Efficientamento energetico edifici: cos’è e come farlo negli smart building

L’efficientamento energetico edifici è oggi più che mai un tema di interesse per tutti. Nelle società del benessere, dove le condizioni economiche consentono di “scegliere come costruire“ invece di “costruire come si può” (che caratterizza le società povere, dove realizzare un edificio significa ancora dover attingere ai soli materiali e maestranze presenti sul posto in natura e fare ricorso alla tradizione/consuetudine costruttiva del luogo con esigenza di “riparo”) l’edificio si configura sempre più come intelligente, uno smart building in un dialogo e azione bidirezionale tra utilizzatori e impianti.

L’obiettivo del risparmio energetico e del comfort abitativo, nonché l’efficientamento energetico degli edifici, è sentito e perseguito: si studia il comportamento dell’edificio e si progetta adeguatamente l’involucro (scelta dei materiali da utilizzare e loro combinazione), si sceglie come utilizzare in sinergia le energie presenti liberamente in natura (sole, geotermia, vento, ecc.), si dota l’edificio di sensori in grado di dialogare con le apparecchiature tecnologiche dell’edificio (Internet of Things – IoT) e comandarle.

Gli elementi chiave per l’efficientamento energetico di edifici “smart”

Ecco, ad esempio, che la temperatura e l’umidità presenti in una stanza vengono rilevate dal termostato wi-fi smart che, connesso a un server, invia le informazioni in un Cloud che espone queste informazioni in tempo reale su una App mobile, la quale consente all’utilizzatore dell’edificio di effettuare da remoto (ovunque si trovi) delle scelte, ad esempio variare la temperatura di una stanza. Queste informazioni fanno il percorso inverso e tramite degli attuatori mettono in atto le decisioni, regolando gli impianti ad agire per ottenere quanto deciso e desiderato.

Per l’efficientamento energetico edifici, gli elementi chiave di uno smart building in ottica di ottimizzazione del consumo energetico sono:

• Apparecchiature e impianti (fotovoltaico, fotovoltaico + accumulo, solare termico, cogenerazione, chiusure vetrate, caldaie a condensazione, pompe di calore)
• Tecnologie di automazione: sensori (di temperatura, di umidità, ecc.) e attuatori (ad esempio elettrovalvole su caloriferi e/o impianti a pavimento)
• Piattaforme di controllo e gestione
• Connettività (cablate, wireless, miste)

Negli edifici nuovi la combinazione di scelta dei materiali e delle tecnologie di costruzione, delle fonti energetiche e controllo/regolazione del loro apporto e di smart building portano benefici notevoli in termini di risparmio energetico e comfort abitativo. In questo contesto l’essere “smart” riveste un ruolo di grande impatto sul risparmio energetico (ottimizzazione in automatico delle regolazioni dell’uso delle fonti di energia e degli apparati/impianti) e un ruolo più di comfort (se vogliamo estremizzare di “vezzo da benessere”) per quanto concerne le scelte attive dell’utilizzatore dell’appartamento (ad esempio impostare da remoto tramite lo smartphone una temperatura desiderata del bagno mentre si è in auto).

Enea ed efficienza energetica: il 60% degli edifici in classe G e F

Negli edifici vecchi, la scelta dei materiali e delle tecnologie di costruzione, e spesso pure la scelta delle fonti energetiche e controllo/regolazione del loro apporto, viene meno. Gli interventi di riqualificazione energetica (grazie all’azione governativa degli “Ecobonus” di questi anni) hanno permesso la sostituzione delle caldaie con modelli “a condensazione”, degli infissi e (in quantità minore) la realizzazione di un cappotto termico. La quasi totalità di questi edifici continuano ad avere sistemi di riscaldamento a termosifoni e non con riscaldamento a pavimento, impianti che costringono le caldaie a condensazione a lavorare a temperature di circa 70°C, facendo venire meno il beneficio economico proprio di questo tipo di caldaie. che è lo sfruttare il calore latente dato dalla condensazione dei fumi. Il beneficio in termini di rendimento si assottiglia, tendendo a zero quando il delta di temperatura tra fumi in uscita e temperatura di ritorno dell’acqua è alto (fumi in uscita 40°C e un ΔT di 5°C si ottiene un incremento del rendimento dell’ordine del 6,3%, per ΔT = 10°C un incremento del 4,8%, per ΔT = 20°C un incremento dello 0,77%). Oltre a questo, pur se l’involucro disperdente è indubbiamente migliorato, permangono dei “difetti nativi” tali da richiedere sempre un consistente apporto energetico per mantenere all’interno temperatura e umidità a livelli di comfort.

Il “Rapporto annuale sulla Certificazione Energetica degli Edifici”, redatto dall’Enea in collaborazione con il CTI (Comitato Termotecnico Italiano) e presentato nel settembre 2020, mostra che circa il 60% degli immobili residenziali certificati si trova oggi nelle fasce più basse (G e F), e gli edifici ricadenti nelle fasce più alte (A4-B) sono meno del 10%.

Smart building ed efficientamento energetico negli edifici vecchi

Il ruolo “smart” negli edifici vecchi si sposta per necessità (venuta meno la combinazione di scelta dei materiali e tecnologie di costruzione e la scelta delle fonti energetiche e controllo/regolazione del loro apporto) dalla regolazione intelligente e automatica degli impianti per un’ottimizzazione del consumo energetico e aumento del comfort, verso uno smart come scelta dell’utente (ad esempio spegnimento e accensione, regolazione temperatura di casa da remoto dopo aver installato termostati smart e una caldaia a condensazione).

Le caldaie a condensazione sono “intelligenti” nel senso che sono in grado di fare delle ottimizzazioni in base alla sonda di temperatura esterna e di poter essere comandate dai termostati smart presenti negli ambienti; ma le “curve di temperatura” della caldaia (che regolano il comportamento della risposta di combustione) devono essere impostate dall’utente, o meglio dal tecnico caldaista, perché sia la procedura di impostazione che la scelta di quale sia la curva migliore da impostare sono aspetti piuttosto complessi.

Su quest’ultimo aspetto, nemmeno il tecnico esperto può fare la scelta ottimale, poiché non conosce il comportamento reale dell’appartamento/edificio in termini di scambio di calore con l’esterno durante l’arco della giornata, e in ogni caso l’impostazione rimarrà fissa come in fase di prima installazione della caldaia e non verrà cambiata al cambiare delle condizioni climatiche delle stagioni. In questa già non ottimale situazione, “lo smart” dà all’utente la possibilità di comandare l’accensione e lo spegnimento del riscaldamento senza effettuare le scelte ottimali in termini di consumo energetico (solo un esempio: quale è la temperatura minima ottimale da impostare quando si è fuori di casa in funzione della frequenza dei ritorni a casa degli utilizzatori dell’appartamento?). Ed ecco che da “smart” si può passare a “fool”: l’utente, nelle sue operazioni di accensione e spegnimento, non avendo consapevolezza degli effetti che avranno le sue azioni in termini di risparmio energetico, credendo di compiere delle azioni vantaggiose può andare a spendere di più.

Conviene lo smart building negli edifici di vecchia costruzione?

La risposta è sì, ma andrebbe fatta un’operazione di riposizionamento di mercato da parte dei produttori della filiera. Ovvero, sfruttare lo strumento smart per ottimizzare in automatico le impostazioni degli impianti e nel contempo dare all’utente informazioni utili sui suoi comportamenti, oppure sugli interventi che può attuare in autonomia o richiedere di far valutare a un esperto.

Ad esempio, grazie alla tecnologia smart, è possibile:

• misurare come si raffredda l’appartamento: andamento della temperatura dell’appartamento in funzione degli orari della giornata e della temperatura iniziale di partenza al momento dello spegnimento dell’impianto;
• misurare come si riscalda l’appartamento: andamento della temperatura dell’appartamento in funzione degli orari della giornata e della temperatura iniziale di partenza al momento dell’accensione dell’impianto;
• rilevare e stimare (in base alle variazioni di umidità nell’appartamento) e/o misurare (sensori sulle finestre) quando si aprono le finestre e misurare l’apporto del volume di aria nuova che entra, il tempo in cui rimangono aperte, raccogliere i dati di temperatura esterna e interna iniziale e finale alla chiusura delle finestre, associarvi l’informazione se il riscaldamento era in funzione e con quali impostazioni;
• misurare la frequenza della presenza di persone in casa e i loro comportamenti.

Con queste informazioni, i produttori di caldaie potrebbero sviluppare software in grado di stimare con buona approssimazione (inerzia termica) il reale comportamento dell’appartamento nel quale hanno installato una caldaia a condensazione (sarebbe un’informazione probabilmente più precisa delle classificazioni energetiche che si effettuano), variando in automatico i parametri di impostazione della caldaia (ad esempio curve di temperatura) rendendoli ottimali per ogni specificità dell’utente in funzione dell’obiettivo di risparmio energetico e comfort abitativo.

Nella filiera si potrebbero inserire pure altri attori, ad esempio i produttori dei termostati smart, dando delle informazioni di ritorno all’utente “cucite su misura”. Potrebbero visualizzare o inviare un messaggio:

• in base alle condizioni climatiche della giornata (e/o previsioni meteo), in base alle previsioni dell’orario di ritorno a casa e alla temperatura desiderata all’arrivo e alla temperatura dell’appartamento rilevate sulla App, si consiglia di accendere l’impianto tot ore/minuti prima;
• in base a una previsione di tempo di permanenza fuori casa consigliare la temperatura minima ottimale da lasciare in casa;
• consigliare la temperatura minima ottimale da lasciare in casa in orari notturni in funzione della previsione di risveglio e la temperatura desiderata;
• consigliare il momento ottimale per aprire le finestre per ricambiare l’aria;
• dopo un congruo periodo di misurazione, avendo informazioni sul tempo che impiega l’appartamento a riscaldarsi e a raffreddarsi evidenziare il messaggio “valutare l’opportunità di aumentare la superficie complessiva dei termosifoni o la sostituzione con elementi radianti”.

Questo percorso di “integrazione orizzontale della filiera produttiva” è molto interessante per porre l’interesse dell’utente al centro, accompagnando un’evoluzione del concetto di smart building.