Modulo di

Energetica dell’edificio

Docenti:

Prof. Ing. Marco Dell’Isola

Facoltà di Ingegneria

Università degli studi di Cassino

Ing. Fernanda Fuoco

Facoltà di Ingegneria

Università degli studi di Cassino

Anno Accademico 2013-2014

Indice

Concetti e definizioni di base

Energia ed Exergia

Fonti tradizionali e rinnovabili

Consumi energetici

Risparmio energetico

Comfort ambientale

Sviluppo sostenibile

Normative e le politiche energetiche

Direttiva europea 2002/91/CE

Legge 10/91

DLgs 192/05 e succesive modifiche (DLgs 311/06,…)

Umbrella Document

Nuove strategie Energetiche

passivhaus

sistemi energetici (fonti rinnovabili, microcogenerazione, generazione distribuita)

certificazione e diagnosi energetica

Come l’energetica può aiutare ad

individuare uno sviluppo sostenibile?

L’energetica

A partire dal dopoguerra l’enorme disponibilità di energia a basso costo aveva creato sia negli utenti che nei progettisti l’illusione di una disponibilità illimitata della risorsa energetica. La prima consapevolezza di tale illusione si ebbe a partire dagli anni ’70 con la crisi petrolifera, quando si assistette al quintuplicare del prezzo del petrolio. Per contenere i consumi energetici in Italia fu emanata la legge 373/76 che mirava a contenere i fabbisogni termici per il riscaldamento invernale degli edifici.

Contestualmente a livello scientifico cominciò nei ricercatori e nei tecnici una grande attenzione alla “Energetica”, disciplina che studia l’uso razionale dell’energia. Tale disciplina ha le sue fondamenta nella termodinamica e nello studio dei sistemi energetici, ma è divenuta sempre più complessa per le sue implicazioni ambientali, economiche e sociali.

Per affrontare correttamente la problematica energetica è infatti indispensabile tenere in debito conto:

l’impatto ambientale dei sistemi energetici (effetto serra, depauperamento delle fonti fossili, inquinamento locale, …);

la sostenibilità economica dei consumi energetici (consumi energetici e costi di acquisto, manutenzione e dismissione dei sistemi energetici);

la disponibilità sociale del bene energetico (sviluppo demografico, incrememento consumi paesi emergenti, implicazioni politiche).

Forme di energia

Nello studio della termodinamica si è fatto riferimento ad un importante distinzione tra

le forme di energia in transito attraverso il confine di un sistema

calore

lavoro

le forme di energia accumulata in un sistema:

energia meccanica, (energia pregiata in quanto direttamente utilizzabile e convertibile in altre forme) associata all’energia potenziale (ad esempio in un campo gravitazionale) e all’energia cinetica;

energia elettrica, associata all'accumulo di cariche elettriche;

energia chimica, associata all’energia potenziale accumulata che può liberarsi come risultato di una reazione chimica;

energia nucleare, associata all’energia potenziale accumulata che può liberarsi come risultato di una reazione nucleare;

energia termica, associata all’energia interna accumulata un sistema (sensibile o latente) in cui tutte le forme di energia possono essere convertite (integralmente); la conversione opposta non risulta ovviamente integralmente possibile per il II Principio della Termodinamica.

Fonti di energia (rinnovabili e non)

Tra le fonti energetiche disponibili sul nostro pianeta, è possibile distinguere le fonti rinnovabili e non rinnovabili; le prime sono risorse la cui disponibilità continuamente si rinnova nel tempo (o comunque possono ritenersi “praticamente inesauribili”) mentre le seconde sono risorse che si sono accumulate nel passato e che non risultano più disponibili una volta consumate.

Le fonti di energia disponibili sul nostro pianeta si presentano (nelle forme su citate) come:

energia idraulica (meccanica) disponibile da salti idraulici (dighe e sbarramenti di fiumi e torrenti)

energia delle maree (meccanica) disponibile dallo sfruttamento delle maree

energia eolica (meccanica) disponibile dalo sfruttamento dei venti;

energia solare (elettromagnetica) disponibile dalle radiazioni solari (termica o fotovoltaica);

energia geotermica (termica) disponibile da sorgenti termiche naturali (soffioni, etc);

energia nucleare disponibile da fissione di uranio e torio (in futuro si spera da processi di fusione termonucleare di deuterio e di litio).

energia da biomasse (chimica) disponibile da combustibili vegetali o animali(deiezioni);

energia fossile (chimica) disponibile da riserve di combustibili (carbone, petrolio e gas naturale);

Utilizzando un’analogia economica possiamo dire che mentre Il consumo delle fonti “non rinnovabili” intacca il “capitale energetico”, l’utilizzo delle rinnovabili riguarda solo gli “interessi” del capitale.

Le fonti rinnovabili:

il fotovoltaico Il componente fondamentale dell’impianto è la cella fotovoltaica,

costituita da un materiale semiconduttore (generalmente silicio), cui spetta la conversione dell’energia solare incidente.

In ambito commerciale, la più diffusa (circa 94,2%) tipologia di cella fotovoltaica è basata su:

silicio monocristallino in grado di garantire rendimenti del 1417% (modulo pari a 1215%);

silicio policristallino (circa il 60% del mercato totale), caratterizzato rendimenti generalmente non superiori al 13-15% (modulo pari a 1114%

“silicio amorfo” o a “film sottile” (la tecnica più economica) caratterizzato da una efficienza media di conversione del 57%). presenta la potenzialità di poter deporre uno strato su substrati anche flessibili e leggeri e di forma qualunque.

moduli a film sottile con semiconduttori composti (GaAs, InGaP, CdTe, CuIn-GaSe2)

La quantità di energia elettrica prodotta da un sistema fotovoltaico dipende da numerosi fattori:

superficie dell’impianto

posizione dei moduli FV nello spazio (angolo di inclinazione rispetto all’orizzontale ed angolo di orientamento rispetto al Sud)

radiazione solare incidente nel sito di installazione

efficienza dei moduli FV

efficienza del BOS

altri parametri (p.es. temp. di funzionamento)

Le fonti rinnovabili:

il mini-eolico Le macchine eoliche sono classificabili in funzione di numerose

variabili:

in funzione della posizione dell’asse di rotazione, della potenza, della velocità del rotore, del numero di pale, del tipo di regolazione ecc.

In base alla loro dislocazione sul territorio gli impianti eolici possono essere classificati in impianti sulla terraferma (on-shore) e impianti sul mare (off-shore).

I moderni aerogeneratori hanno caratteristiche modulari, sono affidabili e si collocano nel sito in tempi molto brevi; sono costruiti per operare in modo continuativo, con scarsa manutenzione (ogni 6 mesi) e poco personale (2 addetti per ogni 20-30 macchine) per un periodo di oltre 20 anni. La tipologia più diffusa è quella tripala.

Gli ostacoli che ancora permangono ad una diffusione massiva di impianti eolici sono principalmente costituiti dalla mancanza di certezze sugli iter autorizzativi e di conoscenze diffuse e approfondite sul quadro normativo. Non meno importante è, quasi sempre, la mancanza del consenso locale associato all’aspetto dell’impatto ambientale a cui gli impianti eolici possono dare origine.

Oltre alle su menzionate problematiche i fattori che stanno osteggiando l’installazione di nuovi impianti eolici ricadono nel campo dell’impatto ambientale:

l’impatto visivo sul paesaggio (effetto selva ed effetto barriera);

l’inquinamento acustico;

l’impatto sulla fauna (soprattutto uccelli e pipistrelli).

l’impatto elettromagnetico

Le fonti rinnovabili:

il mini-idro Le turbine idrauliche utilizzano l’energia potenziale posseduta da

una massa d’acqua tra un dislivello, detto salto, esistente tra le due sezioni di pelo libero superiore (a monte) ed inferiore (a valle).

La tecnologia in campo idroelettrico è attualmente giunta a piena maturità e l’uso industriale della risorsa idrica, almeno nei Paesi Europei ha quasi raggiunto il suo potenziale tecnico.

Esistono comunque possibilità di impiego della risorsa idroelettrica, su piccola scala:

salti d’acqua sugli acquedotti

piccole turbine (da pochi kW a poche decine di kW) posizionate su rigagnoli o torrenti di montagna

La fonte idroelettrica può essere utilizzata in applicazioni:

Off-grid o stand-alone: sistemi non collegate in rete. In genere si tratta di pico-centrali a servizio di utenze da pochi kilowatt.

On-grid o grid-connected: sistemi connessi alla rete BT. In genere sono micro-impianti realizzati per l’autoconsumo che possono cedere la rimanente energia prodotta al Distributore locale.

Tuttavia anche i microimpianti idroelettrici possono però avere impatti negativi sull’ambiente:

impropria occupazione e trasformazione del suolo;

derivazione e captazione risorse idriche superficiali;

mantenimento ecosistema fluviale (D.M.V. – Deflusso Minimo Vitale);

possibile alterazione della flora e della fauna;

i rumori e le vibrazioni

Le fonti rinnovabili:

il solare termico Questa tecnologia ha raggiunto la piena maturità ed affidabilità

tali da farla rientrare tra i modi più razionali e puliti per scaldare l'acqua o l'aria nell'utilizzo domestico e produttivo. La radiazione solare (che può raggiungere 1kW/m² nelle giornate di cielo sereno), resta la fonte energetica più abbondante e pulita sulla superficie terrestre.

Il rendimento dei pannelli solari è notevolmente aumentato nell'ultimo decennio (fino al 80%), rendendo possibile applicazioni nell'edilizia, nel terziario e nell'agricoltura commercialmente competitive.

Un metro quadrato di collettore solare può scaldare a 45÷60 °C tra i 40 ed i 300 litri d'acqua in un giorno a secondo dell'efficienza che varia con le condizioni climatiche e con la tipologia di collettore tra 30 % e 90%.

Le applicazione possibili sono:

riscaldare acqua sanitaria,

riscaldamento edifici (con impianti a pavimento)

condizionamento estivo (con pompe di calore)

I collettori solari possono essere di diversi tipi:

i collettori piani (i più comuni)

i collettori a tubo vuoto (più costosi ma più efficienti)

Nel mondo sono installati oltre 40 milioni di metri quadri di pannelli solari di cui più di 4 milioni nell'Unione europea.

In Italia l'applicazione dei pannelli solari per scaldare l'acqua può essere ancora molto potenziata.

Le fonti rinnovabili:

la geotermia e GSHP Il GSHP(Ground Source Heat Pump) è’ un sistema d’utilizzo della

risorsa geotermica a bassa entalpia (lo sfruttamento della risorsa è conveniente già da 12°C). Si basa sul fatto che, già oltre i 20 metri di profondità, la temperatura del sottosuolo è costante e non dipende più dalle escursioni termiche giornaliere e stagionali.

Gli scambiatori geotermici possono essere orizzontali o verticali (dai 50 fino ai 400 metri di profondità) ad acqua di falda. Un fluido è pompato all’interno di un circuito chiuso all’interno di uno o due tubi di polietilene a forma di U; lo spazio vuoto è riempito con una miscela di bentonite e cemento che assicura un buon contatto termico tra i tubi e la parete della perforazione. Il fluido circolante nelle condotte recupera il calore dal terreno e fornisce l’energia geotermica (70% dell’energia totale) ad una pompa di calore permette di innalzare la temperatura a circa 35°.

La geotermia ad alta entalpia consiste nel convogliare il vapor d’acqua proveniente dalle sorgenti d'acqua del sottosuolo verso apposite turbine adibite alla produzione di energia elettrica e riutilizzando il vapore acqueo per il riscaldamento, le coltivazioni in serra e il termalismo. Le principali applicazioni del vapore naturale proveniente dal sottosuolo sono:

la produzione di energia elettrica

il riscaldamento aria o dell’acqua

l’utilizzo dell'acqua geotermica nell'industria (alimentare, legno ecc.)

Il condizionamento estativo

Le fonti rinnovabili:

le biomasse La biomassa rappresenta la forma più sofisticata di accumulo

dell’energia solare. Questa, infatti, consente alle piante di convertire la CO² atmosferica in materia organica, tramite il processo di fotosintesi, durante la loro crescita.

Il termine biomassa riunisce una quantità di materiali organici, di natura estremamente eterogenea. In forma generale, si può dire che è biomassa tutto ciò che ha matrice organica, con esclusione delle plastiche e dei materiali fossili. Le più importanti tipologie di biomassa sono

biomasse di origine forestale e residui delle industrie di prima trasformazione del legno

biomasse di origine agricola e residui delle industrie agro-alimentari

biomasse da rifiuti urbani

Tra le varie tecnologie di conversione energetica (conversione biochimica e termochimica) delle biomasse alcune possono considerarsi giunte ad un livello di sviluppo su scala industriale, altre necessitano invece di ulteriore sperimentazione per aumentare i rendimenti e ridurre i costi

Le tecnologie attualmente disponibili (non tutte egualmente mature) sono:

combustione diretta, carbonizzazione, pirolisi, massificazione,

digestione anaerobica ed aerobica, fermentazione alcolica, estrazione di olii, produzione di biodiesel, steam explosion.

Le prospettive delle fonti rinnovabili:

la situazione nazionale

Regioni Idro Eolico FV Geot Biomasse Totale % sul

FER Italia

% sul

prod. reg.

% su dom.

reg.

Emis.CO

2 evit.[kt]

Piemonte 5560,2 - - - 193,3 5753,5 12,00% 33,40% 20,70% 4027

Valle

d’Aosta 2856,9 - - - 4,2 2861,1 6,00% 100,00% 258,60% 2003

Lombardia 8681,7 - - - 1516,7 10198,4 21,30% 25,60% 15,40% 7139

Trentino 7409 - - - 79,4 7488,4 15,60% 92,30% 118,80% 5242

Veneto 2937,3 - - - 334,4 3271,7 6,80% 11,08% 10,60% 2290

Friuli V.

Giulia 1188,6 - - - 47,5 1236,1 2,60% 14,00% 12,40% 865

Liguria 202,9 3,2 - - 18,4 224,5 0,50% 1,60% 3,20% 157

Emilia

Romagna 802,6 3,2 - - 634,8 1440,6 3,00% 5,90% 5,30% 1008

Toscana 588,9 4,4 - 5340,5 287,4 6221,2 13,00% 31,50% 29,00% 2753

Umbria 1061,7 3,3 - - 107,5 1172,5 2,40% 26,20% 19,80% 821

Marche 469,3 - - - 29,3 498,6 1,00% 15,30% 6,40% 349

Lazio 843,8 2,2 - - 344,3 1190,3 2,50% 3,90% 5,20% 833

Abruzzo 1640,8 148,1 1 - - 1789,9 3,70% 35,90% 25,90% 1253

Molise 168,6 57,9 - - 108,8 335,3 0,70% 25,80% 21,60% 235

Campania 528,8 454,1 2,9 - 81 1066,8 2,20% 20,20% 6,10% 747

Puglia - 457,6 0,2 - 150,3 608,1 1,30% 2,00% 3,40% 426

Basilicata 275,6 125,3 - - 10,5 411,4 0,90% 27,60% 13,80% 288

Calabria 1086,6 - 0,3 - 441,6 1528,5 3,20% 16,50% 25,70% 1070

Sicilia 112,7 48,5 - - 41,7 202,9 0,40% 0,80% 1,00% 142

Sardegna 258,5 150,8 0,6 - 62 471,9 1,00% 3,40% 3,80% 330

Totale 36.674 1.458 5 5.340 4.493 47.971 100,00% 16,30% 15,00% 31978

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA DA FONTE RINNOVABILE GWh (2004)

Utilizzo delle fonti: vettori energetici

Le fonti energetiche non vengono quasi mai utilizzate direttamente nella forma in cui si trovano in natura, ma convertite in fonti secondarie e vettoriate verso gli utenti finali.

Ad esempio:

il petrolio grezzo viene distillato per ottenere prodotti derivati quali benzina, kerosene, gasolio;

il carbone naturale viene lavorato per ottenere coke e gas combustibili;

l’energia idraulica, eolica, nucleare sono convertite in energia elettrica o idrogeno.

l’energia geotermica viene convertita in energia elettrica o talvolta vettoriata mediante vapore/ acqua calda

Consumi finali nel riscaldamento degli

edifici

In Italia più di 1/3 del fabbisogno annuale d’energia primaria è utilizzato per il riscaldamento di edifici civili ed industriali.

Il consumo di energia risulta circa pari a 45 Mtep/anno cui corrispondono emissioni di CO2 per circa 120 milioni di tonnellate/anno (la combustione di 1 m3 di CH4 produce un emissione di 1,98 kg di CO2 in atmosfera).

Negli ultimi 20 anni l’andamento dei consumi si è mantenuto pressochè costante nel settore residenziale, mentre è quasi raddoppiato nel settore terziario.

Le tipologie di consumi sono invece radicalmente cambiate con una costante diminuzione del gasolio a vantaggio del gas naturale.

Recentemente il mercato rivolge una grande attenzione ai combustibili da biomassa ed alle fonti rinnovabili.

Consumi di Energia Primaria in Italia

Cosumi finali di energia nel settore residenziale

0

5

10

15

20

25

30

19901991

19921993

19941995

19961997

19981999

20002001

20022003

20042005

MTe

p

Carbone Legna GPL Gasolio

Energia elettrica Gas Totale

Consumi

(Mtep)

Petrolio

(%)

Gas

(%)

Carbone

(%)

Elettricità

(%)

Trasporti 44.650 97% 1% - 2%

Industria 41.020 19% 40% 12% 29%

Residenziale e Terziario 43.410 11% 55% 4% 30%

Totale 144.100 48% 29% 5% 18% Dati MiSE (Bilancio sintetico 2007)

(Fonte ENEA Dossier Ecobuilding)

Cosumi finali di energia nel settore terziario

0

5

10

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20

25

30

19901991

19921993

19941995

19961997

19981999

20002001

20022003

20042005

MTe

p

Carbone Legna GPLGasolio Energia elettrica GasTotale

Mercato Residenziale

Potenziale annuo in Italia

Totali abitazioni (27,5 milioni)

Abitazioni occupate stabilmente (oltre

21 milioni)

Abitazioni non occupate stabilmente

(circa 6 milioni)

Contratti

Contratti di locazione (1 milione)

Contratti di compravendita (750.000)

Costruzioni

Nuove costruzioni (690.000) 66%

Ristrutturazioni (350.000) 33%

Mercato Potenziale delle Progettazioni

Nuove

Costruzioni

690.000

Ristrutturazion

350.000

Nota: Si prevede che nei prossimi dieci anni il

mercato riguarderà per circa il 20% le nuove

costruzioni e per l’ 80% le ristrutturazioni

Consumi e Prestazioni energetiche

tipiche del sistema edificio-impianto

nel settore residenziale in Italia

Edificio Riscaldamento

EPi

[kWh/m2anno]

ACS

EP acs

[kWh/m2anno]

Non recente 250 35

Recente 200 30

A Basso

Consumo

70 20

Passiv-Haus 15 10

Gli edifici italiani presentano il minor consumo energetico specifico per mq fra quelli dei paesi sviluppati, con la sola eccezione del Giappone (per le minori esigenze di comfort di quel paese), ma uno dei maggiori consumi specifici per mq e Grado-Giorno. Se ne deduce che i bassi consumi per mq sono dovuti alla mitezza del clima (media geografica dei Gradi-Giorni inferiore a 2000) ma che le nostre abitazioni possiedono involucri mal coibentati e/o il processo di riscaldamento non è gestito correttamente

Consumi e Prestazioni energetiche

tipiche del sistema edificio-impianto

nel settore residenziale

Tipologie di consumi

I consumi energetici nel settore residenziale sono principalmente ascrivibili a:

Gas

riscaldamento invernale;

produzione di acqua calda sanitaria;

uso cottura

Energia elettrica:

elettodomestici

illuminazione

condizionamento estivo

Parametri di influenza

I parametri che influenzano le prestazioni energetiche di un sistema edificio impianto sono:

la tipologia edilizia (rapporto S/V, ponti termici, orientamento, ..);

l’isolamento termico dell’involucro;

gli infissi e l’impermeabilità all’aria;

il sistema di generazione, regolazione, distribuzione, emissione.

Orientamento

5%

Isolamento Termico

25-30%

Finestre

10-15%Ventilazione

15-20%

Impianto

termico

20-25%

Inerzia

termica

5%Rapporto S/V

5%

Ponti Termici

10%

Parametri di influenza delle prestazioni energetiche

Condizionamento

estivo

5-10%Uso cucina

5-10%

Riscaldamento

ivernale

50-60%

ACS

10-15%

Illuminazione

10-15%Elettrodomestici

15-20%

Tipologie di consumi

Potenzialità di risparmio

Da ciò si evince l’importanza tecnica di oculati interventi

d’isolamento termico degli edifici.

Ad esempio:

Per mantenere gli ambienti di un edificio di tipo tradizionale

ad una temperatura interna a 20 °C in corrispondenza di una

temperatura esterna di 0 °C richiede l’impiego di una

potenza termica pari a circa 10-15 W/m2

Un migliore isolamento termico di detto edificio potrebbe

ridurre tale valore a circa 5-10 W/m2 con un risparmio del

30%.

Indici di Prestazioni Energetiche del sistema

Edificio-Impianto

Parametro fondamentale di valutazione è il fabbisogno di Energia Primaria EP riferito alla superficie dell’edificio o di una unità immobiliare nel caso di edifici residenziali ed espresso in kWh/m2 anno, riferito invece al volume nel caso di edifici industriali ed espresso in kWh/m3 anno.

La prestazione energetica complessiva dell’edificio è espressa attraverso l’indice di prestazione energetica globale EPgl.

EPgl= EPi + EPacs + EPe + EPill

avendo indicato con:

EPi l’indice per la climatizzazione invernale;

EPacs l’indice per la produzione dell’acqua calda sanitaria;

Epe l’indice per la climatizzazione estiva (inizialmente qualitativo);

EPill l’indice per l’illuminazione artificiale (inizialmente ignorato)

Valore Limite EPi dal 1/1/2008

Valore Limite EPi dal 1/1/2010

22

Indice di prestazione impianto:

Rendimento globale medio stagionale ηg

Il valore del rendimento globale medio stagionale ηg si calcola con la relazione:

dove:

ηP = rendimento di produzione medio stagionale;

ηE = rendimento di emissione;

ηC = rendimento di regolazione;

ηD = rendimento di distribuzione.

ηg = ηP ·ηE · ηC · ηD

%log375lim, ng P

Tipologia Edilizia (20-30%)

(Rapporto S/V, Orientamento, Inerzia termica, …)

Sfasamento Attenuazione

(fattore di

decremento)

Prestazioni Qualità

prestazionale

S > 12 fa ≤ 0,15 Ottime I

12 ≥ S > 10 0,15 < fa ≤ 0,30 Buone II

10 ≥ S > 8 0,30 < fa ≤ 0,40 Sufficienti III

8 ≥ S > 6 0,40 < fa ≤ 0,60 Mediocri IV

6 ≥ S fa > 0,60 Cattive V

Tecnologie Isolamento termico pareti opache (25-30%)

Isolamento pareti, coperture e solai:

a) a cappotto;

b) interno

c) in intercapedini

d) …

Materiali isolanti:

a) Lana di vetro/ di roccia;

b) Calcestruzzi leggeri (perlite/vermiculite argilla espansa)

c) Laterizi speciali/ Blocchi leggeri

d) Isolanti naturali (sughero Fibre di legno

e) Isolanti sintetici (poliuretano, polistirene, policloruro di vinile, …)

Tipologie di parete:

a) facciate ventilate;

b) facciate doppia pelle

c) ..

Tecnologie Infissi (10-15% + ventilazione)

Vetrocamera:

a) ulteriore frazionamento dell’intercapedine (con ulteriori vetri o con film);

b) distanziatori dotati di bassa conduttività termica

c) gas a bassa conduttività dell’aria;

Vetri speciali:

a) vetri antisolari -riflettenti

b) vetri per isolamento termico - basso-emissivi

c) vetri antisolari basso-emissivi-riflettenti (vetri Selettivi)

Telai:

a) l’uso di telai metallici con taglio termico;

b) l’uso di distanziatori con bassa conducibilità termica;

c) l’incremento della tenuta all’aria.

Tecnologie innovative negli impianti (20-25%):

Sistemi di generazione, regolazione, distribuzione, emissione

Generatori

a) Caldaie a condensazione; a biomassa

b) Pompe di calore; GHP

c) Pannelli Solari, Solar cooling

d) Centralizzazione, Cogenerazione

e) …

Regolazione:

a) Modulante (in alternativa alla on-off)

b) Terminali dei singoli locale/radiatore

c) Sistemi domotici

d) Mediante inverter (climatizzazione),

e) …

Distribuzione:

a) Riduzione della temperatura

b) Coibentazione tubazioni

c) …

Emissione:

a) terminali a bassa temperatura

- pannelli radianti;

- ventilconvettori.

b) terminali ad espansione diretta (climatizzazione)

Comfort e Risparmio energetico

Privilegiato l’aspetto:

strutturale (costruzioni

antisismiche,

prefabbricati,

tensostrutture, …)

architettonico (facciate

a vista, glass house,

finestre a nastro, …)

A svantaggio di:

funzionalità

dell’involucro edilizio in

termini di comfort

(termico, acustico,

visivo, olfattivo…)

efficienza degli

impianti (..)

Sostenibilità ambientale:

Il clima

La temperatura media

superficiale è cresciuta di

0.74 (±0.18 °C) dal 1906

al 2005.

11 degli ultimi 12 anni

(1995-2006) sono tra i

primi 12 nella classifica

degli anni più caldi dal

1850.

Fonte: Report of the Intergovernmental

Panel on Climate Change, 2007

Sostenibilità ambientale:

l’effetto serra

GAS CLIMA ALTERANTI

CO2 : dal 1750 a oggi +36% - La

concentrazione odierna è la più alta

degli ultimi 650.000 anni e

probabilmente la più alta degli ultimi 20

milioni di anni –

Contribuisce per il 60% all’effetto serra

[1.66W/m2]

CH4 : dal 1750 a oggi +150% -

Concentrazione più alta degli ultimi

650000 anni

Contribuisce col 20% [0.48W/m2]

N2O: +16% - Concentrazione più alta

degli ultimi 1000 anni –

Contribuisce col 6% [0.15W/m2]

Fonte: Report of the Intergovernmental

Panel on Climate Change, 2007

Sostenibilità sociale:

la crescita demografica Il rapido incremento della popolazione

mondiale, che secondo le stime passerebbe dagli attuali 6,5 miliardi di persone a circa 9,1 miliardi entro il 2050, potrebbe avere "gravi conseguenze sulla sicurezza" non solo per un paese o una regione, ma per il mondo intero

Oggi la distribuzione dei consumi pro-capite è estremamente disomogenea.

Circa il 15% della popolazione mondiale consuma più del 50% dell’energia, 1/3 non usa energia elettrica ed 1/3 ne fa un uso limitato

Sostenibilità sociale:

la distribuzione dei consumi e della

popolazione

Sostenibilità economica:

I consumi di energia elettrica e termica

Il carbone sviluppa nella combustione 0,36 kg di CO2/kWht

Le attuali riserve di carbone di 454.000 Mtep potrebbero durare per 150 anni o poco piu'.

I paesi in via di sviluppo consumano quasi esclusivamente carbone. Cina e India sono tra i principali consumatori

Il petrolio sviluppa nella combustione 0,27 kg di CO2/kWht

Le attuali riserve di petrolio di 156.000 Mtep potrebbero durare per circa 40-50 anni.

Il petrolio non si trova ovunque sulla terra e di conseguenza e' causa di conflitti (Guerra del Golfo del 1991)

Il gas naturale e' un combustibile relativamente pulito rispetto a carbone e petrolio. Esso sviluppa nella combustione 0,20 kg di CO2/kWht

Le attuali riserve di gas naturale di 161.000 Mtep potrebbero durare per circa 60-70 anni'.

Oggi il consumo di gas naturale ha superato quello del carbone nei paesi sviluppati.

CONSUMO TOTALE DI ENERGIA NEL MONDO, 2005

11.500 Mtep/anno; 481 EJ/anno

Petrolio; 37,52%

Gas Naturale; 23,16%

Carbone; 25,16%

Nucleare; 6,15%

Fonti rinnovabili +

geotermia; 7,52%

ITALIA - CONSUMO DI ENERGIA PER FONTE, 2005

198 Mtep/anno; 8,29 EJ/anno

Petrolio; 43,10%

Gas Naturale; 36%

Importazioni nette

energia elettrica;

5,50%

Carbone; 8,60%

Fonti rinnovabili +

geotermia; 6,80%

Sostenibilità economica:

Andamento dei consumi di energia

Consumi di energia

I consumi mondiali di energia sono in continuo aumento si è passati da un consumo di 6500 milioni di TEP/anno degli anni 80 agli attuali 11.500.

Anche in Italia l’incremento dei consumi è quasi raddoppiato negli ultimi 25 anni raggiungendo i circa 200 milioni TEP/anno)

Suddivisione dei consumi

L’aumento della domanda di energia riguarda soprattutto i settori residenziale e terziario ed è causato essenzialmente da fattori climatici.

In particolare tali consumi sono aumentati in maniera sostenuta con un incremento sia dei consumi di gas per il riscaldamento ambientale sia dei consumi elettrici per la climatizzazione estiva.

Consumi di energia in Italia (Mtep)

Sostenibilità economica:

Prezzo dell’energia elettrica e del gas

La competitività è significativamente influenzata dalle condizioni nelle quali il mercato dell’energia si trova ad operare. A tale scopo è importante il confronto tra le tariffe dell’energia elettrica in Italia e quelle nei Paesi dell’Unione Europea.

Valutate rispetto a differenti tipologie di utenza sia industriale che domestica, le tariffe italiane appaiono in assoluto le più elevate sia per gli utenti industriali che per gli usi domestici

Le tariffe per le utenze domestiche, escluse le fasce sociali, appaiono più basse solo di quelle olandesi e danesi, comprese tutte le tasse.

Nel comparto del gas le tariffe italiane si collocano tra quelle più elevate per i consumatori domestici, mentre risultano abbastanza contenute per gli utenti industriali (ad esempio, sono superiori i prezzi che vengono praticati in Olanda, Regno Unito e Germania).

Sostenibilità economica:

I costi di produzione dell’energia FONTE COSTI NETTI

Settore Produzione Elettrica

Convenzionale 3,6 - 5 c€/kWh

Idroelettrico 2,9 -14 c€/kWh

Generatori Eolici Off-shore 4,9 -12,5 c€/kWh

Generatori Eolici On-shore 3,6 -8,5 c€/kWh

Centrali a Biomassa, Biogas, RSU 0,19 -19,5 c€/kWh

Solare FV (in rete) Min. 34, medio 65 c€/kWh

Centrali a marea 5,5 -13 c€/kWh

Riscaldamento

Convenzionale 1,5 - 2,7 c€/kWht

Utilizzo Biomasse 4,3 -10,9 c€/kWht

Geotermia 3,3 -12,2 c€/kWht

Collettori solari termici 5,8 -19,7 c€/kWht

Trasporti

Convenzionale 3,6 -4,6 c€/kWh

Biocombustibili 1° generazione 4,9 -6 c€/kWh

Biocombustibili 1° generazione 7,9 -9,1 c€/kWh

Fonte: UE 2006

Quali sono le nuove Normative e

Politiche energetiche

Politiche energetiche:

Protocollo di Kyoto

L’obiettivo aggregato di riduzione per i cosiddetti Paesi Annex I era originariamente fissato al 5,2% da conseguire entro il periodo 2008-2012 rispetto all’anno base 1990.

Gli Stati Uniti, come noto, non hanno proceduto alla ratifica del Protocollo riducendo l’obiettivo vincolante al 3%.

Al 2004 le emissioni aggregate dei gas climalteranti dei Paesi Annex I risultavano del 3,3% inferiori al 1990.

Tra i Paesi occidentali l’Europa dei 15 ha registrato una diminuzione delle emissioni dello 0,9%, a fronte di un incremento negli Stati Uniti del 15,8%. La riduzione dell’Europa a 25 ammonta invece al 4,9%.

Il Protocollo assegna all’Italia un obiettivo di riduzione delle emissioni di gas serra, da realizzarsi entro il 2012, del 6,5% rispetto ai livelli del 1990.

In realtà nel nostro Paese le emissioni, invece di diminuire, sono aumentate del 13%, portando a circa il 20% la riduzione da realizzarsi da oggi al 2012. Gli aumenti più consistenti di emissioni hanno riguardato i trasporti (+27,5%) e la produzione di energia termoelettrica (+17%).

Per conseguire gli obiettivi di Kyoto si dovrebbe realizzare una riduzione del consumo di combustibili fossili tra il 15 e il 20%.

Politiche energetiche:

la comunità europea L’articolazione temporale di questo piano prevede tre

tappe fondamentali :

al 2020 coprire il 20% di energia prodotta con fonti rinnovabili più vicini al mercato (compresi i parchi eolici offshore e i biocarburanti di seconda generazione),

al 2030, produrre energia elettrica e calore con ridotte emissioni di carbonio anche attraverso il ricorso a sistemi di cattura e stoccaggio della CO2; adattare gradualmente i sistemi di trasporto ai biocarburanti di seconda generazione e alle celle a combustibile a idrogeno,

dal 2050 e oltre, completare il passaggio ad un sistema energetico europeo “carbon free” attraverso l’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili e l’utilizzo sostenibile del carbone, del gas e dell’idrogeno e, in prospettiva, della fissione nucleare di quarta generazione.

La Commissione europea indica ai governi nazionali e alle altre istituzioni europee, l’obiettivo di ridurre le emissioni di CO2, da conseguire sia attraverso un incremento dell’efficienza in misura del 20% rispetto alle stime al 2020, sia attraverso l’introduzione di obiettivi vincolanti di sviluppo delle fonti di energia rinnovabile che dovranno fornire il 20% del fabbisogno energetico in Europa al 2020, e di ricorso a biocarburanti nel settore dei trasporti in misura di almeno il 10% al 2020.

Fonte: IEA Renewables Information 2006

La direttiva 2002/91/CE sulle prestazioni

energetiche degli edifici (EPBD)

articolo 3 – l’adozione di una metodologia di calcolo delle prestazioni energetiche degli edifici

articolo 4 – la fissazione di requisiti di prestazionie energetica

articolo 5 – requisiti per edifici di nuova costruzione di superficie > di 1000 m2

articolo 6 – requisiti per edifici ristrutturati di superficie > di 1000 m2

articolo 7 – certificazione energetica degli edifici

articolo 8 – una ispezione periodica delle caldaie e degli impianti di riscaldamento

articolo 9 – una periodica ispezione degli impianti di condizionamento d’aria

articolo 10 – esperti indipendenti

Quale futuro?

Principali Strategie

Risparmio energetico

Diversificazione delle Fonti e Promozione delle Fonti Rinnovabili

Razionalizzazione usi finali

Miglioramenti tecnologici

Generazione distribuita ed Integrazione mercati energetici

Decentramento, sussidiarietà e Cultura energetico-ambientale

Contabilizzazione ambientale (LCA, costi esterni, …)

Ruolo strategico della Ricerca

Principali Ostacoli

Nimby (Not In My BackYard)

Scelta Ideologica e non tecnica (es. Nucleare)

Costi rinnovabili ancora troppo elevati

Tempi di ritorno dell’investimento medio-alti

Privilegio aspetti micro-economici rispetto a quelli macro-economici

Quali sono le nuove strategie

energetiche

passivhaus

Casa classe A

passivhaus

Zero emission

sistemi energetici

fonti rinnovabili

Microcogenerazione

generazione distribuita

Diagnosi Energetica del

Sistema Edificio-Impianto

La diagnosi energetica (audit energetico) del sistema edificio-impianto è lo strumento che consente di individuare ed analizzare le inefficienze e le criticità energetiche sia dell’edificio sia degli impianti energetici ad esso associati.

Gli obiettivi di una diagnosi energetica sono pertanto:

effettuare un bilancio energetico del sistema edificio-impianto (analisi delle criticità ed inefficienze);

valutare le condizioni di comfort e di sicurezza necessarie;

individuare gli interventi di riqualificazione energetica che consentono di soddisfare gli standard quantitativi e qualitativi richiesti (coibentazione, sostituzione impianti, );

effettuare una valutazione tecnica ed economica degli interventi stessi;

effettuare una valutazione delle modalità di gestione del sistema edificio-impianto (contratti di fornitura di energia, modalità di conduzione, …)

La diagnosi energetica è pertanto un insieme sistematico di rilievo, raccolta ed analisi dei parametri relativi ai consumi energetici e alle condizioni di esercizio dell’edificio e dei suoi impianti.

Modello dipendenze funzionali

L’ Attestato di Certificazione

Energetica del sistema edificio-

impianto comprende le

caratteristiche di riferimento che

consentono di valutare e

confrontare le prestazioni

energetiche.

Metodologie di valutazione delle

prestazioni energetiche

Tipo di

valutazione

Determinazione

della prestazione

Dati di ingresso

Applicazione

Utenza Clima Edificio

impianto

di progetto calcolata standard standard elaborati di

progetto

-Concessione edilizia

-Certificazione energetica

-Ottimizzazione progetto

standard calcolata standard standard reale -Certificazione energetica

-Verifica requisiti di legge

adattata

all’utenza calcolata a seconda dei casi reale

-Diagnosi energetica

-Ottimizzazione in esercizio

-Progetto di riqualificazione

d’esercizio misurata reale reale reale -Diagnosi energetica

-Verifica consumi/modelli

Metodologie per la Valutazione dei

Consumi Energetici La valutazione dei consumi energetici degli

edifici è una problematica di grande attualità. Concordemente con quanto affermato dalla Direttiva Europea, è possibile individuare almeno quattro diverse metodologie per la valutazione dei consumi energetici degli edifici:

una metodologia quantitativa deterministica anche definita “rigorosa”;

una metodologia standardizzata basata sull’uso di energia calcolato in condizioni climatiche e di occupazione standard, anche definita “pragmatica”;

una metodologia statistica “estimativa”;

una metodologia a posteriori operativa in esercizio basata sull’energia misurata anche definita “storicista”.

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Fasi della diagnosi Energetica del

Sistema Edificio-Impianto E’ possibile quindi suddividere la diagnosi in differenti fasi:

A. Raccolta dei dati climatici, di utilizzo, descrittivi e di consumo di energia (dati sulle utenze elettriche, termiche, frigorifere, acqua, potenza, fabbisogno/consumo orario, fattore di utilizzo, ore di lavoro, etc.)

B. Stima del Bilancio energetico di riferimento (elaborato attraverso un modello di calcolo e confronto tra i dati energetici teorici e quelli derivanti dai consumi energetici reali).

C. Definizione e calcolo degli indicatori prestazionali (calcolati nell’ambito della diagnosi possono essere confrontati con indicatori di riferimento allo scopo di evidenziare in modo parametrico le carenze prestazionali).

D. Validazione del Bilancio (Verifica sperimentale)

E. Analisi delle carenze prestazionali (possono essere rilevate attraverso campagne di misura strumentali e attraverso questionari distribuiti agli utenti).

F. Definizione degli interventi riqualificazione (si riferiscono sia all’involucro sia agli impianti).

G. Analisi economica degli interventi (si possono definire diversi scenari d’intervento: per ciascuno di essi si dovranno valutare i costi ed i potenziali di risparmio).

E’ particolarmente utile conoscere le ripartizioni delle potenze e dei consumi per:

tipo di utilizzo (riscaldamento invernale, condizionamento estivo, ventilazione, ACS, illuminazione, altri servizi);

centro di costo (appartamento, condominio, esterni, ecc.)

fascia oraria e stagionale.

Bilancio energetico di un edificio

(Umbrella Document)