Principles for nearly Zero-Energy Buildings

The European Union aims at drastic reductions in domestic greenhouse gas (GHG) emissions of 80% by 2050 compared to 1990 levels. The building stock is responsible for a major share of GHG emissions and should achieve even higher reductions.

The recast of the Energy Performance of Buildings Directive (EPBD) introduced, in Article 9, “nearly Zero-Energy Buildings” (nZEB) as a future requirement to be implemented from 2019 onwards for public buildings and from 2021 onwards for all new buildings. The EPBD defines a nearly zero energy building as follows: [A nearly zero energy building is a] “building that has a very high energy performance… [ ]. The nearly zero or very low amount of energy required should to a very significant extent be covered by energy from renewable sources, including renewable energy produced on-site or nearby.”

To support the EPBD implementation the Building Performance Institute Europe (BPIE) launched a study in cooperation with Ecofys and the Danish Building Research Institute (SBI) on principles for nearly Zero-Energy Buildings.

Acknowledging the variety in building culture and climate throughout the EU, the EPBD does not prescribe a uniform approach for implementing nearly Zero-Energy Buildings and neither does it describe a calculation methodology for the energy balance. To add flexibility, it requires Member States to draw up specifically designed national plans for increasing the number of nearly Zero-Energy Buildings reflecting national, regional or local conditions. The national plans will have to translate the concept of nearly Zero-Energy Buildings into practical and applicable measures and definitions to steadily increase the number of nearly Zero-Energy Buildings.

The overarching objective of this study is to contribute to a common and cross-national understanding on:

  • an ambitious, clear definition and fast uptake of nearly Zero-Energy Buildings in all EU Member States;
  • principles of sustainable, realistic nearly Zero-Energy Buildings, both new and existing;
  • possible technical solutions and their implications for national building markets, buildings and market players

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SUPPLY AND EXHAUST VENTILATION SYSTEM COMPARISON

SUPPLY AND EXHAUST VENTILATION SYSTEM WITH HEAT RECOVERY IN COMPARISON TO A DEMAND-BASED (MOISTURE-CONTROLLED) EXHAUST VENTILATION SYSTEM

M. Krus, D. Rösler, A. Holm

Fraunhofer-Institut for Building Physics, 83626 Valley, Germany

As a countermeasure to global warming, the energy demand of buildings is to be reduced by specific measures, for example thermal insulation or intelligent ventilation systems. A demand-based (moisture-controlled) exhaust ventilation system is assessed in comparison to a supply and exhaust ventilation system with heat recovery by means of computational investigations. This assessment of different ventilation systems is performed by means of the newly developed hygrothermal indoor climate simulation model WUFI®-Plus. By implementing the individual ventilation systems the energy demand, especially the primary energy consumption on the basis of applying various fuels, as well as the effects on the indoor climate and the C02 content of the indoor air are calculated and compared. Moreover, air change rates are investigated resulting from the use of a demand-based exhaust ventilation system. The calculations are based on a model apartment with a ground floor of 75 m2 and an assumed 3-person household. These investigations comprise 3 different climates in Germany (cold, medium and hot climate).

Despite the high heat recovery coefficient of the supply and exhaust ventilation system an only slightly higher energy use occurred for the demand-based exhaust ventilation system. If regenerative energy sources such as wood are used, primary energy consumption of the demand-based exhaust ventilation system is even lower in comparison to the supply and exhaust ventilation system with heat recovery. With demand-based exhaust ventilation system, the C02 concentration of the indoor air remains permanently below 1200 ppm.

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come progettare una casa passiva in Italia – arch. Bart Conterio

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Allo stato attuale della tecnica le costruzioni ad alta efficienza energetica sono rappresentate dalle “case passive” che, applicando, ad esempio, lo standard di origine tedesca “passivhaus”, sono edifici che hanno un fabbisogno energetico del riscaldamento non superiore a 15 kWh/mq/anno ( lo stesso dicasi per il raffrescamento estivo): per comprendere meglio l’alto standard di efficienza energetica richiesto, si può prendere come riferimento la situazione italiana, in cui, in media, un abitazione consuma per il riscaldamento 106 kW/mq/anno  e 160 kW/mq/anno per l’insieme dei consumi domestici.

Tuttavia i  criteri progettuali di un edificio ad alta efficienza energetica per lo più sviluppati, sperimentati e messi a punto nei paesi dell’Europa centrale e settentrionale (in cui la priorità è costituita dal contenimento delle dispersione del calore nella stagione invernale), devono essere adeguatamente ponderati, rivisitati ed adattati al clima temperato-mediterraneo, poiché, alle nostre latitudini,  è fondamentale risolvere il problema del surriscaldamento estivo e del conseguente contenimento energetico delle spese di condizionamento, così come annunciato dalla direttiva  2010/31/UE. Infatti in tale area climatica l’involucro edilizio di una costruzione ad alte prestazioni energetiche, dovrà non solo garantire la riduzione delle perdite di calore verso l’esterno e lo sfruttamento dei guadagni di energia solare in inverno, ma dovrà anche assicurare la protezione dagli apporti solari estivi e, soprattutto, il controllo e lo smaltimento adeguato degli apporti di calore gratuiti interni.

Più nel dettaglio,  le case passive costruite in Europa adottano prevalentemente  la tecnologia delle pareti multistrato leggere (pareti stratificate a secco con la tecnologia S/R, pareti in legno, etc)  con un pacchetto costituito, quasi totalmente, da isolanti termici ad elevato  spessore (anche 20-30 cm), a basso peso specifico e quindi a bassa massa di accumulo, al fine di ottenere valori di trasmittanza termica molto bassi (inferiori comunque a 0,15 W/mqK). E’ comunque da considerare che tali tecniche di super-isolamento, trovano indicazione soprattutto in zone a carattere continentale dove i consumi per il riscaldamento invernale prevalgono nettamente su quelli per il raffrescamento estivo. Inoltre, mentre nel periodo invernale il requisito principale è la protezione del trasferimento del calore dagli ambienti interni all’esterno, durante il periodo estivo, uno dei requisiti è quello dello smaltimento, di notte, del sovraccarico termico accumulato durante il giorno: purtroppo, questa tipologia di involucro “iperisolata”, essendo caratterizzata da una bassa massa termica e quindi da una limitata inerzia termica, non pemette di “scaricare” adeguatamente nelle ore notturne, il calore accumulato durante il giorno innescando, così, un  processo di surriscaldamento. In area climatica mediterranea tale fenomeno di sovraccarico termico risulta molto spesso irreversibile se non vi è,  nella costruzione,  un perfetto controllo delle fonti di irraggiamento solare (effetto serra) ed una adeguata gestione degli apporti gratuiti di calore all’interno dell’edificio. (persone, elettrodomestici ed apparecchiature elettriche, illuminazione artificiale, etc). Oltretutto, con questa tipologia di involucro non è possibile sfruttare i benefici dei sistemi passivi di riscaldamento, vista la limitatezza e, alcuni casi, la totale mancanza, di superfici dotate di massa di accumulo termico in grado, quindi, di accumulare il calore quando necessario, per poi  distribuirlo agli spazi interni quando l’effetto del guadagno solare cessa. Anche per quanto riguarda il raffrescamento passivo, la massa di accumulo termico appare necessaria in quanto potrebbe essere sfruttata come vero e proprio pozzo termico.    

A questi inconvenienti si è cercato di porvi rimedio mediante l’adozione elementi strutturali dotati di massa di accumulo termico (come ad esempio solai, pavimenti, corpi scala in cemento armato, etc)  e/o l’impiego nella stratificazione delle tamponature esterne, di  materiali dotati di una maggiore densità e/o calore specifico (ad esempio  pannelli in legno massiccio tipo X-LAM, lana di legno e fibra di legno ad alta densità, fibra di legno mineralizzata, fibre di cellulosa o canapa, etc): Ma il ricorso a tali soluzioni, anche se in alcuni casi consente di raggiungere degli ottimali valori di trasmittanza termica periodica  e dei valori di sfasamento ed attenuazione più che accettabilinon permette, comunque, di raggiungere degli adeguati valori di massa termica (=>330 kg/mq),  di capacità termica areica interna periodica e di ammettenza interna estiva:  infatti un involucro edilizio caratterizzato da una scarsa ammettenza interna e da una insufficiente capacità termica areica interna periodica, (che in parole povere rappresenta la capacità di un componente edilizio di accumulare i carichi termici provenienti dall’interno) può innescare, all’interno dell’edificio, dei fenomeni di surriscaldamento sia nella stagioni estive che nelle stagioni intermedie, (soprattutto  in ambienti con  alto indice di affollamento) e, quindi, delle condizioni di discomfort termico….. leggi l’articolo completo