Dagli edifici a energia quasi zero all’autosufficienza energetica

08/11/2023 - Ormai da qualche anno la certificazione energetica è diventato un documento che, definendo un fabbisogno energetico in condizioni standard, assegna una classificazione “oggettiva” a un edificio, sulla base di parametri definiti.
 
Ma, se da una parte questo assegna un valore di virtuosismo energetico, che aumenta il valore dell’immobile sul mercato facendone una “fotografia” dello stato di fatto in quel momento, a volte non racconta nulla della sua sostenibilità o delle qualità di comfort o della gestione nel tempo.
 
Per questo è necessario capire quale tipo di edificio progettare o acquistare in relazione al confronto con un edificio standard, realizzato con i criteri minimi di legge; con questo è possibile comprendere le “plusvalenze” che un immobile può avere grazie alle sue peculiarità tecnologiche e progettuali.
 
Ovviamente questo valore aggiunto può variare nel tempo, visto che la tecnologia evolve e parallelamente anche l’approccio culturale cambia: ciò che è ritenuto normale oggi, potrebbe non esserlo tra qualche anno. Anche il contesto legislativo sposta l’asticella sempre più verso l’alto.
 
Quando ci riferiamo ai nuovi standard progettuali e costruttivi, dobbiamo definire quale sarà l’obiettivo energetico da raggiungere; questo è possibile farlo anche attraverso la definizione scientifica delle diverse declinazioni del concetto di sostenibilità applicate agli edifici, che vengono descritte nel seguito.
 

Low Energy house

Con questo termine si definiscono gli edifici con prestazioni energetiche sensibilmente migliori rispetto a quelle medie del patrimonio edilizio esistente in un preciso momento, perché una casa a basso consumo realizzata negli anni Ottanta potrebbe avere prestazioni energetiche inferiori rispetto a quelle di una casa normale realizzata oggi.
 
Per capire quanto è efficiente un edificio progettato o realizzato, ci si riferisce all’Attestato di Prestazione Energetica (APE), che fornisce un indicatore di prestazione energetica unitario in kWh/m² anno. Le prestazioni energetiche medie del patrimonio edilizio esistente, necessarie per il confronto possono, invece, essere ricavate dai catasti energetici, costruiti sulla base delle certificazioni energetiche depositate, e resi disponibili dalle Regioni.
 
A livello nazionale è possibile consultare il catasto energetico SIAPE (Sistema Informativo sugli Attestati di Prestazione Energetica - www.siape.enea.it) creato e gestito da ENEA. Il confronto è opportuno che sia fatto sulla base della stessa Zona Climatica, ovvero a parità di fattori ambientali. I database regionali consentono anche di effettuare un confronto più ristretto considerando anche l’epoca di costruzione dell’edificio.
 
Fatto questo, si può ragionevolmente considerare Low Energy House ogni edificio che abbia un fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione invernale (riscaldamento) almeno pari al 50% di quello medio del patrimonio edilizio residenziale esistente.
 

Nearly Zero Energy Building - NZEB 

A partire dal 2021 tutti gli edifici nuovi o soggetti a ristrutturazione importante si sono adeguati allo standard europeo Nearly Zero Energy Building (NZEB) o edifici a energia quasi zero. Alcune Regioni e Province autonome sono state anche più ambiziose anticipando tali scadenze, ad esempio in Lombardia è stata anticipata al 2016 e in Emilia Romagna al 2019.
 
Il concetto di NZEB è stato introdotto dalla direttiva EPBD (2010/31/EU) che lo definisce come: “un edificio ad altissima prestazione energetica in cui il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo è coperto in misura significativa da energia da fonti rinnovabili, prodotta in situ”. Recepita in Italia con DL 63/2013, convertito in legge n. 90/2013 e le cui caratteristiche tecniche sono definite dal DL 26 giugno 2015 “Requisiti minimi”.
 
Sono NZEB gli edifici, sia di nuova costruzione che esistenti, per cui sono contemporaneamente rispettati i requisiti prestazionali previsti dal decreto stesso e gli obblighi di integrazione delle fonti rinnovabili previsti dal d.Lgs. 28/2011 (50% di copertura del fabbisogno energetico). Generalmente questo tipo di edifici partono dalla classe A1.
 
Nella nuova Direttiva Case Green (in corso di redazione) si parla di Zero emission Building (ZeB) intesi come edifici con un altissimo rendimento energetico, con la bassissima quantità di energia ancora richiesta interamente coperta da energia da fonti rinnovabili e senza emissioni operative di gas a effetto serra (in loco) da combustibili fossili. Questo nuovo requisito prestazionale dovrebbe essere però applicato a decorrere dal 1° gennaio 2030 a tutti i nuovi edifici.
 
La nuova definizione ZEB includerà inoltre il calcolo del potenziale di riscaldamento globale (Global Warming Potential - GWP) del ciclo di vita e la sua divulgazione attraverso l’APE, tale requisito dovrebbe applicarsi a decorrere dal 1° gennaio 2027 per tutti i nuovi edifici con una superficie utile superiore a 2000 m² e a decorrere dal 1° gennaio 2030 per tutti i nuovi edifici.
 

Passive house

La definizione di casa passiva, o casa bioclimatica, o in tedesco Passivhaus si riferisce a uno standard ben codificato di edificio: “Una casa nella quale il clima interno viene mantenuto nelle condizioni di comfort senza l’utilizzo di impianti di riscaldamento e raffrescamento. La casa deve essere costruita in modo da riscaldarsi o raffrescarsi gestendo in modo efficiente le fonti energetiche naturali”.
 
I criteri da rispettare per ottenere la certificazione Passivhaus sono definiti dal Passivhaus Institut di Darmstadt, in Germania, un istituto di ricerca privato e indipendente fondato nel 1996 da Wolfgang Feist. Lo standard Passivhaus per l’Europa centrale prevede che l’edificio soddisfi i seguenti requisiti:
-     essere progettato per avere un fabbisogno annuo di energia per il riscaldamento inferiore a 15 kWh/m² anno e per un fabbisogno annuo di energia per il raffrescamento inferiore a 15 kWh/m² anno;
-     la potenza termica specifica di picco deve essere inferiore a 10 W/m²;
-     l’energia primaria specifica complessiva (riscaldamento, produzione d’acqua calda, raffrescamento, energia elettrica) non deve superare i 120 kWh/m² anno;
-     il ricambio d’aria dell’edificio non deve essere superiore a 0,6 volumi/ora.
 
Per la progettazione viene utilizzato un software di simulazione sviluppato ad hoc: il Passivhaus planning package (Phpp).
 
Edifici compatti e disposizione dei locali che deve seguire le regole generali dell’architettura bioclimatica: locali di soggiorno rivolti a Sud con ampie vetrate, locali di servizio posizionati a Nord con superfici vetrate ridotte per limitare le dispersioni. Nel caso in cui esistano vincoli urbanistici che non consentono la realizzazione con questo orientamento ottimale, è possibile un discostamento di ±45 °C (Sud-Est, Sud-Ovest) senza perdite apprezzabili di prestazione energetica.
 
Le trasmittanze delle pareti sono comprese tra 0,10 e 0,15 W/m²K e quelle dei serramenti devono sono normalmente comprese tra 0,85 e 0,70 W/m²K. Nella Passivhaus viene utilizzata la massa termica delle pareti o delle strutture per ridurre le temperature di picco estive, per mantenere stabili le temperature invernali e per prevenire eventuali surriscaldamenti, con un controllo della radiazione solare garantita da sistemi di schermatura esterni (frangisole).
 
Una delle caratteristiche di queste case è l’ermeticità: la ventilazione è garantita da un impianto di ventilazione meccanica (0,4 volumi/ora di ricambio) con recuperatore di calore dal rendimento pari almeno all’80%.
 
Una casa passiva in genere non ha bisogno di energia ulteriore per garantire le condizioni di comfort, si può comunque prevedere l’installazione di un caminetto o una stufa a biomassa o una pompa di calore elettrica di piccole dimensioni accoppiate a un sistema di riscaldamento ad aria. Il risparmio di energia elettrica viene ottenuto utilizzando apparecchi a basso consumo, lampade efficienti e dispositivi di controllo e regolazione che consentono di evitare sprechi.
 
Le migliaia di realizzazioni effettuate confermano che il costo di costruzione di una Passivhaus non è superiore al 14% rispetto a quello di una casa tradizionale di pari dimensioni.
 

Zero Energy building

Zero Energy Building (ZEB) o net Zero Energy Building (nZEB) sono definizioni che riguardano edifici nei quali “come risultato di un livello molto alto di rendimento energetico, il consumo totale annuale di energia primaria dovrà essere uguale o inferiore alla produzione energetica ottenuta in loco con le energie rinnovabili”. Questa definizione, data dal Commissione ITRE (Industrie, Recherche, Energie) del Parlamento europeo rappresenta, in realtà, il punto di partenza per l’elaborazione di una definizione tecnica più completa e condivisa. 
 
Ci sono alcuni punti ancora da definire, ovvero l’unità di misura su cui basare i calcoli; gli elementi di consumo energetico che potrebbero comprendere anche parametri relativi al comportamento degli utenti o l’energia contenuta negli elementi costruttivi e tecnologici, consumata durante tutto il loro ciclo di vita; le fonti utilizzate per la produzione in sito di energia.
 
Qualsiasi siano le unità di misura adottate, i termini da includere nel bilancio e i confini del sistema cui applicare il bilancio, un edificio nZEB è tale se il suo fabbisogno energetico è sufficientemente basso da comportare un bilancio netto annuale consumo/generazione nullo grazie all’uso di fonti rinnovabili.
 
In altri termini il bilancio energetico neutro di un edificio nZEB (dove la “n” dell’acronimo sta a indicare che l’edificio è collegato con una rete o network con la quale scambiare energia) si riferisce normalmente ad arco di tempo annuale, il che vuol dire che ci saranno mesi in cui ci sarà una sovrapproduzione di energia, che sarà ceduta alla rete, e mesi in cui sarà la rete a fornire l’energia necessaria all’edificio stesso.
 
Gli edifici nZEB possono, quindi, essere considerati un’evoluzione delle Passivhäuser, in termini prestazionali, delle quali peraltro ripropongono gran parte degli accorgimenti progettuali.
 

Plus Energy building

In questa tipologia di edifici si produce più energia di quella consumata. Il concetto di Plus energy building è stato ideato e sviluppato da Rolf Disch che nel 1994 ha realizzato il primo edificio appartenente a questa categoria: l’Eliotrope a Friburgo (Germania), da lui stesso utilizzato come residenza.
 
Le tecnologie utilizzate per garantire non solo l’autosufficienza energetica, ma anche la produzione, sono simili a quelle della Passivhaus: riduzione drastica dei fabbisogni energetici e utilizzo di fonti rinnovabili. A differenza della Passivhaus in questi edifici si privilegia lo sfruttamento attivo delle fonti energetiche e in particolare del solare fotovoltaico e dell’eolico, ma anche di altre tecnologie come la micro-cogenerazione. Il collegamento in rete del Plus energy building è indispensabile per trasferire l’energia elettrica generata dall’edificio al territorio, per esempio attraverso le comunità energetiche.
 

Sustainable building o Green building

Riferendoci a questo tipo di edifici, il concetto della sostenibilità si allarga a tutti gli aspetti che possono determinare l’uso delle risorse, non solo energetiche, e comprende anche l’impatto ambientale generato dall’edificio stesso.
 
Si tratta dell’applicazione di una filosofia progettuale più completa che arriva a considerare l’edificio nel suo intero ciclo di vita e che non trascura nemmeno la fase di dismissione e il rapporto dell’edificio con il contesto. Una visione tecnica condivisa è quella che gli edifici sostenibili debbano essere progettati e gestiti per ridurre l’impatto globale dell’ambiente costruito sulla salute umana e l’ambiente naturale: utilizzando in modo efficiente l’energia, l’acqua e le altre risorse; proteggendo la salute degli occupanti e migliorando la produttività nel caso di edifici non residenziali; riducendo la produzione di rifiuti, l’inquinamento in genere e il degrado ambientale.
 
Dal punto di vista energetico questi edifici acquisiscono tutti gli elementi già presenti in quelli ad alte prestazioni energetiche. Per quanto riguarda l’illuminazione si sfrutta in prevalenza quella naturale demandando a quella artificiale, comunque ad alta efficienza, solo una funzione di integrazione. Il controllo climatico attraverso le scelte progettuali dell’involucro considera, non solo il comfort invernale, ma anche quello estivo che può essere garantito in modo naturale (utilizzo della massa termica, della ventilazione naturale e controllo attraverso sistemi di schermatura della radiazione solare).
 
La scelta del sito e l’orientamento dell’edificio costituiscono gli elementi essenziali del progetto, insieme al rapporto con il verde e con tutte le forme di vegetazione che possono contribuire a mitigare la relazione tra edificio e ambiente come pareti o tetti verdi e sistemi di ombreggiamento vegetali. 
 
Negli edifici sostenibili si privilegia l’utilizzo di materiali naturali anche per la realizzazione delle strutture o delle coperture (pietre, argilla, paglia, bambù, legno, terra cruda, sughero, fibra di legno, ecc.). Vengono inoltre incoraggiate le soluzioni tecniche che considerano l’utilizzo di materiali di recupero derivanti dalla demolizione di altri edifici. È comunque importante che i materiali per la costruzione siano reperibili in zona, evitando gli impatti ambientali derivanti dal trasporto.
 
La progettazione del Sustainable building non si limita all’edificio, ma si estende anche all’ambiente che lo circonda: le pavimentazioni esterne, ad esempio, devono agevolare il naturale flusso delle acque, così come la vegetazione deve essere in grado di garantire una protezione solare in estate e agevolare il contributo energetico in inverno. La stessa vegetazione, così come la conformazione del terreno, devono essere in grado di sfruttare al meglio i flussi naturali di aria, proteggendo in inverno e facilitando il flusso in estate.
 
Negli edifici sostenibili si effettua una valutazione del ciclo di vita, si considera nel bilancio l’energia contenuta nei materiali (energia grigia) e ci si pone il problema della demolizione quando l’edificio dovrà essere rimosso o sostituito.  Si valutano anche la vicinanza ai servizi del territorio e le conseguenti modalità di spostamento che potrebbero trovare spazi dedicati all’interno del complesso edificato.
 
La sostenibilità può essere misurata attraverso un’analisi dettagliata che sta alla base dei protocolli di certificazione ambientale.
 

Autonomous building 

Questo tipo di costruzione punta a portare a zero l’impatto globale, energetico e ambientale, dell’edificio. L’indipendenza è completa dalle reti infrastrutturali, quali la rete elettrica e quella del gas, ma lo è anche dalle altre: i sistemi idrici municipali, le reti di scarico, i servizi di comunicazione e, a volte, anche dalle reti di trasporto. L’autarchia, il principio che spinge la realizzazione di questi edifici, garantisce il loro funzionamento anche in caso di calamità naturali o di eventi bellici.
 
L’autosufficienza completa non è semplice da garantire, non tanto per le questioni energetiche; infatti, le tecnologie sono disponibili visto che si può fare affidamento da un lato su una corretta progettazione che minimizza i consumi, dall’altro sull’impiego di fonti energetiche rinnovabili, quanto per gli altri approvvigionamenti, in particolare quello idrico.
 
In alcuni contesti territoriali è impossibile realizzare un edificio che sia completamente autosufficiente per un lungo periodo, per questo l’Autonomous building rappresenta una soluzione per lo più sperimentale, che ben difficilmente potrà avere uno sviluppo di mercato reale, o perlomeno ampiamente diffuso.