Corso TER Parte 1 2008

Corso di “Tecniche per le Energie Rinnovabili”

Prof. Giorgio RaffelliniA.A. 2008 - 2009

RACCOLTA DEGLI APPUNTI DELLE LEZIONI DEL CORSO

(Rivisti dal Docente nell’Ottobre 2008)

1° parte

INDICE

1 RICHIAMI SULLE UNITÀ DI MISURA UTILIZZATE .......................................................... 3

2 ANALISI DEL FABBISOGNO ENERGETICO E DELLE RISORSE DISPONIBILI ............ 4

2.1 I Fabbisogni nel Mondo ed in Italia ............................................................................. 4

2.2 Disponibilità delle risorse ............................................................................................ 8

2.3 La diffusione delle Rinnovabili in Italia e previsioni (rapporto Legambiente 06) ........ 12

3 ENERGIA ELETTRICA ..................................................................................................... 13

3.1 Produzione d’energia Elettrica ................................................................................... 14

3.1.2 Centrali termoelettriche ...................................................................................... 16

3.2 Problematiche riguardanti l’energia elettrica .............................................................. 16

3.3 L’energia elettrica in Italia ........................................................................................... 18

18

4. QUADRO NORMATIVO ENERGETICO : ieri ed oggi ................................................... 18

3.4 Legge 10/91 e Decreti attuativi ................................................................................. 19

3.5 Terminologia .............................................................................................................. 20

3.6 Decreti attuativi ........................................................................................................... 20

3.7 Nuove Norme Tecniche e Legislative sulla certificazione energetica ....................... 21

3.8 Isolamento Termico .................................................................................................... 25

4 L'ENERGIA SOLARE ....................................................................................................... 29

4.1 Caratteristiche ............................................................................................................ 30

4.2 Utilizzazione dell’energia solare ................................................................................. 33

1 RICHIAMI SULLE UNITÀ DI MISURA UTILIZZATE

Unità di potenza : W (watt) = J / s , cioè Joule/secondo = energia / tempo ,Unità di energia consumata kWh (chilowattora) = (kJ/s * 3600 s ) = 3,6 MJ , dove :k (chilo) = 10 3

M (mega) = 10 6

G (giga) = 10 9

T (tera) = 10 12

1 TEP( Tonnellata di Petrolio Equivalente ) = circa 7,3 Barili Petrolio= 11628 kWh1 kWh ( potenza x tempo = misura di energia) = equivalente a circa 8 grammi di petrolio potenziali

Equivalenze tra fonti energetiche

bep tep tec km3 gas1 bep (BARILE EQUIVALENTE DI PETROLIO 1 0,137 0,196 0,1671 tep (tonnellata equivalente di petrolio) 7,3 1 1,429 1,2121 tec (tonnellata equivalente di petrolio) 5,11 0,7 1 0,8401.000 m3 gas 6,023 0,825 1,190 1

2 ANALISI DEL FABBISOGNO ENERGETICO E DELLE RISORSE

DISPONIBILI

2.1 I Fabbisogni nel Mondo ed in ItaliaIl fabbisogno energetico usualmente si misura in TEP. La sigla TEP indica le tonnellate equivalenti di petrolio, ed è in sostanza un'unità di misura dell'energia potenzialmente utilizzabile. Infatti l'umanità potrà usare anche altre fonti energetiche, ma per queste stime di max la loro potenzialità energetica viene rapportata al potere calorifico del petrolio, in modo da poter usufruire di una scala di misura unica. La stima del fabbisogno energetico mondiale fino al 2050 è approssimativamente di 500 miliardi di TEP, che corrisponde a circa il doppio delle riserve di idrocarburi attualmente disponibili.Questa è una prima seria nota di allarme, ed occorre anche tener conto del fatto che la maggior parte delle riserve di petrolio attualmente conosciute sono situate in aree geografiche politicamente instabili (Arabia e Medio Oriente). Si può dire che la società in cui viviamo si nutre di petrolio. Basti pensare che nel consumo mondiale complessivo, i combustibili solidi incidono per 1/4, i gas naturali per poco meno di 1/4, l'energia nucleare per circa il 6 % e tutto il resto spetta al petrolio (circa il 43 – 44%). Nello scenario di riferimento per i prossimi 20-30 anni, si prevede che i consumi mondiali di energia aumenteranno costantemente. L’aumento previsto sarà pari a due terzi della domanda attuale, e tuttavia la crescita prevista sarà più lenta di quella verificatasi negli ultimi tre decenni, che è stata in media del 2,1% l’anno.I combustibili fossili rimarranno le fonti primarie di energia, soddisfacendo oltre il 90% dell’aumento della domanda: la richiesta di petrolio aumenterà di circa 1,6% l’anno, quindi da 75 milioni di barili al giorno nel 2000 a 120 milioni nel 2030. Quasi tre quarti di questo aumento saranno destinati al settore dei trasporti, poichè si prevede il petrolio rimarrà il combustibile più scelto nei trasporti: terrestri, marittimi ed aerei. Di conseguenza, in tutto il mondo, da ogni barile di petrolio si verificherà la tendenza a ricavare i prodotti raffinati leggeri e medi, come benzina e nafta, ed una diminuzione di quelli più pesanti, utilizzati soprattutto dall’industria. Questo spostamento sarà più pronunciato nei paesi in via di sviluppo, i cui mix di prodotti contengono oggi una percentuale più bassa di combustibili leggeri per i trasporti.E’ pure previsto che la domanda di metano aumenterà più rapidamente di quella di tutti gli altri combustibili fossili: da oggi al 2030, il consumo primario di metano circa raddoppierà, e la quota del metano nel mercato mondiale di energia aumenterà dal 23 al 28%. Nei prossimi trent’anni nuove centrali elettriche assorbiranno il 60% dell’aumento degli approvvigionamenti di metano: la maggior parte di queste utilizzeranno tecnologie a ciclo combinato con turbine a metano, poiché rappresentano una forma di produzione favorita dall’ alta efficienza di conversione energetica e dai relativamente contenuti costi d’investimento.

Il metano viene spesso preferito al carbone ed al petrolio anche per i suoi effetti relativamente meno inquinanti l’ambiente, soprattutto grazie al suo basso contenuto di carbonio e zolfo.Crescerà anche il consumo di carbone, ma più lentamente di quelli del petrolio e del metano. La Cina e l’India insieme genereranno due terzi dell’aumento della domanda mondiale di carbone nel periodo considerato. In tutte le regioni, l’uso del carbone si concentrerà sempre più nella produzione di elettricità, settore in cui rimarrà il combustibile predominante. Sul lungo termine, la diffusione di tecnologie avanzate aumenterà la convenienza del carbone come combustibile per centrali elettriche, soprattutto a causa dell’atteso aumento dei prezzi del metano.Gli Stati Uniti consumano oggi circa il doppio dell'energia dei Paesi Europei, infatti il consumo pro-capite annuo negli USA è di 8 TEP, mentre in Francia, Germania, Gran Bretagna e Giappone è di 4 TEP, ed in Italia è di circa 3 TEP. Il consumo in Italia si mantiene più basso rispetto ad altri paesi europei per un minor sviluppo industriale, ma anche grazie ad una recente più accorta politica economica ed ambientale. I consumi di energia primaria nei principali Paesi del Mondo dal 1970 al 1996 sono costantemente aumentati ma con cali della percentuale di aumento, eccezion fatta per molti paesi in via di sviluppo dove il fabbisogno è in costante aumento. Secondo le previsioni (che notoriamente hanno valori anche assai diversi tra loro a seconda dell'orientamento politico-economico dell'ente che le pubblica) per il 2020 lo sviluppo mondiale dei consumi di energia dovrebbe aumentare da un minimo di 11.400 ad un massimo di 15.400 MTEP (megaTEP = 10 6 TEP). Conseguentemente si registrerebbe ad esempio un aumento delle emissioni di CO2 dalle attuali 6.000 Mtonnellate a circa 10.000 Mt, con conseguenti preoccupanti effetti inquinanti.

Ed ecco quali sono i fabbisogni in Europa :

Per quanto riguarda il gas le previsioni per l'Europa fino al 2020 sono di un aumento dei consumi accompagnato, però, da un calo della produzione.

In Italia la media dei consumi del settore residenziale è di circa il 20%, e nel terziario del 10-13% dei consumi totali, con valori minori al sud in virtù del clima più caldo, . essi sono in gran parte dovuti al riscaldamento e al condizionamento. Quest'ultima voce in particolare, con l'avvento dei condizionatori d'aria, ha subito negli ultimi anni un aumento considerevole, tanto che in alcune località turistiche, ma in generale in tutto il Paese, si registrano consumi estivi confrontabili o addirittura superiori a quelli invernali. Qui di seguito vengono riportate le suddivisioni dei consumi complessivi nel 1987, che negli anni successivi hanno subito variazioni percentuali modeste.In Italia attorno all’anno 2000 il consumo interno lordo è stato di 174 MTEP , con valori all’incirca costanti negli ultimi anni fino ad oggi . Di questi si producono in tutto circa 34 MTEP, se ne importano 157, ed esportano 17 (ma solo dopo averli importati e lavorati, dunque vengono anche quelli dall'estero). Quindi il consumo energetico in Italia è per almeno l’85 % di importazione. In Italia l'energia è al primo posto pressoché costantemente sulla bilancia dei pagamenti in uscita, soltanto a volte in estate scendeva al secondo. La previsione di domanda energetica per il 2010 annuncia un modesto aumento, dunque, se non ci saranno sviluppi imprevisti della produzione energetica nazionale, le importazioni sono destinate ad aumentare proporzionalmente.Per legge è obbligatorio il "bunkeraggio", ossia l'immagazzinamento di una certa quantità di materie energetiche in luoghi sicuri, escludendola dalla distribuzione, in modo che sia garantito un minimo di autosufficienza per brevi periodi di crisi.La quota attuale di materie energetiche destinate al bunkeraggio è di circa 4 MTEP sui 174 totali di consumo interno lordo nel 2000.

2.2 Disponibilità delle risorse Dal 1973 al 1990 le riserve accertate di petrolio degli USA sono dimezzate, mentre quelle del Sud America sono aumentate grazie alla scoperta di nuovi giacimenti, così come in Medioriente dove sono raddoppiate. Il problema è che la scoperta di nuove riserve non aumenta proporzionalmente all'aumento dei fabbisogni, dunque continuando di questo passo si stima che il petrolio disponibile potrebbe finire al massimo tra 30 anni. Per quanto riguarda il gas naturale ed il carbone (combustibili che permettono utilizzazioni alternative rispetto al petrolio), invece, c'è meno penuria, ma il primo viene consumato molto rapidamente, mentre l'altro è attualmente molto inquinante. Il petrolio viene estratto dai giacimenti, ma non è quasi mai lavorato sul posto, dunque viene trasportato con le navi o attraverso gli oleodotti, cioè lunghissimi sistemi di tubature, con stazioni di pompaggio disposte circa regolarmente a distanza di qualche decina di km lungo il percorso. Una volta giunto negli stabilimenti di lavorazione, il petrolio viene sottoposto ai trattamenti termochimici nelle torri di distillazione. Il termine tecnico che indica queste lavorazioni è "cracking": a seconda del tipo di cracking cui è sottoposto il greggio si ottengono, in percentuali leggermente variabili: benzine, gasoli, nafte e bitumi di scarto, che sono molto

viscosi. E' importante ricordare anche che tutte le plastiche sono derivati del petrolio, così come il bitume e molte altre materie molto diffuse, ma con il petrolio si ottengono anche alcuni componenti per medicinali !. Va anche sottolineato che nel settore dei trasporti appare difficile la sostituzione dei combustibili fossili (petrolio e gas) con altri combustibili, fra l’altro è oggi difficile immaginare un aereo che , anziché usare il kerosene (derivato dal petrolio) com’ è ora, utilizzi legna o carbone , o altro . !

In particolare l'energia elettrica, che è tra le più pregiate forme d’energia, perché permette numerosissime applicazioni ed è facilmente distribuibile, appare a noi indispensabile, mentre pare che nel mondo almeno un quarto della popolazione non ne goda la sua disponibilità .

La penetrazione dell'energia elettrica (ossia la parte del fabbisogno energetico complessivo coperta dall'energia elettrica) nel mondo è in media il 37%. L'Italia copre il 37% della richiesta nazionale di gas naturali con le proprie risorse, e deve importare il resto; per quanto riguarda il carbone ed i combustibili solidi, invece, ha una produzione quasi nulla. Per l'importazione di gas naturali ci sono i grandi metanodotti che vanno in Russia, Algeria, Tunisia, Olanda, ma importiamo anche Libia , tramite navi metanifere e rigassificatori. Queste sono grandissime opere, con tubazioni che passano sotto i mari e sopra montagne, ma hanno il difetto di essere molto “fragili”, non tanto tecnicamente, quanto politicamente, e per gesti vandalici, in quanto su un percorso di 6000 km può bastare poco a bloccarle ed è non facile controllarle. L'Italia compra il gas naturale anche da altri Paesi più lontani, ma non attraverso metanodotti, così esso viene trasportato da navi metanifere che tengono il liquido in serbatoi a bassissima temperatura. Questo tipo di trasporto, però richiede molta cautela, perché una percentuale del 7 - 15% di metano nell'aria è miscela esplosiva, dunque si odorizza il gas per potersi accorgere il prima possibile di eventuali fuoriuscite. Inoltre, servirebbero più centrali di degassificazione (passaggio da metano liquido sulle navi a gassoso in tali centrali9 per poi venire distribuito dalle reti (metanodotti interni).

E’ previsto che l’utilizzo del nucleare si ridurrà considerevolmente, perché verranno costruiti pochi reattori nuovi e dismessi alcuni vecchi. La produzione nucleare raggiungerà un valore di picco alla fine del presente decennio, poi calerà gradualmente. Il suo contributo alla domanda primaria mondiale rimarrà stabile a circa il 7% fino al 2010, poi scenderà al 5% verso il 2030. Il suo contributo alla produzione complessiva di elettricità calerà ancora più rapidamente, dal 17% nel 2010 al 9% nel 2030. Secondo le previsioni, i cali più forti della produzione nucleare si verificheranno nell’America settentrionale e nell’Europa, mentre aumenterà leggermente soltanto in alcuni paesi, soprattutto asiatici. Tuttavia, le prospettive per il nucleare sono alquanto incerte, poiché, pur considerandone, i pericoli, alcuni governi hanno espresso interesse all’opzione nucleare come mezzo per ridurre le emissioni e migliorare la sicurezza d’approvvigionamento. Tali argomenti sono, però, oggetto di vivaci discussioni fra tecnici e politici in ogni parte del mondo.

Le fonti rinnovabili avranno un ruolo crescente nel mix mondiale di energie primarie. Quella idrica è da molto tempo una delle maggiori per la produzione di elettricità, il suo contributo all’energia primaria mondiale rimarrà al livello attuale, ma il contributo percentuale alla produzione di elettricità diminuirà.Le altre fonti rinnovabili, considerate nel loro insieme, cresceranno più rapidamente

di qualsiasi altra fonte energetica primaria, al tasso medio annuo del 3,3% annuo nel

periodo considerato. E fra queste, saranno l’energia eolica e quella da biomassa a

crescere più velocemente, soprattutto nei paesi dell’OCSE. Tuttavia, nel 2030 le fonti

rinnovabili, diverse dall’idrica, percentualmente influiranno poco sulla domanda

mondiale, perché partono da valori molto bassi. La maggior parte della crescita delle

fonti rinnovabili si avrà nei paesi dell’OCSE, molti dei quali hanno adottato misure

forti per promuovere progetti basati sul loro sfruttamento. E’ stimata, da fonti

ministeriali, una produzione di energia da rinnovabili per il 2020 attorno al 15 – 20

% , percentuale variabile soprattutto in funzione degli incentivi erogati e

dall’aumento , difficilmente prevedibile, delle fonti fossili, in primis il petrolio , che

nell’anno 2008 ha avuto un prezzo oscillante fra 95 e 150 $ /barile !

2.3 La diffusione delle Rinnovabili in Italia e previsioni (rapporto Legambiente 06)

A . solare termico (collettori) : obiettivo per fine 2010 : 275 m2/ogni 1000 abitanti per produzione di acqua calda sanitaria, si vorrebbe installati circa 16 milioni di m2, B. solare fotovoltaico : circa 100 MW installati entro lo stesso termine , grazie ai nuovi incentivi (conto energia, e certificazione),C. eolico : potenza installata prevista al 2010 circa 2.000 MW , cioè a soddisfare i fabbisogni di più di un milione di famiglie medie,D. biomasse : da scarti di potature e lavorazione del legno per combustione diretta, oppure biogas da reflui , o energia da RSU, o da lavorazioni agricole finalizzate , senza previsioni ma con molte attese !,E. geotermia incentivando i siti attuali : Larderello e Monterotondo,F. idroelettrico : da grandi salti , ma soprattutto da piccoli salti o derivazioni.

3 ENERGIA ELETTRICA

In Italia si ricava poca en. dalle fonti idro–geo–rinnovabili: in Toscana l’utilizzo dell’en. geotermica è alta per Larderello. Austria e Svezia hanno molte centrali idroelettriche, taqnto da essere autosufficienti. La Francia utilizza molto le centrali nucleari. In Italia avevamo alcune centrali nucleari (Ispra, Caorso, …) ma poi le abbiamo chiuse, dopo il referendum del 1987.Il pericolo rimane comunque, basti pensare all’incidente di Chernobil nel 1986, che pur distante da noi 1500 Km, ha comportato effetti assai preoccupanti!Saldo import-esport elettrico: in Austria è nullo perché è in grado di provvedere al proprio fabbisogno soprattutto mediante centrali idroelettriche, la Francia, con tante centrali nucleari, esporta, l’Italia importa molto (più del 20% del suo fabbisogno).Il consumo e quindi la richiesta di energia elettrica sta aumentando in tutti i paesi industrializzati tra cui l’Italia. Nel nostro paese la domanda di energia elettrica nel ’94 era pari a 254 miliardi di kWh, con un aumento del 2,9 % rispetto al ‘93 e del 34% da allora, cioè nell’ultimo decennio. Anche il consumo pro capite è uno tra i più bassi dei paesi industrializzati: peraltro la media mondiale del consumo pro capite è circa 1,5 TEP/anno. Va segnalato con meraviglia che viene valutato che circa un quarto della popolazione mondiale non utilizza energia elettrica.La situazione italiana non è particolarmente felice perché ha un’elevata dipendenza dall’estero (per la fornitura di energia elettrica compra parecchio dalla Francia) e una scarsa differenziazione delle fonti di produzione.N.B. Differenza tra potenza e consumoL’impegno di potenza max erogata dalla ditta erogatrice di energia elettrica (ENEL o altro) viene stabilito per contratto ed è espresso in kW (ad esempio nelle civili abitazioni la potenza max assorbibile è generalmente pari a 3 kW).Il consumo è energia, cioè potenza in un determinato intervallo di tempo, ed è espresso in kWh. Ad esempio un complesso come Santa Verdiana consuma mediamente circa 15000 € al mese di energia elettrica. All’utente l’energia elettrica costa circa 375 Lire = 0,185 € al kWh. Quindi in casa posso prendere l’ energia che serve , ma la potenza massima deve essere preventivamente fissata per contratto.Infatti, l’Enel crea dei condotti di distribuzione (fili, cavi) in previsione del numero degli utenti e della potenza max da loro richiesta in una determinata zona; ad esempio se ho una strada con 100 utenti con contratti da 3 kW ciascuno, l’Enel prevederà un conduttore in grado di portare 300 kW.In ogni produzione di energia ne viene persa una certa quantità già alla produzione: per quella termoelettrica la perdita si aggira intorno al 33 %, mentre circa il 15% viene perduta nelle linee di trasmissione e distribuzione, per cui da 100 unità d’energia potenziale all’arrivo , cioè all’utilizzo ne perviene circa la metà.

Un altro problema dell’energia elettrica è che è difficilmente cumulabile (solo con batterie, quindi non per elevate potenze), pertanto il suo uso è istantaneo, e quindi tutta quella prodotta quando non c’è richiesta viene dispersa. Se al posto delle centrali termoelettriche, che funzionano sempre allo stesso regime, si fossero potenziate quelle idroelettriche, che possono funzionare a seconda delle reali necessità, questo problema sarebbe in larga misura superato.Poi, l’energia elettrica deve essere trasportata e durante il trasporto ne viene persa circa un sesto/settimo, e poichè la perdita è inversamente proporzionale alla differenza di potenziale, quindi il trasporto è bene avvenga ad alta tensione.In Italia si trasporta en. el. ad alta tensione (per le linee principali di solito a 130 kV); più è elevata la tensione minore è la perdita. Con il trasporto ad alta tensione si perde circa il 10-15% , pari a circa 1/6 di energia, se la trasportassi a 20V ne perderei il 99%. L’energia elettrica si trasporta o per linee aeree sospese, o per cavi interrati, e comunque con reti molto costose, basti pensare ad esempio che un traliccio ad alta tensione costa più di 50.000€, mentre interrare i cavi non ha un costo molto elevato, sono i cavi stessi e la loro protezione a costare parecchio, complessivamente più di quelle aeree.Il valore di mercato dell’energia elettrica cambia a secondo del momento della giornata, cioè se c’è più richiesta o meno (vedi fig.). L’Enel, o altro distributore, ha quattro fasce orarie di prezzo, durante la notte l’en. costa un quinto del prezzo delle ore di punta.

Diagramma di carico giornaliero in una città medio-piccola durante un giorno feriale

3.1 Produzione d’energia ElettricaPer produrre energia elettrica è fondamentale disporre di lavoro (albero rotante) per ottenere tramite un flusso magnetico indotto (statore con poli Nord-Sud ed avvolgimenti metallici sull’albero rotante) ai capi di tali avvolgimenti una differenza di potenziale elettrico (fem).

Le centrali termoelettriche funzionano sempre a pieno regime, si fermano solo ogni 2-3 anni per manutenzione e quindi c’è molto spreco. Molto più interessante è la produzione istantanea delle centrali idroelettriche. Dal ’60 in poi praticamente non vengono più costruite le centrali idroelettriche per ragioni economiche e politiche. Adesso è possibile, in Italia, anche per i privati produrre en. el. e venderla all’Enel.

3.1.1 Centrale idroelettricaDescrizione molto semplificata di una tipica centrale idroelettrica: a monte, dove è possibile, si chiude un fiume con una diga, e, quando si vuol far defluire l’acqua per creare energia elettrica, in genere nei momenti di punta, si aprono le paratie.L’acqua scende a valle nelle condotte forzate (grosse condutture di diametro 1-1,2 m e preferibilmente molto ripide) fino ad arrivare alla centrale. A valle c’è una turbina che muove l’albero, tagliando un campo magnetico si crea così una differenza di potenziale (stesso funzionamento della dinamo di una bicicletta, ad esempio).Equazione bilancio energetico per un kg di acqua tra la sez.1 (livello pelo libero dell’acqua nel bacino) e sez.2 (sbocco a valle all’ingresso in turbina):

( ) LRPPzzgWW=+−+−+

−ρ

12)(2 12

12 , dove :

W velocità media dell’acqua nella sezione (m/s),g accelerazione di gravità = 9,81 m/s 2 ,

Z quota sul liv. mare (m)P pressione atmosferica (bar)

ρ densità dell’acqua (kg/m 3 ), R perdite di carico nel circuito (bar) , deve essere pressochè trascurabile, L lavoro ottenibile (J), ed ancora :W1 = 0 circa perché l’acqua è quasi ferma , P1 = circa P 2

E’ importante che il dislivello sia elevato (Z 2 – Z 1), affinché l’acqua nella condotta forzata scenda velocemente e la maggior parte dell’energia potenziale si trasformi in en. cinetica, e quindi in lavoro L.Quando non è possibile utilizzare grandi dislivelli bisogna usare grandi portate d’acqua (centrale idroelettrica per basse cadute). L’obiettivo è quello di produrre lavoro (L) a spese di energia potenziale (caduta di livello) o cinetica (portata), e con il lavoro prodotto far girare l’albero di una turbina.

3.1.2 Centrali termoelettricheOgni volta che si brucia un atomo di carbonio (metano, petrolio, carbone) si emette, oltre ad altri inquinanti, la CO2 (anidride carbonica), quindi si produce inquinamento.Nelle centrali termoelettriche c’è bisogno di un combustibile che viene bruciato in una caldaia, e quindi emette gas e scorie. Nella caldaia, grande come una stanza, si produce vapore d’acqua (reazione esotermica). Il vapore esce dalla parte superiore della caldaia e viene iniettato tramite opportuni ugelli, seguendo un breve percorso, in una turbina a vapore. Nella turbina ci sono le palette fissate attorno ad un asse, alla fine del quale ci sono gli avvolgimenti elettrici e si produce en. el. Il vapore poi espanso nella turbina ha bisogno di essere raffreddato tramite un condensatore, per poi diventare acqua che viene ripompata in caldaia per ricominciare il ciclo.E’ facile che le centrali siano sul mare, ad esempio Porto-Tolle (FE) e La Spezia, perché possono utilizzare l’acqua di mare per raffreddare e perché è più semplice ricevere via mare il combustibile (petrolio o carbone).3.1.3 Centrali geotermicheA Larderello non serve la caldaia perché si prelevano dal terreno i soffioni di vapore molto caldo. A valle le apparecchiature sono le stesse.3.1.4 Centrali nucleari (reattore ad uranio)Nel reattore nucleare avviene il bombardamento che produce una reazione esotermica e si produce en. el. nello stesso modo che nelle centrali termoelettriche. La caldaia è sostituita dal reattore, dove avviene una reazione controllata, mentre nelle bombe nucleari la reazione avviene a catena, senza controllo!

3.2 Problematiche riguardanti l’energia elettricaCirca un terzo del fabbisogno energetico italiano è consumato sotto forma di energia elettrica. Il nostro paese importa energia elettrica da Francia, Svizzera, Germania, Austria, Cecoslovacchia, Jugoslavia, Albania e Grecia.Verso alcuni paesi stranieri si verificano anche esportazioni di energia elettrica, perché molte delle nostre centrali devono lavorare a ciclo continuo, e quindi in certe ore della notte hanno un surplus di produzione. Questa energia, però, si esporta quando la richiesta è bassa e dunque costa poco, mentre la si importa nelle ore di maggiore richiesta, e dunque a prezzi molto più alti.Questa situazione è il risultato di diverse scelte politico-economiche, ad esempio nel 1973 in conseguenza della primo conflitto arabo-israeliano si verificò una gravissima crisi petrolifera, durante la quale era un problema anche l'approvvigionamento di gasolio per i riscaldamenti di case e fabbriche. Questo avvenimento segnò uno spartiacque per la politica energetica mondiale.In Francia, per esempio, in seguito a quella crisi si decise l'adozione dell'energia nucleare per usi civili (elettrico). In Italia, il referendum del 1987 decise invece per il no al nucleare, e pertanto vennero chiuse anche le poche (Caorso, Montalto) già esistenti o in fase di costruzione.

Il problema è sorto perché dopo il no al nucleare non si sono cercate alternative, ad esempio si sarebbero potute incentivare le centrali idroelettriche, così dal 1973 in poi le importazioni sono aumentate sempre più, in proporzione allo sviluppo del paese.La produzione di energia in centrali termoelettriche genera inquinamento, in genere gli scarti della produzione di energia sono ossidi di zolfo (SOx) e ossidi di azoto (NOx).Una volta liberati in atmosfera questi elementi reagiscono con il vapore acqueo presente, portando così alla formazione di HSOx (acidi solforici) e HNOx (acidi nitrici), che sono altamente corrosivi. Le centrali immettono in atmosfera migliaia di tonnellate di queste sostanze, oltre ad elevate emissioni di CO2, che pare il principale responsabile dell'effetto serra.Le centrali idroelettriche, invece, non producono emissioni inquinanti e producono grandi quantità di energia, il loro unico inconveniente è l'elevato impatto ambientale dovuto alla chiusura di una valle e al suo allagamento.La conseguenza di questa politica energetica è che mentre in media nel mondo petrolio e gas naturali soddisfano insieme il 25% del fabbisogno energetico, in Italia questa percentuale sale all’80%.Inoltre l'Italia, tra i paesi più sviluppati, è, insieme al Giappone quella più dipendente dall'estero per il suo fabbisogno energetico in generale, ed elettrico in particolare.L'argomento, comunque ha molte sfaccettature, e anche a posteriori non è facile dire quali siano state le scelte giuste e quali no.La Francia, ad esempio, in virtù dell'installazione sul suolo nazionale di centrali nucleari ora è quasi in pari con il bilancio energetico elettrico, ma qual è il prezzo da pagare per questo? Le centrali nucleari una volta avviate producono in continuazione, ma i prezzi e soprattutto i rischi sono elevati. Peraltro, attorno all’Italia vi sono molte centrali nucleari (in Francia, Svizzera, Croazia), per cui l’Italia, assieme a loro, gli stessi rischi, senza averne i benefici!Per quanto riguarda le energie alternative, in generale non sono soluzioni risolutive. Il solare, l'eolico sono sistemi che presentano molti vantaggi, primo fra tutti quello di non inquinare, salvo l’impatto visivo, seguito dalla possibilità di produrre energia in loco e da molti altri, ma devono abbassare molto il loro prezzo di realizzazione per essere competitivi con gli idrocarburi.Inoltre un dato di cui bisogna sempre tenere conto è il fatto che l'energia elettrica è molto versatile e pregiata, ma nei vari passaggi: nella sua produzione e nel trasporto ne vanno dispersi circa i due terzi.Dunque nella nostra presa di corrente elettrica arriva solo il 30% dell'energia primaria (in potenzialità), e di essa nella lampadina ad incandescenza viene sfruttato solo il 2% per fare luce, dunque gli sprechi sono enormi, e ricordarsi di spengere sempre la luce quando non serve (monito ricorrente dei nostri nonni negli anni ’50!) sarebbe già un bel risparmio.

3.3 L’energia elettrica in ItaliaLe centrali che producono en. elettrica in Italia sono suddivise nelle seguenti percentuali: il 32% brucia olio combustibile, il 20% sfrutta l'energia idroelettrica, il 36% brucia gas naturale, l'8% il carbone.Dal '90 ad oggi il numero

delle centrali termoelettriche a carbone è in costante calo per i problemi di trasporto ed inquinamento che per questo materiale sono notevoli, ed inoltre anche il carbone viene importato. Una possibilità di sfruttamento alternativo del carbone sarebbe quella del carbone gassificato, che comporta minor inconvenienti, ma, per ora rappresenta una fetta minima del mercato energetico.In Italia un 10% della potenza elettrica complessiva è generata dagli autoproduttori, principalmente con impianti idroelettrici, di cogenerazione o di valorizzazione dei rifiuti. Ci sono anche alcuni autoproduttori nel settore idroelettrico, cioè gruppi di investitori che, con il permesso dello stato, creano il lago artificiale oppure realizzano una presa lungo un fiume, quindi costruiscono la centrale e poi utilizzano per sé o vendono l'energia prodotta. Le più grandi centrali idroelettriche italiane sono situate sulle Alpi, in misura minore sugli Appennini, quelle mini sono sparse sul territorio.Analizzando i dati statistici sulla composizione della tariffa elettrica media nazionale si può notare come essa sia rappresentata per il 10,6% dagli oneri generali (1,2 cent/kWh), per il 41,5% dai costi fissi (generazione, trasporto, distribuzione - 4,75 cent/kWh), per il 38% dal costo dei combustibili (4,34 cent/kWh) e per il 9,9 % dalle imposte (1,136 cent/ kWh). L'energia idroelettrica, in Italia è una risorsa sottosfruttata, infatti il paese è ricco di corsi d'acqua, e bastano anche piccoli salti per produrre energia elettrica. Si potrebbero sfruttare anche i microgeneratori, ossia piccole eliche che immerse in acqua corrente creano energia elettrica sfruttabile anche a dimensione modesta (quasi a livello familiare).Le prospettive per il futuro, dunque, non sono molto rosee, visto che l'attuale prezzo del petrolio è arrivato a più di 100 $ a barile,con punte fino a 150 , e tutto fa pensare che da ora in poi tale cifra non possa fare altro che salire.

4. QUADRO NORMATIVO ENERGETICO : IERI ed OGGI

Il problema energetico venne affrontato per la prima volta in ambito normativo a seguito della grande crisi energetica del 1973. Infatti, la prima legge al riguardo è la

373 del 1976, con la quale si impose l'isolamento termico negli edifici di nuova fabbricazione.Nel 1977 vengono stabilite le aree climatiche, cui adattare la legge 373.Già in tale Legge si prevedeva il calcolo del fabbisogno termico da presentare in comune con i calcoli di Cd = coefficiente volumico di dispersione , di Cv = coefficiente volumico per la ventilazione , e di Cg = coefficiente volumico globale, allegati al progetto dell'isolamento e dell'impianto dell'abitazione.Nel 1982 questo obbligo fu esteso anche agli edifici industriali, e con un’altra Legge (n.308), si favoriva e incentivava il contenimento dei consumi energetici e l'uso di energie rinnovabili.Nel 1983 viene pubblicata la legge 645 contenente disposizioni per l'esercizio degli impianti di riscaldamento, che ne limitano l'impiego ad un numero massimo di ore per ogni giorno ed il periodo nell’anno.

3.4 Legge 10/91 e Decreti attuativi Le Leggi attualmente vigenti in campo di regolamentazione della produzione, del risparmio e dei consumi energetici sono le 9 e 10 del 1991.In tale anno uscì la legge 9 contenente le norme per l'attuazione del piano energetico nazionale. Questa legge riguarda i grandi consumatori di energia e dedica un capitolo agli impianti idroelettrici, uno agli idrocarburi, di cui incentiva la ricerca sul suolo nazionale, e così via fino al capitolo in cui sancisce le norme per gli autoproduttori di energia elettrica e per gli enti locali.Sempre del 91 è la legge 10 i cui primi due articoli hanno l'obbiettivo di migliorare i processi di produzione, di imporre un uso razionale dell'energia, di contenere i consumi, di sviluppare le fonti rinnovabili. Il terzo articolo specifica che per fonti rinnovabili si intendono: l'energia solare, eolica, idraulica, geotermica, quella dovuta alle maree e al moto ondoso, quella proveniente dalla trasformazione termica dei rifiuti, la cogenerazione e le fonti assimilate, fra cui il risparmio energetico ottenuto con gli isolanti termici nelle superfici disperdenti.Nella Legge 10/91, un capitolo molto importante, e complesso, a questo proposito è quello riguardante la climatizzazione degli edifici, ed in particolare il loro riscaldamento invernale, ed i sistemi per evitare le dispersioni di calore attraverso l'involucro.La Legge 10/91 è la Legge quadro che ha fissato gli obiettivi del PEN (Piano Energetico Nazionale); per l’attuazione rimanda a decreti incentrati su due obiettivi: sistema edificio e sistema impianto. Mancano però ancora i decreti riguardanti l’art. 4 comma 1-2, che riguarda le tipologie degli edifici. E’ stato emanato il Decreto che riguarda gli impianti, ma non è sufficiente un buon impianto per sopperire ad una cattiva progettazione. Per la Legge Bassanini la certificazione energetica è diventata

di competenza regionale, di recente (Dic. 2002) è stata emanata al riguardo anche una Normativa Europea, che dovrà essere recepita entro tre anni (inizio 2006).Il settore residenziale e commerciale rappresenta poco meno del 40 % dei consumi totali e questo riguarda soprattutto gli edifici. 3.5 TerminologiaConcetto di edificio: spazio delimitato da un involucro riscaldato con energia da un unico impianto. Può trattarsi di un condominio con impianto centralizzato , oppure un complesso dove ogni appartamento ha la propria caldaia, quindi si hanno vari edifici con diverse condizioni termiche.Zona termica: l’impianto deve permettere di considerare e gestire in modo diverso le varie zone termiche. Per il DPR 551 è obbligatorio che ogni alloggio o unità immobiliare abbia un impianto indipendente con propria termoregolazione e controllo dell’erogazione effettiva.Libretto di impianto e/o di centrale: ogni caldaia deve averlo, e ogni due anni si deve registrare sul libretto d’impianto il controllo del tecnico per quelle più piccole, cioè < 35 kW;ed ogni anno per quelle di potenzialità maggiore sul libretto di centrale. 3.6 Decreti attuativiIl DPR 412/93 regola la parte impiantistica e introduce alcuni nuovi fattori, è stato poi in parte rivisto dal DPR 551/99.I decreti rimandano ad una normativa tecnica (UNI) che non ha cogenza a meno che non sia richiamata da un decreto, altrimenti sono facoltative. Ovviamente averle rispettate, in caso di problemi pone il progettista a riparo da rischi. Così nel 94 vengono rese cogenti le norme UNI che riguardano l'argomento norme (UNI, 10300).Per quanto riguarda il sistema edificio-impianto, la normativa, oltre al Cd<Cd lim già presente nella L.373, ha introdotto nuovi parametri di verifica:

- FEN fabbisogno energetico normalizzato

- η g rendimento globale dell’impiantoCd coefficiente volumico di dispersione per trasmissione termica.Secondo la legge attuale il coefficiente volumico di dispersione limite (Cd lim) dipende dal rapporto tra la superficie lorda disperdente e il volume, e dai gradi giorno (GG). I gradi giorno sono un’ unità di misura convenzionale, che è indice della rigidezza del clima di una certa zona (ad esempio a Firenze si hanno 1820 GG, Bologna 2260, Sondrio 2755).Il volume lordo da riscaldare e la superficie esterna disperdente, dunque, sono dati fondamentali per tali limitazioni.Infatti maggiore è il volume maggiore sarà l'energia necessaria a riscaldarlo. E' per questo ad esempio che in Trentino, dove il clima è rigido, per il risparmio energetico la regione impone un limite massimo per l’altezza dei soffitti di locali abitativi di 2,5m.

A parità di volume contenuto, la superficie disperdente minore è la sfera, infatti gli igloo funzionano bene nei climi polari perché hanno forma emisferica, e il rapporto S/V minore.Per affrontare il problema delle dispersioni sia la Legge 373, prima, che ora la Legge 10 introducono il "coefficiente volumico di dispersione termica" Cd definito con la seguente formula:

Dove Qd = quantità di calore dispersa globale nell’unità di tempo (J / s = W)V = volume dell'ambiente riscaldato (m 3 )Ki = coefficiente globale di scambio termico dell’elemento disperdente i-esimo(es. pavimento, finestra, parete, ecc.) (W / m 2 °C)Si = Superficie dell’elemento i-esimo (m 2 )Cd = dispersione termica dell'involucro per unità di volume e di differenza di temperatura (W / m 3 °C)Cv = dispersione termica dovuta al ricambio d'aria (W / m 3 °C)

Klj= coefficiente lineico dovuto al ponte termico (W / m °C)Δt = differenza di temperatura tra interno ed esterno (°C)lj = lunghezza dell’elemento i-esimo (m), dove:

∑ ∑ +++=

ieki

i

i cs

K

αλα111

1 , e:

αi , αe = coeff.di scambio termico superficiale interno ed esterno (W / m 2 °C)si = spessore dello strato i-esimo (m)λi = coefficiente di conduttività termica dello strato (W/m°C)Ck = coeff. di conduttanza termica per gli strati non omogenei (es. solaio in laterocemento) (W / m °C) .

3.7 Nuove Norme Tecniche e Legislative sulla certificazione energetica

Attuazione della Direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico in edilizia

Dlgs 192 del 19 agosto 2005 e Dlgs 311 del 26 dicembre 2006TITOLO I – Principi generaliArt 1 criteri generali e finalità : recepimento della Dir. Eur. 2002/91/CE, stabilisce i criteri, le condizioni e le modalità per migliorare le prestazioni energetiche degli edifici al fine di favorire lo sviluppo, la valorizzazione e l'integrazione delle fonti rinnovabili e la diversificazione energetica, il raggiungimento degli obiettivi nazionali posti dal protocollo di Kyoto.Disciplina:

a) la metodologia per il calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici;b) l'applicazione di requisiti minimi in materia di prestazioni energetiche degli edifici;c) i criteri generali per la certificazione energetica degli edifici;d) le ispezioni periodiche degli impianti di climatizzazione;e) i criteri per garantire la qualificazione e l'indipendenza degli esperti incaricati della

certificazione energetica e delle ispezioni degli impianti;f) la raccolta delle informazioni e delle esperienze, per l'orientamento della politica

energetica;g) la promozione dell'uso razionale dell'energia anche attraverso l'informazione e la

sensibilizzazione degli utenti finali, la formazione e l'aggiornamento degli operatori del settore

Art 2 definizioni principali

Art 3 ambito di intervento:

1. Si applica, per il contenimento dei consumi energetici a:a. progettazione e realizzazione di edifici di nuova costruzione e degli impianti in essi

installati, di nuovi impianti installati in edifici esistenti, delle opere di ristrutturazione degli edifici e degli impianti esistenti;

b. esercizio, controllo, manutenzione e ispezione degli impianti termici degli edifici;

2. Nel caso di ristrutturazione di edifici esistenti, e per quanto riguarda i requisiti minimi prestazionali e' prevista un'applicazione graduale in relazione al tipo di intervento, con diversi gradi di applicazione:

a. applicazione integrale a tutto l'edificio nel caso di:1. ristrutturazione integrale degli elementi edilizi costituenti l'involucro di edifici esistenti di

superficie utile superiore a 1000 metri quadrati;2. demolizione e ricostruzione in manutenzione straordinaria di edifici esistenti di superficie

utile superiore a 1000 metri quadrati;b. applicazione integrale, ma limitata al solo ampliamento dell'edificio nel caso che risulti

volumetricamente superiore al 20% dell'intero edificio esistente; c. applicazione limitata al rispetto di specifici parametri, livelli prestazionali e prescrizioni,

nel caso di interventi su edifici esistenti, quali: 1. ristrutturazioni totali o parziali e manutenzione straordinaria dell'involucro edilizio (ad

esclusione delle categorie sopra citate); 2. nuova installazione di impianti termici in edifici esistenti o ristrutturazione degli stessi; 3. sostituzione di generatori di calore. Sono esclusi dall’applicazione del decreto:a. gli immobili ricadenti nell'ambito della disciplina dei beni culturali e del paesaggio; b. i fabbricati industriali, artigianali e agricoli non residenziali quando gli ambienti sono

riscaldati per esigenze del processo produttivo;c. i fabbricati isolati con una superficie utile totale inferiore a 50 mq;

d. gli impianti installati ai fini del processo produttivo.

Art 4 Adozione di criteri generali, di una metodologia di calcolo e requisiti della prestazione energetica:Entro centoventi giorni dalla data di entrata in vigore del decreto, con uno o più decreti del Presidente della Repubblica, sono definiti:i criteri generali, le metodologie di calcolo e i requisiti minimi finalizzati al contenimento dei consumi di energia;i criteri generali di prestazione energetica per l'edilizia sovvenzionata e convenzionata pubblica, privata e ristrutturazioni; i requisiti professionali degli esperti cui affidare la certificazione energetica degli edifici e l'ispezione degli impianti di climatizzazione. I requisiti minimi di prestazione energetica saranno rivisti ogni cinque anni e aggiornati in funzione dei progressi della tecnica.Art 5 meccanismi di cooperazione

Art 6 certificazione energetica degli edifici:Entro un anno dalla data di entrata in vigore del presente decreto (6 ottobre 2006):1. La certificazione energetica è obbligatoria per tutti gli edifici nuovi o sottoposti a

interventi (onere a carico del costruttore);1 bis. Per gli altri edifici si applicherà il decreto con gradualità temporale (onere a carico del venditore o del locatore):• Dal 1 luglio 2007 , si applicherà anche agli edifici di superficie utile superiore a 1000 mq,

nel caso di trasferimento a titolo oneroso dell’intero immobile;• Dal 1 luglio 2008, agli edifici di superficie utile fino a 1000 mq caso di trasferimento a

titolo oneroso dell’intero immobile con l’esclusione delle singole unità immobiliari; • Dal 1 luglio 2009 alle singole unità immobiliari, nel caso di trasferimento a titolo

oneroso. Art 6 certificazione energetica degli edifici:1 Ter. Dal 1 gennaio 2007, l’attestato di certificazione energetica è necessario per accedere agli incentivi ed alle agevolazioni di qualsiasi tipo.1 Quater. Dal 1 gennaio 2007, tutti i contratti, nuovi o rinnovati, relativi alla gestione degli impianti termici o di climatizzazione degli edifici pubblici, debbono prevedere la predisposizione dell’attestato di certificazione energetica dell’edificio entro i primi sei mesi di vigenza contrattuale, con predisposizione ed esposizione al pubblico della targa energetica.” N.B. Edifici in corso di costruzione o con richiesta di licenza edil. Prima del 6/10/06 deve intendersi edif. esistente; se oggetto di variante in c.o. va considerato come intervento di ristrut. o man.str. per la parte modificata 2. La certificazione per gli appartamenti di un condominio può fondarsi, oltre sulla valutazione dell'appartamento interessato: a) su una certificazione comune dell'intero edificio, per i condomini dotati di un impianto termico comune; b) sulla valutazione di un altro appartamento rappresentativo dello stesso condominio e della stessa tipologia. Art 6 certificazione energetica degli edifici:3. Nel caso di trasferimento a titolo oneroso dell'intero immobile, l'attestato di certificazione energetica e' allegato all'atto di compravendita, in originale o copia autenticata. 4. Nel caso di locazione, l'attestato di certificazione energetica e' messo a disposizione del conduttore o ad esso consegnato in copia dichiarata dal proprietario conforme all'originale in suo possesso.

5. L'attestato di certificazione energetica ha una validità temporale massima di dieci anni a partire dal suo rilascio, ed e' aggiornato ad ogni intervento di ristrutturazione che modifica la prestazione energetica dell'edificio o dell'impianto. 6. L'attestato di certificazione energetica comprende i dati relativi all'efficienza energetica propri dell'edificio, i valori vigenti a norma di legge e valori di riferimento, che consentano ai cittadini di valutare e confrontare la prestazione energetica dell'edificio. L'attestato e' corredato da suggerimenti in merito agli interventi più significativi ed economicamente convenienti per il miglioramento della predetta prestazione. Punto 2: sono riportati i valori di trasmittanza termica delle strutture opache verticali

Zona climatica

Dall’1 gennaio 2006 U (W/m²K)



A 0,85 0,72 0,62B 0,64 0,54 0,48C 0,57 0,46 0,40D 0,50 0,40 0,36E 0,46 0,37 0,34F 0,44 0,35 0,33

Allegato C – Requisiti energetici degli edificiPunto 3.1: valori di trasmittanza termica delle coperture

0,290,310,41F

0,300,320,43E

0,320,350,46D

0,380,420,55C

0,380,420,60B

0,380,420,80A




Zona climatica

Punto 3.2: valori di trasmittanza termica dei pavimenti verso locali non riscaldati o verso l’esterno

0,320,360,41F

0,330,380,43E

0,360,410,46D

0,420,490,55C

0,490,550,60B

0,650,740,80A




Zona climatica

Allegato C – Requisiti energetici degli edificiPunto 4.1: valori di trasmittanza termica delle chiusure trasparenti comprensiva degli infissi

2,02,32,4F

2,22,42,8E

2,42,83,1D

2,63,03,3C

3,03,64,0B

4,65,05,5A




Zona climatica

Punto 4.2: valori di trasmittanza termica centrale dei vetri

1,31,72,3F

1,71,92,4E

1,92,12,6D

2,12,33,0C

2,73,44,0B

3,74,55,0A




Zona climatica

3.8 Isolamento TermicoLe tecniche per realizzare una parete isolata termicamente sono varie. In generale ci sono alcuni accorgimenti che consentono di ottenere buoni risultati, ad esempio spesso conviene aumentare leggermente lo spessore dell'isolante e non predisporre una camera d'aria, infatti all'interno di essa si innescherebbero moti convettivi che limitano un isolamento efficace.Inoltre nel progettare una parete è importante ricordare che la quantità di materiali isolanti usata incide in maniera minima sul prezzo della costruzione, visto che nel loro caso è la messa in opera a costituire la vera spesa. Dunque dove si progetta di disporre nelle pareti degli strati di materiale isolante conviene prevederne uno spessore abbondante, in modo da essere sicuri del risultato a fronte di un aumento di spesa minimo. Ad esempio progettare una parete con 2 cm di isolante significa spendere molto per la sua messa in opera ma ottenere risultati modesti , mentre con un ulteriore spessore di 4-6 cm il risultato sarebbe stato molto migliore a fronte di un aumento di spesa modesto.Un altro dato importante è quello relativo al vetro-camera che mediamente dimezza la dispersione delle superfici vetrate.Se si analizzano due locali identici come dimensioni ma dei quali uno è stato progettato prevedendo l'isolamento termico, mentre l'altro non è isolato si nota come il locale isolato disperda meno di un terzo del calore dell'altro, cioè si risparmia facilmente il 60-80%.Dunque per ottenere le stesse condizioni ambientali nei due ambienti, quello non isolato necessiterebbe di radiatori più grandi e caldaie più grandi che, oltre ad occupare più spazio, consumerebbero di più ed inquinerebbero di più.

Facendo questo esperimento in un clima tipicamente padano, in cui consideriamo la temperatura esterna pari a -5° C la temperatura superficiale interna della parete non isolata sarebbe di circa 15°C, mentre su quella isolata se ne registreranno 19°C.Dunque la differenza sarebbe di circa 3°C, ma non modesta per gli scambi termici per irraggiamento.Infatti, nella formula di cui si deve tener conto in questi casi, secondo gli scambi per irraggiamento, è la seguente:Q1 = S F [ (Tc 2 ) 2 -( Tmr 2 ) 2 ]dove:S = superficie esposta del corpo umanoF = fattore di vista del corpo umano nell’ambienteTc = temperatura del corpo umano in gradi Kelvin (35°C + 273 = 308 K)Tmr = temperatura (Kelvin) media radiante delle superfici dell’ambiente “viste” dal corpo umano (circa 15-19°C, cioè 288-292K), differenza modesta, ma elevandola alla quarta potenza, la differenza diventa sensibile.Ne deriva che più il corpo è vicino ad un corpo freddo, es. vetro semplice di una finestra, maggiore è lo scambio quindi il corpo si raffredda molto.Si nota come in questa formula le temperature (Kelvin) compaiono elevate alla quarta potenza, quindi anche la differenza di soli tre-quattro gradi percepita nel caso di cui sopra diventa molto importante.In materia di isolamento termico un altro argomento di grande importanza sono i ponti termici. Il caso più frequente si verifica all'intersezione tra i solai e le pareti dove spesso nei progetti meno attenti si verificano interruzioni degli strati isolanti, ma situazioni analoghe si possono verificare anche in corrispondenza delle spallette e degli architravi delle aperture, o dei pilastri esterni.I ponti termici sono dannosi in quanto portano alla formazione di zone di forte dispersione termica in corrispondenza delle quali la temperatura è minore rispetto a quella del resto della parete, e talvolta in misura sufficiente a far condensare il vapore acqueo contenuto nell’aria, tanto che a lungo andare il vapor d’acqua condensa, poi genera umidità e muffe.L'unica contromisura contro questi inconvenienti è la realizzazione di uno strato isolante continuo sull'intera superficie muraria a contatto con l'esterno, sia in fase di progetto che di realizzazione.Questa soluzione risulta di facile realizzazione nelle nuove costruzioni, dove può essere prevista sin dalla fase di progetto, mentre risulta più problematica negli interventi su edifici esistenti.In questi casi si adottano pannelli isolanti da incollare alle pareti, che in genere vengono posizionati all'interno dell'edificio. Questa soluzione offre il vantaggio dal

punto di vista progettuale di poter intervenire solo su alcune zone, ma è meno efficiente dal punto di vista termico.L'adozione di sistemi di isolamento termico su edifici esistenti rientra nella lista degli interventi finanziabili dallo stato.L'adozione di uno strato isolante è consigliabile anche se ho grosse pareti di pietra, inoltre può essere usato anche per suddividere aree di uno stesso alloggio con destinazioni d'uso diverse.Gli interventi migliori in assoluto sotto il punto di vista dell'isolamento termico (anche nel recupero edilizio quando è possibile) sono quelli che prevedono di fissare l'isolante all'esterno e di rivestirlo con una rete plastica che faccia da supporto all'intonaco plastico. Quest'ultimo, infatti, ha la caratteristica di lasciare uscire il vapor acqueo pur rimanendo impermeabile alla pioggia. Questo tipo di soluzione è detta "a cappotto", poiché riesce a coprire con lo strato isolante tutte le zone, sia correnti che d’interazione.Un'altra soluzione alternativa è la parete ventilata che è come la precedente ma invece di avere l'intonaco posato direttamente sul manto isolante, prevede un rivestimento staccato e sostenuto mediante ganci o staffe metalliche.Questo tema può subire diverse varianti quali l'adozione di camere d'aria ventilate che in estate impediscono l'ingresso di aria calda. Queste camere d'aria basano il loro funzionamento sul fatto che lo strato esterno, irraggiato dal sole scalda l'aria presente nell'intercapedine, ed essa diventa poi più leggera, tende a salire per poi uscire dall'alto. In questo modo non stando ferma l'aria non ha il tempo di trasferire il suo calore alla parete. In inverno, invece l'aria sta ferma e il sistema funziona come un semplice muro a camera d’aria. In questa situazione, però la circolazione dell'aria ridurrebbe il potere isolante del sistema nelle giornate particolarmente ventose, ed il suo funzionamento risulterebbe fortemente compromesso, pertanto è bene prevedere artifizi costruttivi che consentano la chiusura della lama d’aria.Per garantire un buon funzionamento di questo sistema è necessario che la parete esterna sia costruita con un materiale conduttivo così la circolazione si innesca velocemente.Questo principio è lo stesso che sta alla base del tetto ventilato, una delle soluzioni migliori per l'isolamento delle coperture.Un'altra considerazione importante è che i materiali isolanti non sono in grado di garantire inerzia termica, in quanto hanno massa molto piccola, dunque è sempre bene abbinarli a pareti massive in modo che, soprattutto per i periodi caldi l'inerzia sia garantita. Ricordarsi che l’isolante termico risulta efficace nel periodo invernale, ma in modo assai modesto in quello estivo.

Nell’ edilizia bioclimatica è importante il coefficiente ηu, cioè il coefficiente di utilizzo delle risorse gratuite (persone, lampade, apparecchi elettrici). A questo riguardo gioca un ruolo importante l'inerzia termica dell'edificio che è una diretta

conseguenza della sua massa. Infatti maggiore è la massa maggiore sarà la capacità di accumulo, così se un muro è in grado di immagazzinare il calore quando ne ha a disposizione lo restituirà progressivamente quando la temperatura cala. Per fare questo è necessaria una certa massa, infatti una roulotte non disperde calore perché è molto isolata, ma non ha inerzia termica perché le sue pareti sono molto leggere, e quindi in estate, al sole, diventa invivibile.La legislazione regionale dell’E. R. fornisce anche la formula per calcolare il fattore di inerzia termica i.Si riportano qui di seguito valori di tram. Term. Indicativi, tenendo presente che oggi sono già ben presenti vetri basso emissivi e vetricamera con all’interno gas inerti, il tutto consente valori di trasm. Term. Assai minori , anche minori di 1.

4 L'ENERGIA SOLARE

4.1 Caratteristiche

L’energia solare ci arriva a diverse lunghezze d’onda che vanno dall’ultravioletto ( 0 0.4 micron ), al visibile ( 0.4 – 0.8 micron ), e infine l’infrarosso ( 0.8 – 2.5 micron ).

Fig.1 Spettro della radiazione solareL’energia che parte dal sole non coincide però con quella che arriva a noi a terra, essa nel percorso subisce diverse perdite : sia ad opera dell’atmosfera, sia ad opera di varie rifrazioni e assorbimenti.L'energia del sole si trasmette attraverso il fenomeno dell'irraggiamento, che, come noto avviene attraverso onde elettromagnetiche che non hanno bisogno di un mezzo per propagarsi, e quindi possono farlo anche nel vuoto.Gli effetti termici si hanno per lunghezze d'onda dell'ordine dei micron.Lo studio dell'energia solare si basa sulle leggi dell'irraggiamento: si noti come per i corpi neri la legge di irraggiamento sia:

dove I è il potere emissivo integrale , S è la superficie del corpo e T è la temperatura termodinamica (in scala Kelvin) del corpo.Dunque la quantità di calore è sempre proporzionale alla superficie moltiplicata per la temperatura elevata alla quarta potenza, il che comporta che anche una differenza di pochi gradi ha un grande effetto.

Il comportamento del sole si può assimilare a quello di un corpo nero alla temperatura di 5762 K, ma gli effetti di tale radiazione sono leggermente smorzati dall'atmosfera terrestre che agisce come un filtro.La gran parte dell'energia solare arriva sulla Terra attraverso i raggi infrarossi , e comunque l'intera quantità di energia solare arriva con onde di lunghezza d'onda (λ) compresa tra 0 e 2,5 micron:

con le seguenti caratteristiche per intervalli di λ :- tra 0 e 0,36 micron la zona degli ultravioletti,- tra 0,36 e 0,78 micron si ha l’energia luminosa (luce bianca naturale),- tra 0,78 e 2,5 micron zona degli infrarossi, responsabili della trasmissione dell’en. termica .N.B. Buco OzonoNel campo degli ultravioletti, il compito dell'ozono (O3) è importantissimo: quello di assorbire onde elettromagnetiche soprattutto nella fascia tra 0 e 0,3 micron, appunto quella dei raggi ultra violetti che , in dosi eccessive, sono molto dannosi per la vita umana (sono responsabili di tumori alla pelle).La formazione del buco dell'ozono è quasi certamente causata dalle catene di idrocarburi usate come gas frigoriferi contenenti fluoro.I gas incriminati sono i fluorocarburi, in particolare quelli della catena del freon . Sono stati messi al bando, ma erano usati in molti campi, dunque prima che tutte le applicazioni in cui erano previsti diventino obsolete e vengano sostituite devono passare ancora molti anni.Il meccanismo per cui si forma il buco dell'ozono pare il seguente: quando i frigoriferi, (o gli impianti di condizionamento casalinghi o delle auto, o alcuni materiali isolanti contenenti fluorocarburi ) invecchiano, il fluido frigorigeno si disperde in atmosfera.I fluorocarburi contengono il fluoro che per la sua forte tendenza ad attirare l'ossigeno, si dice che "mangia l'ossigeno". Così quando queste sostanze raggiungono la fascia dell'ozono, la cui formula è O3, il fluoro assorbe un atomo di ossigeno trasformando l'ozono in ossigeno puro O2. In questo modo la progressiva emissione in atmosfera di fluorocarburi consuma lentamente il filtro dell’ozono del nostro pianeta ai raggi ultravioletti.N.B. Effetto SerraUn altro fenomeno di cui si parla molto è l'effetto serra: esso è dovuto al fatto che alcuni materiali (es. vetro, fogli di plastica) sono quasi trasparenti alla luce solare, cioè all’energia incidente nelle lunghezze d'onda comprese tra 0 e 2,5 micron.Dunque attraverso un vetro può passare, ad incidenza perpendicolare o ad essa prossima fino a 40 gradi, fino al 90% dell'energia solare. Una volta entrata questa energia colpisce i vari materiali contenuti nella serra e li scalda. Gli oggetti, una volta

scaldati, riemettono radiazioni, con lunghezze d'onda maggiori, ma il vetro, a queste radiazioni non è più trasparente, e quindi non le lascia uscire, ed esse continuano a scaldare l'interno della serra. L’effetto serra è per l’energia solare quasi assimilabile ad una trappola per topi: si entra facilmente, ma non si esce! Questo effetto è utile e voluto nelle serre, ad esempio nei vivai perché permette alle piante di crescere più velocemente.L'effetto serra in atmosfera è basato sullo stesso principio, e sono gli strati trasparenti dell'atmosfera stessa a svolgere il ruolo del vetro che prima lascia passare la radiazione solare e poi non permette alle radiazioni riemesse dalla materia scaldata di uscire. Dunque è un effetto che è sempre esistito in natura, ma negli ultimi anni la situazione è cambiata, soprattutto per l'aumento dell’anidride carbonica (CO2) e di altri gas inquinanti in atmosfera, dovuto alle emissioni, derivanti dalle attività delle società industrializzate.La CO2, infatti, ha valori molto alti di assorbimento della radiazione solare, così l'emissione costante di migliaia di tonnellate di CO2 fa aumentare l'assorbimento e dunque il riscaldamento, e con esso la quantità di radiazioni che non sono più in grado di uscire dall'atmosfera.La CO2 deriva da tutti i processi che coinvolgono il carbonio, dunque il processo che ne produce di più è la combustione degli idrocarburi.Conclusioni : l'intera società industriale è basata sulla combustione degli idrocarburi, ed il loro consumo è in continuo aumento in tutto il mondo, quindi è necessario trovare una soluzione per una loro decisa riduzione nelle emissioni (Protocollo di Kyoto)La prima risposta a questo problema, anche se non decisiva, è la più semplice, e l'unica immediatamente attuabile da ognuno, cioè il risparmio energetico.Molta dell'energia consumata nel mondo attualmente viene inutilmente sprecata, spesso inconsapevolmente o per semplice ignoranza del problema .Dunque se, anche attraverso campagne informative di sensibilizzazione, si riuscisse a far sì che ognuno stia attento ad accendere gli elettrodomestici o il riscaldamento solo quando è necessario, o ad isolare in maniera efficace gli edifici in cui trascorre le sue giornate sarebbe già un primo importante passo avanti per frenare le emissioni di CO2. Infatti anche se lo spreco giornaliero di ogni singolo individuo può sembrare marginale, questo va moltiplicato per miliardi di persone, dunque si capisce come ogni contributo sia importante.Il passo successivo, molto più complesso e meno immediato, sarà la progressiva diffusione di sistemi basati sull'energia pulita, in modo da azzerare le emissioni dannose. Questo traguardo è ancora lontano, ma già da adesso è possibile muoversi in questa direzione, iniziando a progettare tenendo conto di queste problematiche.

4.2 Utilizzazione dell’energia solareIl Sole può essere sfruttato a proprio vantaggio nella progettazione di edifici.Per progettare un edificio che tragga vantaggio dal Sole bisogna in primo luogo saperne la latitudine (l'Italia è tutta compresa tra 36° e 48° di latitudine Nord), la longitudine e l'orientamento, in modo da poter decidere di conseguenza la disposizione degli ambienti e di eventuali pannelli solari. Anche la quota sul livello del mare gioca, per quanto riguarda l'irraggiamento un ruolo importante, infatti minore è la quota maggiore è lo spessore di atmosfera che i raggi devono attraversare, e di conseguenza sarà minore la quantità di radiazioni che arriva a terra.Ad esempio è importante tenere conto del fatto che le stanze rivolte a Nord non avranno mai irraggiamento diretto, ma riceveranno soltanto luce diffusa.Al contrario l'esposizione a Sud garantirà un soleggiamento diretto e medio durante tutto l'arco della giornata, mentre i grafici dell'esposizione ad Est e ad Ovest sono simmetrici , dunque ad Est avremo un forte irraggiamento mattutino , e ad Ovest i raggi arriveranno il pomeriggio e la sera.

A questo proposito non è consigliabile progettare edifici con camere da letto rivolte ad Ovest, in quanto l’irraggiamento solare diretto agirà scaldando tale camera poco prima che si vada a letto, creando disagio estivo agli utenti. Situazioni come questa , se conosciute , possono essere sfruttate con vantaggio , infatti.in un clima freddo

avere il sole che riscalda la camera poco prima di dormire è una cosa positiva , ma sarà negativa in un clima caldo, soprattutto in estate .Anche il modo in cui vengono progettate le aperture, cioè di solito le abituali finestre, influisce in maniera determinante sul benessere e sui consumi in un edificio.Un esempio per tutti è quello degli shed usati nelle fabbriche . Molte di queste aperture venivano orientate verso Nord poiché si voleva evitare l'abbagliamento dei lavoratori causato dalla luce diretta . Questa soluzione, però , è molto dispendiosa perché richiede l’illuminazione artificiale quasi in continuità, e mentre l’apporto energetico solare è nullo , le aperture sono le zone termicamente più disperdenti dell'involucro di un edificio, ed inoltre gli shed si trovano in alto , dove sale l'aria calda, dunque, rivolgendo queste aperture a Nord, si ha la più svantaggiosa situazione di massima dispersione del calore.

Orientando gli shed verso Sud , invece , e dotandoli opportunamente di aggetti esterni e di rivestimenti interni o pannelli diffondenti , si può raccogliere energia solare senza il problema dell'abbagliamento, e si limitano le dispersioni di calore, con un bilancio energetico ed illuminotecnico nettamente favorevole. Il dato geografico più incidente per gli effetti che il Sole può avere sulla costruzione è la latitudine, infatti con essa varia l'inclinazione con cui i raggi solari la colpiscono .Per ogni località sono disponibili in bibliografia i dati statistici climatici, in particolare è indicata la radiazione media mensile espressa in MJ/m2 .Il modo più antico di usare l'energia solare è il guadagno diretto , cioè quello che si ottiene semplicemente dal fatto che l’edificio , o un suo particolare componente , o gli oggetti che esso contiene vengono colpiti e dunque scaldati dai raggi solari.Qui gioca un ruolo importante l'inerzia termica , infatti la situazione più classica è quella che si verifica quando i raggi attraversano una finestra qualsiasi e incidono direttamente su: pavimento e pareti e gli oggetti contenuti nell'edificio in questione, ed indirettamente anche su soffitto e pareti interne. In questo caso tutte le superfici durante le ore di illuminazione assorbono calore che poi riemetteranno di sera e notte con il calare del sole e della temperatura interna. Maggiore è la massa che viene colpita dai raggi solari , maggiore sarà il potere d’accumulo, e quindi il calore assorbito di giorno, e quindi quello poi riemesso di notte. A questo processo partecipano anche gli arredi e le finiture, ad esempio un colore più scuro assorbe di più . Questo permette di innalzare sensibilmente la temperatura e, di risparmiare sul riscaldamento nei climi freddi, quindi si dovrà aver cura di predisporre adeguate superfici trasparenti, ed avere superfici interne molto assorbenti.Per quanto riguarda le vetrate bisogna tenere conto che sono punti deboli per quanto riguarda l'isolamento termico, e quindi le loro dimensioni dovranno essere il risultato di una mediazione tra il bisogno di accogliere i raggi solari e quello di non far uscire il calore.Questo vale , come già detto , nei climi rigidi, invece in Sicilia ad esempio, ed ancor di più nei Paesi tropicali, ci si dovrà proteggere dal fenomeno di surplus di calore, specialmente in estate.Naturalmente esistono anche altri metodi di guadagno solare più elaborati , ma che sono molto più vincolanti dal punto di vista prettamente distributivo, visivo ed architettonico .Il primo di questi sistemi è lo scambiatore aria-aria , che prevede il riscaldamento dell'aria da parte del sole in una serra, separata, dal locale che si vuole scaldare, mediante una parete. La parete potrà avere prese d'aria disposte in alto , in modo che l'aria scaldata nella serra salendo le raggiunga e possa entrare nel locale, e, a sua volta la serra avrà prese d'aria verso l'esterno disposte in basso, per la ripresa dell’aria dall’ambiente . Si genera così una circolazione per cui l'aria scaldata all'interno della serra sale ed entra nell'edificio lasciando il posto nella serra per nuova aria da scaldare.

Questo sistema può anche avvalersi di un sistema di circolazione forzata dell'aria che ne migliora le prestazioni.Un altro sistema basato sullo stesso principio è il muro solare , che invece di prevedere una vera e propria serra è costituito da una superficie esterna vetrata con prese d'aria disposte in basso , disposta a poca distanza dalla parete vera e propria in modo da formare un'intercapedine in cui si scalda l'aria. La parete come nel caso precedente avrà le prese d'aria disposte in alto in modo da consentire all'aria calda di entrare nel locale da riscaldare.Un ulteriore evoluzione di questo tema è il muro di Trombe-Michel : in questo caso l'aria non è presa dall'esterno , perché è sempre l'aria interna a circolare riscaldandosi quando c’è irraggiamento solare .Questo sistema è costituito da una superficie vetrata priva di prese d'aria disposta all'esterno della parete vera e propria che invece è provvista di una serie di bocchette in alto e una in basso. In questo modo l'aria presente all'interno dell'intercapedine viene scaldata dai raggi solari , dunque tende a salire e ad entrare nel locale dalle bocchette disposte in alto . Questo fenomeno crea un risucchio dell'aria della stanza verso l'intercapedine attraverso le bocchette disposte nella parte bassa della parete . Inoltre la parete deve essere dotata di buona inerzia termica , in modo che di giorno , illuminata dal sole , assorba calore per restituirlo poi di notte .In questo modo è possibile operare con l’aria usufruendo degli stessi vantaggi del muro solare .Naturalmente questa soluzione presenta molte problematiche , infatti per essere funzionale al massimo la parete deve essere orientata verso Sud , ma questo significa avere delle ampie pareti cieche proprio dove l'illuminazione è migliore . Inoltre per essere captante la parete interna viene dipinta con colori scuri , che esteticamente non sono sempre facilmente accettati . Questo senza tenere conto dei problemi correlati alla pulizia ed alla manutenzione delle vetrate.Un'altra soluzione prevede la disposizione a Sud di serre addossate a muri massivi , in modo da garantire un buon rendimento termico, ma anche questa pone forti limiti alla libertà progettuale.La progettazione bioclimatica , dunque , deve tenere conto di moltissimi fattori, ed il Sole è il primo di questi , anche perché è il motore stesso del microclima della zona , che è il secondo fattore di cui tenere conto. Ad esempio in una valle sarebbe meglio evitare la cima perché troppo ventilata , ma anche il fondovalle perché è meno soleggiato e più freddo visto che l'aria fredda scende in basso.L'ideale è un semipendio rivolto verso Sud.Un elemento fondamentale in tutti i sistemi analizzati sopra è il comportamento della radiazione attraverso il vetro o le superfici trasparenti in genere.Quando la radiazione colpisce il vetro , infatti una parte di essa viene trasmessa, un'altra viene riflessa e la rimanente viene assorbita. La parte di energia trasmessa ,

riflessa o assorbita dipende dalle caratteristiche del materiale e dall'angolo di incidenza dei raggi solari sulla lastra. Infatti per un'inclinazione dei raggi fino a 45° rispetto alla normale, la percentuale trasmessa è molto alta (fino al 90-95 %) , e può variare a seconda della trasparenza del materiale o della sua pulizia , ma oltre questa inclinazione il vetro riflette via via la maggior parte della radiazione incidente.Il vetro è un materiale che si ottiene dalla silice, e a seconda della percentuale di ossidi di silice e di altri componenti chimici presenti, si producono vetri più o meno trasparenti, opachi.Il vetrocamera è costituito da due vetri con in mezzo aria, essiccata per evitare la formazione di condensa alle basse temperature , inoltre sui vetri si possono stendere pellicole antiriflesso o energetiche, al fine di migliorarne l’isolamento termico.Per quanto riguarda le pareti , invece , possono entrare in gioco molteplici fattori come i materiali , i colori , lo strato isolante o gli accorgimenti tecnici .La cosa più importante da ricordare è che all'aumentare della massa il muro trasmette meno il calore mentre la sua inerzia termica aumenta, dunque se la massa è molto grande il calore assorbito viene restituito molto più avanti nel tempo .Un altro elemento di cui bisogna tenere conto sono le ombre portate , che oltre all'importanza architettonica, possono essere usate per evitare surriscaldamenti estivi .Nello studio delle ombre portate va considerato il loro spostamento nell'arco delle ventiquattro ore e nell'arco dell'anno.Gli aggetti , dunque , possono svolgere un ruolo importante per sfruttare le ombre , così come gli schermi, verticali o orizzontali, fissi o mobili, disposti in corrispondenza delle zone da ombreggiare.La posizione del nostro pianeta nella sua orbita intorno al sole e l'inclinazione del suo asse , oltre la latitudine, sono gli elementi che determinano l'inclinazione dei raggi solari sulla sua superficie ; le date fondamentali da conoscere sono i due solstizi e i due equinozi . Il solstizio invernale (21 Dicembre )segna nell’emisfero Nord la data con il dì più breve , mentre quello d'estate (21 Giugno) quella del dì più lungo;e nell’emisfero Sud, viceversa . I due equinozi (21 Marzo e 21 Sett.), invece, sono i due giorni dell'anno in cui il numero delle ore di luce è esattamente lo stesso delle ore di buio .Il massimo irraggiamento solare ottenibile su una superficie orizzontale nel mese più favorevole e con aria limpidissima è misurabile in 1100 W/m2. I coefficienti di utilizzazione sono molto minori di 1 , quasi sempre minori del 50% , dunque si dice che il Sole dà energia a bassa intensità, e quindi per avere grandi accumuli di energia servono grandi superfici captanti , che però costano molto.Il Sole , inoltre regola tutto il ciclo dell'acqua e quello della vita. Le precipitazioni avvengono quando il vapor d'acqua presente nell’aria condensa . Questo avviene

quando un'alta concentrazione di esso si sposta in una zona con una temperatura favorevole .La temperatura dipende dal sole , ed era stato sempre il sole a far evaporare l'acqua delle riserve del nostro pianeta portando il vapor acqueo in atmosfera.Tornando a parlare di microclima si nota come in genere la temperatura salga con l'aumentare della densità abitativa . In città, infatti arriva meno vento, ci sono più attività con dispersioni termiche, pavimentazioni ed edifici costituenti accumuli termici, e tutto fornisce calore. Dunque secondo la legge se progetto in aperta campagna posso abbassare la temperatura esterna di progetto di due o tre gradi, perchè è tale la differenza di temperatura.Per stabilire la temperatura esterna del sito in cui progetto è importante l'altezza sul livello del mare. In genere si calcola un abbassamento della temperatura esterna di un grado ogni 150-200m , e questo dato vale in estate come in inverno.Ogni elemento della morfologia di un sito : il mare , i laghi , i venti predominanti o la presenza di montagne o colline, influenza il microclima, e quindi dovrebbe conseguirne una progettazione ad hoc.Nel considerare i carichi termici agenti su un edificio bisogna sempre ricordare che anche quelli interni influiscono . Infatti la presenza di lampade , elettrodomestici , persone , in un locale influiscono molto sulla temperatura interna risultante.E se il contributo di un singolo individuo può essere trascurabile in un ambiente sufficientemente ampio, quello dell'intero pubblico di un cinema o di un palazzo dello sport può essere molto grande, per non parlare di luoghi in cui le persone compiono intensa attività fisica (palestre), o in cui sono in funzione grandi macchinari (industrie, es. panificio). Tutti questi contributi devono essere considerati dal progettista.La decisione di sfruttare l'azione del Sole in un edificio ne condiziona pesantemente il progetto in ogni sua fase .

5.3 Esempi di edifici bioclimaticiUn esempio lampante è quello della "piscina senza Nord" , la cui pianta è

costituita da un triangolo con il vertice rivolto verso Nord e la base rivolta a Sud. Questa disposizione consente di non avere pareti esposte direttamente a nord , che sono quelle che generano la massima dispersione e che non ricevono mai direttamente la radiazione solare.La facciata a Sud è completamente vetrata , così in inverno il sole entra permettendo all'acqua (che ha un'elevata inerzia termica) e alle pareti interne di accumulare calore.

La notte, invece vengono fatti scorrere sopra alle vetrate dei pannelli isolanti che impediscono al calore riemesso dall'acqua e dalle pareti interne di disperdersi.L'impianto, inoltre , prevede l' uso di collettori solari per fornire l'acqua calda alle docce.In una piscina la temperatura dell'aria e quella dell'acqua della vasca devono mantenersi sui 27-28°C , inoltre ogni giorno bisogna garantire un ricambio di almeno il 10% dell'acqua , il che equivale a buttare via acqua calda . Da questi dati si capisce che una piscina è un impianto che divora letteralmente energia, e come, tutti gli accorgimenti che consentono di risparmiarne, siano molto importanti.

Un altro progetto realizzato è la scuola materna di Tredozio , una località nell’Appennino Tosco-Emiliano a 7-800 m slm . In questo caso è stato possibile realizzare l'edificio in maniera eco-compatibile grazie a sovvenzioni speciali , visto che il costo di un edificio di questo tipo è superiore di quello di un edificio tradizionale.Questo progetto prevede dei muri di Trombe-Michel rivolti a sud ed un ingresso munito di doppia porta .

Inoltre il tetto sostiene una grossa "vela" che ospita 130 m2 di collettori solari inclinati di 60° rispetto all'orizzontale.Di fronte ai collettori una superficie di tetto piano è ricoperta da ghiaia chiara per creare un grosso albedo ( riverbero ). A nord sono disposti tutti i depositi ed i bagni .La zona Sud ha alcune porte che procurano guadagno solare diretto, oltre ai muri di Trombe-Michel , la cui superficie muraria è dipinta con una vernice verde selettiva , appositamente studiata per creare un maggiore effetto serra , mentre le ampie vetrate utilizzano il vetro camera ed hanno l'intelaiatura ridotta al minimo necessario a garantire la resistenza meccanica .In questo modo il vetro camera impedisce la dispersione termica, mentre le sottili intelaiature non creano ombre e non diminuiscono la superficie trasparente.Oltre alle bocchette del muro di Trombe-Michel il sistema dispone di un sistema di ventilazione forzata dell'aria interna che ne garantisce il ricambio richiesto dalla Norma vigente per le scuole.

Altro progetto di un'altra scuola , che si trova a Massa Finalese (MO) , ed è molto più grande, dunque è stata disposta in due corpi paralleli tra loro ed orientati a sud-est, visto che le aule hanno bisogno di luce ed energia solare soprattutto durante la mattinata.

I due corpi di fabbrica sono disposti parallelamente ma a distanza tale da non farsi ombra tra loro . Il progetto , inoltre prevede dei corpi captanti disposti lungo le facciate, costituiti da serre collegate alle aule e leggermente schermate da setti - diaframmi della struttura , che , data la loro massa , fungono contemporaneamente da corpi di accumulo . Queste zone captanti sono costruite a sbalzo rispetto alla facciata, ma la loro forma è studiata in modo da generare il minimo possibile di ombra portata sulla facciata sottostante. Questa soluzione per essere completa avrebbe dovuto essere corredata da tapparelle isolanti con cui diminuisce l'influenza del sistema.La palestra , invece ha una falda del tetto completamente in policarbonato doppio in modo da garantire un'illuminazione abbondante , limitando la dispersione di calore.L'edificio , inoltre è dotato di un impianto per la circolazione dell'aria con un sistema di regolazione singolo per ogni aula , e di un sistema di collettori solari per la produzione dell'acqua calda delle docce e delle cucine.

Un altro intervento molto riuscito è l’edificio ad uso residenziale a BorgoTaro , a circa 6-700 m slm.Il progetto prevede una facciata sud con ampie superfici vetrate con zone a guadagno diretto sulle camere , serre a pianta trapezoidale con porta sulla sala da pranzo , e pannelli solari sul tetto . Il lato a nord , invece, è occupato dalle scale esterne situate in corpi chiusi che fungono anche da frangivento , dai servizi , e dalle cantinette al piano.

La parete che separa le serre disposte a sud dalla sala da pranzo è munita di bocchette, in cui è installato un piccolo ventilatore regolato da un termostato che permette l'ingresso di aria calda dalla serra-terrazzo.Quindi il funzionamento è semplice, basta regolare il termostato sulla temperatura desiderata , e quando l'aria nella serra la raggiunge , si apre la bocchetta ed entra in funzione il ventilatore. All'interno della serra il pavimento è bianco per riflettere la luce mentre la parete è scura per assorbirlo maggiormente. Il muro esterno è realizzato con spessi blocchi di argilla espansa che danno massa, mentre per le strutture sono state usate cassaforme a perdere in materiale isolante, eliminando, così, i problemi legati ai ponti termici.

Altro intervento interessante è stato realizzato per lo IACP di Bologna a Crevalcore (BO) , e trattasi di una ristrutturazione di un edificio con sei alloggi, la cui facciata Sud è stata completamente solarizzata , con serre, muri di Trombe, e muri ad accumulo (inerti) . E’ stato significativo rilevare il suo comportamento termico rispetto ad altri due , pressochè identici e molto vicini, su cui si era intervenuti sul primo con una ristrutturazione normale (pareti

non isolate), mentre sul secondo con lo stesso isolamento termico del terzo solarizzato.

Un altro stratagemma per sfruttare energia naturale per migliorare la qualità climatica di un edificio, ma in questo caso per il raffrescamento estivo, è quello delle torri del vento. Ad esempio in Iran , esistono costruzioni tradizionali che sfruttano questo principio.Si costruisce la torre secondo la direzione dei venti dominanti , dotandola di aperture in quella direzione.L'aria, così entra forzata dal vento nella torre, e da lì viene convogliata in condutture sotterranee dove si raffredda. Da qui l'aria raggiunge il cortile dell'edificio da rinfrescare passando anche attraverso il getto di una fontana per umidificarsi.

PROIEZIONI future di grande interesse

Progetto ARCHIMEDE in Sicilia in fase di realizzazione da Enel-Enea

Progetto TORRE SOLARE , per ora in Australia

Captazione nella stratosfera ed invio a terra con onde convogliate.

Corso TER Parte 1 2008

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