a circa 0,15 litri di gpl (propano).

Si stima che il patrimonio edilizio italiano esistente, si attesti sui 170 kWh/(m2 anno), con punte di oltre 280 kWh/(m2 anno); le case passive hanno un indicatore che tende a “0”.

Abitare in case con basso valore degli indicatori, significa risparmiare nei costi di energia annuali, nonché limitare le emissioni di gas ad effetto serra e di altri inquinanti in atmosfera.

Per poter comparare tra loro diverse unità immobiliari, i calcoli sono effettuati usando dei criteri standardizzati, sia in termini di profilo di utilizzo che di orari di funzionamento. In tal modo i valori degli indicatori, che differenziano e caratterizzano il patrimonio edilizio, sono svincolati dalle modalità soggettive di utilizzo dell’impianto e dell’abitazione, e sono legati solo alla potenzialità del sistema edificio-impianti. Ad esempio una delle assunzioni è che siano assicurati costantemente e per tutta la stagione di riscaldamento 20 °C di temperatura negli ambienti. 
Venendo alle caratteristiche costruttive di un edificio a basso consumo energetico, la regola fondamentale è quello di rendere l’involucro esterno dell’edificio quanto più possibile indifferente alle variazioni climatiche e ciò, sia per ridurre l’energia occorrente per riscaldare e raffreddare gli ambienti per effetto della riduzione degli scambi termici con l’esterno, sia per ridurre di conseguenza la quantità di componenti impiantistiche per l’utilizzo delle energie rinnovabili (pannelli solari termici e fotovoltaici, ecc.).

Il primo elemento da considerare è il fattore forma, cioè il rapporto tra la superficie disperdente composta da pareti e solai dell’edificio esposte all’aria esterna o a locali non riscaldati e il volume degli ambienti riscaldati delimitati da dette pareti e solai (S/V).

In linea di massima, un villino isolato ha un fattore forma S/V=1, un villino a schiera ha un fattore forma S/V=0,6 – 0,7; edifici a palazzina di 3-4 piani scendono a S/V=0,4 – 0,5 ed edifici compatti a corpo triplo di 5-7 piani raggiungono valori di S/V minori di 0,4. Quando S/V è uguale ad 1, ad un metro cubo di edificato corrisponde un metro quadro di superficie disperdente, a S/V=0,3 ne corrisponde 0,20 mq, cioè una superficie di dimensioni di cm 55 X 55, anziché cm. 100 X 100, pari ad un terzo circa. Da ciò se ne deduce che, per contenere i costi energetici ed i costi di costruzione, occorre contenere la superficie disperdente dell’involucro, adottando tipologie compatte.

Gli edifici costruiti prima dell’entrata in vigore della Legge 10/1991 e del D.P.R. 412/1993, consumavano circa 120 Kwh m2/anno; oggi, possiamo arrivare ad avere edifici che consumano meno di 15 kwh m2, cioè otto volte di meno di quelli costruiti venticinque anni fa.

I sistemi adottati oggi per realizzare l’isolamento termico sono:
l’isolamento a cappotto: tale tipo di isolamento è particolarmente efficace perché elimina i ponti termici, trattiene più a lungo il calore interno dell’edificio e ne limita il riscaldamento in estate; lo svantaggio è però quello di limitare gli apporti termici invernali del sole alle pareti con esposizione Sud/Est, Sud, Sud/Ovest. Di fatti questo svantaggio è contenuto, in quanto un cappotto è in grado di ridurre i fabbisogni energetici per il riscaldamento anche nell’ordine dell’80%, mentre l’apporto energetico del sole in inverno è di circa del 10%. La soluzione dell’isolamento a cappotto è inoltre particolarmente adatta alla riqualificazione energetica degli edifici esistenti, in quanto consente lavorazioni esterne senza interferire con la fruizione dei vani abitativi. I cappotti sono rifiniti all’esterno con intonaci a base di resine, armati con fibre di vetro e tinteggiati;
l’isolamento a parete ventilata: deriva da quella a cappotto; allo strato coibente si aggiunge uno strato protettivo di materiale rigido (gres ceramico, laterizio, lamiere, ecc.) resistente agli agenti atmosferici, fissato ad armature metalliche che, attraversando il cappotto, vengono sostenute dalla parete. Tra il cappotto e lo strato di protezione s’interpone una camera d’aria ventilata di almeno 2-3 cm di spessore; la temperatura dell’aria nell’intercapedine risulta maggiore sia in estate che in inverno, di quella esterna, ottenendo così una corrente ascensionale dell’aria nell’intercapedine per convenzione, con conseguenti riduzioni in estate del flusso termico entrante nell’involucro e mantenendo asciutto il materiale dello strato coibente. La soluzione della parete ventilata è ovviamente più costosa di quella a cappotto, ma è più efficiente. Nell’edilizia residenziale la presenza di numerose finestre ne interrompono la continuità, limitandone l’efficacia e, la presenza dei balconi impedisce l’irraggiamento solare delle pareti sottostanti e quindi all’interno dell’intercapedine non si verificano i moti convettivi;
l’isolamento nell’intercapedine dei pacchetti murari di tamponamento è stato fino ad oggi la soluzione maggiormente utilizzata; la coibentazione viene fissata al paramento esterno, lasciando una camera d’aria di 2-3 cm tra il coibente e la parete interna; il sistema ha il difetto di non impedire le perdite di calore dai ponti termici di solaio e di balcone, che quindi vanno risolti con più complessi accorgimenti costruttivi e coibentati.

In conseguenza della posa in opera delle coibentazioni, si riduce però notevolmente la permeabilità al vapore delle pareti e quindi si riduce la possibilità di smaltire l’umidità dell’aria esterna ed interna accumulata; particolare importanza riveste quindi la necessità di ricambiare l’aria negli ambienti abitativi, sia per controllarne l’umidità relativa interna, sia per controllarne la tossicità. Occorre infatti tener presente che, tutti i locali hanno l’aria più umida dell’aria esterna; il corpo umano produce infatti vapore acqueo (sudorazione, respirazione) e le sue attività (cucinare, lavare, ecc.) aumentano la quantità di vapore contenuta nell’aria dell’ambiente. In inverno l’incremento dell’umidità è anche favorito dal riscaldamento, essendo l’aria in grado di contenere in misura crescente il vapore acqueo con l’aumento della temperatura; alla temperatura di 20° C, l’aria contiene 14,7 grkg di vapore acqueo, a 10°C, ne contiene la metà, 7,59 grkg. Quando il vapore raggiunge la massima quantità contenibile nell’aria in rapporto alla temperatura, l’aria si dice “satura” e, non appena a contatto con superfici a temperatura minore (2° – 3°), cambia stato e “condensa”, cioè il vapore ritorna acqua; ne consegue umidità sulle pareti e solai e muffe.

Se l’edificio è infatti ben coibentato e ha gli infissi a norma UNI rispetto alla tenuta dell’aria, il ricambio dell’aria negli ambienti per garantire le condizioni igieniche minime di responsabilità non è garantito; per tale motivo la legge 10/1999 e le normative UNI 10339 e UNI 832 impongono il rinnovo dell’aria negli ambienti di 0,5 volumi per ora (minimo) continuativamente nelle 24 ore. L’obbligatorietà di rinnovare l’aria negli ambienti al 50% del volume per ogni ora del giorno produce effetti negativi sui consumi energetici; da cui per il ricambio dell’aria, si utilizzano impianti di ventilazione di tre tipi:
impianti di ventilazione meccanica che fanno affluire l’aria esterna attraverso bocchette posizionate sull’involucro dell’edificio (una per vano); estraggono l’aria umida e viziata attraverso bocchette di aspirazione posizionate in cucina e nei bagni. Una ventilazione aspirante espelle l’aria viziata garantendo un ricambio di 0,5 vol/h attraverso un condotto collegato alle bocchette di aspirazione;
impianti di ventilazione meccanica igro-regolabile, con il quale al funzionamento uguale all’impianto di ventilazione meccanica, si aggiungono bocchette d’ingresso d’aria esterna che ne limitano la quantità quando il clima è eccessivamente umido (pioggia, scirocco);
impianti di ventilazione meccanica a doppio flusso, con i quali, in fase di estrazione, viene recuperato il calore dell’aria esterna prima di immetterla negli ambienti. In questi impianti abbiamo bocchette di aspirazione ed immissione interna agli ambienti senza interessare l’involucro esterno dell’edificio. Questo impianto consente di incidere in misura ridotta sui consumi energetici dell’impianto di riscaldamento ed i costi superiori d’installazione, vengono recuperati dal risparmio energetico che si ottiene.

Per quanto concerne i costi di realizzazione di una casa passiva, possiamo ritenere che rispetto ad una casa tradizionale il costo aumenta intorno l’8 – 12%, ed i maggiori costi sono legati soprattutto alla tecnica di costruzione ed alla scelta dei materiali, ma il valore economico e commerciale dell’edificio è chiaramente maggiore e comunque i tempi di recupero del maggior investimento sono contenuti.


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