Guida al Calcolo Dinamico Orario per l’Efficienza Energetica: UNI EN ISO 52016

La norma UNI EN ISO 52016:2018, pubblicata in Italia il 1° marzo 2018 e attiva in Europa dal 21 giugno 2017, ha segnato un’importante evoluzione nel calcolo della prestazione energetica degli edifici.

Sostituendo cinque precedenti procedure di calcolo, tra cui la UNI EN ISO 13790:2008 (su cui si basava la UNI/TS 11300-1), questa norma modifica il metodo di calcolo mensile e introduce un innovativo approccio dinamico orario.

A differenza delle metodologie precedenti, il calcolo dinamico orario analizza il bilancio energetico dell’edificio ora per ora, integrando le condizioni climatiche e d’uso effettive dell’edificio per ottenere risultati più affidabili, consentendo di determinare con precisione l’andamento delle temperature interne (aria, radiante, operante), stimare il carico termico richiesto agli impianti con maggiore accuratezza, rappresentare realisticamente comfort e consumi energetici, oltre a migliorare la progettazione e la diagnosi energetica degli edifici.

Con pochi parametri aggiuntivi rispetto al modello stazionario utilizzato per l’APEL’Attestato di Prestazione Energetica (APE, o anche comunemente “certificato energetico”) è un documento che attesta la prestazione e la classe energetica di un immobile e indica gli interventi migliorativi più convenienti. Attraverso l’APE il cittadino viene a conoscenza di caratteristiche quali il fabbisogno energetico dell’edificio o dell’unità edilizia, la qualità energetica del fabbricato, le emissioni di anidride carbonica e l’impiego di fonti rinnovabili di energia, che incidono sui costi di gestione e sull’impatto ambientale dell’immobile, ed è guidato verso una... Leggi o la Legge 10, il motore di calcolo dinamico della UNI EN ISO 52016 garantisce un livello di dettaglio superiore, permettendo di valutare a cadenza oraria le variabili che influenzano la performance energetica dell’edificio. Grazie a questo approccio, i progettisti possono simulare con maggiore precisione il comportamento termico dell’edificio, analizzare l’efficacia di diverse soluzioni progettuali, ottimizzare le strategie di gestione degli impianti, migliorare il comfort interno e ridurre i consumi energetici complessivi.

La UNI EN ISO 52016 rappresenta quindi un punto di svolta fondamentale per la progettazione di edifici ad alta efficienza energetica e per il perseguimento degli obiettivi di sostenibilità ambientale richiesti dalla nuova Direttiva EPBD.

Scopriamo insieme i dettagli!

La UNI EN ISO 52016

L’efficienza energetica di un edificio è un tema complesso, spesso sottovalutato, ma che presenta notevoli difficoltà nella corrispondenza tra i consumi stimati e quelli effettivi. I calcoli teorici, sebbene basati su modelli che integrano equazioni di trasmissione del calore, non sempre riflettono la realtà. Questa discrepanza è dovuta alla natura dinamica degli edifici, che interagiscono costantemente con l’ambiente esterno e con il comportamento variabile degli occupanti: modificano la temperatura impostata, aprono le finestre, utilizzano gli impianti in modo diverso da quanto previsto. Anche i sistemi di regolazione della temperatura possono non essere perfetti e avere difficoltà a mantenere un clima costante in tutte le stanze.

Per calcolare il consumo energetico di un edificio si usano modelli matematici, ma spesso questi modelli semplificano troppo la realtà. La norma UNI/TS 11300, ad esempio, si basa su metodi statici che non tengono conto di molti fattori, come la variabilità dei carichi termici e delle condizioni climatiche. Questo limite si accentua nella stagione estiva, quando le condizioni climatiche esterne, come temperatura, umidità e radiazione solare, cambiano rapidamente, rendendo i calcoli mensili inaffidabili. Per affrontare queste problematiche, è necessario un metodo di calcolo più flessibile e preciso, capace di considerare le variazioni orarie e le azioni degli utenti.

La norma UNI EN ISO 52016 propone un sistema innovativo basato su modelli dinamici per stimare sia i consumi energetici stagionali sia i carichi termici orari.

Questo metodo trae ispirazione dai circuiti elettrici, introdotto dalla UNI EN 13790:2008, in cui le resistenze e le capacità termiche degli elementi edilizi vengono rappresentate come resistenze e capacità elettriche. Tuttavia, l’approccio della ISO 52016 è più avanzato, poiché tiene conto degli scambi termici conduttivi, convettivi e radiativi per ogni superficie dell’edificio (pareti, serramenti, solai, ecc.). Nonostante la complessità del modello, vengono applicate semplificazioni che riducono il carico computazionale senza compromettere l’accuratezza dei risultati.

Un aspetto cruciale di questo approccio dinamico è la capacità di integrare variabili come l’uso di sistemi di ombreggiamento, la presenza di occupanti, le variazioni orarie delle impostazioni termostatiche e le scelte costruttive che influenzano l’inerzia termica dell’edificio. Questo è particolarmente rilevante nella stagione estiva, quando una modellazione precisa è indispensabile per valutare sia i fabbisogni energetici sia i carichi termici.

Contrariamente al metodo precedente della ISO 13790, che semplificava l’intera zona termica in un unico modello, la UNI EN ISO 52016 considera separatamente ogni elemento costruttivo, garantendo una maggiore precisione.

Come è possibile visualizzare nell’immagine, il modello è composto da:

• Ambiente esterno (a sinistra) e interno della zona termica (a destra);
• Nodi del componente: 5 nel caso delle strutture opache (come schematizzato nell’immagine) e 2 per i componenti trasparenti.
• 4 Resistenze e 5 condensatori (trattandosi di un componente opaco)

La particolarità del metodo è che non è richiesta la conoscenza dettagliata della stratigrafia, ma la conoscenza della posizione della massa termica: infatti, a prescindere dal numero di strati di cui è composta la struttura, i nodi sono sempre 5 e, pertanto, non rappresentano l’interfaccia reale tra un materiale e l’altro. In particolare, la UNI EN ISO 52016 classifica i componenti opachi in 5 categorie, in funzione delle quali vengono calcolati i valori di resistenza e capacità:

Ovviamente, nel metodo dinamico sono richiesti ulteriori dati su base oraria:

• dati climatici: come ad esempio temperatura, irradianza, umidità relativa, velocità del vento, ecc.;
• periodo di funzionamento dell’impianto e set-point di temperature e umidità;
• profilo di occupazione e apporti interni sensibili e latenti, dovuti a persone, apparecchiature, illuminazione, ecc.;
• profilo di apertura e chiusura delle chiusure oscuranti e delle schermature mobili.

Quali sono i vantaggi del metodo dinamico orario?

Il metodo dinamico orario rappresenta un significativo passo avanti nella modellazione energetica degli edifici, offrendo un metodo che bilancia semplicità e precisione, adattandosi sia alle esigenze di progettazione sia a quelle di gestione energetica, senza richiedere un eccessivo impegno computazionale. Questo nuovo approccio risponde alla crescente necessità di accuratezza nei calcoli energetici, garantendo risultati più affidabili e utili per la riqualificazione e l’efficientamento energetico degli edifici.

Rapidamente mettiamo a confronto il metodo dinamico orario e quello stazionario della UNI/TS 11300, attualmente utilizzato per l’APEL’Attestato di Prestazione Energetica (APE, o anche comunemente “certificato energetico”) è un documento che attesta la prestazione e la classe energetica di un immobile e indica gli interventi migliorativi più convenienti. Attraverso l’APE il cittadino viene a conoscenza di caratteristiche quali il fabbisogno energetico dell’edificio o dell’unità edilizia, la qualità energetica del fabbricato, le emissioni di anidride carbonica e l’impiego di fonti rinnovabili di energia, che incidono sui costi di gestione e sull’impatto ambientale dell’immobile, ed è guidato verso una... Leggi e la Legge 10.

• Ambito di applicazione: mentre la UNI/TS 11300 è una norma prettamente italiana, la UNI EN ISO 52016 è applicabile per qualsiasi tipologia di edificio in tutta Europa. 
• Dati di input: con pochissimi dati aggiuntivi rispetto al modello dell’APEL’Attestato di Prestazione Energetica (APE, o anche comunemente “certificato energetico”) è un documento che attesta la prestazione e la classe energetica di un immobile e indica gli interventi migliorativi più convenienti. Attraverso l’APE il cittadino viene a conoscenza di caratteristiche quali il fabbisogno energetico dell’edificio o dell’unità edilizia, la qualità energetica del fabbricato, le emissioni di anidride carbonica e l’impiego di fonti rinnovabili di energia, che incidono sui costi di gestione e sull’impatto ambientale dell’immobile, ed è guidato verso una... Leggi o Legge 10, con il metodo dinamico è possibile eseguire una simulazione energetica molto più precisa. In particolare, per un calcolo standardizzato, molti di questi dati possono essere ricavati rapidamente da normative o prassi di riferimento: es. i profili di occupazione, set-point di temperatura e umidità, carichi termici, ecc. possono essere desunti dalla UNI EN 16798-1, i dati climatici dalla UNI 10349 o dagli anni tipo predisposti dal CTI per tutte le province italiane. 

• Metodo di calcolo: a differenza del metodo dinamico orario, la UNI/TS 11300 utilizza un approccio di calcolo semplificato per valutare le prestazioni energetiche degli edifici, basato su valori medi mensili. In tal modo non si riesce a tener conto delle dinamiche complesse sia delle condizioni climatiche (soprattutto nel periodo estivo) che del comportamento termico dell’edificio, che possono variare anche in intervalli inferiori all’ora.

• Risultati di calcolo: oltre alla precisione di calcolo, la UNI/TS 11300 produce un set di risultati insufficiente per poter gestire tutte le esigenze progettuali. Con un modello dinamico orario si possono ottenere una mole di dati nettamente superiore sia in termini quantitativi (per ciascun parametro si passa dai 12 valori di un metodo mensile agli 8760 di un metodo orario) che qualitativi. Infatti, una simulazione dinamica consente di valutare:
  • Temperatura interna dell’aria, temperatura interna operante e media radiante;
  • Carico termico sensibile e latente per riscaldamento e raffrescamento;
  • Condizioni termoigrometriche dell’aria da immettere per garantire la necessaria umidificazione e deumidificazione;
  • Comfort/Discomfort all’interno degli ambienti nelle ore di accensione dell’impianto e/o nelle ore di occupazione, per valutare eventuali sottodimensionamenti dell’impianto.

Quando va utilizzato? È sempre obbligatorio?

Scopriamo ora da dove nasce l’esigenza dell’utilizzo di un metodo dinamico orario e, soprattutto, in quali casi risulta obbligatorio il suo utilizzo.

Lo scorso anno è stata approvata la nuova Direttiva EPBD IV, che come tutti sappiamo punta ad una notevole riduzione di immissione dei gas serra entro il 2030 nonché alla neutralità climatica entro il 2050.

Tale direttiva presenta numerose disposizioni, tra cui, nell’Allegato 1, anche una nuova metodologia per il calcolo della prestazione energetica integrata degli edifici e delle unità immobiliari:

“Il fabbisogno e il consumo di energia per il riscaldamento, il raffrescamento di ambienti, la produzione di acqua calda sanitaria per uso domestico, la ventilazione, l’illuminazione integrata e altri sistemi tecnici per l’edilizia, sono calcolati facendo uso di intervalli di calcolo del tempo orari o suborari, in modo da tenere conto delle condizioni variabili che incidono sensibilmente sul funzionamento e sulle prestazioni dell’impianto, come pure sulle condizioni interne, e da ottimizzare il livello di costi, il benessere, la qualità dell’ambiente interno e il comfort, come definiti dagli Stati membri a livello nazionale o regionale. Il calcolo include una stima della capacità di risposta termica dell’edificio e della sua capacità di offrire flessibilità alla rete energetica.”

In particolare, la serie di normative tecniche previste dalla direttiva EPBD per la valutazione delle prestazioni energetiche dell’edificio è la UNI EN ISO 52000, di cui fa parte anche la UNI EN ISO 52016 che descrive la stima dei fabbisogni energetici per riscaldamento e raffrescamento e delle temperature interne degli ambienti attraverso una analisi dinamica oraria.

Nonostante il recepimento di tale Direttiva, per poter applicare il metodo dinamico anche per gli APEL’Attestato di Prestazione Energetica (APE, o anche comunemente “certificato energetico”) è un documento che attesta la prestazione e la classe energetica di un immobile e indica gli interventi migliorativi più convenienti. Attraverso l’APE il cittadino viene a conoscenza di caratteristiche quali il fabbisogno energetico dell’edificio o dell’unità edilizia, la qualità energetica del fabbricato, le emissioni di anidride carbonica e l’impiego di fonti rinnovabili di energia, che incidono sui costi di gestione e sull’impatto ambientale dell’immobile, ed è guidato verso una... Leggi e la verifica di rispondenza ai requisiti di legge (ovvero la Legge 10) è necessario attendere la redazione di specifici decreti attuativi nazionali della direttiva europea e, soprattutto, la pubblicazione di tutta una serie di Appendici Nazionali del pacchetto normativo UNI EN ISO 52000 e la riformulazione delle norme UNI/TS 11300.

Tuttavia, se da un lato il calcolo dinamico risulta sicuramente già ora l’unico modo per effettuare una diagnosi energetica affidabile, al fine di conoscere i reali consumi dell’edificio e valutare i relativi interventi di miglioramento energetico, esistono delle casistiche in cui risulta obbligatorio utilizzare tale approccio, ad es.:

• Criteri Ambientali Minimi (CAM) di cui al Decreto 19 ottobre 2022: difatti, il decreto richiama espressamente il metodo dinamico orario della UNI EN ISO 52016 in alcuni dei criteri, come ad esempio:
  • 2.4.1 – Diagnosi energetica: in cui è previsto che il progetto di fattibilità tecnico economica per la riqualificazione energetica e la ristrutturazioneInterventi di ristrutturazioni importanti e riqualificazione (D.M. Requisiti Minimi 2015) Ristrutturazione importante di I Livello Intervento che interessa gli elementi e i componenti integrati costituenti l’involucro edilizio delimitanti un volume a temperatura controllata dall’ambiente esterno e da ambienti non climatizzati, con un’incidenza superiore al 50% della superficie disperdente lorda complessiva dell’edificio e comporta il rifacimento dell’impianto termico per il servizio di climatizzazione invernale e/o estiva asservito all’intero edificio; Ristrutturazione importante di II Livello Intervento che interessa gli elementi e i... importante di primo e secondo livello di edifici con superficie utile uguale o superiore a 5000 metri quadrati, sia predisposto sulla base di una diagnosi energetica “dinamica”;
  • 2.4.2 – Prestazione energetica: per la verifica del comfort termico estivo con calcolo della temperatura operante estiva;
  • 2.4.6 – Benessere termico: la verifica è effettuata secondo la UNI EN ISO 7730, sia nel periodo invernale che estivo assumendo rispettivamente la temperatura radiante calcolata secondo la UNI EN ISO 52016.
• Bandi pubblici;
• Sistemi di gestione dell’energia.

Il software Blumatica Dinamico Orario

Blumatica Dinamico Orario è Il software per il calcolo dinamico orario secondo la UNI EN ISO 52016 e Appendici Nazionali, la diagnosi energetica oraria e la valutazione dei Criteri Ambientali Minimi (CAM).

Le funzionalità

Calcolo dinamico orario secondo la UNI EN ISO 52016 e Appendici Nazionali

Calcolo dinamico orario secondo la UNI EN ISO 52016 e Appendici Nazionali per valutare in maniera più realistica e accurata le condizioni di comfort e i fabbisogni energetici dell’edificio.

Partendo dai dati utilizzati per una qualsiasi valutazione energetica (es. APEL’Attestato di Prestazione Energetica (APE, o anche comunemente “certificato energetico”) è un documento che attesta la prestazione e la classe energetica di un immobile e indica gli interventi migliorativi più convenienti. Attraverso l’APE il cittadino viene a conoscenza di caratteristiche quali il fabbisogno energetico dell’edificio o dell’unità edilizia, la qualità energetica del fabbricato, le emissioni di anidride carbonica e l’impiego di fonti rinnovabili di energia, che incidono sui costi di gestione e sull’impatto ambientale dell’immobile, ed è guidato verso una... Leggi, progettazione ex L.10, ecc.), è possibile indicare gli ulteriori parametri che caratterizzano l’utilizzo e la gestione dell’edificio (es. profilo di occupazione e apporti interni, temperature e umidità di set point, utilizzo delle schermature e chiusure, ecc.), al fine di ottenere per ogni ora dell’anno i seguenti risultati:

• Temperatura interna dell’aria, temperatura interna operante e media radiante;
• Carico termico sensibile e latente per riscaldamento e raffrescamento;
• Condizioni termoigrometriche dell’aria da immettere per garantire la necessaria umidificazione e deumidificazione;
• Comfort/Discomfort all’interno degli ambienti nelle ore di accensione dell’impianto e/o nelle ore di occupazione, per valutare eventuali sottodimensionamenti dell’impianto .

Il software consente di effettuare le seguenti tipologie di calcolo:

• Impianto reale: per verificare il comportamento reale dell’edificio, in base al profilo d’uso e impianto specificato nel progetto;
• Potenza illimitata: il calcolo consente di ottenere dei risultati utili per il dimensionamento dell’impianto, assumendo il profilo d’uso reale e assumendo una potenza infinita dell’impianto;
• Impianto spento: il calcolo consente di valutare il comfort e le temperature interne dell’edificio, assumendo il profilo d’uso reale e assumendo l’assenza di impianto (free floating).

Diagnosi energetica oraria

Diagnosi energetica oraria per valutare i consumi reali dell’edificio, con la massima flessibilità e precisione prevista dal metodo dinamico orario secondo la UNI EN ISO 52016.

Dopo aver eseguito il calcolo è possibile inserire i dati di fatturazione al fine di validare il modello di calcolo e valutare gli interventi di efficientamento energetico.

Una specifica funzionalità di computazione (già integrata nel software) supporta il tecnico nella valutazione economica, consentendo di valutare la spesa iniziale da sostenere per gli interventi ottenendo in automatico un dettagliato computo metrico estimativo.

Verifica CAM

Verifica dei requisiti energetici previsti dai criteri ambientali minimi (CAM) di cui al Decreto 19 ottobre 2022 – Ministero della Transizione Ecologica recante “Criteri Ambientali Minimi per l’affidamento del servizio di progettazione ed esecuzione dei lavori di interventi edilizi” approvato con DM 19 ottobre 2022 n. 459 e pubblicato in Gazzetta Ufficiale n. 282 del 2 dicembre 2022.

In particolare, la funzionalità consente di valutare in maniera specialistica i seguenti criteri:

• 2.3.3 – Riduzione effetto isola di calore estiva
• 2.3.7 – Approvvigionamento energetico
• 2.4.2 – Prestazione energetica: verifica dei requisiti previsti dal DM Requisiti Minimi e del comfort termico estivo con calcolo della temperatura operante estiva (secondo la UNI EN ISO 52016)
• 2.4.5 – Aereazione, ventilazione e qualità dell’aria: verifica delle portate secondo la UNI 10339 e delle Classi previste dalla UNI EN 16798-1
• 2.4.6 – Benessere termico: la verifica è effettuata secondo la UNI EN ISO 7730, sia nel periodo invernale che estivo assumendo rispettivamente la temperatura radiante calcolata secondo la UNI EN ISO 52016;
• 2.4.8 – Dispositivi di ombreggiamento
• 2.4.9 – Tenuta all’aria
• 2.4.14 – Disassemblaggio e fine vita

Inoltre, Blumatica Dinamico Orario è già aggiornato alle Appendici Nazionali della UNI EN ISO 52016, che introduce le seguenti modifiche al metodo europeo:

• Nuovo modello RC per le strutture opache: mentre nel modello Europeo le strutture sono discretizzate in un numero fisso di nodi (5 per i componenti opachi e 2 per gli infissi), l’appendice Nazionale prevede un modello molto più elaborato dove il numero di nodi è variabile ed è legato alla reale composizione e sequenza degli strati che compongono la struttura.
• Modiche al calcolo orario dell’extraflusso verso la volta celeste;
• Definizione di un metodo di calcolo del fattore Fw dei serramenti che riduce l’apporto solare entrante in funzione dell’orientamento e del trattamento eventualmente eseguito sui vetri;
• Modifica dei valori standard delle frazioni convettive per diversi tipi di impianto (a radiatori, a pannelli radianti, a ventilconvettori, a tutt’aria).

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Luca Cocozza

Responsabile Ricerca e Sviluppo Area Energia