Condizionamento climatico d’eccellenza del volume abitativo – Riduzione delle dispersioni termiche – Parziale autosufficienza energetica

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Il confort termico, aspetto fondamentale tra quelli che determinano la qualità dell’ambiente interno, influisce non solo sulla sensazione di benessere ma anche, come è ormai ampiamente dimostrato, sulla produttività. Conseguire il benessere non è una cosa semplice, che deve tener conto dei parametri ambientali da cui il confort termico dipende, da gestire con intelligenza secondo un percorso di progettazione interdisciplinare del sistema luogo-architettura-involucro-impianti.

In questi ultimi anni la tecnologia è pervenuta a realizzare una climatizzazione d’eccellenza degli ambienti abitativi anche di piccole dimensioni

  • senza fastidiose correnti d’aria
  • con temperature di esercizio che non risentono dei picchi estremi di temperatura estiva
  • con l’ottimizzazione secondo le più appropriate proporzioni tra i diversi modi di scambio termico possibili del corpo ( conduzione, convezione, irraggiamento)
  • con il controllo dell’umidità relativa e il ricambio e purificazione dell’aria interna

Se per molti questo tipo di climatizzazione garantisce benessere irrinunciabile e/o normali condizioni ambientali per poter lavorare, per alcuni come ad esempio gli anziani può rappresentare un autentico salvavita, da quando si è manifestata la tendenza irreversibile all’aumento della temperatura estiva.

Operando sull’esistente e riducendo le dispersioni termiche si può anche cogliere l’occasione di raggiungere un parziale autoconsumo energetico.

Questa presentazione descrive gli interventi fatti su un volume abitativo preesistente, nell’area di Cagliari, indicato in pianta nella figura accanto, dove questi risultati sono stati raggiunti.

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Per assicurare una climatizzazione ottimale è stato utilizzato un impianto radiante a soffitto, abbinato a un impianto di ventilazione meccanica, reciprocamente regolati da un raffinato sistema di controllo a risposta rapida.

Sotto si vede la  tipica distribuzione dei panelli radianti calcolata in maniera da contrapporsi efficacemente ai carichi termici che penetrano ( in estate) o escono (in inverno) per dispersione  dal volume abitativo.

Il sistema, alimentato da una pompa di calore aria-acqua, fornisce all’ impianto una tempera-tura di mandata iniziale di 11° gradi in estate e di 40° gradi in inverno.

In raffrescamento, per una temperatura ambiente richiesta di 26° gradi nei  pannelli a soffitto  la  temperatura media superficiale dell’area radiante lorda è di 17,8°.

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In riscaldamento quando la temperatura ambiente richiesta è di 20° la  temperatura media della superficie radiante è di 28°.

Non ci sono termosifoni, ne climatizzatori, solo un piccolo ed elegante sensore applicato alla parete di ogni stanza, che provvede a inviare i dati che rileva a una centralina di calcolo che comanda gli attuatori dell’impianto.

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OECP (Optimized Energy& Comfort performance) è la sigla che identifica il complesso di logiche che il sistema è in grado di esprimere e gestire per garantire un livello di confort e di risparmio energetico mai prima raggiunto con le tecnologie note, agendo sulle  termovalvole di ogni singolo circuito che alimenta i pannelli.

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L’accensione, lo spegnimento e la regolazione dell’impianto può essere fatta sia localmente che  in remoto perché il sistema è gestibile via Internet, vantaggio questo che consente anche un suo monitoraggio presso il fabbricante che provvede a garantirne il funzionamento ottimale.

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L’ impianto di ventilazione meccanica installato insieme all’impianto radiante, garantisce le condizioni di umidità ottimali dell’aria interna, evitando le possibili formazioni di condensa e garantendo la purezza dell’aria in un ambiente che, se adeguatamente coibentato ha limitate dispersioni termiche, e quindi dove sarebbe un controsenso ricambiare l’aria aprendo le finestre a impianto radiante funzionante.

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La riduzione delle dispersioni termiche delle pareti perimetrali

 

La realizzazione di questo tipo di impianto è spesso (anche doverosamente) accompagnata da interventi per la riduzione delle dispersioni termiche, sempre molto presenti nelle costruzioni datate.

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Per realizzare la riduzione delle dispersioni termiche bisogna in genere isolare meglio le pareti perimetrali e la copertura, ma anche ridurre i ponti termici costituiti dai cassonetti, dai pilastri d’angolo e in spessore orizzontale e verticale, dalle solette dei poggioli e dei vani sottostanti le finestre. Non su tutto si può intervenire efficacemente. Nel nostro caso per rientrare entro quei limiti di legge di trasmittanza che danno diritto alle detrazioni fiscali e non essendo stato possibile praticare la soluzione a cappotto, si è scelto di riempire le intercapedini esistenti con sughero granulare insufflato con un apposito macchinario, indicato a fianco, ottenendo un valore di trasmittanza così risultante dalla composizione stratigrafica delle pareti esterne:

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Il calcolo manuale della trasmittanza di questo tipo di muratura da il seguente risultato:

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Trattamenti analoghi sono stati fatti per il tamponamento delle nicchie sottostanti le finestre, mentre per isolare i cassonetti sono state usate lastre di polistirene.

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Per la copertura un’ulteriore isolamento verso l’esterno è stato realizzato con 8 cm di isolante Gematherm, ottenendo la stratigrafia complessiva sottoindicata (comprendente anche il controsoffitto dell’impianto radiante) che ha portato la trasmittanza al valore di 0,30 W/m2K, il relativo fattore di attenuazione a 0,037 e lo sfasamento a 14h e 31m.

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La sostituzione delle vecchie finestre e portefinestre, che avevano una trasmittanza media di 4,9 W/m2K, è stata fatta con serramenti in legno di rovere e alluminio con vetro basso emissivo (33.1-12-33.1) con gas Argon, con una  trasmittanza inferiore a U = 2,1 W/m2K.

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Verifica strumentale della trasmittanza

Abbiamo anche misurato il valore della trasmittanza delle pareti con la strumentazione indicata nella foto a fianco per verificare la concordanza di quanto precalcolato con i valori tabellari presenti nelle varie norme Uni o nella letteratura specialistica.

Considerando il fabbisogno termico e i relativi  consumi energetici  antecedenti alla ristrutturazione, la diminuzione delle dispersioni ha rappresentato una prima diminuzione dei costi energetici sul bilancio energetico complessivo di un’ operazione che, va ricordato, ha voluto coniugare il massimo confort con un obiettivo di risparmio dei costi in bolletta rapportato agli impianti impiegati.

 

Potenza degli impianti

La potenza del nuovo impianto di climatizzazione è stata quindi successivamente calcolata in base ai nuovi valori di trasmittanza conseguiti con gli isolamenti realizzati, e a seguito del calcolo dei massimi carichi termici richiesti nelle giornate estive ed invernali, calcolando stanza per stanza le conseguenti dispersioni termiche invernali ma soprattutto le prevedibili rientrate di calore estivo con specifici programmi di calcolo.

Ne è derivato che i consumi totali previsti a regime sul ristrutturato si sono ridotti a circa 4.500 kWh annui, costituiti da circa 700 kWh per la climatizzazione invernale, da 1.300 kWh per la climatizzazione estiva, da 200 kWh per l’acqua calda sanitaria data la presenza di un impianto solare termico per l’ACS e da 2.300 kWh per le varie utenze domestiche comprendenti solo una minima parte di illuminazione, in quanto alimentata in massima parte da autoproduzione.

 

Produzione di energia

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Nella nostra realizzazione portata come esempio sul lastrico solare sovrastante l’appartamento è stato fatto anche un’ impianto fotovoltaico principale connesso in rete con una potenza di 4,75 kW

Di regola l’energia fornita da un impianto fotovoltaico viene prevalentemente immessa nella rete pubblica. Gli utilizzatori domestici ne possono utilizzare solo una parte direttamente per la loro alimentazione. Tale quota di energia fotovoltaica impiegata direttamente costituisce l’ autoconsumo diretto.

Una tipica famiglia di quattro persone con un impianto fotovoltaico e 5 kW di picco raggiunge di per sé una quota di autoconsumo diretto pari a circa il 30%.

L’ottimizzazione del autoconsumo può essere perseguita attraverso tre strategie:

·         utilizzando in modo mirato gli elettrodomestici negli orari di elevata produzione fotovoltaica può aumentare la quota di autoconsumo fino al 45% circa.

·         immagazzinare l’energia fotovoltaica in eccesso per alimentare gli utilizzatori in un  secondo momento, nelle ore serali e notturne, che, come mostrato nelle immagini successive del testo, può incrementare la quota di autoconsumo fino a 55% e con i progressi tecnologici continui attuali anche oltre.

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In questa realizzazione non abbiamo perseguito questa seconda strada, peraltro molto promettente,  perchè era ancora incerta la sua regolamentazione se abbinata agli impianti collegati in rete. Abbiamo perseguito invece una strada diversa che non presenta limiti normativi: l’impianto a 12 Volt.

 

Impianto a 12 Volt

 

Per le considerazioni sopra riportate, oltre al normale impianto a 220 Volt è stato realizzato, anche un impianto a 12 V che alimenta i 50 punti luce a led posizionati  in controsoffitto e che, con le sue 18 prese predisposte, offre la possibilità di alimentare anche luci da tavolo e apparecchiature di bassa potenza a 220 volt, previo utilizzo di piccoli inverter.

 

La realizzazione di un impianto a 12 V dove può essere alternativo a quello a 220 V è stata motivata dal convincimento che, avendo fatto la tecnologia a led passi da gigante in questi ultimi anni, è diventato possibile usufruire di un’illuminazione a bassissimo consumo gestibile direttamente da un impianto a 12 V con il grande vantaggio che, ove questo impianto sia autonomamente dotato di alcuni pannelli fotovoltaici che portano energia a delle batterie di accumulo, una volta ammortizzato il costo contenuto dell’impianto, l’energia utilizzata è a costo nullo.

 

Considerazioni economiche

 

Con un consumo per il riscaldamento invernale e l’ACS precalcolato in condizioni standard (assett rating) di 1.831 kWh/anno di energia primaria, l’indice di consumo di energia primaria per m2 è diventato di 18,68 kWh/m2a. Questo edificio è quindi classificabile in classe A, e collocabile tra gli edifici a basso consumo.

La certificazione così come è stata finora definita dall’attuale legislazione, che ha adottato come indicatore il fabbisogno di energia primaria annuale al metro quadrato di superficie abitabile riscaldata (kWh/m2a), rimane in ogni caso lontana dall’inquadrare le caratteristiche di efficienza e confort di questa abitazione perché non tiene conto del fatto che, data la latitudine della Sardegna, i maggiori consumi derivano dalla climatizzazione estiva e non da quella invernale e ignorando  anche i consumi dell’ illuminazione e della ventilazione, non tiene conto della qualità della climatizzazione assicurata dagli impianti installati.

L’analisi della validità di un investimento su un appartamento nel quale si vuole vivere confortevolmente, non può quindi concludersi con il raggiungimento della certificazione della massima classe energetica, ma va fatta viceversa applicando comunque la strumentazione della valutazione finanziaria, in primo luogo su quelle modifiche direttamente responsabili della riduzione o annullamento permanente dei costi energetici, agevolate o no dalle varie detrazioni fiscali ammesse, a prescindere da valore complessivo attribuibile all’ immobile, una volta incrementato da tutte le  realizzazioni portate a termine,

Volendo tirare le somme di un’operazione che ha avuto i suoi costi non trascurabili, possiamo dedurne la validità mettendo a raffronto costi e benefici in termini di risparmio e/o annullamento dei consumi energetici.

Risparmi derivati dalla nuova coibentazione dell’ involucro e dalla sostituzione dei serramenti

Il costo imputabile alla coibentazione dell’ involucro e alla sostituzione dei serramenti è stato di € 12.761+ spese tecniche di 1..630 euro per un totale di 14.391 euro che da diritto a una detrazione fiscale del 55% di € 7.915, scaglionabile nei prossimi anni 10 anni.

Il risparmio  è stato di circa 4.140 kWh annui in bolletta calcolati confrontando i consumi dei nuovi impianti sulla base delle condizioni dell’edifico prima e dopo la ristrutturazione, che tradotto in costi attuali diventano 4.140*0,2 euro /kWh = € 828 euro all’anno.

Risparmi derivanti dall’utilizzo dell’impianto a 12 V

L’utilizzo estensivo dell’impianto a 12 V per tutta l’ illuminazione a soffitto (50 punti luce) e per quella data da lampade a pavimento o da tavolo collegate alle prese a 12 V a parete alimentate dal fotovoltaico non connesso in rete, ha comportato un taglio sui precedenti consumi (principalmente per il nuovo tipo di lampadine) di circa 400 kWh anno.

Per realizzare questo risparmio i costi sono solo quelli di pannelli fotovoltaici da 200 W, del regolatore di carica e di batterie da 100 Amperora, escludendo il costo delle lampadine a led e dei cavi (anche se più grossi di sezione) in quanto costituiscono i normali componenti di un qualsiasi impianto di illuminazione.

Ne è conseguito che a fronte di una spesa di € 800, ove ci sia già una linea a 12 volt dedicata con lampadine a led, si può conseguire il beneficio  di un risparmio permanente di  80 euro all’anno, risultato più che positivo anche in assenza di alcun tipo di incentivo.

Risparmi derivanti dall’impianto di solare termico

Il costo dell’ impianto è stato di 3.467euro + spese tecniche di 1.162 euro =4.629 euro.

Il fabbisogno di energia elettrica utilizzata precedentemente per l’acqua calda sanitaria era in genere di 1.400 kWh anno, con boiler da 100 litri. A parità di capienza del serbatoio, con il solare termico che utilizza fonti rinnovabili (sole) viene risparmiato il 70% di questo costo, con un beneficio di risparmio di 196 euro all’anno. Il nuovo impianto ha invece una capienza di 200 litri per i quali secondo il calcolo automatico dell’ ENEA il risparmio è di 4.841 kWh di energia primaria ovvero di (4841*0,46)/2=1.113*0,2=222 euro rispetto al boiler elettrico da 100 litri.

La detrazione fiscale del 55% scalabile in 10 anni è di 2.545 euro.

Risparmi di energia elettrica non più acquistata ma autoprodotta

Complessivamente l’impianto fotovoltaico ha avuto di costo di  € 24.200 per una produzione prevista di iniziali 6.800 kWh l’anno, con un possibile autoconsumo di questa energia dell’ ordine del 30%, ossia pari a 1.800 kWh x 0,20 euro = 360 euro di risparmio all’ anno.

Verifica della validità dell’investimento

Mentre l’ incremento o il decremento di valore dell’ immobile oggetto di questo tipo di interventi, può dipendere da una molteplicità di fattori oggettivi e soggettivi difficilmente prevedibili e valutabili nel tempo, la valutazione sulla scelta di una climatizzazione d’eccellenza ha fatto in primo luogo riferimento ai:

·         + costi dell’impianto di condizionamento

·         -detrazioni fiscali, del 55% sui costi dell’impianto di condizionamento

La validità dell’investimento complessivo è’ stata invece calcolata in base alla riduzione dei consumi energetici (rapportabili a quelli con la nuova climatizzazione supposta operante nell’involucro non ristrutturato), nonchè alla parziale autosufficienza energetica raggiunta, tabulando i seguenti elementi:

+ costi per la coibentazione dell’ involucro e la sostituzione dei serramenti

+ costi del solare termico
-detrazioni fiscali del 55% delle coibentazione e del solare termico
·         + costi del fotovoltaico in rete e della linea a 12 V autonoma

·         – incentivi per l’impianto fotovoltaico erogati dal GSE

·         – risparmi derivanti dall’eliminazione parziale dei costi della bolletta elettrica calcolati, sommando il risparmio sui consumi realizzato con le coibentazioni a quello dei consumi soddisfatti con l’autoproduzione elettrica

+ costi del finanziamento bancario (5%)
Oltre che il tempo di ritorno semplice dell’ investimento,  volendo rendere più puntuale e convincente analisi, si è  verificato il suo tasso di rendimento interno (TIR).

La tabulazione dei costi e dei benefici realizzabili  in osservanza delle disposizioni di legge vigenti nel periodo in cui erano applicabili, qui sotto riportata, è stata fatta su un  periodo di 25 anni che corrisponde a una media di tempo ragionevole di utilizzo del tipo di involucri residenziali e di impianti come quelli qui considerati, nello stato in cui questa abitazione si trovava a conclusione della ristrutturazione, quindi anche con oneri di manutenzione non rilevanti. Per le detrazioni fiscali e gli incentivi GSE i periodi di riferimento sono rispettivamente 10 e 20 anni.

Per la scelta più difficile ossia la previsione del tasso di inflazione da applicare su questo periodo di 25 anni, durata  che sfugge a qualsiasi possibilità di previsione credibile, era stato applicato un tasso annuale di inflazione del 2 %, che rispondeva se non altro alla necessità di un valore di riferimento, che consentiva di dedurre anche i risultati che maturerebbero al discostarsi dell’ inflazione da questo valore.

Inoltre la tabulazione dei valori dedotti dalle precedenti analisi ha ipotizzato un’ aumento del 3 % annuo dei costi energetici e un interesse del 5 % bancario applicato al prestito bancario richiesto per far fronte ai costi dell’ investimento.

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Il tempo di ritorno semplice dell’ investimento risultava essere di 9 anni senza finanziamento bancario e di 10 anni con finanziamento bancario.

 

Dopo quelle date continuando i flussi cassa di detrazioni fiscali e incentivi, nonché dei risparmi ottenuti con la ristrutturazione e i nuovi impianti, lungo un periodo complessivo di 25 anni durante i quali è ragionevole ritenere che i benefici siano ancora percepiti, il tasso di rendimento interno (TIR) complessivo di questa sequenza di flussi risultava essere del  dell’ 8,6 % in presenza di interessi bancari e del 10,7% in assenza di interessi bancari.

 

A prescindere dai sicuri vantaggi in termini di confort abitativo e ambientale, e per i limitati costi di manutenzione a venire degli impianti nuovi, l’operazione a 25 anni, come somma dei flussi finanziari tabulati, vista solo dal punto di vista finanziario, paragonandola a un investimento di tipo obbligazionario a basso rischio perché controllato totalmente da chi lo ha fatto, è stata, in un’ epoca di incertezza economica come questa, sicuramente un’ ottimo investimento.

 

Ipotizzando futuri valori di inflazione galoppante come sistema già usato storicamente per assorbire i debiti nazionali, gli anni di pay back period si accorcerebbero un po’ se l’azzeramento progressivo del costo iniziale avvenisse con quote anch’esse adeguate all’inflazione, mentre il rendimento interno dell’ investimento verrebbe vieppiù annullato man mano che il tasso di inflazione aumentasse.

 

Ipotizzando invece un perdurare della bassa inflazione attuale, la depressione economica che ne deriva andrebbe a limitare in genere le disponibilità economiche individuali, nel qual caso il vantaggio di questa operazione sarebbe soprattutto quello di aver limitato le spese fisse a vantaggio del residuo reddito discrezionale. Un costo certo da non sostenere vale di più dell’incasso equivalente che può essere meno certo nel tempo.

 

Se le prossime estati saranno ancora più calde, in tutti i sensi,  una climatizzazione di alto livello prestazionale e una bolletta ridotta renderanno ancora più interessante quanto realizzato.

 

arch. Franco Frandoli

 

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