Abitazioni ecosostenibili

Abitazione ecosostenibile perché si adatta e si integra perfettamente conl'ambiente circostanze, con l’utilizzo di materiali che non sviluppanoemissioni nocive

Sostenible o autosostenibile?

Cosa si intende con il termine autosostenibilità?Con il termine di sistema autosostenuto, si intende un sistema che si alimenta di risorse prodotte al proprio interno. Tali risorse dovranno essere rinnovabili.

Principi fondamentali

• Riduzione e eliminazione di immissioni nocive (CO2)

Il Motto delle “R”

Risparmiare sul costo di gestione e manutenzione dell’abitazione,

Recuperare energia da fonti rinnovabili

Riciclare acqua (acqua piovana, depuratori), rifiuti e energia elettrica (onde elettromagnetiche)

Riutilizzare acqua (per sanitari), compost, (bio-gas)

Approvvigionamento energetico

Le Fonti Rinnovabili

Prof. Falabella

FONTI RINNOVABILI

Non provocano inquinamento Sono presenti in natura in quantità illimitate e rigenerabili Generano

energia pulitaLe uniche fonti di energia considerate rinnovabili sono:• l'energia solare• l'energia eolica• l’ energia idroelettrica• le biomasse• la geotermica•il moto delle onde.

Recupero acque piovane

ENERGIA SOLARE

Fotovoltaico

L'energia solare è l'energia trasmessa dalle radiazione solare che rappresenta la fonte primaria di energia sulla Terra.

Solare Termico

ENERGIA SOLARE

• VANTAGGI • SVANTAGGI

è inesauribile è una risorsa d'immediata reperibilità è pulita perché ci arriva attraverso i raggi del soleè conveniente in quanto la materia prima non costa nulla

Il principale svantaggio è la discontinuità dovuta all'alternanza del giorno e della notte, al ciclo delle stagioni, nonostante la tecnologia abbia fatto enormi passi in avanti per far fronte a questo problema.

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La captazione dell'energia solare

Gli apparecchi per la captazione dell'energia solare, chiamaticomunemente pannelli solari, sono attualmente di due tipi:

a) pannelli termici (impianto solare termico), che trasmettono a unfluido (in genere acqua) il calore fornito dall'irraggiamento solare;b) pannelli foto elettrici (impianto fotovoltaico), che possono esserecostituiti da fotocellule, che trasformano direttamente l'energia solarein energia elettrica, e da termo cellule, che raccolgono il caloredell'irraggiamento e lo trasformano direttamente in elettricità.

Solare Termicotrasforma l’energia solare in energia termica.E' composto da diversi elementi:

1. il pannello che cattura la radiazione solare e la trasforma in energia termica;

2. il serbatoio che accumula l’acqua riscaldata generata. Esso è coibentato per mantenerla in autonomia per diverse ore.

3. altri accessori.

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L’angolo di incidenza rispetto al piano di terra può essere calcolata aggiungerne ± 23 gradi alla latitudine del luogo

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In Italia l’orientamento ideale dei pannelli solari è a Sud. Tuttavia ci sono anche orientamenti diversi non del tutto penalizzanti:-con variazioni d’orientamento di ±30° dal Sud, l’energia solare annua ricevuta diminuisce solo del 2,5%;-con variazioni di ±45° diminuisce del 3÷4%.- Con variazione di ± 90° (Est o Ovest )diminuzione del 30%

Vista la nostra latitudine, i pannelli solari devono avere angoli di inclinazione:- α = 12÷24° per impianti a funzionamento estivo;- α = 58÷70° per impianti a funzionamento invernale;- α = 35÷47° per impianti a funzionamento annuo.

la schermatura fissa delle finestre, se d’estate riduce significativamente l’apporto solare sulle finestre, d’inverno (fortunatamente!) si comporta diversamente: infatti il minore angolo di incidenza del sole rispetto alla terra nel periodo invernale fa sì che l’apporto solare, pur in presenza di schermatura, non si riduca.

SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI UN IMPIANTO A PANNELLI SOLARI

RIFERITO AD UN’ABITAZIONE

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Il collettore solare

Il serbatoio di accumulo

I componenti del circuito solare– Gli scambiatori di calore – Le tubature – La pompa – Il vaso di espansione – Le valvole – Il regolatore – Sensori di temperatura

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Il dispositivo base: "il collettore solare" è costituito da un corpo nero assorbente entro il quale può scorrere un fluido (con la funzione di captare l'energia irradiata dal sole attraverso la superficie scura e trasferirla sotto forma di energia termica al fluido) e una copertura selettiva trasparente sulla parte esposta al sole (con la funzione di limitare le dispersioni per irraggiamento verso l'ambiente esterno), tutto racchiuso in un contenitore opportunamente isolato sulle pareti laterali e sulla parete opposta a quella di ricezione della radiazione.

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È composto da:Lastra trasparente (vetro) Piastra captante (assorbitore) Strato di materiale isolante Contenitore

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Il collettore solare converte in calore la

luce solare che penetra al suo interno

attraverso la copertura trasparente.

Una piastra metallica captante assorbe i

raggi solari incidenti e li converte in

calore.

Tale piastra trasferisce il calore

assorbito ad un sistema di canali

contenenti il fluido vettore che si

riscalda.

Un collettore è costituito da:

•Una lastra trasparente di vetro (se si tratta di pannelli vetrati), che fa passare

le radiazioni in arrivo e blocca quelle in uscita

•Un assorbitore di rame, che è un buon conduttore di calore, in esso sono

ricavati molti canali dove circola acqua o aria (nel caso del pannello piano

vetrato ad aria). Il Sole scalda la piastra, che a sua volta scalda l'acqua o l'aria.

•Isolante termico, che impedisce la dispersione di calore.

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SOLARE TERMICO

Il fluido vettore trasferisce il suo calore ad un secondo fluido contenuto in un serbatoio di accumulo (2 circuiti). Il fluido vettore una volta raffreddato ritorna attraverso il circuito di ritorno al il collettore, mentre nel serbatoio l’acqua più calda si sposta verso l’alto. Il collegamento tra collettori solari e serbatoio di accumulo viene detto: "Circuito Solare”.

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SOLARE TERMICO

L’acqua del serbatoio stratifica in funzione della temperatura (più calda in alto più fredda in basso) per la diversa densità. Dalla parte alta del serbatoio viene prelevata l’acqua per gli usi previsti. Nella parte bassa avviene l’ingresso dell’acqua di rete.

Qualora nel serbatoio non si raggiunga la temperatura prevista, si procede al riscaldamento dell’acqua con il sistema tradizionale: l’acqua viene fatta passare attraverso la caldaia, che la porta in temperatura prima di essere impiegata.

Nel caso della circolazione naturale, per far circolare il fluido vettore nel sistema solare, si sfrutta la convezione. Il liquido più caldo sale rispetto a quello più freddo spostandosi, quindi nello scambiatore posto più alto rispetto al pannello solare cede il suo calore all'acqua. Questa tipologia è più semplice di quella a circolazione forzata. Non esiste consumo elettrico dovuto alla pompa di circolazione e alla centralina solare differenziale presente nel sistema a circolazione forzata.

Il fluido vettore usato nel circuito primario è antigelomiscelato con acqua in una percentuale tale da garantire un'adeguata resistenza al gelo.

Un impianto a circolazione naturale con serbatoio esterno è adatto in regioni con temperature notturne non rigide

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1 Classificazione in base al tipo di fluido vettore

2 Classificazione in base alla tipologia di movimentazione del fluido

3 classificazione in base all’utilizzo

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Acqua

Fluidi antigelo

Aria

L’acqua presenta i seguenti vantaggi:

Ha elevata capacità termica Ha elevata conducibilità termica Ha bassa viscosità Non e infiammabile Non e tossica È economica

ma… è soggetta a congelamento ( 0 ) e ad evaporazione (100 ) raggiungibili in normali condizioni di funzionamento.

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Se la temperatura esterna raggiunge valori inferiori allo zero devo prevedere l’uso di fluidi antigelo per evitare la rottura di tubazioni e collettori.

I fluidi antigelo sono classificati in:

Fluidi a base d’acqua (glicole etilenico, glicole propilenico, alcoli)

Fluidi diatermici (oli minerali naturali)

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Aria L’aria ha caratteristiche fisiche diverse dall’acqua. Nella tabella seguente vengono riassunte le principali differenze.

Non dà problemi di corrosione, non presenta limiti legati alle temperature massima (evaporazione) e minima (congelamento).

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Circolazione naturale Circolazione forzata

La differenza principale tra le due tecniche di conversione sta principalmente nel fatto che nella prima (circolazione naturale) non ci sono elementi di movimentazione di tipo elettromeccanico: il motore della movimentazione del fluido è il calore stesso. Nella seconda tecnica il fluido è messo in moto da una pompa.

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Produzione di acqua calda sanitaria (ACS) ad uso domestico,alberghiero e ospedaliero oppure riscaldamento dell'acquadelle docce (stabilimenti balneari, campeggi, ecc.);

Riscaldamento degli ambienti

Piscine

Usi industriali : riscaldamento dell'acqua per processi a bassatemperatura; essiccatoi.

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FABBISOGNO ACS

Il fabbisogno quotidiano per abitazione è generalmente stimato come prodotto del numero di persone presenti all’interno dell’abitazione per un valore di consumo medio pro capite:

Basso consumo: 30-40 litri/giorno a persona

Medio consumo 40-60 litri/giorno a persona

Alto consumo 60-80 litri/giorno a persona

La temperatura media di utilizzo è generalmente considerata pari a 45 C

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Fonte ENEL

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Fonte ENEL

Fotovoltaicoè un impianto elettrico costituito dall'assemblaggio di più moduli fotovoltaici, i quali sfruttano l'energia solare incidente per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico.

CELLE FOTOVOLTAICHEUn modulo fotovoltaico è composto da celle fotovoltaiche, ingrado di convertire l'energia solare incidente in energia elettricamediante effetto fotovoltaico, tipicamente impiegato come generatore di corrente in un impianto fotovoltaico. Può essere esteticamente simile al pannello solare termico, ma, pur avendo entrambi l'energia solare (radiazione solare) come fonte di energia primaria, hanno scopi e funzionamento differenti.

La cella fotovoltaica, o cella solare, è l'elemento base nella costruzione di un modulo fotovoltaico.Essa è un dispositivo elettrico che converte l'energia della luce direttamente in elettricità tramite l'effetto fotovoltaico.

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Impianti Grid-Connected (connesso alla rete)

La corrente continua proveniente dai pannelli installati sul tetto, arriva all’Inverter.L’inverter è un’apparecchiatura che ha il compito di trasformare la tensione e la corrente continua prodotte dall’impianto fotovoltaico in alternata a 220 Volt, in modo da poter essere utilizzata per alimentare il computer, la televisione e tutti gli altri elettrodomestici.Dall’inverter la corrente prende due direzioni: una verso gli apparecchi elettrodomestici e le lampade dell’abitazione, l’altra verso la rete ENEL.Passa però prima da un contatore bidirezionale che conteggia l’energia in entrata ed in uscita (da e verso l’abitazione).

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Impianti Stand-Alone (indipendente)

Gli impianti fotovoltaici di tipo autonomo sono indicati in caso di assenza di collegamento alla rete elettrica (ad esempio in montagna, in aree agricole non servite dalla rete, ecc.).Gli impianti fotovoltaici isolati vanno sempre dimensionati sulla base dei seguenti fattori:

la zona di installazioneil periodo di utilizzola tipologia di utenza (se in corrente continua o alternata)i carichi da collegare (es. luci, TV, radio, ecc.).

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I pannelli si possono distinguere nei tipi:1) pannelli solari piani;2) pannelli solari a concentrazione;3) pannelli solari a debole concentrazione.

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Inseguitore solare

Un inseguitore solare è un sistema meccanico in grado di modificare l'orientamento dei pannelli solari (fotovoltaici, termici o concentratori solari) per consentire di seguire il corso del sole nel cielo e ottenere la migliore inclinazione dei pannelli, aumentando l'efficienza dell'impianto solare. Lo scopo principale di un inseguitore è quello di massimizzare l'efficienza del dispositivo ospitato a bordo. Nel campo fotovoltaico i moduli montati a bordo di un inseguitore, vengono generalmente disposti geometricamente su un singolo pannello, pratica che evita l'impiego di un inseguitore per ogni singolo modulo.Se da un lato gli inseguitori solari consentono di ottenere un maggiore livello di efficienza, dall'altro sono esposti al rischio dell'usura e del guasto meccanico dovuto all'azione degli agenti atmosferici. Richiedono pertanto una maggiore manutenzione rispetto agli impianti solari tradizionali. Inoltre, ogni servomeccanismo elettrico consuma energia per svolgere il proprio lavoro, quindi al ricavo economico della maggiore produzione di energia dovrà essere sottratto il costo della quantità di energia consumata dagli inseguitori. Questi ultimi due aspetti rendono particolarmente conveniente l'applicazione degli inseguitori solari nel settore dei medio-grandi

ENERGIA GEOTERMICA

Per lo sfruttamento dell'energia geotermica vengono utilizzate sonde poste almeno a 100 m di profondità,

Questo tipo di energia rinnovabile si basa sullo sfruttamento del calore naturale della terra

Geos = terra Thermos = calore

Geotermia

ad Alta Entalpia ,contenuto termico (Larderello)

A Bassa EntalpiaGradiente termico normale (3 C / 100 m) sonda geotermica / pompa di calore

Entalpia = contenuto termico totale di un sistema

Larderello (Pisa)

GEOTERMIA AD ALTA ENTALPIA

E' stato a Larderello, in Toscana, che nel 1904 per la prima volta si è prodotta elettricità a partire dall'acqua calda di origine vulcanica. La centrale di Larderello è ancora oggi la più grande centrale mondiale di energia geotermoelettrica.

SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE ELETTRICA GEOTERMICA

SCHEMA DI IMPIANTO GEOTERMICO

A BASSA ENTALPIA

1 Sonda Geotermica Verticale

Pompa di Calore2

Accumulo3

80

-1

30

m

SONDA GEOTERMICA

POMPA DI CALORE

ACCUMULO DI ACQUA

PAVIMENTO RADIANTE

ACQUA SANITARI

GEOTERMIA A BASSA ENTALPIA

Alta entalpia

RAFFRESCAMENTO

RISCALDAMENTO

Sonda Geotermica VerticalePompa di Calore

Compressore

Evaporatore Condensatore

Valvola di Espansione

un evaporatore : L'energia termica è assorbita dalla sorgente esterna attraverso l'evaporatore. Questo scambio termico comporta l'evaporazione del fluido frigorigeno.

un compressore : comprime il gas elevandone la temperatura T e la pressione P;

Accumulo

un condensatore : la cui funzione è quella di riportare il fluido da vapore a liquido / cedendo calore

una valvola di espansione : che abbassa la P e T del fluido refrigerante chiudendo così il ciclo.

Una pompa di calore è composta da un circuito chiuso nel quale si realizzano le seguenti fasi:1. L'energia termica è assorbita dalla sorgente esterna attraverso l'evaporatore. Questo scambio termico comporta l'evaporazione del fluido frigorigeno.2. Il vapore è aspirato dal compressore, dove la sua pressione viene innalzata con ulteriore trasferimento di energia.3. Il vapore ad alta pressione entra nel condensatore, passa alla fase liquida e cede all'utenza l'energia prima ricevuta.4. Il circuito si chiude con la riduzione di pressione del fluido frigorigeno, che quindi è di nuovo disponibile per l'evaporazione.Con questo processo il calore disponibile all'utenza è pari alla somma tra l'energia termica assorbita presso la sorgente e l'energia meccanica fornita dal compressore. L'apporto energetico all'utenza è quindi ben superiore al consumo elettrico della macchina, che è destinato principalmente all'azionamento del compressore.

La pompa di calore può essere anche di tipo "reversibile" e operare in modalità di riscaldamento o raffrescamento. Questo è reso possibile da una valvola che inverte il ciclo e i ruoli assunti dagli scambiatori sopra descritti: presso la sorgente avviene la condensazione e lo smaltimento del calore, mentre presso lo scambiatore dell'utenza viene asportato il calore.

http://www.ralph-dte.it/energetica/waermepumpe_heatpump_pompadicalore.swf

5 kWh di calore

1 kWh dienergia elettrica

4 kWh di calore "gratuito"

LA POMPA DI CALORE

POMPA

DI

CALORE

p.e. acqua, terreno, aria

SORGENTEDI CALORE

acquistata

Pannelli fotovoltaici

5 Kwtermici =

1 kWelettrico + 4 kWtermici

Risparmio dato da un sistema geotermico nel ciclo di riscaldamento rispetto agli impianti

tradizionali a combustione

Quidi il risparmio è:

•del 68% rispetto al GPL

•del 60% rispetto al Gasolio

•del 55% rispetto al Gas Metano

Rendimenti confermati da molti organismi internazionali tra cui l’EPA (ente americano per la

protezione ambientale).

GEOTERMIA

Vantaggi economici

ENERGIA GEOTERMICA

Vantaggi:• inesauribilità delle fonti• consente di produrre calore• non vi sono emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera

Svantaggi:• non in tutte le zone è possibile sfruttare l'energia geotermica• dagli impianti si ha la fuoriuscita, oltre che dei vapori, di odori decisamente sgradevoli• impatto paesaggistico

RECUPERO ACQUA PIOVANA

L’utilizzo dell’acqua piovana costituisce un prezioso contributo alla riduzione deglisprechi di acqua potabile, ne favorisce un consumo più attento e consapevole ecomporta un risparmio considerevole sui costi (fino al 50 %).L’acqua piovana è particolarmente indicata nei seguenti impieghi:

•per la lavatrice e le pulizie della casa: l’acqua piovana non favorisce la formazione dicalcare riducendo i consumi dell’anticalcare e, grazie alla migliore azione pulentedell’acqua, si riduce anche l’impiego di detersivo (circa il 50%);•per il giardinaggio: l’acqua piovana utilizzata per innaffiare le piante favorisce unassorbimento ottimale dei minerali;•per il wc: l’acqua piovana non favorisce la formazione di calcare.

…….E con impianto

Inoltre è utilizzabile per la lavatrice,per la pulizia della casa o come acqua

di raffreddamento. In questo modo sarebbepossibile utilizzare ca. 75 litri d’acqua meteorica

per persona al giorno al posto d’altrettantaacqua potabile. Così si ha un risparmio d’acqua

potabile che può raggiungere il 50%.

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L’acqua meteorica è adatta soprattuttoper innaffiare il verde e per gli sciacquoni dei

servizi igienici.

La quantità di aria scambiata tra l’ambiente interno e quello esterno può essere dovuta a:

ventilazione naturale,

infiltrazione, attraverso i serramenti

impianti di ventilazione meccanica controllata

(VMC)

Il fabbisogno energetico

La ventilazione

SISTEMA DI VENTILAZIONE CONTROLLATA

È un impianto che estrae l’aria viziata degli ambienti immettendo aria pretrattatain modo controllato senza aprire le finestre, si risparmia così fino al 12% sullabolletta del riscaldamento.

Lo scambiatore di calore recupera l’energia termica dell’aria estratta e l’aria nuovapenetra nell’alloggio tramite appositi ingressi di aria.

Sistemi a doppio flusso con recupero

È un sistema che permette l’estrazione dell’aria viziata dai locali midi (es.cucina, lavanderia, ripostiglio) e che, contemporaneamente, prende l’arianuova all’esterno e la immette nelle camere e nel soggiorno.L’aria nuova immessa è filtrata e pretrattata naturalmente da uno scambiatoredi calore che recupera l’energia termica dell’aria estratta.

VMC:Sistema che estrae l’aria vizia degli ambienti immettendo aria pretrattata in modo controllato con uno scambiatore di calore che recupera l’energia termica dell’aria estratta

CAPPOTTO TERMICO

E’ importante che la casa non disperda il calore del riscaldamento all’esterno e l’eventuale aria fresca del condizionatore in estate: per questo gli appartamenti sono dotati di un isolamento termico con pannelli coibenti (lana di vetro), un modo per risparmiare sulle bollette e non sprecare energia. I pannelli sono coperti da pietra a vista per non rovinare l’estetica della costruzione.

CAPPOTTO TERMICO

Tipologia di cappotto termico:

Polistirene espanso sintetizzato;

fibra di legno;

sughero;

lana di roccia;

lana di vetro;

pannelli in idrato di silicato di calcio;

fibra di canapa e calce.

CAPPOTTO TERMICO

Panello realizzato con lana di vetro, questosistema garantisce sia prestazioni di alto livellosia una soluzione che contribuisce al rispettodell’ambiente, infatti il pannello di lana di vetroè costituito dall’80% di materiale riciclato. Lasua elevata elasticità gli conferisce, oltre a unnotevole potere fonoisolante, anche un’ottimaresistenza agli urti occasionali e un’eccellenteversatilità d’impiego su superfici irregolari. Lasoluzione più completa per l’isolamento dellafacciata.

λ = 0.036 W/m°K

Isolamentotermico

Traspirabilità Sostenibilitàambientale

Economicità Reazione alfuoco

Isolamentoacustico

lR

Come si vede, aumentando lo spessore, a parità di λ, aumenta il valore della resistenza termica

Mantenendo costante lo spessore s, la resistenza termica aumenta man mano che diminuisce λ, ovvero utilizzando materiali isolanti (λbasso)

Considerazioni

[(m2K)/W]

lRU

1 rappresenta la conducibilità ter-mica dei materiali. Il suo valore varia da materiale a materiale.

Rappresenta il valore dello spessore del materiale attraversato dal calore

Considerazioni

La lettera U rappresenta la trasmittanza termica di un materiale e definisce la quantità di calore che passa attraverso un materiale avente spessore s e conducibilità termica λ

37 cm 32 cm 21 cm

Il Lavoro di Domani

non si realizza

con la Tecnica del Passato

Salvaguardiamo la Natura,

imparando dalla Natura