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Modulo di
Energetica dell’edificio
Docenti:
Prof. Ing. Marco Dell’Isola
Facoltà di Ingegneria
Università degli studi di Cassino
Ing. Fernanda Fuoco
Facoltà di Ingegneria
Università degli studi di Cassino
Anno Accademico 2013-2014
Indice
Concetti e definizioni di base
Energia ed Exergia
Fonti tradizionali e rinnovabili
Consumi energetici
Risparmio energetico
Comfort ambientale
Sviluppo sostenibile
Normative e le politiche energetiche
Direttiva europea 2002/91/CE
Legge 10/91
DLgs 192/05 e succesive modifiche (DLgs 311/06,…)
Umbrella Document
Nuove strategie Energetiche
passivhaus
sistemi energetici (fonti rinnovabili, microcogenerazione, generazione distribuita)
certificazione e diagnosi energetica
L’energetica
A partire dal dopoguerra l’enorme disponibilità di energia a basso costo aveva creato sia negli utenti che nei progettisti l’illusione di una disponibilità illimitata della risorsa energetica. La prima consapevolezza di tale illusione si ebbe a partire dagli anni ’70 con la crisi petrolifera, quando si assistette al quintuplicare del prezzo del petrolio. Per contenere i consumi energetici in Italia fu emanata la legge 373/76 che mirava a contenere i fabbisogni termici per il riscaldamento invernale degli edifici.
Contestualmente a livello scientifico cominciò nei ricercatori e nei tecnici una grande attenzione alla “Energetica”, disciplina che studia l’uso razionale dell’energia. Tale disciplina ha le sue fondamenta nella termodinamica e nello studio dei sistemi energetici, ma è divenuta sempre più complessa per le sue implicazioni ambientali, economiche e sociali.
Per affrontare correttamente la problematica energetica è infatti indispensabile tenere in debito conto:
l’impatto ambientale dei sistemi energetici (effetto serra, depauperamento delle fonti fossili, inquinamento locale, …);
la sostenibilità economica dei consumi energetici (consumi energetici e costi di acquisto, manutenzione e dismissione dei sistemi energetici);
la disponibilità sociale del bene energetico (sviluppo demografico, incrememento consumi paesi emergenti, implicazioni politiche).
Forme di energia
Nello studio della termodinamica si è fatto riferimento ad un importante distinzione tra
le forme di energia in transito attraverso il confine di un sistema
calore
lavoro
le forme di energia accumulata in un sistema:
energia meccanica, (energia pregiata in quanto direttamente utilizzabile e convertibile in altre forme) associata all’energia potenziale (ad esempio in un campo gravitazionale) e all’energia cinetica;
energia elettrica, associata all'accumulo di cariche elettriche;
energia chimica, associata all’energia potenziale accumulata che può liberarsi come risultato di una reazione chimica;
energia nucleare, associata all’energia potenziale accumulata che può liberarsi come risultato di una reazione nucleare;
energia termica, associata all’energia interna accumulata un sistema (sensibile o latente) in cui tutte le forme di energia possono essere convertite (integralmente); la conversione opposta non risulta ovviamente integralmente possibile per il II Principio della Termodinamica.
Fonti di energia (rinnovabili e non)
Tra le fonti energetiche disponibili sul nostro pianeta, è possibile distinguere le fonti rinnovabili e non rinnovabili; le prime sono risorse la cui disponibilità continuamente si rinnova nel tempo (o comunque possono ritenersi “praticamente inesauribili”) mentre le seconde sono risorse che si sono accumulate nel passato e che non risultano più disponibili una volta consumate.
Le fonti di energia disponibili sul nostro pianeta si presentano (nelle forme su citate) come:
energia idraulica (meccanica) disponibile da salti idraulici (dighe e sbarramenti di fiumi e torrenti)
energia delle maree (meccanica) disponibile dallo sfruttamento delle maree
energia eolica (meccanica) disponibile dalo sfruttamento dei venti;
energia solare (elettromagnetica) disponibile dalle radiazioni solari (termica o fotovoltaica);
energia geotermica (termica) disponibile da sorgenti termiche naturali (soffioni, etc);
energia nucleare disponibile da fissione di uranio e torio (in futuro si spera da processi di fusione termonucleare di deuterio e di litio).
energia da biomasse (chimica) disponibile da combustibili vegetali o animali(deiezioni);
energia fossile (chimica) disponibile da riserve di combustibili (carbone, petrolio e gas naturale);
Utilizzando un’analogia economica possiamo dire che mentre Il consumo delle fonti “non rinnovabili” intacca il “capitale energetico”, l’utilizzo delle rinnovabili riguarda solo gli “interessi” del capitale.
Le fonti rinnovabili:
il fotovoltaico Il componente fondamentale dell’impianto è la cella fotovoltaica,
costituita da un materiale semiconduttore (generalmente silicio), cui spetta la conversione dell’energia solare incidente.
In ambito commerciale, la più diffusa (circa 94,2%) tipologia di cella fotovoltaica è basata su:
silicio monocristallino in grado di garantire rendimenti del 1417% (modulo pari a 1215%);
silicio policristallino (circa il 60% del mercato totale), caratterizzato rendimenti generalmente non superiori al 13-15% (modulo pari a 1114%
“silicio amorfo” o a “film sottile” (la tecnica più economica) caratterizzato da una efficienza media di conversione del 57%). presenta la potenzialità di poter deporre uno strato su substrati anche flessibili e leggeri e di forma qualunque.
moduli a film sottile con semiconduttori composti (GaAs, InGaP, CdTe, CuIn-GaSe2)
La quantità di energia elettrica prodotta da un sistema fotovoltaico dipende da numerosi fattori:
superficie dell’impianto
posizione dei moduli FV nello spazio (angolo di inclinazione rispetto all’orizzontale ed angolo di orientamento rispetto al Sud)
radiazione solare incidente nel sito di installazione
efficienza dei moduli FV
efficienza del BOS
altri parametri (p.es. temp. di funzionamento)
Le fonti rinnovabili:
il mini-eolico Le macchine eoliche sono classificabili in funzione di numerose
variabili:
in funzione della posizione dell’asse di rotazione, della potenza, della velocità del rotore, del numero di pale, del tipo di regolazione ecc.
In base alla loro dislocazione sul territorio gli impianti eolici possono essere classificati in impianti sulla terraferma (on-shore) e impianti sul mare (off-shore).
I moderni aerogeneratori hanno caratteristiche modulari, sono affidabili e si collocano nel sito in tempi molto brevi; sono costruiti per operare in modo continuativo, con scarsa manutenzione (ogni 6 mesi) e poco personale (2 addetti per ogni 20-30 macchine) per un periodo di oltre 20 anni. La tipologia più diffusa è quella tripala.
Gli ostacoli che ancora permangono ad una diffusione massiva di impianti eolici sono principalmente costituiti dalla mancanza di certezze sugli iter autorizzativi e di conoscenze diffuse e approfondite sul quadro normativo. Non meno importante è, quasi sempre, la mancanza del consenso locale associato all’aspetto dell’impatto ambientale a cui gli impianti eolici possono dare origine.
Oltre alle su menzionate problematiche i fattori che stanno osteggiando l’installazione di nuovi impianti eolici ricadono nel campo dell’impatto ambientale:
l’impatto visivo sul paesaggio (effetto selva ed effetto barriera);
l’inquinamento acustico;
l’impatto sulla fauna (soprattutto uccelli e pipistrelli).
l’impatto elettromagnetico
Le fonti rinnovabili:
il mini-idro Le turbine idrauliche utilizzano l’energia potenziale posseduta da
una massa d’acqua tra un dislivello, detto salto, esistente tra le due sezioni di pelo libero superiore (a monte) ed inferiore (a valle).
La tecnologia in campo idroelettrico è attualmente giunta a piena maturità e l’uso industriale della risorsa idrica, almeno nei Paesi Europei ha quasi raggiunto il suo potenziale tecnico.
Esistono comunque possibilità di impiego della risorsa idroelettrica, su piccola scala:
salti d’acqua sugli acquedotti
piccole turbine (da pochi kW a poche decine di kW) posizionate su rigagnoli o torrenti di montagna
La fonte idroelettrica può essere utilizzata in applicazioni:
Off-grid o stand-alone: sistemi non collegate in rete. In genere si tratta di pico-centrali a servizio di utenze da pochi kilowatt.
On-grid o grid-connected: sistemi connessi alla rete BT. In genere sono micro-impianti realizzati per l’autoconsumo che possono cedere la rimanente energia prodotta al Distributore locale.
Tuttavia anche i microimpianti idroelettrici possono però avere impatti negativi sull’ambiente:
impropria occupazione e trasformazione del suolo;
derivazione e captazione risorse idriche superficiali;
mantenimento ecosistema fluviale (D.M.V. – Deflusso Minimo Vitale);
possibile alterazione della flora e della fauna;
i rumori e le vibrazioni
Le fonti rinnovabili:
il solare termico Questa tecnologia ha raggiunto la piena maturità ed affidabilità
tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo domestico e produttivo. La radiazione solare (che può raggiungere 1kW/m² nelle giornate di cielo sereno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre.
Il rendimento dei pannelli solari è notevolmente aumentato nell'ultimo decennio (fino al 80%), rendendo possibile applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente competitive.
Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45÷60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a secondo dell'efficienza che varia con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore tra 30 % e 90%.
Le applicazione possibili sono:
riscaldare acqua sanitaria,
riscaldamento edifici (con impianti a pavimento)
condizionamento estivo (con pompe di calore)
I collettori solari possono essere di diversi tipi:
i collettori piani (i più comuni)
i collettori a tubo vuoto (più costosi ma più efficienti)
Nel mondo sono installati oltre 40 milioni di metri quadri di pannelli solari di cui più di 4 milioni nell'Unione europea.
In Italia l'applicazione dei pannelli solari per scaldare l'acqua può essere ancora molto potenziata.
Le fonti rinnovabili:
la geotermia e GSHP Il GSHP(Ground Source Heat Pump) è’ un sistema d’utilizzo della
risorsa geotermica a bassa entalpia (lo sfruttamento della risorsa è conveniente già da 12°C). Si basa sul fatto che, già oltre i 20 metri di profondità, la temperatura del sottosuolo è costante e non dipende più dalle escursioni termiche giornaliere e stagionali.
Gli scambiatori geotermici possono essere orizzontali o verticali (dai 50 fino ai 400 metri di profondità) ad acqua di falda. Un fluido è pompato all’interno di un circuito chiuso all’interno di uno o due tubi di polietilene a forma di U; lo spazio vuoto è riempito con una miscela di bentonite e cemento che assicura un buon contatto termico tra i tubi e la parete della perforazione. Il fluido circolante nelle condotte recupera il calore dal terreno e fornisce l’energia geotermica (70% dell’energia totale) ad una pompa di calore permette di innalzare la temperatura a circa 35°.
La geotermia ad alta entalpia consiste nel convogliare il vapor d’acqua proveniente dalle sorgenti d'acqua del sottosuolo verso apposite turbine adibite alla produzione di energia elettrica e riutilizzando il vapore acqueo per il riscaldamento, le coltivazioni in serra e il termalismo. Le principali applicazioni del vapore naturale proveniente dal sottosuolo sono:
la produzione di energia elettrica
il riscaldamento aria o dell’acqua
l’utilizzo dell'acqua geotermica nell'industria (alimentare, legno ecc.)
Il condizionamento estativo
Le fonti rinnovabili:
le biomasse La biomassa rappresenta la forma più sofisticata di accumulo
dell’energia solare. Questa, infatti, consente alle piante di convertire la CO² atmosferica in materia organica, tramite il processo di fotosintesi, durante la loro crescita.
Il termine biomassa riunisce una quantità di materiali organici, di natura estremamente eterogenea. In forma generale, si può dire che è biomassa tutto ciò che ha matrice organica, con esclusione delle plastiche e dei materiali fossili. Le più importanti tipologie di biomassa sono
biomasse di origine forestale e residui delle industrie di prima trasformazione del legno
biomasse di origine agricola e residui delle industrie agro-alimentari
biomasse da rifiuti urbani
Tra le varie tecnologie di conversione energetica (conversione biochimica e termochimica) delle biomasse alcune possono considerarsi giunte ad un livello di sviluppo su scala industriale, altre necessitano invece di ulteriore sperimentazione per aumentare i rendimenti e ridurre i costi
Le tecnologie attualmente disponibili (non tutte egualmente mature) sono:
combustione diretta, carbonizzazione, pirolisi, massificazione,
digestione anaerobica ed aerobica, fermentazione alcolica, estrazione di olii, produzione di biodiesel, steam explosion.
Le prospettive delle fonti rinnovabili:
la situazione nazionale
Regioni Idro Eolico FV Geot Biomasse Totale % sul
FER Italia
% sul
prod. reg.
% su dom.
reg.
Emis.CO
2 evit.[kt]
Piemonte 5560,2 - - - 193,3 5753,5 12,00% 33,40% 20,70% 4027
Valle
d’Aosta 2856,9 - - - 4,2 2861,1 6,00% 100,00% 258,60% 2003
Lombardia 8681,7 - - - 1516,7 10198,4 21,30% 25,60% 15,40% 7139
Trentino 7409 - - - 79,4 7488,4 15,60% 92,30% 118,80% 5242
Veneto 2937,3 - - - 334,4 3271,7 6,80% 11,08% 10,60% 2290
Friuli V.
Giulia 1188,6 - - - 47,5 1236,1 2,60% 14,00% 12,40% 865
Liguria 202,9 3,2 - - 18,4 224,5 0,50% 1,60% 3,20% 157
Emilia
Romagna 802,6 3,2 - - 634,8 1440,6 3,00% 5,90% 5,30% 1008
Toscana 588,9 4,4 - 5340,5 287,4 6221,2 13,00% 31,50% 29,00% 2753
Umbria 1061,7 3,3 - - 107,5 1172,5 2,40% 26,20% 19,80% 821
Marche 469,3 - - - 29,3 498,6 1,00% 15,30% 6,40% 349
Lazio 843,8 2,2 - - 344,3 1190,3 2,50% 3,90% 5,20% 833
Abruzzo 1640,8 148,1 1 - - 1789,9 3,70% 35,90% 25,90% 1253
Molise 168,6 57,9 - - 108,8 335,3 0,70% 25,80% 21,60% 235
Campania 528,8 454,1 2,9 - 81 1066,8 2,20% 20,20% 6,10% 747
Puglia - 457,6 0,2 - 150,3 608,1 1,30% 2,00% 3,40% 426
Basilicata 275,6 125,3 - - 10,5 411,4 0,90% 27,60% 13,80% 288
Calabria 1086,6 - 0,3 - 441,6 1528,5 3,20% 16,50% 25,70% 1070
Sicilia 112,7 48,5 - - 41,7 202,9 0,40% 0,80% 1,00% 142
Sardegna 258,5 150,8 0,6 - 62 471,9 1,00% 3,40% 3,80% 330
Totale 36.674 1.458 5 5.340 4.493 47.971 100,00% 16,30% 15,00% 31978
PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA FONTE RINNOVABILE GWh (2004)
Utilizzo delle fonti: vettori energetici
Le fonti energetiche non vengono quasi mai utilizzate direttamente nella forma in cui si trovano in natura, ma convertite in fonti secondarie e vettoriate verso gli utenti finali.
Ad esempio:
il petrolio grezzo viene distillato per ottenere prodotti derivati quali benzina, kerosene, gasolio;
il carbone naturale viene lavorato per ottenere coke e gas combustibili;
l’energia idraulica, eolica, nucleare sono convertite in energia elettrica o idrogeno.
l’energia geotermica viene convertita in energia elettrica o talvolta vettoriata mediante vapore/ acqua calda
Consumi finali nel riscaldamento degli
edifici
In Italia più di 1/3 del fabbisogno annuale d’energia primaria è utilizzato per il riscaldamento di edifici civili ed industriali.
Il consumo di energia risulta circa pari a 45 Mtep/anno cui corrispondono emissioni di CO2 per circa 120 milioni di tonnellate/anno (la combustione di 1 m3 di CH4 produce un emissione di 1,98 kg di CO2 in atmosfera).
Negli ultimi 20 anni l’andamento dei consumi si è mantenuto pressochè costante nel settore residenziale, mentre è quasi raddoppiato nel settore terziario.
Le tipologie di consumi sono invece radicalmente cambiate con una costante diminuzione del gasolio a vantaggio del gas naturale.
Recentemente il mercato rivolge una grande attenzione ai combustibili da biomassa ed alle fonti rinnovabili.
Consumi di Energia Primaria in Italia
Cosumi finali di energia nel settore residenziale
0
5
10
15
20
25
30
19901991
19921993
19941995
19961997
19981999
20002001
20022003
20042005
MTe
p
Carbone Legna GPL Gasolio
Energia elettrica Gas Totale
Consumi
(Mtep)
Petrolio
(%)
Gas
(%)
Carbone
(%)
Elettricità
(%)
Trasporti 44.650 97% 1% - 2%
Industria 41.020 19% 40% 12% 29%
Residenziale e Terziario 43.410 11% 55% 4% 30%
Totale 144.100 48% 29% 5% 18% Dati MiSE (Bilancio sintetico 2007)
(Fonte ENEA Dossier Ecobuilding)
Cosumi finali di energia nel settore terziario
0
5
10
15
20
25
30
19901991
19921993
19941995
19961997
19981999
20002001
20022003
20042005
MTe
p
Carbone Legna GPLGasolio Energia elettrica GasTotale
Mercato Residenziale
Potenziale annuo in Italia
Totali abitazioni (27,5 milioni)
Abitazioni occupate stabilmente (oltre
21 milioni)
Abitazioni non occupate stabilmente
(circa 6 milioni)
Contratti
Contratti di locazione (1 milione)
Contratti di compravendita (750.000)
Costruzioni
Nuove costruzioni (690.000) 66%
Ristrutturazioni (350.000) 33%
Mercato Potenziale delle Progettazioni
Nuove
Costruzioni
690.000
Ristrutturazion
350.000
Nota: Si prevede che nei prossimi dieci anni il
mercato riguarderà per circa il 20% le nuove
costruzioni e per l’ 80% le ristrutturazioni
Consumi e Prestazioni energetiche
tipiche del sistema edificio-impianto
nel settore residenziale in Italia
Edificio Riscaldamento
EPi
[kWh/m2anno]
ACS
EP acs
[kWh/m2anno]
Non recente 250 35
Recente 200 30
A Basso
Consumo
70 20
Passiv-Haus 15 10
Gli edifici italiani presentano il minor consumo energetico specifico per mq fra quelli dei paesi sviluppati, con la sola eccezione del Giappone (per le minori esigenze di comfort di quel paese), ma uno dei maggiori consumi specifici per mq e Grado-Giorno. Se ne deduce che i bassi consumi per mq sono dovuti alla mitezza del clima (media geografica dei Gradi-Giorni inferiore a 2000) ma che le nostre abitazioni possiedono involucri mal coibentati e/o il processo di riscaldamento non è gestito correttamente
Consumi e Prestazioni energetiche
tipiche del sistema edificio-impianto
nel settore residenziale
Tipologie di consumi
I consumi energetici nel settore residenziale sono principalmente ascrivibili a:
Gas
riscaldamento invernale;
produzione di acqua calda sanitaria;
uso cottura
Energia elettrica:
elettodomestici
illuminazione
condizionamento estivo
Parametri di influenza
I parametri che influenzano le prestazioni energetiche di un sistema edificio impianto sono:
la tipologia edilizia (rapporto S/V, ponti termici, orientamento, ..);
l’isolamento termico dell’involucro;
gli infissi e l’impermeabilità all’aria;
il sistema di generazione, regolazione, distribuzione, emissione.
Orientamento
5%
Isolamento Termico
25-30%
Finestre
10-15%Ventilazione
15-20%
Impianto
termico
20-25%
Inerzia
termica
5%Rapporto S/V
5%
Ponti Termici
10%
Parametri di influenza delle prestazioni energetiche
Condizionamento
estivo
5-10%Uso cucina
5-10%
Riscaldamento
ivernale
50-60%
ACS
10-15%
Illuminazione
10-15%Elettrodomestici
15-20%
Tipologie di consumi
Potenzialità di risparmio
Da ciò si evince l’importanza tecnica di oculati interventi
d’isolamento termico degli edifici.
Ad esempio:
Per mantenere gli ambienti di un edificio di tipo tradizionale
ad una temperatura interna a 20 °C in corrispondenza di una
temperatura esterna di 0 °C richiede l’impiego di una
potenza termica pari a circa 10-15 W/m2
Un migliore isolamento termico di detto edificio potrebbe
ridurre tale valore a circa 5-10 W/m2 con un risparmio del
30%.
Indici di Prestazioni Energetiche del sistema
Edificio-Impianto
Parametro fondamentale di valutazione è il fabbisogno di Energia Primaria EP riferito alla superficie dell’edificio o di una unità immobiliare nel caso di edifici residenziali ed espresso in kWh/m2 anno, riferito invece al volume nel caso di edifici industriali ed espresso in kWh/m3 anno.
La prestazione energetica complessiva dell’edificio è espressa attraverso l’indice di prestazione energetica globale EPgl.
EPgl= EPi + EPacs + EPe + EPill
avendo indicato con:
EPi l’indice per la climatizzazione invernale;
EPacs l’indice per la produzione dell’acqua calda sanitaria;
Epe l’indice per la climatizzazione estiva (inizialmente qualitativo);
EPill l’indice per l’illuminazione artificiale (inizialmente ignorato)
Valore Limite EPi dal 1/1/2008
Valore Limite EPi dal 1/1/2010
22
Indice di prestazione impianto:
Rendimento globale medio stagionale ηg
Il valore del rendimento globale medio stagionale ηg si calcola con la relazione:
dove:
ηP = rendimento di produzione medio stagionale;
ηE = rendimento di emissione;
ηC = rendimento di regolazione;
ηD = rendimento di distribuzione.
ηg = ηP ·ηE · ηC · ηD
%log375lim, ng P
Tipologia Edilizia (20-30%)
(Rapporto S/V, Orientamento, Inerzia termica, …)
Sfasamento Attenuazione
(fattore di
decremento)
Prestazioni Qualità
prestazionale
S > 12 fa ≤ 0,15 Ottime I
12 ≥ S > 10 0,15 < fa ≤ 0,30 Buone II
10 ≥ S > 8 0,30 < fa ≤ 0,40 Sufficienti III
8 ≥ S > 6 0,40 < fa ≤ 0,60 Mediocri IV
6 ≥ S fa > 0,60 Cattive V
Tecnologie Isolamento termico pareti opache (25-30%)
Isolamento pareti, coperture e solai:
a) a cappotto;
b) interno
c) in intercapedini
d) …
Materiali isolanti:
a) Lana di vetro/ di roccia;
b) Calcestruzzi leggeri (perlite/vermiculite argilla espansa)
c) Laterizi speciali/ Blocchi leggeri
d) Isolanti naturali (sughero Fibre di legno
e) Isolanti sintetici (poliuretano, polistirene, policloruro di vinile, …)
Tipologie di parete:
a) facciate ventilate;
b) facciate doppia pelle
c) ..
Tecnologie Infissi (10-15% + ventilazione)
Vetrocamera:
a) ulteriore frazionamento dell’intercapedine (con ulteriori vetri o con film);
b) distanziatori dotati di bassa conduttività termica
c) gas a bassa conduttività dell’aria;
Vetri speciali:
a) vetri antisolari -riflettenti
b) vetri per isolamento termico - basso-emissivi
c) vetri antisolari basso-emissivi-riflettenti (vetri Selettivi)
Telai:
a) l’uso di telai metallici con taglio termico;
b) l’uso di distanziatori con bassa conducibilità termica;
c) l’incremento della tenuta all’aria.
Tecnologie innovative negli impianti (20-25%):
Sistemi di generazione, regolazione, distribuzione, emissione
Generatori
a) Caldaie a condensazione; a biomassa
b) Pompe di calore; GHP
c) Pannelli Solari, Solar cooling
d) Centralizzazione, Cogenerazione
e) …
Regolazione:
a) Modulante (in alternativa alla on-off)
b) Terminali dei singoli locale/radiatore
c) Sistemi domotici
d) Mediante inverter (climatizzazione),
e) …
Distribuzione:
a) Riduzione della temperatura
b) Coibentazione tubazioni
c) …
Emissione:
a) terminali a bassa temperatura
- pannelli radianti;
- ventilconvettori.
b) terminali ad espansione diretta (climatizzazione)
Comfort e Risparmio energetico
Privilegiato l’aspetto:
strutturale (costruzioni
antisismiche,
prefabbricati,
tensostrutture, …)
architettonico (facciate
a vista, glass house,
finestre a nastro, …)
A svantaggio di:
funzionalità
dell’involucro edilizio in
termini di comfort
(termico, acustico,
visivo, olfattivo…)
efficienza degli
impianti (..)
Sostenibilità ambientale:
Il clima
La temperatura media
superficiale è cresciuta di
0.74 (±0.18 °C) dal 1906
al 2005.
11 degli ultimi 12 anni
(1995-2006) sono tra i
primi 12 nella classifica
degli anni più caldi dal
1850.
Fonte: Report of the Intergovernmental
Panel on Climate Change, 2007
Sostenibilità ambientale:
l’effetto serra
GAS CLIMA ALTERANTI
CO2 : dal 1750 a oggi +36% - La
concentrazione odierna è la più alta
degli ultimi 650.000 anni e
probabilmente la più alta degli ultimi 20
milioni di anni –
Contribuisce per il 60% all’effetto serra
[1.66W/m2]
CH4 : dal 1750 a oggi +150% -
Concentrazione più alta degli ultimi
650000 anni
Contribuisce col 20% [0.48W/m2]
N2O: +16% - Concentrazione più alta
degli ultimi 1000 anni –
Contribuisce col 6% [0.15W/m2]
Fonte: Report of the Intergovernmental
Panel on Climate Change, 2007
Sostenibilità sociale:
la crescita demografica Il rapido incremento della popolazione
mondiale, che secondo le stime passerebbe dagli attuali 6,5 miliardi di persone a circa 9,1 miliardi entro il 2050, potrebbe avere "gravi conseguenze sulla sicurezza" non solo per un paese o una regione, ma per il mondo intero
Oggi la distribuzione dei consumi pro-capite è estremamente disomogenea.
Circa il 15% della popolazione mondiale consuma più del 50% dell’energia, 1/3 non usa energia elettrica ed 1/3 ne fa un uso limitato
Sostenibilità economica:
I consumi di energia elettrica e termica
Il carbone sviluppa nella combustione 0,36 kg di CO2/kWht
Le attuali riserve di carbone di 454.000 Mtep potrebbero durare per 150 anni o poco piu'.
I paesi in via di sviluppo consumano quasi esclusivamente carbone. Cina e India sono tra i principali consumatori
Il petrolio sviluppa nella combustione 0,27 kg di CO2/kWht
Le attuali riserve di petrolio di 156.000 Mtep potrebbero durare per circa 40-50 anni.
Il petrolio non si trova ovunque sulla terra e di conseguenza e' causa di conflitti (Guerra del Golfo del 1991)
Il gas naturale e' un combustibile relativamente pulito rispetto a carbone e petrolio. Esso sviluppa nella combustione 0,20 kg di CO2/kWht
Le attuali riserve di gas naturale di 161.000 Mtep potrebbero durare per circa 60-70 anni'.
Oggi il consumo di gas naturale ha superato quello del carbone nei paesi sviluppati.
CONSUMO TOTALE DI ENERGIA NEL MONDO, 2005
11.500 Mtep/anno; 481 EJ/anno
Petrolio; 37,52%
Gas Naturale; 23,16%
Carbone; 25,16%
Nucleare; 6,15%
Fonti rinnovabili +
geotermia; 7,52%
ITALIA - CONSUMO DI ENERGIA PER FONTE, 2005
198 Mtep/anno; 8,29 EJ/anno
Petrolio; 43,10%
Gas Naturale; 36%
Importazioni nette
energia elettrica;
5,50%
Carbone; 8,60%
Fonti rinnovabili +
geotermia; 6,80%
Sostenibilità economica:
Andamento dei consumi di energia
Consumi di energia
I consumi mondiali di energia sono in continuo aumento si è passati da un consumo di 6500 milioni di TEP/anno degli anni 80 agli attuali 11.500.
Anche in Italia l’incremento dei consumi è quasi raddoppiato negli ultimi 25 anni raggiungendo i circa 200 milioni TEP/anno)
Suddivisione dei consumi
L’aumento della domanda di energia riguarda soprattutto i settori residenziale e terziario ed è causato essenzialmente da fattori climatici.
In particolare tali consumi sono aumentati in maniera sostenuta con un incremento sia dei consumi di gas per il riscaldamento ambientale sia dei consumi elettrici per la climatizzazione estiva.
Consumi di energia in Italia (Mtep)
Sostenibilità economica:
Prezzo dell’energia elettrica e del gas
La competitività è significativamente influenzata dalle condizioni nelle quali il mercato dell’energia si trova ad operare. A tale scopo è importante il confronto tra le tariffe dell’energia elettrica in Italia e quelle nei Paesi dell’Unione Europea.
Valutate rispetto a differenti tipologie di utenza sia industriale che domestica, le tariffe italiane appaiono in assoluto le più elevate sia per gli utenti industriali che per gli usi domestici
Le tariffe per le utenze domestiche, escluse le fasce sociali, appaiono più basse solo di quelle olandesi e danesi, comprese tutte le tasse.
Nel comparto del gas le tariffe italiane si collocano tra quelle più elevate per i consumatori domestici, mentre risultano abbastanza contenute per gli utenti industriali (ad esempio, sono superiori i prezzi che vengono praticati in Olanda, Regno Unito e Germania).
Sostenibilità economica:
I costi di produzione dell’energia FONTE COSTI NETTI
Settore Produzione Elettrica
Convenzionale 3,6 - 5 c€/kWh
Idroelettrico 2,9 -14 c€/kWh
Generatori Eolici Off-shore 4,9 -12,5 c€/kWh
Generatori Eolici On-shore 3,6 -8,5 c€/kWh
Centrali a Biomassa, Biogas, RSU 0,19 -19,5 c€/kWh
Solare FV (in rete) Min. 34, medio 65 c€/kWh
Centrali a marea 5,5 -13 c€/kWh
Riscaldamento
Convenzionale 1,5 - 2,7 c€/kWht
Utilizzo Biomasse 4,3 -10,9 c€/kWht
Geotermia 3,3 -12,2 c€/kWht
Collettori solari termici 5,8 -19,7 c€/kWht
Trasporti
Convenzionale 3,6 -4,6 c€/kWh
Biocombustibili 1° generazione 4,9 -6 c€/kWh
Biocombustibili 1° generazione 7,9 -9,1 c€/kWh
Fonte: UE 2006
Politiche energetiche:
Protocollo di Kyoto
L’obiettivo aggregato di riduzione per i cosiddetti Paesi Annex I era originariamente fissato al 5,2% da conseguire entro il periodo 2008-2012 rispetto all’anno base 1990.
Gli Stati Uniti, come noto, non hanno proceduto alla ratifica del Protocollo riducendo l’obiettivo vincolante al 3%.
Al 2004 le emissioni aggregate dei gas climalteranti dei Paesi Annex I risultavano del 3,3% inferiori al 1990.
Tra i Paesi occidentali l’Europa dei 15 ha registrato una diminuzione delle emissioni dello 0,9%, a fronte di un incremento negli Stati Uniti del 15,8%. La riduzione dell’Europa a 25 ammonta invece al 4,9%.
Il Protocollo assegna all’Italia un obiettivo di riduzione delle emissioni di gas serra, da realizzarsi entro il 2012, del 6,5% rispetto ai livelli del 1990.
In realtà nel nostro Paese le emissioni, invece di diminuire, sono aumentate del 13%, portando a circa il 20% la riduzione da realizzarsi da oggi al 2012. Gli aumenti più consistenti di emissioni hanno riguardato i trasporti (+27,5%) e la produzione di energia termoelettrica (+17%).
Per conseguire gli obiettivi di Kyoto si dovrebbe realizzare una riduzione del consumo di combustibili fossili tra il 15 e il 20%.
Politiche energetiche:
la comunità europea L’articolazione temporale di questo piano prevede tre
tappe fondamentali :
al 2020 coprire il 20% di energia prodotta con fonti rinnovabili più vicini al mercato (compresi i parchi eolici offshore e i biocarburanti di seconda generazione),
al 2030, produrre energia elettrica e calore con ridotte emissioni di carbonio anche attraverso il ricorso a sistemi di cattura e stoccaggio della CO2; adattare gradualmente i sistemi di trasporto ai biocarburanti di seconda generazione e alle celle a combustibile a idrogeno,
dal 2050 e oltre, completare il passaggio ad un sistema energetico europeo “carbon free” attraverso l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili e l’utilizzo sostenibile del carbone, del gas e dell’idrogeno e, in prospettiva, della fissione nucleare di quarta generazione.
La Commissione europea indica ai governi nazionali e alle altre istituzioni europee, l’obiettivo di ridurre le emissioni di CO2, da conseguire sia attraverso un incremento dell’efficienza in misura del 20% rispetto alle stime al 2020, sia attraverso l’introduzione di obiettivi vincolanti di sviluppo delle fonti di energia rinnovabile che dovranno fornire il 20% del fabbisogno energetico in Europa al 2020, e di ricorso a biocarburanti nel settore dei trasporti in misura di almeno il 10% al 2020.
Fonte: IEA Renewables Information 2006
La direttiva 2002/91/CE sulle prestazioni
energetiche degli edifici (EPBD)
articolo 3 – l’adozione di una metodologia di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici
articolo 4 – la fissazione di requisiti di prestazionie energetica
articolo 5 – requisiti per edifici di nuova costruzione di superficie > di 1000 m2
articolo 6 – requisiti per edifici ristrutturati di superficie > di 1000 m2
articolo 7 – certificazione energetica degli edifici
articolo 8 – una ispezione periodica delle caldaie e degli impianti di riscaldamento
articolo 9 – una periodica ispezione degli impianti di condizionamento d’aria
articolo 10 – esperti indipendenti
Quale futuro?
Principali Strategie
Risparmio energetico
Diversificazione delle Fonti e Promozione delle Fonti Rinnovabili
Razionalizzazione usi finali
Miglioramenti tecnologici
Generazione distribuita ed Integrazione mercati energetici
Decentramento, sussidiarietà e Cultura energetico-ambientale
Contabilizzazione ambientale (LCA, costi esterni, …)
Ruolo strategico della Ricerca
Principali Ostacoli
Nimby (Not In My BackYard)
Scelta Ideologica e non tecnica (es. Nucleare)
Costi rinnovabili ancora troppo elevati
Tempi di ritorno dell’investimento medio-alti
Privilegio aspetti micro-economici rispetto a quelli macro-economici
Diagnosi Energetica del
Sistema Edificio-Impianto
La diagnosi energetica (audit energetico) del sistema edificio-impianto è lo strumento che consente di individuare ed analizzare le inefficienze e le criticità energetiche sia dell’edificio sia degli impianti energetici ad esso associati.
Gli obiettivi di una diagnosi energetica sono pertanto:
effettuare un bilancio energetico del sistema edificio-impianto (analisi delle criticità ed inefficienze);
valutare le condizioni di comfort e di sicurezza necessarie;
individuare gli interventi di riqualificazione energetica che consentono di soddisfare gli standard quantitativi e qualitativi richiesti (coibentazione, sostituzione impianti, );
effettuare una valutazione tecnica ed economica degli interventi stessi;
effettuare una valutazione delle modalità di gestione del sistema edificio-impianto (contratti di fornitura di energia, modalità di conduzione, …)
La diagnosi energetica è pertanto un insieme sistematico di rilievo, raccolta ed analisi dei parametri relativi ai consumi energetici e alle condizioni di esercizio dell’edificio e dei suoi impianti.
Modello dipendenze funzionali
L’ Attestato di Certificazione
Energetica del sistema edificio-
impianto comprende le
caratteristiche di riferimento che
consentono di valutare e
confrontare le prestazioni
energetiche.
Metodologie di valutazione delle
prestazioni energetiche
Tipo di
valutazione
Determinazione
della prestazione
Dati di ingresso
Applicazione
Utenza Clima Edificio
impianto
di progetto calcolata standard standard elaborati di
progetto
-Concessione edilizia
-Certificazione energetica
-Ottimizzazione progetto
standard calcolata standard standard reale -Certificazione energetica
-Verifica requisiti di legge
adattata
all’utenza calcolata a seconda dei casi reale
-Diagnosi energetica
-Ottimizzazione in esercizio
-Progetto di riqualificazione
d’esercizio misurata reale reale reale -Diagnosi energetica
-Verifica consumi/modelli
Metodologie per la Valutazione dei
Consumi Energetici La valutazione dei consumi energetici degli
edifici è una problematica di grande attualità. Concordemente con quanto affermato dalla Direttiva Europea, è possibile individuare almeno quattro diverse metodologie per la valutazione dei consumi energetici degli edifici:
una metodologia quantitativa deterministica anche definita “rigorosa”;
una metodologia standardizzata basata sull’uso di energia calcolato in condizioni climatiche e di occupazione standard, anche definita “pragmatica”;
una metodologia statistica “estimativa”;
una metodologia a posteriori operativa in esercizio basata sull’energia misurata anche definita “storicista”.
Op
era
tio
na
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Fasi della diagnosi Energetica del
Sistema Edificio-Impianto E’ possibile quindi suddividere la diagnosi in differenti fasi:
A. Raccolta dei dati climatici, di utilizzo, descrittivi e di consumo di energia (dati sulle utenze elettriche, termiche, frigorifere, acqua, potenza, fabbisogno/consumo orario, fattore di utilizzo, ore di lavoro, etc.)
B. Stima del Bilancio energetico di riferimento (elaborato attraverso un modello di calcolo e confronto tra i dati energetici teorici e quelli derivanti dai consumi energetici reali).
C. Definizione e calcolo degli indicatori prestazionali (calcolati nell’ambito della diagnosi possono essere confrontati con indicatori di riferimento allo scopo di evidenziare in modo parametrico le carenze prestazionali).
D. Validazione del Bilancio (Verifica sperimentale)
E. Analisi delle carenze prestazionali (possono essere rilevate attraverso campagne di misura strumentali e attraverso questionari distribuiti agli utenti).
F. Definizione degli interventi riqualificazione (si riferiscono sia all’involucro sia agli impianti).
G. Analisi economica degli interventi (si possono definire diversi scenari d’intervento: per ciascuno di essi si dovranno valutare i costi ed i potenziali di risparmio).
E’ particolarmente utile conoscere le ripartizioni delle potenze e dei consumi per:
tipo di utilizzo (riscaldamento invernale, condizionamento estivo, ventilazione, ACS, illuminazione, altri servizi);
centro di costo (appartamento, condominio, esterni, ecc.)
fascia oraria e stagionale.
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