Fabbisogno energetico degli edifici, zone climatiche, costo del riscaldamento, APE (Attestato di Prestazione Energetica)

Da luglio 2013 sono entrate in vigore le nuove norme che regolano i criteri di accreditamento per rilasciare la certificazione

energetica degli edifici(1)

Essendo il settore diventato di rilevante interesse generale, riteniamo utile tornare sull'argomento per approfondire nozioni e dati tecnici inerenti la certificazione energetica, le cosiddette "zone climatiche", e le "necessità" degli edifici definite in termini di fabbisogno energetico.

I dati seguenti, pur non esaustivi (per i dettagli tecnici rivolgersi ai nostri specialisti) possono aiutare il consumatore a conoscere i parametri che li caratterizzano, il loro significato, il perché della loro introduzione, capirne l'importanza quantificandola dal punto di vista economico.

Premesso che il nuovo Regolamento fissa su scala nazionale i criteri e i requisiti che professionisti e organismi del settore devono avere per assicurare la qualifica e l'indipendenza nel rilasciare la certificazione energetica, e detto che l'APE (Attestato di Prestazione Energetica) che viene rilasciato dal professionista, oltre a certificare la classe energetica di un edificio, deve contenere anche indicazioni precise sui più convenienti interventi di efficientamento possibili sullo stesso, oggetto del presente articolo è il tema introdotto dal DPR, ovvero il fabbisogno energetico necessario a riscaldare gli edifici, la comprensione dei parametri relativi, l'importanza della certificazione energetica, il risparmio ottenibile sui consumi migliorando la classe energetica dello stabile.

approfondisci la conoscenza delle nuove norme

♦ Origini

Sin dalla preistoria l'uomo ha imparato a convivere con le stagioni resistendo ai freddi inverni riscaldandosi con il fuoco, poi nel corso dell'evoluzione ha compreso i concetti fondamentali:

◊ Ha constatato che con l'ambiente più rigido serviva un fuoco più grande (concetto di apporto di calore necessario)

◊ Ha capito che trasferendosi dalle caverne alle capanne, servivano fuochi più piccoli (concetto di locale poco dispersivo)

◊ Ha imparato che scendendo dai monti alla valle bastavano focolari e scorte di legna minori (concetto di zone climatiche)

◊ Ha realizzato che in zone soleggiate riduceva tempi e periodi d'accensione (concetto di durata giornaliera e stagionale)

◊ Ha compreso che chiudendo fessure e usando certi materiali, l'ambiente era più caldo (concetto d'isolamento termico)

Tali concetti non sono mutati col tempo, ma è profondamente cresciuta la conoscenza delle leggi che regolano il fenomeno, la tecnologia degli strumenti atti a scaldare gli ambienti (caldaie, pompe di calore, pannelli radianti) la tecnica costruttiva degli edifici, la disponibilità di nuovi materiali per migliorare l'isolamento termico degli stabili a costi sempre più accessibili.

Vediamo allora quali sono i parametri coinvolti:

♦ Gradi giorno (apporto di calore necessario)

I gradi giorno (GG) rappresentano il fabbisogno energetico necessario a riscaldare un edificio per una stagione, i valori sono specifici per ogni comune e prescindono dalla posizione geografica o appartenenza regionale, ma dipendono unicamente dalle caratteristiche climatiche della zona in cui è ubicato, ciascun Comune pertanto è caratterizzato da un valore univoco di gradi giorno (vedi tavole).

Nel calcolo matematico, i gradi giorno sono la sommatoria estesa a tutti i giorni del periodo di riscaldamento convenzionale annuale (vedi tabella), delle differenze positive(2) tra la temperatura ambiente di confort (per convenzione fissata a 20°C), e la media delle temperature esterne giornaliere. In pratica per ogni Comune si stabilisce la "quantità di calore stagionale" necessaria a riscaldare un'abitazione per un anno, pari alla somma dei gradi giorno necessari a mantenere la temperatura di confort, cumulata per tutti i giorni del periodo di riscaldamento convenzionale di quella determinata zona climatica.

Tecnicamente, si rileva la temperatura esterna di tutti i momenti della giornata, si calcola la temperatura media giornaliera, si sottrae tale media giornaliera dalla temperatura di confort, si ripete il calcolo per tutti i giorni del periodo di riscaldamento convenzionale (inverno), si somma l'insieme di tutti i valori positivi ottenendo la quantità di gradi giorno specifici del luogo.

I valori negativi ottenuti nei calcoli dei gradi giorno vengono esclusi in quanto corrispondenti a temperature esterne più alte di quella di confort, condizione nella quale ovviamente non vi è la necessità di riscaldare l'ambiente (es., 20°C impostati interni, 22°C reali esterni = -2°C = differenza negativa = non serve riscaldare).

Viceversa di deve scaldare l'ambiente quando le temperature esterne sono più basse (= differenza positiva) e per questo i "gradi giorno" positivi (e solo quelli positivi) di ogni giorno, sono sommati tra loro fino a coprire l'intero periodo della stagione in cui è necessario scaldare l'ambiente.

La quantità di gradi giorno, ovvero il fabbisogno energetico necessario a riscaldarsi, aumenta pertanto al diminuire della temperatura esterna, ne deriva che località più fredde sono caratterizzate da valori di gradi giorno più elevati, mentre località più temperate hanno valori di gradi giorno più contenuti.

Essendo i gradi giorno dipendenti unicamente dalla temperatura esterna del posto, paesi, anche vicini, possono avere valori di gradi giorno anche molto diversi se, ad esempio, localizzati in altura o nella valle, esposti ai venti dominanti o protetti, siti vicino al mare o nell'entroterra, soleggiati o coperti dai monti, ecc. Alcuni esempi:

1. In Campania, Amalfi (Sa) ha 954 GG (zona C), e Scala (Sa) ha 1.618 GG (zona D) pur distando tra loro solo 2 km

2. In Sicilia, Lampedusa (Ag) ha 568 GG (zona A), e Floresta (Me) ha 3.309 GG (zona F)

3. A livello del mare, Porto Empedocle (Ag) ha 579 GG (zona A), e Caorle (Ve) ha 2.649 GG (zona E)

4. Nel "freddo" Veneto, Brenzone (Vr) ha 2.099 GG (zona D), nella "calda" Basilicata, Abetone (Pt) ha 4.130 GG (zona F)

In concreto quindi, i gradi giorno che caratterizzano le varie località sono distribuiti a “macchia di leopardo” sull'intero territorio Nazionale, anche se, ovviamente, le medie macro-regionali tendono progressivamente a ridursi scendendo dal nord al sud.

Alcuni esempi:

◊ Comune più freddo (valore più alto di gradi giorno):     5.165 GG richiesti a Sestriere (To);

◊ Provincia più fredda (valore più alto di gradi giorno):    3.786 GG medi richiesti in provincia di Bolzano (Alto Adige);

◊ Regione più fredda (valore più alto di gradi giorno):     3.617 GG medi richiesti in Val D'Aosta;

◊ Media Nazionale (media di tutti i Comuni Italiani):        2.310 GG (media di 8.109 comuni);

◊ Regione più calda (valore più basso di gradi giorno):   1.263 GG medi richiesti in Sicilia;

◊ Provincia più calda (valore più basso di gradi giorno): 1.069 GG medi richiesti in provincia di Trapani (Sicilia);

◊ Comune più caldo  (valore più basso di gradi giorno):     568 GG richiesti a Lampedusa e Linosa (Ag);

La normativa descritta è valida nel territorio nazionale, ma il criterio che la governa (pur se con formule e valori diversi), è largamente adottato negli emisferi Nord e Sud mentre, ovviamente, nelle zone sub-tropicali caratterizzate da temperature esterne costantemente maggiori di quelle di "confort", l'esigenza si annulla fino a ribaltarsi con la necessità non più di riscaldare, ma bensì quella di rinfrescare.

♦ Zone climatiche (regolamentazione di periodi e ore di funzionamento)

Le zone climatiche sono state introdotte con DPR n° 412 del 26-08-1993, in ottemperanza al Regolamento recante norme per la progettazione, l’installazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti termici degli edifici, ai fini del contenimento dei consumi energetici.

Il DPR, attuando l’art. 4, comma 4, della legge 9 gennaio 1991, n. 10, decreto attuativo della legge quadro 10/91 in materia di uso razionale dell'energia e di risparmio energetico, ha suddiviso il territorio Nazionale Italiano in 6 zone climatiche

Le sei zone climatiche così definite sono identificate dalle lettere alfabetiche A, B, C, D, E, F, ciascuna assegnata in funzione dei valori assunti dai GG (gradi giorno) grandezza nata allo scopo di definire le necessità energetiche per il riscaldamento di ogni singola area geografica.

Per semplicità di rappresentazione infatti, definito il numero di gradi-giorno di ciascuna località, i Comuni sono stati accorpati per zone climatiche omogenee, ovvero i cui valori risultano contenuti in determinate fasce di intervallo dei gradi giorno.

◊ Naturalmente, essendo le zone climatiche una mera rappresentazione per fasce di varie località, valgono le stesse osservazioni già fatte per i gradi giorno, ovvero che l’appartenenza di un paese ad una certa area o provincia non ne dettaglia i fabbisogni energetici, ma bisogna verificare i valori della località specifica.

◊ L’appartenenza alla stessa fascia infatti farebbe presupporre lo stesso fabbisogno energetico per il riscaldamento, ma bisogna sempre tenere conto dell'effettivo valore dei gradi giorno:

- Belluno e Sestriere ad esempio sono entrambi in classe "F", ma mentre Belluno ha 3.001 GG, Sestriere ne ha 5.165 GG, ovvero quasi il doppio richiedendo di conseguenza un proporzionale incremento di energia termica necessaria per ottenere lo stesso confort ambientale.

- Ed ancora, Clusone (Bs) con 3.000 GG è classificato in classe "E", mentre Grosio (So) con 3.001 GG si trova in classe "F", giudicandoli solo per classe pertanto, si supporrebbe necessitino di valori energetici diversi, quando nella pratica il fabbisogno energetico reale è praticamente uguale per entrambi.

Zone climatiche definite dal DPR 412/93 che prevede l’individuazione di sei fasce climatiche così ripartite:

Le zone climatiche, e il numero di gradi giorno che caratterizzano ciascun Comune d'Italia, così come definite dall'allegato A del DPR n°412 del 26-08-1993, sono sintetizzate nelle tabelle seguenti.

Le tabelle consentono di trovare la zona climatica, e i gradi-giorno di ciascuna località, scegliendo tra 5 tavole elaborate con diverso ordinamento dei valori inseriti, per facilitare l'individuazione del luogo da ricercare:

1. ordinamento per comuni

2. ordinamento per province

3. ordinamento per altitudine slm

4. ordinamento per zone climatiche/gg

5. ordinamento per codice regionale

♦ Orari di accensione dei riscaldamenti

L'accensione degli impianti termici di riscaldamento è regolato per legge, ma non è uguale per tutti, periodo e ore di accensione giornaliere massime permesse infatti, sono determinate per ciascun paese in base alla zona climatica di appartenenza.

Deroghe possono essere decise solo dai Sindaci dei Comuni che, a fronte di comprovate esigenze, possono ampliare il periodo di esercizio e la durata giornaliera di accensione dei riscaldamenti, dandone notizia alla popolazione.
Fuori dai periodi definiti, gli impianti termici possono essere attivati solo in presenza di situazioni climatiche che ne giustifichino l'esercizio e, comunque, con durata giornaliera non superiore alla metà di quella prevista a pieno regime dei periodi ammessi.
È consentito il frazionamento dell'orario giornaliero in due o più sezioni, con attivazione dell'impianto compresa tra le 5 e le 23.
Sanzioni economiche sono previste per quanti, proprietario, conduttore, amministratore del condominio, ecc, non rispettino tali vincoli, è necessario pertanto conoscere la zona climatica di appartenenza del proprio Comune per programmare periodi e ore di accensione nel rispetto dei termini di legge.

Periodo convenzionale annuale di riscaldamento:

(*) Negli edifici adibiti a residenza e assimilabili, il limite della durata giornaliera di attivazione dell'impianto termico può essere derogato nei casi seguenti: vedi elenco delle esclusioni

♦ Energia termica di riscaldamento

L’impianto di riscaldamento serve a produrre l'energia termica necessaria a compensare le dispersioni di calore di un edificio per mantenerlo in condizioni idonee a consentire lo svolgimento delle normali attività umane. Le dispersioni termiche appartengono a due grandi categorie:

1. Dispersioni di superfici opache e trasparenti dell’involucro edilizio, legate alla differenza di temperatura interna e esterna;

2. Infiltrazioni d'aria fredda esterna e/o ventilazione dei locali, proporzionale alla differenza di temperatura interna e esterna.

◊ Contributi "gratuiti" all’apporto di calore dell'edificio sono dati dalla radiazione solare esterna e dalla presenza all’interno di persone, luci, elettrodomestici, cucina, forni, ecc., in quanto sviluppano calore che riduce il fabbisogno richiesto alla caldaia, quest'ultimi tuttavia, data la loro variabilità, si fissano in genere in modo forfettario, adottando per compensarli una temperatura di riferimento leggermente minore di quella di set-point.

Il bilancio termico dell’edificio dipende pertanto dalla differenza di temperatura tra l’ambiente interno e quello esterno.

Passando dalle potenze al fabbisogno stagionale di energia termica per il riscaldamento si adotta la relazione seguente basata sulla metodologia di calcolo UNI TS 11300 - parte 1, che quantifica anche gli apporti "gratuiti" dati dall'energia solare e dall'inerzia termica dell'interno dell'edificio:

Qh = GG * α * (Ht + Hv) – fx * (Qs + Qi) [kWh]

dove:

- Qh è il fabbisogno di energia termica per la climatizzazione invernale ottenuto da:

- Ht: = coefficiente globale di scambio termico per trasmissione, corretto per la differenza di temperatura "interno - esterno" di ciascuna superficie disperdente (W/K);

- Hv: = coefficiente globale di scambio termico per ventilazione (W/K);

- Qs: = apporti solari attraverso i componenti di involucro trasparenti (MJ);

- Qi: = apporti "gratuiti" interni (MJ).

- α: = fattore di conversione dimensionale pari a 0.024 [Kwh]

- fx: = coefficiente di utilizzazione degli apporti gratuiti (adimensionale) assunto pari a 0.95;

- GG: = gradi giorno della città nella quale è ubicato l’edificio in esame, dato da:

GG = Σt {Trif – Te}

con:

- Trif: = temperatura di confort stabilita convenzionalmente a +20°C;

- Te: = temperatura esterna;

- t: = periodo in cui il riscaldamento è attivo, fissato dalla fascia climatica del comune, a sua volta dipendente dai gradi giorno;

I gradi giorno hanno dunque la doppia veste di indicatore climatico, e di termine di proporzionalità fra i consumi e la caratteristica di dispersione dell’edificio (CgV).

♦ Stima dei consumi

La conoscenza dei gradi giorno definiti per un luogo, e la classe d'isolamento dell'immobile, permette di calcolare i consumi medi annuali(4) necessari al riscaldamento invernale. Il risultato (espresso in Kwh/m²) moltiplicato per la superficie dello stabile e per il costo dell'energia applicato dal proprio gestore, consente di risalire alla spesa annua tipica necessaria. Naturalmente, anni con un clima più mite faranno risparmiare rispetto all'anno "tipico", ed anni con clima più freddo faranno consumare di più, ma nel lungo periodo la spesa reale e quella calcolata tenderanno a coincidere.

La tavola allegata riporta i consumi energetici necessari al riscaldamento invernale (EPh) di edifici appartenenti alle diverse classi energetiche, siti in zona climatica "E", zona in cui rientrano ben il 52,6% dei comuni Italiani, contro il restante 47,4% dei Comuni distribuito nelle altre 5 zone (la media nazionale degli 8.109 comuni Italiani è di 2.310 gradi giorno).

◊ Consumi in Kwh/m² anno necessari a riscaldare edifici differenziati per classe energetica.

◊ Valori relativi alla zona climatica "E" di sei zone climatiche Italiane comprese tra "A" e "F"

Calcoliamo quindi il costo annuo di riscaldamento di un impianto tradizionale con caldaia a gas metano usato nelle condizioni fissate dal DPR (ore d'accensione giornaliere per il periodo di riscaldamento definito per la zona climatica, alla temperatura ambientale di confort di 20°C).

- Il costo medio del metano comprensivo di tasse, sovrattasse, addizionali e costi accessori vari, è di ca €0,78 per metro cubo;

- la resa termica di un m³ di metano in un impianto tradizionale è di ca 9,27Kw;

- dividendo il costo a m³ di metano per la sua resa termica, si ricava il costo a Kw sviluppato, pari a 0,78/9,27 = ca €0.0841/Kw;

moltiplicando il costo per i Kw annui tipici(4) necessari a riscaldare l'ambiente si ottiene la stima del costo annuo di riscaldamento:

La simulazione mostra che un miglioramento della classe energetica di un edificio, anche di un solo step, porta a consistenti risparmi, che nel medio periodo ripagano l'investimento (attualmente incentivato per il 65% delle spese), e nel lungo periodo portano benefici economici in termini di forte contenimento della spesa annua di riscaldamento.

(◊) Considerato inoltre che:

1. la maggioranza degli edifici presenti nel territorio Italiano appartiene alla classe "G";

2. la fascia "G" parte da EPh min. di 175 Kwh/m² anno, ma può raggiunge (e superare) anche EPh di 400 Kwh/m² anno;

i costi d'esercizio di alcuni edifici genericamente definiti di classe "G" pertanto possono più che raddoppiare rispetto a quelli già dispendiosi calcolati nella simulazione.

È importante inoltre ribadire che attualmente è parametrizzato il solo riscaldamento invernale, mentre restano escluse le normative che regolano il condizionamento estivo (considerato un "optional" non ancora largamente diffuso).

È del tutto evidente tuttavia che il fenomeno dispersivo/compensativo per "caldo" o "freddo" è analogo, e che pertanto i benefici apportati agli edifici in termini di miglioramento della classe energetica, valgono in analoga misura anche per il condizionamento estivo, fattore che consente di raddoppiare il risparmio annuale sommando al risparmio del riscaldamento invernale, quello del condizionamento estivo.

Va detto al riguardo che il D.M. 26/06/2009 (linee guida per la certificazione energetica) già definisce come valore finale indicato dall'APE l'indice EPgl (indice di prestazione energetica totale) composto di numerosi fattori alcuni dei quali non ancora obbligatori, ma destinati ad esserlo nel tempo. In particolare:

EPgl = EPi + EPacs + EPe + EPill

dove l'indice di prestazione energetica totale EPgl è composto da:

- EPi = indice di prestazione energetica per la climatizzazione invernale;
- EPacs = indice di prestazione energetica per la produzione dell’acqua calda sanitaria;
- EPe = indice di prestazione energetica per la climatizzazione estiva (ancora non obbligatorio per il residenziale)
- EPill = indice di prestazione energetica per l’illuminazione artificiale (ancora non obbligatorio per il residenziale)

Nella prima fase d'avvio della certificazione degli edifici infatti, si è ritenuto opportuno considerare solo gl'indici di prestazione energetica della climatizzazione invernale EPi e della produzione di acqua calda per usi igienici e sanitari EPacs (presenti in tutte le case), assumendo per il momento EPe e EPill pari a zero.

Ne deriva che la formula utilizzata al momento (dicembre 2013) è limitata a:

EPgl = EPi + EPacs

Con la revisione in atto delle metodologie di calcolo (UNI TS 11300 parte 1-2013, parte 2-2013 e parte 3) tuttavia, a breve si dovrà tenere conto anche dei parametri relativi all'umidificazione estiva e invernale, al raffrescamento e all'illuminazione, attuando integralmente la "riforma" del settore di quantificazione e certificazione ambientale.

♦ Importanza della certificazione energetica

Chi leggendo l'articolo non vuole addentrarsi nei dettagli si chiederà perché mai dovrebbe considerare certi meccanismi e cosa gli può "venire in tasca", tanto se, ad esempio, due appartamenti di 100 m² con caratteristiche equivalenti e ubicati nella stessa zona costano l'uno (app. A), 90.000 Euro, l'altro (app. B), 100.000 Euro, perché mai dovrebbe far cadere la scelta sul più caro?

Se però analizzando i costi si vede che (B) costa più di (A) perché la sua classe energetica è migliore, es. classe "D" contro "G", allora dovrà valutare l'economicità nel tempo sommando al costo d'acquisto anche quello del riscaldamento. Ipotizziamo un lasso temporale di 20 anni*:

Costo di acquisto   Classe energetica   costo riscaldamento/anno   Totale in 20 anni:

(A)   €   90.000                  "G"                            € 1.682                         € 123.640

(B)   € 100.000                  "D"                             €   858                         € 107.160

* posto costante il costo dell'energia che nella realtà potrebbe progressivamente aumentare amplificando gli effetti.

◊ Si evince pertanto che valutato nel tempo, l'acquisto realmente più conveniente tra i due diventa (B) e non più (A)

◊ se al riscaldamento invernale si aggiunge il costo del condizionamento estivo (calcolo ancora non obbligatorio per il residenziale ma di fatto esistente), la differenza economica si amplifica, anche senza voler contare il maggior confort abitativo dato da un'abitazione ben coibentata.

Concludendo, come si usa fare per un'automobile, anche nella valutazione di una casa non ci si deve limitare al solo costo d'acquisto o di locazione, ma è bene considerare le spese fisse annuali che si dovranno sostenere a regime, per le quali la classe energetica è l'indicatore fondamentale.

Naturalmente la classificazione deve corrispondere alle caratteristiche reali dell'immobile e quindi, a differenza di quanto avveniva in precedenza (quando bastava l'autocertificazione del proprietario), la valutazione della classe energetica va certificata da un professionista del settore, e chi acquista o affitta un'immobile, dovrà ottenere un certificato redatto nei termini di legge da tecnici qualificati che hanno titolo per farlo.

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♦ Note:

(1) "Regolamento recante la disciplina dei criteri di accreditamento per assicurare la qualifica e l'indipendenza degli esperti e degli organismi a cui affidare la certificazione energetica degli edifici, a norma dell'articolo 4, comma 1, lettera c, del decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192" pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale 27/06/2013, n. 149”.