Speciale Energia (rivista-Perito-Industriale)

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speciale energia

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La tiratura del numero speciale è di copie 17.100

S U P P L E M E N T O A L L A R I V I S TA I L P E R I T O I N D U S T R I A L E N . 4 / 2 0 0 7O R G A N O D I S TA M PA D E I P E R I T I I N D U S T R I A L I E D E I P E R I T I I N D U S T R I A L I L A U R E AT I

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Sommario

Energia: dalle parole ai fatti di Sergio Colombo PAGINA 2

Speciale energia di Berardino Cantalini PAGINA 4

Energie del futuro: nuove opportunita’ di Giuseppe Bearzi PAGINA 5

Le centrali termoelettriche tra presente e futuro di Costantino Parlani PAGINA 10

L’acqua e il calore terrestre: fonti energetiche inesauribili di Costantino Parlani PAGINA 14

Climatizzare in estate e in inverno mediante le pompe di caloredi Giovanni Stimamiglio PAGINA 18

Una tecnologia innovativa per un’energia antica: le sonde geotermichedi Claudio Crudo PAGINA 22

Riscaldamento urbano, avanti tutta di Massimo Gozzi PAGINA 26

Energia solare rinnovabile di Alberto Pietra e Francesco Fontana PAGINA 30

Impianti fotovoltaici. Oggi gli incentivi e domani? di Massimo Gamba PAGINA 36

Le soluzioni tecniche con i sistemi a secco di Claudia Chiti PAGINA 40

La certificazione energetica degli edifici di Sergio Colombo e Franco Soma PAGINA 44

Case a basso consumo energetico: alcune esperienze nel Nord Europa di Attilio Carotti PAGINA 48

Il valzer dei rendimenti di Giovanni Raimondini PAGINA 52

Principi di funzionamento e di utilizzo della termografiadi David Savoia PAGINA 56

Risparmiare energia elettrica di Roberto Borgonovo PAGINA 60

1speciale energia

02.SPECPERITO_1-35 12-09-2007 18:00 Pagina 1

2 supplemento a n. 4/2007

I crescenti consumi di energia e le conseguenti mutazioni climatiche stanno assumendo

un ruolo di primaria importanza.

Il risparmio energetico, il surriscaldamento del pianeta, l’uso delle energie rinnovabili, l’in-

quinamento dell’aria e dell’acqua, non sono più argomenti riservati agli addetti ai lavori,

ma stanno progressivamente diventando di pubblico dominio. La stampa, la radio e la

televisione ormai da tempo affrontano questi problemi quasi quotidianamente. La gente

ne sta finalmente prendendo coscienza ed ora anche alcuni spot pubblicitari iniziano ad

inviare messaggi mirati a promuovere, ciascuno a suo modo, il risparmio delle risorse

energetiche e naturali. Una nota azienda di detersivi ha abbandonato lo slogan “... lava

così bianco che più bianco non si può” e, per incentivare gli acquisti del proprio prodotto,

regala due lampadine ad alta efficienza; un’altra azienda consiglia, per risparmiare ener-

gia, di “lavare i piatti con la lavastoviglie piuttosto che a mano”; ma c’è anche chi sugge-

risce, per non sprecare acqua, “di chiudere il rubinetto mentre si lavano i denti”.

Tutto ciò è molto positivo perché tende a sensibilizzare l’opinione pubblica verso la ridu-

zione degli sprechi, per un uso più razionale delle risorse e per la tutela dell’ambiente. Nel

frattempo, sta diventando operativa, con i DD.Lgs. 192/05 e 311/06, l’applicazione da

parte dell’Italia della Direttiva 2002/91/CE sul rendimento energetico nell’edilizia. Se i

nostri legislatori non commetteranno gli stessi errori del passato (come è accaduto con

le Leggi 373/76 e 10/91) potremmo finalmente disporre di strumenti efficaci per ridurre

gli sprechi di energia. In tale dinamico contesto la nostra Rivista non può esimersi dal for-

nire il proprio contributo con un numero speciale, ad ampio spettro, dedicato appunto

all’ENERGIA.

L’articolo di apertura, di Giuseppe Bearzi, compie una panoramica sugli aspetti generali

riguardanti la produzione, il trasporto e l’impiego dell’energia affrontando, tra l’altro, il

tema dei certificati dell’efficienza energetica.

Le centrali termoelettriche sono in Italia (e lo saranno ancora per molto tempo) una delle

fonti primarie di produzione di energia elettrica; ce ne parla Costantino Parlani, analiz-

zando le varie tipologie con i relativi pregi e difetti. L’autore compie anche un excursus

sulle possibilità di ottenere elettricità senza l’utilizzo di combustibili, mediante lo sfrutta-

mento dell’energia potenziale dell’acqua (terrestre e marina) e di quella termica presen-

te nelle “viscere” della Terra.

Un metodo molto efficace di produrre energia sfruttando il “calore della Terra” è costituito

dalle pompe di calore, di cui Giovanni Stimamiglio illustra i principi di funzionamento e le

varie tipologie.

Energia:dalle parole ai fattidi Sergio Colombo


3speciale energia

Claudio Crudo approfondisce il tema delle sonde geotermiche abbinate alle pompe di

calore, descrivendo i vantaggi di questa tecnologia.

Per utilizzare il calore di scarto prodotto non solo dalle centrali termoelettriche ma anche

dagli inceneritori e da alcuni cicli industriali, si sta diffondendo in Europa (Italia compre-

sa) il teleriscaldamento urbano abbinato anche alla cogenerazione; l’articolo di Massimo

Gozzi compie un’analisi di questo fenomeno presentando interessanti dati statistici.

Passando dalle energie tradizionali a quelle rinnovabili, Alberto Pietra e Francesco

Fontana illustrano qual è il vero significato di energia rinnovabile e introducono il tema

dello sfruttamento della radiazione solare per produrre calore.

Sempre in tema di energia solare, Massimo Gamba svela tutti i “segreti” per produrre

energia elettrica con gli impianti fotovoltaici e presenta una dettagliata analisi dell’ener-

gia ottenibile, dei costi d’installazione e del relativo rapporto costo/beneficio.

Il risparmio energetico nell’edilizia si ottiene anche coibentando in modo adeguato l’invo-

lucro dell’edificio; su questo argomento Claudia Chiti illustra i sistemi di costruzione “a

secco” che dovrebbero in futuro sostituire gli attuali, antiquati, sistemi costruttivi.

Franco Soma e il sottoscritto illustrano alcuni aspetti particolari della certificazione ener-

getica nell’edilizia mettendone in luce qualche non irrilevante stortura presente nella

vigente legislazione che è ancora però in via di completamento.

Un esempio di costruzioni a basso consumo energetico ci viene fornito da Attilio Carotti

che analizza alcune esperienze fatte nel Nord Europa.

Giovanni Raimondini si sofferma, in particolare, sui rendimenti evidenziando, attraverso

una “cronistoria” legislativa, le palesi incoerenze che rischiano di vanificare alcuni aspet-

ti della certificazione energetica.

La termografia, come spiega David Savoia, può risultare un utilissimo strumento per

valutare le dispersioni di calore negli edifici.

Il risparmio energetico non si ottiene ovviamente solo nel settore termico ma anche in

quello elettrico: Roberto Borgonovo, attraverso l’esposizione di un caso concreto, ne dà

ampia dimostrazione.

I temi trattati in questo numero speciale non esauriscono il vasto campo delle energie

rinnovabili e alternative. Tra queste non sono state analizzate, ad esempio, l’eolica, le

biomasse, l’idrogeno e tante altre.

Il tempo e lo spazio con ci consentono, per ora, di fare un excursus esaustivo.

Ma non mancheremo di riprenderli su uno dei prossimi numeri della Rivista.



Era il 1972. E anche allora eravamo pieni di problemi. Ma l’energia non sembrava proprio

un nostro problema. O almeno questa era l’opinione di tutti. Tutti salvo Aurelio Peccei, un

importante manager dell’Italia del dopoguerra che aveva dato da poco vita al Club di

Roma. Era un’associazione internazionale di scienziati, economisti, uomini d'affari, politi-

ci, che si pose l’obiettivo di agire da catalizzatore dei cambiamenti globali, individuando i

principali problemi che l'umanità sarebbe stata chiamata ad affrontare e ricercando solu-

zioni alternative nei diversi scenari possibili.

Proprio quell’anno conquistò l'attenzione dell'opinione pubblica con il suo “Rapporto sui

limiti dello sviluppo”, il quale prediceva che la crescita economica non sarebbe potuta

continuare all’infinito a causa della limitata disponibilità di risorse naturali, soprattutto il

petrolio. E la crisi petrolifera del 1973 fu la prima conferma che qualcosa non quadrava

con l’ottimismo allora imperante.

Oggi che l’energia rappresenta “il problema dei problemi” mi sembrava giusto ricordare un

grande italiano, tra i primi nel mondo a capire che la questione energetica è quella decisi-

va per il futuro dell’umanità.

Ma non è sufficiente parlarne e discuterne per trovare la soluzione. Anche perché è molto

probabile che “la soluzione” non esista. Esistono invece “molte soluzioni”: parziali, perfet-

tibili, limitate nei loro effetti, ma tutte ugualmente in grado di dare il loro contributo al

risparmio energetico.

E proprio di tutte queste soluzioni si è voluto occupare “Il Perito Industriale” con la pubbli-

cazione di un supplemento interamente dedicato a quello che si fa e, soprattutto, a quel-

lo che si può fare per ridurre i consumi di energia.

Sono nostri colleghi quelli che con grande competenza e con una non comune capacità

espositiva ci offrono un quadro razionale dei principali fronti sui quali stiamo combatten-

do la nostra guerra. E lo fanno senza i toni apocalittici, con i quali - quasi come un rifles-

so condizionato - l’intero mondo dell’informazione spesso colora ogni notizia sull’argo-

mento.

Perché è chiaro che quando sai affrontare un problema, la paura smette di esistere. E resta

la voglia di fare bene il proprio lavoro. Per sé e per gli altri. Così lavorano i Periti Industriali.

Né più, né meno di un altro grande italiano ricordato in principio di questo articolo.

Speciale energia

di Berardino Cantalini


speciale energia

Per l’Italia “il dovere” di modificare le propriescelte energetiche giunge, oltre che da unaDirettiva Europea che recepisce il Protocollo diKyoto, anche dall’esigenza di ridurre l’uso dellefonti tradizionali (petrolio e metano)

Qualsiasi scelta energetica deve necessaria-mente affrontare, nel bene o nel male, almenotre grandi questioni fondamentali: la produzio-ne, il trasporto, l’impiego. Ognuna di questecomporta attività, problemi, valori, contenuti ecosti.

La produzione di energiaLa produzione deve tenere conto non solo degliaspetti di studio, progettazione, costruzionedelle strutture ed infrastrutture, estrazione, raf-finazione, controllo, ma anche dell’impatto am-bientale per l’atmosfera, il clima, le acque e i ter-reni.Deve considerare le ripercussioni politiche, eco-nomiche e sociali sulle nazioni dalle quali questibeni sono prelevati e la conseguente messa a ri-schio di strutture, infrastrutture, uomini e mez-zi. Deve valutare le guerre civili tra nazioni chesi possono innescare, le speculazioni di Borsa edi Mercato, il magazzinaggio delle scorie inqui-nanti e tutto ciò che resterà nell’area sfruttata,quando le risorse si saranno esaurite.

Il trasporto dell’energiaIl trasporto comprende problemi molto diversi:dalla strutturazione e dall’organizzazione deiporti di partenza e d’arrivo, alla costruzione del-le condotte o delle navi specializzate per il tra-sporto delle risorse energetiche.

Include la costruzione delle cisterne o dei rigas-sificatori (depurazione, disidratazione, raffred-damento, condensazione, stoccaggio), compre-si i contenitori locali distribuiti in modo capillaresulle strade e nei centri urbani anche più piccoli.Comprende la penetrazione ramificata verso ipunti d’utilizzo, realizzata mediante mezzi incircolazione sulle strade, tralicci ed altre con-dotte disseminate su montagne, valli e campa-gne. Inoltre si deve tenere conto degli ormai ri-correnti naufragi e collisioni di veicoli da tra-sporto (con i danni di varia natura che ne deri-vano), e dei prelievi illegali nel passaggio dellecondotte attraverso le diverse nazioni.Include infine l’impatto ambientale ed i danni al-l’agricoltura, al turismo, alla salute che questeattività comportano, i non infrequenti scoppi,fughe, esplosioni, perdite inquinanti ed altro an-cora.

L’impiego dell’energiaL’impiego interessa la distribuzione per i diversiusi, lo stoccaggio localizzato con le sue struttu-re, ma anche e soprattutto le spese d’impianto,di collaudo, di gestione e di manutenzione.L’impiego non può limitarsi alla o alle fonti ener-getiche, ma coinvolge anche l’isolamento termi-co degli edifici, il modo più o meno ecososteni-bile, energeticamente efficiente ed efficace dicostruirli o ristrutturarli.In base alle disposizioni del Protocollo di Kyotol’impiego dovrebbe essere funzionale e miratoalle fonti non inquinanti, soprattutto quelle di-sponibili in loco; dovrebbe essere orientato ascegliere con oculatezza i materiali costruttivi,considerando costi, conseguenze ed inquina-

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Energie del futuro:nuove opportunita’di Giuseppe Bearzi


menti dovuti al trasporto, all’installazio-ne e alla durata nel tempo.Dovrebbe inoltre garantire certezze nelladisponibilità e nell’indipendenza dallefonti d’importazione, dalle vicende nazio-nali ed internazionali, sociali, politiche eindustriali.Un serio approccio sta nell’intendere l’im-piego delle fonti energetiche in senso oli-stico, ossia nella sua realtà e globalità ri-spetto ai nostri bisogni: dal modo di otte-nere ed usare queste fonti al loro impat-to con l’ambiente circostante interno edesterno, presente e futuro, fino alla sem-plicità d’uso. Non un coacervo disarmo-nico di elementi, concetti, valori e conte-nuti, ma il loro insieme migliore.

I certificati dell’energia e dell’efficienzaPer l’Italia l’occasione di modificare insenso evolutivo le proprie scelte energe-tiche giunge dai prezzi del petrolio e del-le altre fonti tradizionali (gas, carbone),dalla domanda ormai superiore all’offer-ta, ma anche dal fatto che l’Unione Euro-pea prevede multe pesanti per chi nonapplica il Protocollo di Kyoto.I primi passi della nostra evoluzione so-no rappresentati dai Certificati Bianchi,Verdi e Blu, concepiti per garantire mi-gliori condizioni di vita, maggiore effi-cienza energetica, minori spese per lanazione e minori costi per gli utilizzatori.A districarci tra i rami e i rovi che regola-no i vari certificati nazionali ci aiutano al-cuni chiarimenti.

Nell’intrico dei gestori e degli incarichiIl Gestore del Sistema Elettrico (GRTN) èla società, creata dal Ministero dell’Eco-nomia e delle Finanze e dal Ministerodello Sviluppo Economico, che ha l’incari-co di promuovere, incentivare e svilup-pare le fonti non inquinanti in Italia.Il GRTN è capogruppo di due società con-trollate: AU (Acquirente Unico) e GME(Gestore del Mercato Elettrico).AU ha il compito di acquistare energiaelettrica alle condizioni più favorevoli sulmercato e di cederla alle imprese distri-butrici. I risultati ottenuti l’inverno scorsohanno dimostrato serie incapacità nellosvolgere questo ruolo.GME deve organizzare e gestire il merca-to elettrico, secondo criteri di neutralità,trasparenza, obiettività, rispondendo adue precise esigenze: quella di stimolare

la concorrenza nelle attività potenzial-mente competitive di produzione e ven-dita all’ingrosso, attraverso la creazionedi una “Piazza del Mercato”, e quella difavorire l’efficienza nella distribuzionedell’energia elettrica, con l’istituzione dimercati per i servizi di dispacciamento.Questi ultimi prevedono le disposizioniper l’utilizzo e per l’esercizio coordinatidegli impianti di produzione, della rete ditrasmissione e dei servizi ausiliari, chesono richieste dalla necessità di garanti-re l’equilibrio tra immissioni e prelievid’energia elettrica, dovuti alla produzionee al consumo di potenza attiva e reatti-va.La “Borsa dell’Energia” consente a pro-duttori, consumatori e grossisti di com-prare o vendere agli interessati quantita-tivi d’energia elettrica. Le transazioni si svolgono perciò in una“Piazza Virtuale”, alla quale gli operatorisi connettono per via telematica conprocedure d’accesso sicuro e, operandoin linea, concludono contratti d’acquistoe di vendita.Nello svolgimento delle sue funzioni GMEè responsabile dell’organizzazione e del-la gestione economica di due mercati: ilprimo è quello elettrico ed il secondo èquello dei Certificati Verdi e Bianchi.

Il mercato elettricoIl “mercato elettrico” si articola a sua vol-ta in due mercati dell’energia ed in unodel dispacciamento.I due mercati dell’energia sono quello delgiorno prima (MGP) e quello d’aggiusta-mento (MA). Su tali mercati i produttori, i grossisti ed iclienti finali idonei vendono e compranoenergia elettrica per il giorno successivo.Il mercato per il servizio di dispaccia-mento (MSD) è quello sul quale Terna-Rete Elettrica Nazionale, società respon-sabile della trasmissione e del dispaccia-mento dell’energia elettrica sulla rete adalta e altissima tensione su tutto il terri-torio italiano, si approvvigiona dei servizinecessari alla gestione ed al controllodel sistema elettrico (soluzione dellecongestioni di rete a programma, acqui-sto della riserva operativa per il giornosuccessivo, energia per il bilanciamentodel sistema in tempo reale).E’ utile ricordare che il sistema elettricoitaliano è articolato in quattro segmenti:

produzione, trasmissione, distribuzionee vendita. Le attività di Terna riguardano la fase del-la trasmissione dell’energia elettrica sul-la rete ad alta ed altissima tensione.Il “mercato dei titoli” si occupa dei Certifi-cati Verdi e Bianchi.

I Certificati VerdiStrumento potenzialmente efficace d’in-centivazione delle fonti rinnovabili, i Cer-tificati Verdi sono nati dopo la liberaliz-zazione del settore dell’energia discipli-nata dal D.Lgs. 79/99 (Decreto Bersani)e successivamente aggiornati dalla Leg-ge 239/04 e dal D. Lgs. 387/03.Il decreto obbliga chi immette in rete piùdi 100 GWh l’anno a far provenire alme-no il 2% dell’elettricità da impianti da fontirinnovabili. L’obbligo dal 2004 al 2006 siè incrementato dello 0,35% l’anno.Alla produzione degli Impianti Alimentatida Fonte Rinnovabile (IAFR), che abbianoottenuto questa qualifica, è stato asso-ciato un Certificato Verde per ogni 50MWh l’anno prodotti.I Certificati creati in questo modo hannovalidità annuale e sono emessi per dodi-ci anni (D.Lgs. 152/06) ai fini dei ricono-scimenti previsti dal D.Lgs. 79/99 e pos-sono essere contrattati sia direttamentefra i proprietari degli impianti stessi e glioperatori interessati sia ricorrendo all’ap-posito mercato creato dal Gestore delMercato Elettrico (GME).Oltre al meccanismo dei Certificati Verdinel 2003 è stato avviato il sistema RECS(Renewable Energy Certificate System),che si differenzia nei seguenti elementi:la partecipazione è volontaria e la possi-bile remunerazione della vendita del cer-tificato è collegata a principi di green pri-cing e di sensibilità ambientale delleaziende; ogni certificato fa riferimento aduna produzione annua di 1 MWh, inclu-dendo così anche le applicazioni di pic-cola taglia; il mercato è attualmente al-largato a 18 nazioni e potrà essere ulte-riormente esteso in futuro.Sono stati finora emessi 33 milioni di



7speciale energia

certificati e ne sono stati venduti circa 13milioni a soggetti interessati ad attesta-re la provenienza da fonte rinnovabiledell’energia elettrica da loro acquistata.L’ente che rilascia i RECS in Italia è sem-pre il GSE.

I Certificati Bianchi o Titoli di EfficienzaEnergeticaI Certificati Bianchi, altrimenti detti Titolidi Efficienza Energetica (TEE), sonoemessi da GME a favore dei distributorid’energia elettrica e gas, al fine di certifi-care la riduzione dei consumi conseguitaattraverso misure e progetti di risparmioenergetico, volti all’incremento dell’effi-cienza.Ogni anno l’Autorità per l’Energia Elettri-ca ed il Gas (AEEG) deve definire gliobiettivi di risparmio energetico per i di-stributori d’energia elettrica e di gas na-turale, in attuazione dei Decreti Ministe-riali del 20 luglio 2004. Con i decreti rela-tivi è stato introdotto il meccanismo deiTEE (vedere www.autorita.energia.it).I mercati dei Certificati Verdi e dei Titoli diEfficienza Energetica (ciascun titolo valeuna tonnellata equivalente petrolio, tep)sono stati concepiti per consentire la ne-goziazione di questi titoli tra chi deve ac-quistarne sul mercato per ottemperareall’obbligo in quanto non ha raggiunto ipropri obiettivi e chi, avendoli superati,può ricavare un vantaggio economicodalla cessione dei titoli in eccesso.

Gli obiettivi AEEG per il 2006 e il 2007Per il 2006 AEEG ha fissato per le grandiimprese distributrici un obiettivo globalepari ad oltre 311.000 tonnellate equiva-lenti petrolio (tep): il 62% di tale rispar-mio - pari a circa 190.000 tep - dovrà es-sere ottenuto dai distributori d’energiaelettrica; il restante 38% - pari a 120.000tep - dai distributori di gas naturale.Per il 2007 l’obiettivo globale fissato daAEEG per le grandi imprese distributriciammonta a oltre 633.000 tep: il 61% ditale risaparmio - circa 385.000 tep - do-vrà essere ottenuto dai distributorid’energia elettrica; il restante 39% - circa248.000 tep - dai distributori di gas natu-rale.L’obiettivo d’incrementare l’efficienzaenergetica di 2,9 milioni di tep l’anno do-vrà essere ottenuto dai distributorid’energia elettrica e dalle imprese distri-

butrici di gas naturale con più di100.000 clienti finali entro il 2009.Se vogliono riuscire in questo intentosenza incorrere in sanzioni, essi dovran-no raggiungere, ogni anno a partire dal2006, un traguardo obbligatorio di ri-sparmio energetico, attuando interventipresso gli utenti finali.Questi interventi di risparmio energeticopossono essere realizzati dai loro distri-butori a beneficio dei consumatori finali,ma ove i distributori non riuscissero araggiungere i traguardi loro assegnati,sono obbligati - per non essere sanziona-ti dall’Autorità - ad acquistare altrove deiTEE che comprovino i risparmi raggiuntida altri distributori o da società di servizienergetici accreditate dall’AEEG.

I risultati AEEG del 2005 e del 2006Nel 2005 l’obiettivo imposto dall’AEEG aigrandi distributori prevedeva un rispar-mio energetico di circa 156.000 tep.Secondo quanto pubblicato, AEEG ha ri-cevuto finora circa 350 richieste di verifi-ca e di certificazione di risparmi, conse-guiti attraverso circa 1.000 interventi dimiglioramento dell’efficienza energeticarealizzati presso i consumatori finali.La metà degli interventi è stata compiutada distributori d’energia elettrica e di gasnaturale, generalmente con la collabora-zione di soggetti terzi (produttori d’appa-recchiature e impianti, professionisti, in-stallatori, società di servizi, ecc.).L’altra metà delle richieste è stata pre-sentata da società operanti nel settoredei servizi energetici. La verifica finale diconseguimento degli obiettivi 2006 av-verrà con la certificazione, da parte del-l’AEEG, anche dei progetti (sempre dicompetenza 2006) in corso di presenta-zione, entro il primo semestre 2007; tut-tavia si può rilevare che, sulla base dei ri-sparmi certificati fino alla fine del 2006(344.000 tep), l’obiettivo globale dell’an-no scorso risulta superato.

Alcuni dati AEEG sul risparmio energeticoNel mese di ottobre 2006 l’AEEG ha pub-blicato il “Primo rapporto annuale sulmeccanismo dei titoli di efficienza ener-getica”, aggiornato al 31 maggio 2006.Da esso apprendiamo che i risparmi si-nora certificati sono stati conseguiti mi-gliorando l’efficienza energetica degli im-

pianti d’illuminazione pubblica per un27%; razionalizzando i sistemi di genera-zione e distribuzione di vettori energetici(come la decompressione del gas, la co-generazione, il teleriscaldamento) per un21%; riducendo i consumi elettrici nelsettore civile (illuminazione, scalda-ac-qua elettrici, piccoli sistemi fotovoltaici,elettrodomestici, pompe di calore e si-stemi di condizionamento) per un 33%;diminuendo i consumi per il riscalda-mento nell’edilizia civile e terziaria (cal-daie e scaldacqua ad alta efficienza, iso-lamenti termici degli edifici, solare termi-co per la produzione d’acqua calda diconsumo) per un 14%; eseguendo inter-venti di varia natura nel settore indu-striale (motori ad alta efficienza, installa-zione d’inverter e gestione calore) per un5%.I soggetti che volessero accreditarsi co-me “società di servizi energetici ” visiti-no il sito web e consultino il capitolo 2delle “Linee guida per la preparazione,esecuzione e valutazione dei progetti dicui all’art. 5, comma 1, dei Decreti Mini-steriali 24 aprile 2001

1e per la definizio-

ne dei criteri e delle modalità per il rila-scio dei titoli di efficienza energetica”.

I certificati BluI Certificati Blu, figli del Protocollo di Kyo-to, si propongono infine di contenere leemissioni di CO2 in atmosfera, ma nonsono state ancora fissate le modalità perapplicarli.Siamo fermi alla Delibera del CIPE del19/12/2002, che ha approvato il pianod’azione nazionale per la riduzione delleemissioni dei gas serra e l’aumento delloro assorbimento, redatto dal Ministerodell’Ambiente; nulla di più.Questo piano riporta, per i diversi settoriindustriali (termoelettrico, manifatturie-ro e costruzioni, trasporti, civile, agricol-tura, ecc), scenari d’emissione di CO2

tendenziale e di riferimento al 2010.Per il settore termoelettrico il piano asse-gnava un livello d’emissione minima paria 124,1 milioni di tonnellate (t) di CO2

equivalente.Rispetto al 1990 in cui le emissioni digas serra del settore termoelettrico era-no pari a 124,9 milioni di t di CO2 equiva-

(1) Nel novembre 2004 l’AEEG ha adeguato il contenutodelle linee guida ai nuovi Decreti Ministeriali 20 luglio 2004.


lente, la Delibera CIPE impone al settore,sostanzialmente, una stabilizzazionedelle proprie emissioni.Nell’attesa che siano definite per le sin-gole imprese le quote di ripartizione de-gli obiettivi settoriali di riduzione dellaCO2, Enel intende perseguire gli impegnidi contenimento delle emissioni median-te l’incremento dell’efficienza energeticanel campo della generazione, l’aumentodella produzione d’elettricità da fonti rin-novabili; ed il miglioramento dell’efficien-za energetica negli usi finali dell’energiaelettrica e del gas.

L’efficienza energeticaL’efficienza energetica in ambito civileed industriale è oggi una delle prioritàdella politica comunitaria e nazionaleche richiede l’introduzione di nuove tec-nologie in grado di ridurre i consumid’energia elettrica, gas ed altre fonti in-quinanti.Nel “Libro verde sull’efficienza energeti-ca: fare di più con meno”, pubblicato nelgiugno del 2005, l’Unione Europea ha sti-mato che il ricorso a tecnologie più effi-cienti può consentire un risparmio ener-getico del 20% rispetto ai consumi attua-li, che sono pari ad un risparmio econo-mico di circa 60 miliardi di euro l’anno alivello dell’UE.Tutti questi euro corrispondono ad un ri-sparmio tra i 200 e i 1000 € l’anno peruna famiglia media.Il risparmio energetico è ormai diventatouna misura indispensabile per ridurre ladipendenza dalle fonti energetiche inqui-nanti come il petrolio per il quale la do-manda - a prezzi inferiori a 60 dollari ilbarile - ha già superato l’offerta; ma an-che dalle importazioni d’energia dal-l’Estero, che in l’Italia raggiungono il 14%.Il miglioramento dell’efficienza energeti-ca consente inoltre di contrastare effica-cemente i cambiamenti climatici, favo-rendo l’attuazione degli obiettivi fissatidal Protocollo di Kyoto e da altre misureancora più rilevanti che presto sarannonecessariamente adottate.Più che gli esperti, i docenti, l’Enea, l’Eni,l’Enel, l’Italgas, i tanti e troppi venditori diparole, sono stati da un lato i cittadiniconsapevoli, preoccupati dall’aumentodel prezzo del “barile”, dall’insicurezzadegli approvvigionamenti, dai danni apo-calittici che le fonti inquinanti stanno


provocando e, dall’altro, l’Unione Europeaa spingere lo Stato Italiano verso l’effi-cienza energetica e l’uso delle energienon inquinanti.Se gli obiettivi stabiliti dai decreti mini-steriali per il periodo 2005-2009 saran-no raggiunti ogni anno, la riduzione deiconsumi d’energia primaria nell’ultimoanno sarà, come abbiamo visto, di 2,9milioni di tep. Nello stesso periodo la ri-duzione dei consumi del gas naturale sa-rà 3,3 miliardi di m3 e quella dei consumielettrici di 14 TWh.Il contenimento dei consumi a tutto cam-po comporterà non solo una riduzionedei consumi di picco, ma contribuirà an-che a ridurre le emissioni inquinanti inatmosfera, in funzione ovviamente dellaqualità degli interventi che saranno rea-lizzati. Le previsioni indicano una ridu-zione media delle sole emissioni d’ani-dride carbonica pari a 7-8 milioni di ton-nellate di CO2.A questi benefici si aggiungono quellieconomici generati dal contenimento deicosti energetici a parità di servizio ener-getico prodotto.

Conseguenze sull’innovazione tecnologicaMerita a questo punto rilevare che gli ef-fetti positivi degli interventi mirati a mi-gliorare l’efficienza ed il risparmio nel-l’utilizzo dell’energia, sono duraturi, in-novatori nel campo delle tecnologie cheli riguardano, spesso permanenti.Come dimostrano le esperienze finoraraccolte, si tratta d’interventi soprattut-to impiantistici piccoli, medi o grandi,che possono essere realizzati sia daESCo (Energy Service Company) sia daimprese guidate da periti industriali inun ampio spettro d’applicazioni.C’è largo spazio quindi per i nostri letto-ri, soprattutto per i più preparati nelcampo dell’energie non inquinanti e neldimensionamento e nel calcolo di siste-mi impiantistici efficienti ed efficaci.Uno spazio da occupare al più prestonell’interesse non solo personale, masoprattutto della collettività.

Per maggiori informazioni:http://www.autorita.energia.it/ee/seminario_051115.pdf

ESCo: un approccio innovativo

IN AUTOMATION

Dopo le esperienze positive prima negliUsa e poi in Europa, sono apparse anchein Italia le ESCo (Energy Service Compa-ny). Queste imprese effettuano ristruttu-razioni, il cui scopo è di aumentare l’effi-cienza energetica attraverso la diminuzio-ne del consumo di energia primaria a pari-tà di servizi finali: si riducono le emissionidi anidride carbonica, ma soprattutto lespese per i combustibili.I risparmi economici che ne conseguonovanno a vantaggio della ESCo, che li impie-gherà per ammortizzare i costi d’investi-mento. Gli investimenti, infatti, sono a lorocarico, mentre il Committente continueràa pagare - per un numero di anni valutatoin fase di definizione del contratto - glistessi costi energetici che aveva primadell’intervento di ristrutturazione.I risparmi economici di quegli anni saran-no dunque incassati dalla ESCo che potràin questo modo rientrare dalle spese so-stenute, guadagnandoci.L’intervento si svolge in cinque fasi: un’ap-profondita diagnosi energetica per indivi-duare sprechi, inefficienze ed usi impropri,in funzione della quale si ricavano gli ele-menti per predisporre il progetto degli in-terventi da realizzare; la definizione del

progetto esecutivo; il reperimento dei ca-pitali per l’investimento; la realizzazionedei lavori; ed infine la gestione e la manu-tenzione degli impianti per tutto il periodoconcordato.I contratti ESCo possono essere stipulatiesclusivamente in caso di ristrutturazionedi edifici ed impianti già esistenti, in quan-to solo per questi si possono conoscere idati precedenti dei consumi d’energia ter-mica ed elettrica.La media dei costi sostenuti nelle ultimetre stagioni costituisce, infatti, la base dicalcolo sulla quale è possibile stabilire itempi di rientro dagli investimenti, ove gliinterventi riguardano l’impianto di produ-zione energetica (termica ed elettrica),quello di distribuzione dell’energia termica,la coibentazione dell’edificio, l’illuminazio-ne ed i sistemi automatizzati d’accensionee spegnimento delle apparecchiature elet-triche.A controllare l’operato delle centrali, delleimprese e delle ESCo c’è la certificazioneEMAS (Eco-Management and Audit Sche-ma), una normativa volontaria abbastanzasevera, che tra l’altro prevede la dichiara-zione annuale obbligatoria delle prestazio-ni ambientali del sito.


educationIN AUTOMATION

Sorride forse cosìconsapevolmente perchèsapeva di avere il Partner giusto?

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s


Dagli anni ‘60, non essendo più possibile incre-mentare la potenza idroelettrica disponibile, si èregistrato un considerevole aumento delle in-stallazioni termoelettriche che ad oggi fornisco-no in Italia il maggior contributo d’energia elet-trica, pari a circa l’85%

L’utilizzo delle centrali termoelettriche nel no-stro Paese è cresciuto contemporaneamente al-l’aumento della richiesta d’energia elettrica de-terminata dallo sviluppo industriale.Un gruppo termoelettrico è sostanzialmentecomposto di una caldaia nella quale è vaporiz-zata una certa quantità d’acqua a spese del ca-lore fornito dal combustibile; di una turbina chericeve il vapore e trasforma il contenuto termicodello stesso in energia meccanica; di un alterna-tore che opera la trasformazione finale del-l’energia meccanica in energia elettrica.Queste apparecchiature necessitano di una se-rie di macchinari ausiliari di notevole importan-za sia per i compiti che devono assolvere sia perla complessità e la mole delle moderne installa-zioni di grande potenza.Di seguito sono descritte brevemente le fasifondamentali del processo produttivo di unacentrale termoelettrica, le apparecchiature elet-tromeccaniche principali, gli aspetti costruttivi,i tipi di contratto, l’inquinamento e altri dati si-gnificativi.

Ciclo del CombustibileI combustibili usati generalmente in una centra-le termoelettrica sono di tipo liquido (olio com-bustibile, gasolio), solido (carbone), gassoso

(gas naturale). Secondo il tipo di combustibileusato variano le caratteristiche delle apparec-chiature destinate al suo trattamento.Vi è poi un altro tipo di combustibile, le biomas-se, che in questi ultimi anni ha trovato postonelle centrali termoelettriche convenzionali conbassi costi d’investimento migliorando anche ilrendimento elettrico del sistema.

Olio combustibileE’ accumulato in una serie di serbatoi la cui ca-pacità complessiva è proporzionata alla potenzadell’impianto in modo da assicurare una certaautonomia. Il rifornimento dell’olio combustibilepuò avvenire mediante navi cisterne per le cen-trali costiere, oppure mediante oleodotti per lecentrali interne. In caso di emergenza è ancheprevisto un impianto per lo scarico delle autobotti.Sono previsti una stazione di pompaggio per iltravaso del combustibile da un serbatoio all’al-tro, pompe di spinta per l’alimentazione dellecaldaie e un sistema di riscaldamento in mododa mantenere ad una certa temperatura l’oliocombustibile per facilitarne il trasporto.

CarboneE’ ammassato in grossi mucchi in vaste areeaperte. Il trasporto del carbone è realizzato conl’impiego di speciali macchine di messa a parcoe ripresa e con l’ausilio di una rete di nastri tra-sportatori che convogliano il carbone dalla zonadi scarico al deposito e da questo alla centrale.Lo scarico dalle navi avviene mediante gru cheestraggono il carbone dalle stive e lo caricanosui nastri trasportatori. Nel deposito il carbonesubisce alcuni trattamenti atti a depurarlo da

Le centrali termoelettriche

tra presente e futuro

di Costantino Parlani

Veduta panoramica di una centrale termoelettrica 2x200 MW e sala macchinesupplemento a n. 4/200710


11speciale energia

elementi estranei (materiali ferrosi e me-tallici in genere, pietre, ecc.) e a renderloin pezzatura idonea per un miglior imma-gazzinamento e per il successivo tratta-mento di polverizzazione mediante muli-ni.

Gas naturaleE’ prelevato direttamente dalla rete di di-stribuzione nazionale.Le apparecchiature di ricevimento consi-stono in una stazione dotata di appositiapparecchi per ridurre la pressione dalvalore di trasporto a quello adatto per lacombustione nelle caldaie e, attraversoun complesso sistema di valvole e tuba-zioni, il gas è inviato direttamente ai sin-goli bruciatori.In detta stazione vi è anche il sistema dimisurazione per quantificare il gas in arri-vo.

CaldaiaIl combustibile brucia in una zona dellacaldaia detta camera di combustione,delimitata da pareti formate dall’insiemedei tubi vaporizzatori che sono percorsidall’acqua destinata, per effetto del ri-scaldamento, a trasformarsi gradual-mente in vapore. Il combustibile giungein camera di combustione attraverso ibruciatori tramite i quali è anche immes-sa l’aria comburente fornita da appositiventilatori.

Ciclo termico e turbinaIl vettore, per trasferire dalla caldaia allaturbina l’energia generata dalla combu-stione, è il vapore prodotto e surriscalda-to in caldaia e successivamente fattoespandere in turbina ove cede il suo con-tenuto termico, producendo l’energia ne-cessaria per il funzionamento dell’alter-natore.Le apparecchiature, che l’acqua (desti-nata a diventare vapore) attraversa percompiere il suo lavoro, costituiscono uncircuito chiuso che comprende i seguen-ti componenti:• il pozzo caldo del condensatore;• le pompe di estrazione del conden-sato;• l’impianto di trattamento del conden-sato;• i preriscaldatori di bassa pressione;• il degasatore;• le pompe di alimentazione della cal-

daia;• i preriscaldatori di alta pressione;• il condensatore (costituito da ungrande fascio di tubi percorsi da acqua atemperatura ambiente; il vapore, scarica-to dalla turbina, a contatto con i tubi delcondensatore, si raffredda e si condensanel sottostante pozzo caldo da doveinizia un nuovo ciclo);• l’impianto di demineralizzazionedell’acqua (per eliminazione dei sali mi-nerali che potrebbero compromettere ilfunzionamento della caldaia e dellaturbina).

Sistema elettricoÈ costituito essenzialmente da un alter-natore che, trascinato in rotazione dallaturbina, produce energia elettrica destina-ta ad essere immessa nella rete ditrasporto nazionale attraverso una sotto-stazione ad alta tensione composta ditrasformatori elevatori, interruttori, sezio-natori, trasformatori di tensione e di cor-rente, scaricatori, bobine a onde convo-gliate, quadri di protezione, controllo e mi-sura, sistemi ausiliari in ca/cc, eccetera.

Impianti ausiliari di centraleIn una centrale termoelettrica rivestonopar ticolare importanza gli impiantiausiliari, essenziali per il funzionamentodella stessa. Questi sono:• l’impianto d’acqua di raffreddamentodel condensatore e le relative opere dipresa e di adduzione;• l’impianto d’acqua per i servizi idrici dicentrale;• l’impianto di aria compressa;• gli impianti antincendio;• l’impianto di depurazione acqua-olio;• gli impianti di ventilazione e condizio-namento;• l’impianto di trattamento delle acquereflue (per garantire il rispetto dellenormative vigenti in materia di inquina-mento);• gli impianti telefonici, d’allarme, d’il-luminazione interna ed esterna, antin-trusione;• i gruppi diesel di emergenza;• gli impianti in corrente continua e igruppi di continuità;• gli impianti elettrici di centrale (costi-tuiti da quadri MT-BT di regolazione, dicontrollo, di misura, di protezione, da ca-vi, ecc.);

• gli impianti di distribuzione dellaforza motrice, della rete di terra, dellescariche atmosferiche e della segnala-zione aerea.

Aspetti costruttiviDal punto di vista costruttivo sono statimessi a punto progetti unificati e, per se-zioni comprese tra 250÷800 MW, sonoadottati gli stessi criteri di base:• la sala manovra comune a due sezio-ni;• la concentrazione della massima partedegli ausiliari intorno alla turbina;• lo schema monoblocco.Quest’ultimo prevede una maggior sem-plicità d’impianto, una riduzione del co-sto della centrale e nessuna interferenzatra i vari gruppi.La sistemazione dei gruppi può esserelongitudinale o trasversale; in quella lon-gitudinale la larghezza della sala macchi-ne è inferiore, ma deve essere aumenta-ta notevolmente la lunghezza della salastessa. La disposizione trasversale ri-sponde meglio alla simmetria generaledell’unità e dei suoi ausiliari e richiede unpercorso minore delle tubazioni di colle-gamento tra caldaia e turbina.

Contratto chiavi in manoCon tale contratto l’imprenditore/com-mittente che intenda realizzare un im-pianto industriale, affida ad una societàdi engineering o main contractor il com-pito di progettare, fornire i componentied eseguire le opere civili; nonché la di-rezione dei lavori, i montaggi elettromec-canici e strumentali, la messa in opera(commissioning).La società dovrà assicurare gli interventidi manutenzione durante il periodo di ga-ranzia, tutelando nello stesso tempo il ri-spetto dei tempi, dei costi e delle normeambientali e di sicurezza. Inoltre, salva-guarderà la funzionalità, il rendimento ela qualità del progetto.La società di engineering deve essereanalizzata nelle sue implicazioni soprat-tutto giuridiche che derivano dall’intrec-ciarsi di schemi contrattuali ben diversifra loro. Tali società, infatti, per giungereal prodotto finale si avvalgono delle pre-stazioni di liberi professionisti compe-tenti e specializzati nei diversi settori.Considerata la complessità delle opere el’entità economica delle stesse, i Main Con-


tractors che partecipano al bando di garapossono dar luogo anche ad un’Associa-zione Temporanea d’Imprese (ATI). Talvoltail committente può suddividere l’operain due parti: civile ed elettromeccanica.L’incidenza delle opere civili è di circa il25% sul totale delle opere e riguardanoprincipalmente:• le indagini geologiche dell’area presain considerazione per la costruzione del-la centrale;• i movimenti di terra;• l’eventuale palificazione delle fonda-zioni;• gli scavi e le fondazioni;• le strade interne e la sistemazionedel terreno per zone destinate a verde epiantagioni;• la/e ciminiera/e in calcestruzzo concanna metallica coibentata (altezza 100-150 m circa);• il corpo della sala macchine e dellecaldaie con relative strutture;• i cavalletti in calcestruzzo per turbogruppi;• gli edifici di comando, di controllo eamministrativi, l’officina elettromeccani-ca e i magazzini;• la portineria, la mensa e la foresteria;• il parco serbatoi, stoccaggio combu-stibile e/o il parco carbone;• la sottostazione elettrica di alta ten-sione con relative opere civili;• gli impianti di trattamento scarichi.I tempi di consegna si possono media-mente valutare intorno ai 24÷36 mesi;la variazione dipende dal numero deigruppi e dalla potenza.

InquinamentoI gas prodotti dalla combustione in calda-ia pervengono ad una serie di filtri depu-ratori (precipitatori) e, da questi, rag-giungono il camino che li disperde nel-l’atmosfera.Le centrali sono dotate di camini di altez-za tale da assicurare la più efficace dilui-zione dei fumi nell’atmosfera.Per il controllo dei livelli di inquinamentoal suolo e del rispetto dei limiti stabilitidalle vigenti leggi, è prevista un’appositarete di apparecchiature di rilevamento,anche a distanza, dei prodotti inquinantidispersi in atmosfera.

RendimentoIl processo riguardante la trasformazione

dell’energia termica in energia meccanicae, infine, in energia elettrica è gravato dauna forte percentuale di perdite costituiteda quantità di calore disperse.Il rendimento medio di un gruppo termoe-lettrico si aggira attorno al 40%; la mag-gior parte delle perdite si verificano nellacaldaia, nelle turbine e nel ciclo termico.

Impieghi e costi di produzioneI gruppi termoelettrici che sono impiegatiper la copertura della fascia a carico co-stante svolgono anche le funzioni di re-golazione del carico, sopperendo allamaggior richiesta delle ore diurne. Nonsono idonei a coprire servizi di punta.I motivi principali che determinano que-sto tipo di servizio sono:• la necessità di limitare i consumi dicombustibile e il funzionamento a cari-chi elevati (il maggior rendimento coinci-de con il 95% circa del carico nominale);• le ragioni tecniche connesse al dete-rioramento del macchinario e alla sicu-rezza del funzionamento che impedisco-no di scendere con i l carico sottodeterminati valori definiti “minimi tecni-ci” pari al 28÷35% del carico nominale;• gli avviamenti e le variazioni di caricoche richiedono tempi molto lunghi edhanno un costo elevato dovuto ad unmaggior consumo di combustibile e dienergia per i servizi ausiliari.I gruppi tradizionali termoelettrici hannogradienti di presa di carico molto bassi. Atitolo d’esempio si può citare un gruppoda 600 MW che prende carico con ungradiente di 18 MW/minuto se a gas ogasolio, 10 MW/minuto se a carbone acausa dei ritardi dovuti alla dinamica deimulini.Il solo costo di combustibile per un im-pianto che oggi consumi olio con bassocontenuto di zolfo (STZ) o gas naturale èdi circa 40÷44 $/MWh, se a carbone20÷23 $/MWh.

Turbine a gasUn interessante tipo di centrale termoe-lettrica è costituita dagli impianti che uti-lizzano come motore principale una tur-bina a gas che funziona con lo stessoprincipio di una turbina a vapore, ma, an-ziché usare come fluido motore il vaporeprodotto dalla caldaia, utilizza i prodottidella combustione di un carburante (puòessere olio combustibile, gasolio, gas

d’alto forno, gas metano, ecc.).Nelle sue parti essenziali un impiantoturbogas comprende: un compressore,una camera di combustione (combusto-re), una turbina, un generatore e un mo-tore di avviamento diesel o elettrico che,dopo aver portato il gruppo a velocità diautosostentamento, è fermato.Confrontato con un gruppo termoelettri-co tradizionale, un impianto equipaggia-to con turbina a gas presenta il vantag-gio della rapidità di entrata in servizio edella flessibilità nelle variazioni di caricoessendo in grado di entrare in paralleloin pochi minuti con prese di carico rapi-dissime; prevede un investimento conte-nuto rispetto alla potenza installata, lepossibili realizzazioni modulari e ridotticosti di manutenzione.L’assenza della caldaia e del condensato-re rendono questi gruppi meno ingom-branti e più economici. Notevoli progres-si sono stati fatti per aumentare il rendi-mento di tali gruppi che rappresentavauno svantaggio e, quindi, una limitazioneal loro impiego.Le turbine a gas, che devono resistere atemperature molto alte e a forti sol-lecitazioni, sono pertanto realizzate conacciai speciali ed inossidabili con elevatecaratteristiche di resistenza sia mecca-nica sia termica.

Impianti turbogas con utilizzazione deigas di scarico: cicli combinati

I fumi prodotti possono essere sostan-zialmente impiegati in due modi diversi:


Vista panoramica di una centrale turbogas 3x30 MW


13speciale energia

• scaricati direttamente in atmosfera(ormai in disuso) secondo lo schema ti-pico della figura 1 (ciclo aperto);• utilizzati in maniera indiretta per pro-durre vapore ad uso energetico, instal-lando una caldaia a recupero, dotata ono di bruciatori ausiliari; si hanno in que-sto modo cicli combinati secondo loschema della figura 2 ovvero produzionedi energia elettrica sia da turbo gas siada turbina a vapore.Esistono anche altri schemi più elaboratie complessi in grado d’ottenere rendi-menti superiori, soprattutto per quantoconcerne quello elettrico. Essi comporta-no investimenti nettamente superiori:per questo sul piano economico la loroadozione deve essere valutata di volta involta.Un altro esempio d’utilizzazione indirettadei gas di scarico, solitamente per pic-cole potenze, è quella in cui i gas sono

impiegati per produrre acqua calda, osurriscaldata, destinata al teleriscalda-mento di cui in Italia esistono già diverseapplicazioni.Negli impianti delle figure 1 e 2 si è solitiprendere in considerazione il rendimentototale ossia:- rendimento dell’apparato motore (mo-tore endotermico, turbina a gas, ecc.);- rendimento dell’alternatore;- rendimento dei recuperi termici cioèquelli relativi all’energia elettrica ed alcalore prodotto.Considerando lo schema della figura 1, ilrendimento totale, tenuto conto dell’en-ergia termica introdotta dal combustibile,si può cosi ripartire:• energia elettrica 22%;• calore recuperato 54%;• perdite 24%.La necessità di ridurre i costi di produ-zione interna è nota da diversi anni e sia

ENEL sia i produttori privati stanno inve-stendo nella costruzione di centrali a ci-clo combinato con gruppi da 400/800MW che permettono di ridurre il costodell ’uso di combustibile a 28÷30$/MWh.Una centrale a ciclo combinato, dopoaver ottenuto l’autorizzazione, richiedecirca 18-24 mesi per la costruzione, se-condo il numero di gruppi e della potenzainstallata.In conclusione gli impianti termoelettrici,in particolare il settore a ciclo combi-nato, sono destinati ad avere un ruoloprioritario anche in futuro. Infatti, pur dovendo porre sempre unamaggiore attenzione alle tematiche am-bientali e alla notevole importanza dellefonti rinnovabili, l’incidenza dell’energiacosì prodotta, considerata la for tedomanda, sarà preminente ancora perlungo tempo.

O out

1 4

2 36

9

7 8

5Figura 1 Figura 2

Planimetria di una centraletermoelettrica

1 Sala macchine2 Caldaie3 Edificio ausiliari4 Ciminiere 5 Serbatoi Combustibile 6 Sottostazione elevatrice

7 Parco carbone8 Uffici-officina9 Locale compressori10 Magazzini11 Portineria

12 Mensa13 Foresteria-servizi ausiliari

di sottostazione14 Ampliamenti futuri15 Locale gas-cokeria

Figura 3


L’energia idraulica e quella geotermica costi-tuiscono ancora oggi uno dei principali obiettiviper uno sviluppo energetico ecocompatibile

L’energia idraulicaL’irraggiamento solare innesca il ciclo dell’ac-qua. L’acqua evapora e ricade sotto forma dipioggia e neve sulla superficie terrestre. Le cen-trali idroelettriche sfruttano l’energia potenzialeposseduta dall’acqua raccolta nei bacini, natu-rali o artificiali, e nei corsi d’acqua sfruttando uncerto dislivello esistente fra questi e la centralestessa.Gli impianti idroelettrici possono essere classi-ficati in base al salto sfruttato, alla portata, alsistema d’utilizzo dell’acqua. In generale le cen-trali idroelettriche che sfruttano grandi portatesono del tipo ad acqua fluente e utilizzano pic-coli salti, mentre le centrali a serbatoio e dipompaggio non dispongono di grandi portate esfruttano medi e grandi salti.Il costo medio d’installazione di un impiantoidroelettrico attualmente si aggira intorno ai2000-2500 €/kW.Nelle centrali idroelettriche gli elementi essen-ziali che determinano la scelta del tipo di tur-bine (Pelton-Francis-Kaplan) sono:• il salto motore (H) espresso in m;• la portata dell’acqua (Q) espressa in m3/s.Gli impianti idroelettrici hanno la possibilitàdi essere messi in servizio ed effettuare

variazioni di carico in tempi molto brevi. Questacaratteristica li rende particolarmente adattialla regolazione del carico.Occorre, tuttavia, considerare la convenienza diun tale utilizzo in funzione delle diverse tipolo-gie d’impianti.Impianti ad acqua fluente. Sono adatti al fun-zionamento continuo al carico nominale, poichél’eventuale funzionamento a carico parzializza-to comporterebbe lo sfioro dell’acqua in ecce-denza senza possibilità di recupero.Impianti a serbatoio. Sono impianti stagionaliossia in alcuni periodi dell’anno accumulanol’acqua prodotta dal disgelo dei ghiacciai e dellaneve, o dai corsi d’acqua. Sono progressiva-mente svuotati in periodi successivi in base allanecessità. Risultano, quindi, particolarmenteidonei a sopperire alle punte di carico sia gior-naliere sia settimanali.Impianti di pompaggio. Sono del tipo giornalieroe dispongono di un sistema di pompe che nelleore notturne riprendono l’acqua utilizzatadurante il giorno e la rimandano nel serbatoiod’accumulo, pronta per essere riutilizzata.Regolano quindi il diagramma di carico fornen-do energia di punta e prelevando energia in oredi scarsa richiesta per il ripompaggio dell’acquautilizzata.Le possibilità più vantaggiose per lo sfrutta-mento dell’energia idraulica sono in Italia ormaiquasi esaurite ed un ulteriore sviluppo è ostaco-

L’acqua e il calore terrestre:fonti energetiche inesauribili

di Costantino Parlani

1

supplemento a n. 4/200714Energia solare accumulata: acqua nei nostri laghi artificiali proveniente dallo scioglimento della neve e dei ghiacciai


15speciale energia

lato da vincoli di tutela paesaggistica edalla scarsa economicità.La produzione dell’elettricità potrebbeessere aumentata, sia pur in modestapercentuale, migliorando il rendimentodei vecchi impianti e utilizzando mag-giormente mini centrali idroelettriche.Secondo i dati del GRTN (Gestore SistemaElettrico), aggiornati al 31 dicembre2004, in Italia risultano installati 2021impianti che forniscono 17.057 MW.Nel nostro Paese, secondo alcune recen-ti statistiche, il consumo annuale d’ener-gia è di circa 420.500 GW/h così prodotti:• termoelettrica: 86,7%;• idroelettrica: 10%;• geotermica: 1,3%;• eolico, fotovoltaico e biomasse: 2%.Anche se è difficile valutare con esattez-za la potenza totale installata per gliimpianti sopra citati, a causa di moltepli-ci fattori (centrali ferme per vetustà oper proibitivi costi d’esercizio, vari forni-tori d’energia, ecc.), ad oggi essa èstimabile intorno a 50.000/55.000 MW;mentre quella importata da Francia,Svizzera, Austria, Slovenia, tramite inter-connessione con elettrodotti a 380/220kV (NTC, Net Transfer Capacity), è valuta-ta intorno a 8500 MW. Tale potenza puòvariare del ±12% secondo che si tratti delperiodo invernale o del periodo estivo.

L’energia delle onde e il calore del mareSono state proposte e sperimentatediverse tecniche per sfruttare l’energiacinetica delle onde marine provocate dalvento. Questa tecnica si fonda sulla con-statazione che l’energia delle onde puòinnalzare il livello dell’acqua oppurecomprimere una colonna d’aria e quindifar funzionare una turbina. Anche ilcalore del mare potrebbe essere sfrutta-to per la produzione d’energia.La differenza di temperatura fra l’acquadella superficie del mare (riscaldata dalsole) e quella ad una profondità di500 m potrebbe essere sfruttata conun’adeguata centrale a vapore. Progettisu vasta scala non sono ancora statirealizzati. Poiché la potenza specifica èmolto piccola, non ci si può attendere daquesti sistemi un apporto considerevolesull’approvvigionamento energetico. Inregioni costiere particolarmente idonee

sono però ipotizzabili delle centralimarine che apporterebbero localmenteenergia.Una, tra le numerose proposte persfruttare l’energia delle onde marine,consiste nella costruzione di due serba-toi collocati a livelli diversi: l’onda in arri-vo si riversa nel serbatoio superiore, chesubito si chiude; l’acqua, facendo ruotarela turbina, fluisce al serbatoio inferioreche era stato svuotato dal risucchio del-l’onda precedente. La turbina, a suavolta, aziona un generatore.

L’energia dall’alta e dalla bassa mareaTutti i mari sono soggetti due volte algiorno al movimento delle maree. Ciò èdovuto alla forza d’attrazione fra la Terrae la Luna e alla rotazione terrestre. Ladifferenza d’altezza tra l’alta e bassamarea è chiamata ampiezza d’oscil-lazione della marea e dipende essenzial-mente dalla forma della linea costiera.Per sfruttare l’energia delle maree inmodo economico e su vasta scala, la loro

ampiezza deve essere di alcuni metri edeve esistere una grande baia che possaessere chiusa da una diga. In tutto il mondo ci sono poche localitàcon queste caratteristiche.Una centrale mareomotrice, con potenzadi 240 MW, si trova sulla costa atlanticafrancese nei pressi di St. Malò dove simisura un’ampiezza media di marea di 8m e una massima di 13 m. Un estuario naturale è stato chiusoda una diga di sbarramento. Le 24turbine a bulbo funzionano in ambeduele direzioni: durante l’alta marea dalmare all’estuario e durante la bassamarea dall’estuario al mare.Il fatto che le maree si scostino ognigiorno di 50 minuti, non seguendo così ilritmo del consumo di elettricità, rappre-senta uno svantaggio e, inoltre, tra i duefenomeni, si registra una fase d’arresto.Per questi fattori e a causa degli alti costidi costruzione, il futuro delle centralimareomotrici è attualmente in fortediscussione.

Centrale maremotrice “La Rance”nei pressi di St. Malò, sulle coste dell’Atlantico


L’energia geotermicaPiù profondamente si penetra nella cros-ta terrestre e più elevata diventa la tem-peratura: essa aumenta di un grado ogni30 m. Lo strato esterno del nucleo ter-restre consiste in una massa liquida (ilmagma) la cui temperatura si aggiraattorno ai 4000 °C. Il calore è mantenutoper mezzo del decadimento degli ele-menti radioattivi presenti nelle rocce.In certe regioni della Terra il flusso caldodel magma giunge così vicino alla super-ficie terrestre che, già in profondità mi-nime, si possono misurare delle altetemperature. In alcuni di questi luoghisono state installate delle centrali elet-triche geotermiche che utilizzano ilvapore naturale per far funzionare leturbine. In Toscana, e precisamente nellezone di Lardarello e del Monte Amiata, damolti anni si sfruttano questi vaporiendogeni per la produzione di energiaelettrica.La più vecchia centrale elettrica diquesto tipo si trova appunto in Toscana erisale al 1904; era dotata di un gruppo dipochi kW. Sino agli anni Sessanta l’Italiaera l’unica nazione al mondo a sfruttareindustrialmente questa risorsa.Sull’esempio italiano altre nazioni hannointrapreso da tempo questa strada:Nuova Zelanda, Stati Uniti, Messico,Giappone, Nicaragua, Indonesia.La potenza complessiva installata negliimpianti italiani è ripartita in una trenti-na di centrali e ammonta a 681 MW (datiforniti dal GRTN al 31 dicembre 2004). Ilfluido endogeno utilizzato proviene dauna profondità di 1000 m e la sua tem-peratura varia da 180 °C a 240 °C con unapressione da 5 a 10 kg/cm2. In tutto ilmondo ci sono in funzione più di 150centrali di questo tipo.La possibilità di sfruttamento di questefonti energetiche è limitato, consideratoche è rara la presenza del magma vicinoalla superficie terrestre abbinata ad unasufficiente quantità di acqua per la for-mazione del vapore.Si sta tentando di produrre elettricitàgeotermica anche al di fuori di questeregioni. Il metodo prevede due pozzimolto profondi scavati nella crosta ter-restre fino a raggiungere la roccia caldae secca che ha una temperatura di 200-300 °C.Nel pozzo più profondo è iniettata acqua

fredda; quando quest’ulti-ma si scalda, la pressioneaumenta al punto da provo-care delle frantumazionidella roccia circostante. Ilsecondo pozzo recuperal’acqua riscaldata al contat-to con le rocce.Con quest’acqua, per mezzodi un generatore di vapore,si potrebbe far funzionareuna centrale elettrica. Gliesperimenti e i risultati dellericerche condotte sino adora non hanno portato aconclusioni riguardanti lapossibilità d’applicazionesu larga scala.Il calore terrestre può esseresfruttato anche per il riscal-damento. Correnti sotterranee d’acquacalda che circolano in piccole e medieprofondità sono disponibili e, se l’acquaha una temperatura maggiore di 60 °C,può essere usata direttamente per ilriscaldamento; se, invece, la temperaturaè più bassa, l’acqua deve essere portata,per mezzo di una pompa di calore, ad unatemperatura adeguata.Gli impianti geotermoelettrici sonoimpianti che, pur non avendo un pesodeterminante nel bilancio energeticonazionale, dispongono di alti fattori diutilizzazione essendo mantenuti perlunghi periodi al carico massimo per il

loro basso costo di esercizio. Per lo sfruttamento del calore terrestrei criteri sono: la compatibilità conl’ambiente e il rendimento economico.Quest’ultimo dipende da tre fattori ossiadai costi del pozzo, dalla quantità dienergia geotermica disponibile e dallaqualità dell’acqua che potrebbe con-tenere sostanze aggressive e/o nocive.Il costo medio per un’installazionegeotermica ad oggi è valutato attorno ai2500 €/kW.


Sfruttamento della bassa e dell’alta mareain una centrale mareomotrice

In certi posti della Terra, il magma arriva così vicino alla superficieda riscaldare l’acqua e farla uscire bollente dal terreno


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La “pompa di calore” è la “macchina” ideale perprodurre acqua calda e refrigerata mediante ununico sistema in grado di alimentare impianti diriscaldamento e di raffrescamento, con notevolivantaggi in tema di efficienza, sicurezza e ri-sparmio energetico

Esiste una risorsa poco sfruttata che sta propriosotto i nostri piedi. E’ il calore della terra, da cuisi puo’ ricavare energia pulita e durevole. Ener-gia utilizzabile come fonte di riscaldamento in-vernale e di raffrescamento estivo rispettosadell’ambiente ed economicamente vantaggiosa.È, infatti, interessante notare che i sistemi di ri-scaldamento (ma anche di produzione di acquacalda di consumo, di ventilazione, di raffredda-mento, ecc.) basati sulle energie rinnovabilinon rimangono più confinati in progetti pilota oriservati a investitori con un budget sopra lamedia né tanto meno a committenti con unasensibilità ambientale molto elevata.Il successo delle pompe di calore a livello euro-peo (Svizzera, Austria, Germania, ecc.) indicachiaramente che il mercato sta riconoscendo inpieno la validità di questa tecnica energetica.Tra l’altro, un numero sempre maggiore di com-mittenti decide di fare ricorso alle pompe di ca-lore anche in caso di risanamento di un impian-to di riscaldamento di altro tipo. Questo derivasicuramente dalle eccellenti caratteristiche deinuovi modelli ma anche dalla presa di coscien-za che con il risanamento energetico di un edi-

ficio si possono ottenere vantaggi maggiori ri-spetto alla semplice sostituzione della caldaiatradizionale esistente.La combinazione delle pompe di calore con al-tre fonti rinnovabili, come in un impianto solaretermico, costituisce senz’altro un punto a favo-re di detti sistemi.Per il committente medio, l’opinione del proget-tista specialista di fiducia rimane giustamentedi grande importanza.

La pompa di calore è un apparecchio in gradodi prelevare calore da un ambiente freddo e trasferirlo ad un altro più caldoLa pompa di calore può funzionare sia elettrica-mente (sistema a compressione) sia con calo-re prelevato dai combustibili fossili o da altrefonti termiche quali il sole (sistema ad assorbi-mento).In pratica l’apparecchio funziona come un co-mune frigorifero. La pompa di calore attualmente più diffusa nelmondo è quella a compressione, azionata elet-tricamente.

Principio della pompa di caloreL’ energia termica da rendere all’ambiente arti-ficiale attraverso l’impianto di riscaldamento(100%) è in larga misura prelevata dall’ambien-te naturale (ca. 70%) attraverso l’impiego diuna piccola parte (ca. 30%) di energia conven-zionale (fig. 1).

Climatizzare in estatee in inverno mediantele pompe di caloredi Giovanni Stimamiglio

30% energia da fonte

convenzionale(elettricità) 1 kWh

Pompa di calore

70% prelievo gratuitodi energia dal terreno,

aria o pozzo di falda 3 kWh

100% calore fornito per riscaldamento 4 kWh

Figura 1

supplemento a n. 4/200718


• Espansione: passando attraverso lavalvola di espansione il fluido frigorige-no liquido si trasforma parzialmente invapore e si raffredda.• Evaporazione: il fluido frigorigeno as-sorbe calore dall’esterno ed evaporacompletamente.L’insieme di queste trasformazioni co-stituisce il ciclo della pompa di calore: ilcompressore fornisce energia al fluidofrigorigeno che nell’evaporatore, assor-be calore dal mezzo circostante e, trami-te il condensatore, lo cede al mezzo dariscaldare (Figg. 2 e 3 e tab. 1).

Le caratteristiche tecniche Potenza assorbita : è la quantità di

19speciale energia

Com’è fatta e come funzionaLa pompa di calore è costituita da un cir-cuito chiuso, percorso da uno specialefluido (frigorigeno) che, secondo le con-dizioni di temperatura e di pressione incui si trova, assume lo stato di liquido odi vapore.

Il circuito chiuso è costituito da:• un compressore;• un condensatore;• una valvola di espansione;• un evaporatore.Il condensatore e l’evaporatore sono co-stituiti da scambiatori di calore, cioè tubiposti a contatto con un fluido di servizio(che può essere acqua o aria) nei qualiscorre il fluido frigorigeno.Questo cede calore al condensatore e losottrae all’evaporatore.I componenti del circuito possono esse-re sia raggruppati in un unico blocco, siadivisi in due parti (sistemi “SPLIT”) rac-cordate dai tubi nei quali circola il fluidofrigorigeno.Il fluido frigorigeno, all’interno del circuito,subisce le trasformazioni che seguono.• Compressione: il fluido frigorigeno al-lo stato gassoso e a bassa pressione,proveniente dall’evaporatore, è portatoad alta pressione; nella compressione siriscalda assorbendo una certa quantitàdi calore.• Condensazione: il fluido frigorigeno,proveniente dal compressore, passa dal-lo stato gassoso a quello liquido ceden-do calore all’esterno.

“combustibile”, sia esso elettricità siagas, che la “pompa” utilizza per funzio-nare. E’, in sostanza, quello che si pagain bolletta. Potenza resa: è la quantità di caloreche, in un’ora, la “pompa” è in grado difornire o di assorbire dall’ambiente cli-matizzato. Occorre porre attenzione al fatto che lecaratteristiche sono misurate in condi-zioni ambientali e di installazione benprecise, al mutare delle quali si possonoverificare variazioni di rendimento an-che significative. La più importante è latemperatura in cui lavora l’impianto;pressoché tutti effettuano la misuranelle condizioni riportate alla tabella 2.

OzonoEffetto

SiglaFormula T1 T2 rischio

serraOsservazionechimica (°C) (°C)

relativorischiorelativo

CFCR-12 C Cl2 F2 -40/+20 70 0,9 3,1 cloro-fluoro

carburo

HCFCR-22 CH CI F2 -80/10 60 0,05 0,35 idro-cloro-

fluoro-carburo

HFCR-134a C2 H2 F4 -40/20 70 0 0,27 idro-fluoro-

carburo

R-717 NH3 -60/10 40 0 0 ammoniaca

Tabella 1 - Fluidi frigorigeni

Tabella 2

La Pompa di Calore

Condensatore

Evaporatore

Valvoladi espansione Compressore

34

3

2

21

1

4

T [K]

S [J/K]

Q1

T2

T1

L

Q2 = Q1 + L

12

2

12

22

TTT

QQQ

LQ

COP−

=−

===ε

Esempio:T 2 = 70 [ °C] = 343 [K], temperatura di mandataT 1 = 4 [ °C] = 277 [K], temperatura sorgente

2,5277343

343 ≈−

=ε

La Macchina Frigorigena

Condensazione isobara

Evaporazione isobara

Espansioneisoentalpica

Compressioneadiabatica

34

3

2

21

1

4

T [K]

S [J/K]

Q1

T2

T1

L

Q2 = Q1 + L

12

1

12

11

TTT

TQQ

LQ

EEP ,T [K]−

=−

===ε

Esempio:T 1 = -10 [°C] = 263 [K], temp. frigorigenaT 2 = 17 [°C] = 290 [K], temp. ambiente

75,9263290

263 ≈−

=ε

3

21

4

Tabella 2 Funzionamento in riscaldamento Funzionamento in raffrescamento

Temperatura 20 ° Bulbo secco (DB=Dry Bulb) / 27 ° Bulbo secco (DB=Dry Bulb) /interna 12 ° Bulbo umido (WB=Wet Bulb) 19 ° Bulbo umido (WB=Wet Bulb)

Temperatura 7 ° Bulbo secco (DB=Dry Bulb) / 35 ° Bulbo secco (DB=Dry Bulb) /esterna 6 ° Bulbo umido (WB=Wet Bulb) 24 ° Bulbo umido (WB=Wet Bulb)

Figure 2 e 3 - Schemi di funzionamento della pompa di calore e della macchina frigorigena

K: indica l’unità di misura della temperatura in gradi assoluti Kelvin COP: indica l’efficienza dell’impianto in riscaldamentoEEP: indica l’efficienza dell’impianto in raffrescamento

LEGENDA:


CONSIDERAZIONI DI PARAGONE TRA I DUE SISTEMI

Tabella 3

Climatizzazione elettricaa pompa di calore

Impiego modulare e multizona(solo dove serve)

Nessun inquinamento ambientale

Zero spese di manutenzione e controllo

Circuito Frigorifero sigillato

Pericolosità nulla

Climatizzazione estiva/invernale

Deumidificazione ambienteottimale (50%)

Bassi costi di gestione

Nessun sistema di scarico fumi

Filtrazione dell'arianel locale climatizzato

Riscaldamento con caldaiaa gas metano

Impiego totale (ulteriore spreco)

Inquinamento ambientaleda gas combusti

Manutenzione periodicae libretto obbligatori

Possibili perdite tubazioni acqua

Possibilità di fughe di gas

Solo riscaldamento

Deumidificazione inesistente

Costi di gestione superiori

Necessario un sistema di scarico (cannafumaria)

Filtrazione inesistente

fognaria ove esista un depuratore termi-nale;• per quanto riguarda il prelievo da ac-qua di falda, occorre uno studio prelimi-nare di un geologo per verificare l’altez-za della falda, la sua portata (circa 4l/min/kW di potenza in riscaldamento) eil permesso dell’ente preposto per lacreazione del pozzo; lo scarico può es-sere effettuato o in cono d’acqua super-ficiale (in base a regole da rispettare)oppure tramite un pozzo di “resa” (di-stante dal primo almeno 15 m per noncreare un corto circuito idraulico);• per l’acqua prelevata da canali, fiumi,laghi occorre richiedere gli opportunipermessi.

Aria-acquaLa fonte disponibile è l’aria, la pompa dicalore è comodamente installata al-l’esterno, il COP medio stagionale è intor-no al 3,5÷3,8. Le prime unità “soffriva-no” attorno a 0 °C dove si condensa l’umi-dita’ dell’aria sullo scambiatore esterno:oggi questo limite è superato o con unitàa due scambiatori o mediante circolazio-ne di poca acqua calda necessaria per ri-portare in efficienza lo scambiatore.

Acqua-ariaLa fonte disponibile è l’acqua, quella uti-lizzatrice è l’aria; si tratta di una tipolo-gia che ha uno scarsissimo uso praticoma solo sperimentale.

Metodi costruttiviI pali energeticiAl posto della perforazione alla profondi-tà di 100-150 m è molto vantaggioso edeconomicamente conveniente utilizzarei pali di fondazione come sonda geoter-mica.I pali in calcestruzzo armato usati nellesotto fondazioni, hanno, generalmente,un diametro di 0,4-1,5 m ed una lun-ghezza che può variare da qualche me-tro fino a più di 30 m. All’interno di questi pali è installato untubo o un fascio di tubi in polietilene:spesso si tratta di “U” doppi o quadrupli,in base al diametro dei pali, collegati acollettori.Unica condizione è che l’impiantista siagià coinvolto nella fase iniziale del pro-getto delle opere edili.


Sistema Evaporatore Condensatore

acqua-acqua acqua acqua

aria-acqua aria acqua

suolo-acqua suolo acqua

aria-aria aria aria

Dettaglio dell’armatura di un palo energetico sul cantieredel futuro Dock Midfield, aeroporto di Zurigo (foto FDV)

Sistemi di costruzione usuali di pompedi calore

Aria-ariaEsempio tipico sono gl i impiantisplit system ad espansione diretta:l’unità interna può raffreddare o riscal-dare l’ambiente e l’unità esterna funzio-na rispettivamente da condensatore oda evaporatore; il COP (Coefficiente diPrestazione) minimo parte da 2,8÷3.

Acqua-acquaIl fluido termovettore dal quale si puòacquisire o cedere calore può essere:acqua di falda, acqua di fiume, di lago odi mare (economicamente molto conve-nienti), acqua glicolata a circuito chiusocontenuta in sonde verticali o orizzonta-li immerse nel terreno (geotermia). Intutti i casi in cui la fonte è l’acqua occor-re tenere conto di diversi fattori legatisia alla disponibilità idrica, sia a vincolilegislativi e regolamenti che ne discipli-nano l’uso (esempio Legge 152/99, e levarie disposizioni regionali, provinciali,comunali). In particolare:• alcune Regioni vietano il prelievo dal-l’acquedotto e, dove questo è permesso,rimarrebbe il problema dello scarico: è,infatti, vietata la reimmissione nella rete


Finalmente anche in Italia iniziano a diffondersisistemi che mirano a sfruttare, attraverso pom-pe di calore, l‘energia presente nel sottosuoloper soddisfare i fabbisogni energetici per il ri-scaldamento invernale e la climatizzazioneestiva

Le sonde geotermiche sono l’interfaccia tral’energia termica a bassa entalpia, contenutanel terreno, ed il fluido termovettore che in es-se circola.Queste sono scambiatori di calore con il sotto-suolo che, tramite un fluido pompato nel circui-to chiuso, formato dalle sonde stesse e dallapompa di calore, attingono o cedono energia dao al terreno.

Come funzionano le sonde geotermicheA circa 15-20 m dalla superficie del terreno si hauna zona a temperatura costante in cui il caloreè fornito esclusivamente dal flusso termico pro-veniente dall’interno della Terra, con un incre-mento medio progressivo di 1 °C ogni 33 m diprofondità.In particolare, ad una profondità di 1,2-1,5 m, siosservano temperature che nell’arco dell’annovariano tra 7 e 13 °C, mentre a circa 18 m si rile-va una temperatura di 10 °C che resta costanteper tutto l’anno.Grazie a queste temperature le pompe di caloregeotermiche sono in grado di sfruttare l’energiaestraendo dal terreno calore a bassa temperatu-ra, utile al riscaldamento invernale, o di cederequello sottratto agli ambienti durante la clima-tizzazione estiva.Lo scambio di calore avviene mediante una se-

rie di tubi, che possono essere disposti orizzon-talmente ad una profondità di 1-2 m (detti gene-ralmente collettori geotermici) oppure con si-stemi di tubi verticali lunghi tra i 70 e i 150 m(dette generalmente sonde geotermiche).La scelta del sistema deve corrispondere il piùpossibile alle specifiche esigenze del cliente. Ladisposizione verticale oppure orizzontale, è de-terminata sia dalle condizioni geologiche pre-senti in sito sia dallo spazio disponibile. Natural-mente si devono sempre tenere in considerazio-ne anche le condizioni di tipo edile e strutturale. Le caratteristiche di resistenza alla corrosione,durata, stabilità nel tempo, nonché il prezzocontenuto, hanno permesso ai tubi in polietile-ne di imporsi quale prodotto di riferimento per larealizzazione delle sonde geotermiche.Il mercato offre sostanzialmente due tipologie ditubi in polietilene:• polietilene reticolato Pe-Xa;• polietilene PE 100.

Polietilene reticolato Pe-XaE’ il materiale risultante dall’unione delle macro-molecole di polietilene, secondo una combina-zione a reticolo. Le sonde realizzate con questopolimero soddisfano i più severi requisiti riguar-danti le prestazioni e la durata nel tempo, poten-do vantare alcune proprietà uniche. Queste so-no:• resistenza a fenditure e a sollecitazioni di ca-rico puntiformi (ad esempio piccole pietre); ciòpermette di posare i collettori geotermici utiliz-zando il materiale di risulta dello scavo evitandola preparazione di un apposito letto di sabbia;• ottima resistenza alla tensocorrosione che

Una tecnologia innovativaper un’energia antica:le sonde geotermichedi Claudio Crudo



23speciale energia

garantisce il funzionamento anche conraggi di curvatura molto ridotti;• nessuna propagazione di crepe e fen-diture;• elevata resistenza all’abrasione;• massima lavorabilità anche a bassetemperature;• lunga durata anche in caso di funzio-namento sotto elevati carichi.Le sonde geotermiche realizzate in PE-Xa sono composte di due sonde a “U”realizzate in un unico pezzo. La curvatu-ra di inversione terminale (che si trovaalla massima profondità) è costruita conun particolare metodo di piegatura cheelimina la necessità di qualsivoglia rac-cordo in corrispondenza della base dellasonda; inoltre, tale tratto è incorporatomediante una colata in una resina polie-stere rinforzata con fibre di vetro.Le due semisonde sono innestate insie-me e fissate con apposite viti senza te-sta ad esagono incassato; in via opziona-le, nella scanalatura della semisonda in-feriore, può essere fissato un peso guidache facilita l’operazione d’introduzionedella sonda nel foro di perforazione.

Polietilene PE 100Si tratta di un materiale plastico non reti-colato di nuova generazione, di colorenero, stabilizzato ai raggi UV e di costoinferiore al precedente.Nella disposizione a collettore i tubi in PE100 devono essere protetti contro le sol-lecitazioni di carico esercitate da pietre ealtri corpi simili, inserendoli in appositiletti di sabbia. La temperatura influenzasensibilmente le proprietà di questo poli-mero.La resistenza meccanica è garantita finoa 40 °C. Pertanto non risulta idoneo allaformazione di accumuli di calore, mentrei raggi di curvatura consentiti dipendonodalla temperatura di posa.Anche in questo caso, la disposizione asonda geotermica comprende due sondea “U”, ciascuna dotata alla base di raccor-do di collegamento a “V” saldato in fab-brica.Nella pratica questo materiale consen-te di:• ridurre il diametro dei fori di perfora-zione (rispettivamente a 80 mm per tubida 25 e 32 mm di diametro e a 104 mmper tubi da 40 mm di diametro);• realizzare giunzioni di saldatura di te-

sta, con elementi riscaldanti e con mani-cotti elettrosaldabili.

Impianto a collettore geotermicoI dati minimi necessari per una prima va-lutazione di un campo geotermico a col-lettore sono:• il fabbisogno termico per il riscalda-mento degli ambienti da servire [Q];• il valore del C.O.P. (Coefficiente di Pre-stazione) della pompa di calore che si in-tende installare.In tal modo, è possibile determinare lapotenza [Qe] dell’evaporatore:

Qe =Q (COP - 1)––––––––

COP

La capacità di sottrazione di calore spe-cifica di un terreno dipende dalle sue ca-ratteristiche e dalle ore di funzionamen-to annue (quindi anche dalla zona clima-tica).Nella tabella 1 sono riportati alcuni daticaratteristici.

Attraverso questi dati di partenza diven-ta, quindi, possibile determinare la su-perficie di terreno S necessaria alloscambio di calore:

S = Qe / Qt

Poiché il collettore geotermico provocaalterazioni delle temperature nel terreno,lo spazio dedicato all’installazione del

collettore dovrà essere libero da alberi,arbusti e piante sensibili.E’ necessario prevedere, inoltre, una di-stanza di almeno 70 cm da altre tubazio-ni di servizio degli edifici.I collettori geotermici sono rigeneratiprincipalmente dall’alto attraverso l’ir-raggiamento solare e le precipitazioni; sideve, quindi, possibilmente evitare dicollocare i collettori stessi al di sotto disuperfici sigillate e/o pavimentazioni.La sistemazione può essere eseguita:• in fossa ovvero alloggiando una cop-pia di tubazioni (andata/ritorno) in unasingola trincea;• in superficie quando l’intera superficiedel collettore è spianata.La disposizione dei circuiti segue in ge-nere l’esperienza dei sistemi radianti epuò quindi essere realizzata:• a chiocciola, che ben si presta perl’applicazione in superficie;• a doppio meandro ed a ritorno inverso“Tichelmann”, più adatta per la posa infossa.Per limitare le perdite di carico, è oppor-tuno che la lunghezza dei singoli circuitinon superi 100 m.

Impianto a sonde geotermicheIl metodo di calcolo dell’evaporatore è lostesso presentato in precedenza. La lun-ghezza complessiva delle sonde è in-fluenzata non solo dalle ore di funziona-mento, ma anche, e soprattutto, dalla ca-pacità di sottrazione lineare del terreno.La tabella 2 fornisce indicazioni che pos-sono essere applicate ad impianti di pic-cola potenza (fino a 30 kW).Nel caso di impianti di dimensioni supe-riori occorre sempre eseguire un calcoloaccurato imperniato sui dati provenientida una perforazione pilota.Per salvaguardare la stabilità dell’edificioè opportuno che le sonde geotermichesiano sistemate ad una distanza di sicu-rezza dallo stesso di almeno 5 m, se lalunghezza della singola sonda è inferiorea 50 m, e di 6 m se è superiore a 50 m.

Tabella 1 - Capacità di sottrazione di calore dal terreno da parte di un impianto a collettore geotermico

Capacità di sottrazione Qt Capacità di sottrazione QtTipo di terreno per funzionamento per funzionamento

di 1.800 h/anno di 2.400 h/anno

Terreno compatto 10 W/m2 8 W/m2

Terreno compatto umido 20 - 30 W/m2 16 - 24 W/m2

Terreno saturo d’acqua 40 W/m2 32 W/m2


Lo spazio tra le sonde deve essere di al-meno 8 m per evitare che l’eccessivo raf-freddamento o riscaldamento del terrenoinfluenzi negativamente il funzionamen-to di tutte le sonde, riducendo sensibil-mente le prestazioni del sistema.Si tenga presente che, essendo la pres-sione nominale di funzionamento delletubazioni in polietilene pari normalmen-te a 12,5 bar, la profondità delle sonderiempite con acqua e glicole deve risulta-re inferiore a 122,5 m.Terminate le perforazioni si introduconole sonde ad “U” munite di contrappeso,riempiendo la corona circolare rimanentecon una miscela di bentonite e cementoper garantire contatto termico tra i tubi eil terreno circostante.In superficie i tubi delle sonde sono con-vogliati ad un apposito collettore le cuiuscite sono poi condotte all’alimentazio-ne della pompa di calore.

Pilastri di fondazione con sonde inte-grateNel caso di fondi poco portanti, per le co-struzioni si ricorre spesso per motivi sta-tici all’uso di appositi pali per la perfora-zione.Con l’espressione “pilastri di fondazionecon sonde integrate” si intendono paliper perforazione provvisti di tubazioni dautilizzare a scopo geotermico in prossi-mità della superficie; in tal modo, in unsistema geotermico, questi manufatti di-ventano gli scambiatori di calore con ilterreno.


Tabella 2 - Capacità di sottrazione di calore dal terreno da parte di un impianto con sonde geotermiche

Capacità di sottrazione Capacità di sottrazioneTipo di terreno per funzionamento per funzionamento

di 1.800 h/anno (W/m) di 2.400 h/anno (W/m)

Fondo con sedimenti25 20asciutti (λ< 1,5 W/m°k)

Fondo normale con rocciasolida e sedimenti saturi 60 50d’acqua (λ< 3,0 W/m°k)

Roccia solida ad altaconducibilità termica 84 70(λ< 3,0 W/m°k)

Ghiaia, pietriccio, asciutti < 25 20

Ghiaia, pietriccio, umidi 65 - 80 55 - 85

Ghiaia e sabbia con fiume80 - 100 80 - 100sotterraneo

Argilla umida di vario tipo 35 - 50 30 - 40

Pietra calcarea (massiccia) 55 - 70 45 - 60

Magmatite acida (granito) 65 - 85 55 - 70

Magmatite basica (basalto) 40 - 65 35 - 55

Gneiss 70 - 85 60 - 70

Il dimensionamento dei pilastri con son-de si esegue con le stesse modalità pre-viste per i campi con sonde geotermiche,considerando attentamente che tali ma-nufatti non devono funzionare nel trattosoggetto a pericolo di gelo.Per motivi economici si attrezzerannocon sonde geotermiche solo i pilastriprevisti per esigenze statiche: i costi re-lativi a pali aggiuntivi, necessari per rag-giungere le lunghezze di scambio termi-co richieste dall’impianto, non sarebberogiustificabili. Il soddisfacimento globale del fabbiso-gno termico si potrà attuare con il com-pletamento del campo geotermico me-diante le tecniche descritte in preceden-za oppure mediante sistemi complemen-tari indipendenti di riscaldamento e refri-gerazione.


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Panoramica della diffusione nell’Unione Euro-pea del teleriscaldamento, della cogenerazionee del teleraffrescamento

La diffusione in Europa di sistemi di teleriscal-damento urbano si avvale di continui migliora-menti tecnologici.L’utilizzo di grandi centrali di cogenerazione,connesse con reti di teleriscaldamento urbano,consente di produrre calore ad elevato rendi-mento e a basso impatto ambientale fruendodei benefici dell’effetto “scala”.Le tecniche di gestione delle reti migliorano co-stantemente producendo anch’esse considere-voli efficienze.Questa forma di produzione di energia implicanotevoli investimenti infrastrutturali, possibilisolo grazie ad una pianificazione su larga scalache preveda in primo luogo la flessibilità del-l’approvvigionamento energetico (concorrenzadi diverse fonti di energia) e l’affidabilità del si-stema.

La crescita del teleriscaldamento in EuropaIl settore del teleriscaldamento o riscaldamentourbano ha registrato una grande accelerazionenei Paesi dell’Unione Europea negli ultimi diecianni.Il fenomeno è causato da un incremento, co-stante da almeno due decenni negli Stati del“Blocco Storico”, e dall’allargamento dell’Unione

che ha introdotto, nelle statistiche, nazioni chepossedevano una buona tradizione nello svi-luppo e nella gestione di vasti sistemi di riscal-damento urbano.Nell’Unione Europea allargata a venticinque Sta-ti membri, il teleriscaldamento, sul totale delladomanda di calore, soddisfa una quota del 10%.Ciò significa che più di 64 milioni di abitanti del-l’Unione (all’incirca il 16% della popolazione)beneficia dei vantaggi offerti dai sistemi di tele-riscaldamento.

Cresce anche la cogenerazioneLa produzione combinata di calore ed energiaelettrica (cogenerazione) dedicata al teleriscal-damento (ovvero una media del 62% rispetto altotale della cogenerazione stessa) ha registra-to significativi aumenti.Per quanto riguarda i combustibili, il carbone edil gas naturale continuano ad essere le princi-pali fonti utilizzate nel riscaldamento urbano.La quota di energie rinnovabili, unita a quellaprodotta dal recupero di energie industriali altri-menti disperse (o in surplus), ha superato laquota dei derivati dal petrolio (olio combustibilee gasolio).Nel periodo 2001-2003 sono state commissio-nate nei Paesi dell’Europa centrale e dell’Estnuove piccole unità produttive (principalmentecogenerative) che fanno uso di gas naturale. Èaumentato, inoltre, il ricorso alle fonti rinnova-

Riscaldamentourbano, avanti tuttadi Massimo Gozzi


Foto Brugg


27speciale energia

bili nei territori favoriti da particolari con-dizioni ambientali.In molte di queste nazioni sussiste pe-rò il problema della presenza monopoli-stica di un solo fornitore di gas natura-le, e questo provoca rigidità nel siste-ma di approvvigionamento dell’energiaprimaria.

Uno sviluppo indotto dall’Unione Euro-peaIl teleraffreddamento è una soluzioneassai interessante per la climatizzazio-ne degli ambienti. Questo sistema è in rapido sviluppo sianei Paesi del Nord (Svezia soprattutto)sia del Sud Europa.La politica energetica nazionale ed am-bientale ed il quadro normativo, riguar-dante il settore della cogenerazione le-gata al teleriscaldamento/teleraffredda-mento, è stata rigidamente normata inbase alle direttive comunitarie. Conse-guenza di ciò è stata la tendenza adun’integrazione “verticale” tra la produ-zione di energia, il trasporto e la sua di-stribuzione.Si è assistito contemporaneamente adun’integrazione “orizzontale”, ovvero pa-ritetica, con altre prestazioni correlabilial servizio energetico (ad esempio latrasmissione di dati informatici e la buil-ding automation).

La produzione di caloreNei Paesi del Centro e Nord Europa lecondizioni ambientali, che si riflettonoin un elevato numero di gradi-giorno(superiore a 3000), hanno determinatouno sviluppo del teleriscaldamento nelsettore residenziale.Prescindendo dall’appartenenza all’UE,le percentuali più significative di pre-senza del teleriscaldamento in alcuniPaesi europei sono le seguenti: Islanda95%, Estonia 52%, Polonia 52%, Danimar-ca 51%, Svezia 50%, Finlandia 49%, Slo-vacchia 40%, Ungheria 16%, Austria12,5% e Germania 12%.In Italia e Francia sono presenti quote si-gnificative in alcune regioni (fino al 10%del mercato del calore).

Teleriscaldamento e cogenerazioneLa quota di teleriscaldamento prodottain impianti di cogenerazione (è diffusol’acronimo CHP: Combined Heat and Po-

wer) è piuttosto elevata nei Paesi cheoriginariamente costituivano l’UE. La Svezia è un caso a sé stante poichégli impianti presenti sono alimentati conil calore di scarto dell’industria. Nel cor-so di questi ultimi cinque anni si è assi-stito ad un leggero incremento in Au-stria, Germania e Italia (seppure in que-st’ultima dovuto a piccoli impianti agas).In tutti i Paesi dell’UE, il potenziale didiffusione della cogenerazione è legatoallo sviluppo di nuovi cicli termodinami-ci tra i quali i cicli combinati gas-vaporecon turbina a gas per gli impianti oltre i10 MW d’energia termica ed i cicli legatiai motori a gas per gli impianti di tagliainferiore ai 30 MW.

L’impiego di fonti primarieQuelle maggiormente utilizzate nel tele-riscaldamento sono:• il carbone (42%);• il gas naturale (30 %);• le fonti rinnovabili, unite a recuperid’energia di scarto e surplus industriali(22% complessivamente);• derivati del petrolio (6%).Nei Paesi dell’UE preespansione si ri-scontra un utilizzo più limitato delcarbone ed un leggero incremento, nelcorso degli ultimi anni, dell’impiego delgas naturale e delle fonti rinnovabili, ri-sultato quest’ultimo prodotto dalle poli-tiche di contenimento energetico e sal-vaguardia ambientale.L’adozione del gas naturale come com-

I tubi precoibentati di tipo flessibile utilizzati nella distribuzione capillare del calore permettono di scavalcare e aggirareostacoli anche imprevisti; il tubo di servizio può essere realizzato in polietilene reticolato, in rame (a spirale e liscio) o inacciaio inox (a spirale) secondo le esigenze di installazione. (Foto Brugg)


bustibile è aumentato principalmente inAustria e nei Paesi Bassi (quest’ultimone è produttore), mentre il maggior in-cremento delle rinnovabili vede protago-niste ancora l’Austria, la Danimarca, laFinlandia e la Svezia.Il carbone rappresenta il combustibilepiù usato nel teleriscaldamento dei Pae-si di nuova acquisizione dell’UE con unamedia del 50%.

Il teleraffrescamentoIl teleraffrescamento si sta rivelandouno strumento efficace per garantire ilcomfort estivo. La domanda di questo servizio è stabil-mente in crescita in tutti i Paesi europei:sia nei vecchi membri dell’UE sia neinuovi.Diverse sono le tecnologie di raffresca-mento associate alle reti di distribuzio-ne del “freddo”. Le situazioni locali e le disponibilità eco-nomiche determinano la scelta dellatecnologia utilizzata che avviene tra le

seguenti: chiller ad assorbimento, chillera compressione, free cooling (da acquadi mare o lago).

Raffrescamento per assorbimentoL’applicazione degli assorbitori al teleri-scaldamento è particolarmente favore-vole perché la disponibilità di elevatequantità di calore è tipica degli impiantid’incenerimento di rifiuti solidi urbani odell’industria di processo. Nel caso dellacogenerazione il problema dell’intrinse-ca produzione di calore anche in estatetrova soluzione proprio con l’utilizzo de-gli assorbitori. Ciò consente di aumenta-re il carico della centrale con beneficioper la produzione di energia elettrica(maggiori rendimenti ai carichi nomina-li) ed una maggiore economicità del si-stema, in virtù dell’aumento del numerototale di ore di funzionamento (maggiorcoefficiente di utilizzo degli impianti).

Free CoolingIl concetto di free cooling, applicato al


Il successo della tubazione preisolata è stato confermato dalle migliaia di chilometri di installazione in tutta Europa. Si tratta di una delle tecnologie sviluppate proprio per il teleriscal-damento che ha contribuito a renderne possibile la diffusione. (Foto Ecoline)

teleriscaldamento, si fonda sull’estrazio-ne di acqua fredda di mare in profondità.Scambiatori di calore trasferisconol’energia frigorifera alla rete di distribu-zione. Un ulteriore scambio termico avviene incorrispondenza dell’utenza, general-mente costituita dal raffrescamento am-bientale nell’ambito del terziario. La temperatura massima del fluido vet-tore può essere garantita in tutte le con-dizioni operative grazie ad un raffredda-mento addizionale effettuato con meto-di convenzionali. Questo tipo di tecnologia è utilizzata aStoccolma, Helsinki e ad Amsterdam.

Combinazione di teleriscaldamento eteleraffrescamentoQuantità interessanti di produzionedel freddo possono essere ottenute me-diante pompe di calore originariamentepensate per la produzione del calore dateleriscaldamento.


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Esempio diinstallazionedi collettorisolari (foto Klobens.a.s.)

L’articolo analizza alcune proprietà delle tecno-logie preposte alla trasformazione della “luce”solare in energia fruibile per usi domestici oindustriali; ne indica gli sviluppi possibili in ter-mini di efficienza; ci offre un quadro dellepotenzialità nell’impiego di questa forma noninquinante di approvvigionamento energetico

L’energia solare: elementi introduttiviIl concetto di energia, ed in particolare la suaconservazione, è tra i primi insegnamenti impar-titi durante le lezioni di fisica: nulla si crea né sidistrugge.Questo principio fondante è presto accantonato nelvocabolario corrente a favore di espressioni quali“produzione di energia”, “consumo di energia”,“fonte energetica rinnovabile o non rinnovabile”.Riferendoci sempre all’idea di conservazione del-l’energia il significato dei termini produzione econsumo diviene quello di “trasformazione del-l’energia da una forma ad un’altra” (ad esempio dameccanica ad elettrica ovvero consumo di energiameccanica per produrre energia elettrica); mentreil termine fonte indica sinteticamente il sistemacui è sottratta materia e/o energia nelle operazio-ni di trasformazione dalla sua forma originaria aduna secondaria utilizzabile nella pratica.Il suo successivo trasferimento ed uso in unsistema utilizzatore avviene nel pieno rispetto

del principio di conservazione applicato all’insie-me costituito dalla fonte, dal vettore di trasportoe dall’utilizzatore. L’aggettivo rinnovabile asso-ciato al concetto di fonte energetica ne specificale caratteristiche di durata e disponibilità.Fonte energetica rinnovabile è definita quellafonte che è virtualmente inesauribile e che alter-na periodi di disponibilità a periodi d’indisponibi-lità (esaurimento apparente) la cui durata nonsia influenzata dalle modalità di “estrazione”dell’energia.Il Sole irradia nell’Universo 3,8·1014 TW (tera-watt) di potenza sotto forma di energia elettro-magnetica, ma per effetto della distanza tra ilSole e la Terra (circa 1.495·108 km) solo unamodestissima parte di tale potenza è intercetta-ta dal nostro pianeta. Questa è stimabile in172.500 TW. Il suo spettro di emissione (lun-ghezze d’onda comprese tra λ di 0,17 e 4 µm) èdi conseguenza spostato verso le onde corte,comprendendo completamente lo spettro delvisibile e, quindi, quella parte di radiazione elet-tromagnetica che chiamiamo luce.La densità massima di radiazione solare perunità di tempo è rappresentata dalla costantesolare (Gsc). Questa corrisponde all’irradianza(potenza radiante per unità di superficie rice-vente) solare extraterrestre su una superficiedisposta normalmente alla congiungente Sole-Terra il cui valore, oggetto di numerosi studi emisure, è stato fissato dal World RadiationCenter in 1.367 W/m2 con un’incertezza dell’1%.

Energia solare rinnovabiledi Alberto Pietra e Francesco Fontana

Figura 1 - Irradiazione solare annuale sul piano orizzontale in Italia

espressa in kWh/m2 (Fonte: PV-GIS)

100 km

Global horizontal irradiationyearly total (kWh/m2)

Italy

900100011001200130014001500160017001800

http://re.jrc.cec.eu.int/pvgis/pv/PV.GIS (c) EC JRC20022005

N



e

31speciale energia

La radiazione solare che perviene allasuperficie terrestre, avendo attraversatol’atmosfera, è modificata sia nella distri-buzione spettrale sia nel valore dell’irra-dianza totale a causa dei fenomeni didispersione (scattering molecolare1) e diassorbimento.Convenzionalmente si definisce il poten-ziale energetico della fonte solare in unospecifico sito terrestre come l’irradiazio-ne solare totale su superficie orizzontaleovvero la densità di energia incidente suuna superficie orizzontale (in Europa tra900 e 1800 kWh/m2 anno).

La potenza mondiale dell’energia sola-re è stata sottostimataIl 10 novembre 2004, l’InternationalEnergy Agency’s Solar Heating andCooling Programme (IEA&SHC) pubblicòuna nuova metodologia per la determi-nazione dell’energia termica prodotta daisistemi solari. Il nuovo dato, espresso inprima analisi in GWth (gigawattora termi-ci) invece che in metri quadrati di collet-tori installati, mostra come la capacitàinstallata sia pari a 70 GWth (70.000MWth).La potenzialità dell’energia solare termi-ca è sottostimata, poiché le dimensionidegli impianti solari termici sono misura-ti tradizionalmente in metri quadrati disuperficie di collettore, parametro nonconfrontabile con le altre fonti di energia,espresse in termini di potenza (comesarebbe, per esempio, se il fotovoltaicofosse espresso in kWp, kilowatt di picco,e non in m2).Creare una relazione tra i metri quadratidi collettori solari installati nel mondocon le altre tipologie di generazione, rap-presentava un obiettivo primario, rag-giunto con l’approvazione di una meto-dologia per convertire la superficie di col-lettori installata in potenza termicainstallata. La metodologia di calcolo per passaredalla superficie installata in metri qua-drati a potenza nominale, che ha portatoalla determinazione di 0,7 kWh/m2, si

fonda principalmente sugli standardeuropei per quanto concerne la prova deicollettori solari (EN 12975).

Sistemi di conversione dell’energiasolareGli attuali sistemi di conversione del-l’energia solare si basano sui collettorisolari che intercettano la radiazionesolare raccogliendola su una superficiedi collezione e la inviano ad uno o piùconvertitori che la trasformano in ener-gia termica o elettrica.La quantità di energia convertibile èdirettamente proporzionale alla superfi-cie di collezione, al suo orientamento edalle caratteristiche del convertitore.La qualità dell’energia ottenibile dallaconversione è legata all’intensità dellaradiazione trasmessa al convertitore:maggiore è l’intensità migliore è la quali-tà. Se la superficie captante corrispondealla superficie del convertitore, taleintensità coincide con l’irradianza solareed è quindi limitata ad un massimo di 1kW/m2 con le migliori condizioni ambien-tali possibili. Tale limite è superato ricor-rendo ai sistemi “concentrazione” neiquali la superficie captante è numero divolte la superficie del convertitore.I sistemi ottici dei collettori a concen-trazione hanno in genere un angolo diaccettazione della radiazione relativa-mente piccolo cosicché solo la radiazio-ne che è allineata con l’asse ottico è ingrado di raggiungere il convertitore. Neconsegue che delle due componentidella radiazione solare, solo quelladiretta è utilizzata efficacemente da talitipi di collettori. Si può quindi facilmen-te intuire come, a parità di irradiazionetotale, ma con rapporti diffusa/totalediversi, si abbia in questo caso un diffe-rente sfruttamento della fonte solare.L’orientamento e l’inclinazione sull’oriz-zontale della superficie che capta laradiazione solare hanno anch’essi forteincidenza sullo sfruttamento dellafonte energetica solare; è immediatoconstatare che mediamente si racco-glie una radiazione maggiore rispettoalla superficie orizzontale, se la superfi-cie è rivolta a Sud ed è inclinata di unangolo pari alla latitudine del sito.Teoricamente la fonte solare ha unpotenziale enorme: si pensi che è suffi-ciente un’area desertica di circa 50.000

1 L’effetto macroscopico di tale fenomeno è una riflessioneverso lo spazio siderale di parte della radiazione incidentesull’atmosfera e la comparsa di una radiazione deviata cheraggiunge la superficie terrestre da tutte le direzioni. Taleradiazione deviata è indicata con il nome di radiazione sola-re diffusa o irradianza diffusa, Gd (W/m2). La radiazione nonintercettata dalle molecole mantiene invece come unicadirezione quella d’incidenza ed è quindi indicata comeradiazione solare diretta o irradianza diretta, Gb (W/m2).

km2 per disporre, sul piano orizzontale,di una radiazione annua pari a 100.000TWh, pari all’attuale fabbisogno energe-tico mondiale. Il suo reale sfruttamentoè determinato, però, dalla conversionein energia termica ed in energia elettri-ca le cui utenze mondiali non sonocerto concentrate in vicinanza deideserti e non necessitano energiaesclusivamente di giorno.La conversione termica trova applica-zione diretta in questi settori: nel riscal-damento e raffrescamento ambientale,nella produzione di acqua calda di con-sumo; nei processi tecnologici a bassatemperatura (essiccazione, deumidifi-cazione, dissalazione, ecc.).Ciò avviene grazie ai sistemi solari atti-vi, oppure, per quanto riguarda il riscal-damento ambientale, per mezzo disistemi passivi (strutture edilizie chefungono da collettori ed accumulatoridell’energia solare).Trova applicazione indiretta nella pro-duzione di energia meccanica utilizzan-do opportuni cicli termodinamici quali ilciclo Stirling (pompe solari per acqua)ed il ciclo Rankine per la produzione dienergia elettrica.Il problema centrale per lo sfruttamentodell’energia solare, comune a tutti isistemi di conversione, è la necessitàdi disporre di impianti di accumulo del-l’energia secondaria prodotta, nonessendo possibile conglomerare diret-tamente l’energia solare così comeavviene con l’energia idraulica.Uno sfruttamento intensivo di talefonte è quindi correlato ad una configu-razione di utilizzo finale che consentauno stoccaggio affidabile ed a bassocosto della forma energetica finale.

Collettore solarea circolazionenaturale (foto Klobens.a.s.)


In questa prospettiva l’utenza maggior-mente idonea è quella termica a bassatemperatura (minore di 100 °C), quali ilriscaldamento ambientale, la produzio-ne di acqua calda di consumo e le appli-cazioni industriali che nei Paesi piùavanzati rappresentano in media più diun terzo dell’intero fabbisogno energe-tico.A tale scopo da diversi anni sono allostudio ed in esercizio impianti centra-lizzati di riscaldamento con accumuliinterstagionali (dall’estate all’inverno)dell’energia termica di origine solare.

Considerazioni generaliIl cuore di ogni collettore solare è l’as-sorbitore. Grazie a lui la radiazione sola-re incidente sulla sua superficie è tra-sformata in calore. Parte di questo ètrasferito al fluido termo-vettore (gene-ralmente acqua o una miscela di acquae glicole) e la restante parte è dispersanell’ambiente.Ogni collettore, ad eccezione di quellisolari piani non vetrati (utilizzati princi-palmente per il riscaldamento dellepiscine), possiede una copertura tra-sparente che separa l’assorbitore dal-l’ambiente esterno e simultaneamentetrasmette la quantità più elevata possi-bile di radiazione solare incidente. Per molti collettori, i pannelli isolanticostituiscono un altro importante com-ponente per diminuire le perdite di calo-re dell’assorbitore per conduzione.

Bilancio energetico del collettore solareIn regime stazionario, la radiazione sola-re incidente sulla superficie del colletto-re è uguale alla somma del calore utiliz-zato e delle differenti tipologie di perditetermiche. Di conseguenza il bilancioenergetico dell’assorbitore di un collet-tore solare può essere determinato dallarelazione seguente:

dove:

è la superficie dell’assorbitore in m2;

è la radiazione solare globale inci-dente sulla superficie del collettore sola-re espressa in W/m2;

è la potenza utile del collettore

espressa in W;

sono le perdite ottiche delcollettore espresse in W: questo termineinclude tutte le perdite dovute alla rifles-sione e all’assorbimento della coperturatrasparente del collettore solare, la por-zione di radiazione solare che non rag-giunge l’assorbitore;

esprime le perdite perconvezione in W. La convezione naturaleè generata all’interno dell’intercapedined’aria posta tra la superficie vetrata dellacopertura trasparente e la piastra assor-bente, creando un flusso di calore dal-l’assorbitore alla copertura trasparente;

esprime le perdite perconduzione in W. Il flusso di calore è tra-smesso per conduzione dall’assorbitoreal telaio attraverso gli strati di isolanteposti dietro al primo (dipende dalla tipo-logia costruttiva del collettore solare);

esprime le perdite perradiazione in W, dovute alla temperaturadell’assorbitore che emette radiazionetermica nello spettro dell’infrarossodeterminando appunto una dispersione.Queste differenti tipologie di perditeinfluiscono in modo diverso sul bilancioenergetico del collettore solare secondola sua temperatura di servizio e di quelladell’assorbitore. Differenti misure per

ridurre queste perdite possono essereprese per massimizzare la potenza utiledel collettore solare.La scelta di tali misure è determinatadalla temperatura operativa e dalla tipo-logia del collettore.Le soluzioni adottabili singolarmente oin combinazione sono le seguenti.

• Diminuzione delle perdite per tra-smissione: applicando uno strato anti-riflettivo sulla superficie vetrata del col-lettore. Se si utilizza questa tipologia divetro come copertura trasparente, la tra-smissione solare può essere incremen-tata fino ad arrivare al 96%, con un con-seguente aumento annuo della potenzatermica variante tra 5% e l’8%

2.

• Diminuzione delle perdite per conve-zione: creando il vuoto tra la superficietrasparente e l’assorbitore (tecnologiautilizzabile solo con collettori solari cilin-drici, per evidenti ragioni di resistenzadei materiali) funzionale alla geometriadel collettore.Una riduzione della pressione di circa 100Pa (Pascal) è sufficiente ad eliminarecompletamente la convezione naturale.Un’altra soluzione è di utilizzare unadoppia copertura del collettore (duestrati di vetro ed un film di policarbona-to) o l’utilizzo di un materiale isolantetrasparente (TIM – Materiale IsolanteTrasparente) a nido d’ape, in modo daprevenire la formazione di una grandecella di convezione e ridurne le perdite.• Diminuzione delle perdite per condu-zione: dipende dalla geometria del col-lettore. Per quelli con isolamento opacosul retro occorre aumentare lo spessoredell’isolante; meglio sarebbe utilizzareun isolante con una conducibilità piùbassa così da evitare dimensioni troppoelevate del collettore solare.Se il gas contenuto nell’intercapedine trala superficie vetrata e l’assorbitore con-tribuisce alle perdite di calore per condu-zione, una soluzione può essere quelladi utilizzare gas inerti o creare uno stra-


Figura 2 - Bilancio termico di un collettore solare piano vetrato

2 Ronnel M., Gambert A., Koshikowski J., Schäfer A. andSchmitt (2003), Which improvementes can be archivedusing single and double AR - glass covers in flate plane col-lectors? Conferenza Europea sull’Energia Termica SolareESTEC - 26, 27 giugno 2003 Friburgo, Germania.


(4)

(2)

33speciale energia

to sottovuoto.Tuttavia, per diminuire in modo conside-revole le perdite per conduzione nell’in-tercapedine, è necessaria una riduzionedella pressione interna a pochi Pa.Questo risparmio può essere raggiuntosolo se i materiali utilizzati per la costru-zione del collettore solare hanno caratte-ristiche di tenuta ai gas e componenticapaci di assorbire molecole di gas libere.• Diminuzione delle perdite per radiazio-ne: può essere ottenuta utilizzando untrattamento selettivo sull’assorbitore.Questa operazione genera un film capace diprodurre un elevato assorbimento nellospettro del visibile della radiazione solare,ma una remissività molto bassa nello spet-tro dell’infrarosso, in modo da non disper-dere calore verso l’esterno.Fino a pochi anni fa la produzione dello stra-to selettivo sugli assorbitori era effettuataattraverso un processo elettrochimico.Oggi questi trattamenti sono effettuati inmodo da rispettare l’ambiente come laspruzzatura physical vapuor depositing,(PVD).• Diminuzione delle perdite termiche:occorre utilizzare il concentratore ottico.La radiazione utile sul collettore è propor-zionale alla sua superficie d’apertura, men-tre tutte le perdite di calore sono proporzio-nali alla superficie dell’assorbitore. Quindi,una costruzione dei collettori solari in cui lasuperficie dell’apertura è maggiore rispet-to alla superficie dell’assorbitore porta aduna riduzione delle perdite di calore.Un approccio è quello di usare degli spec-chi per concentrare la radiazione solaresull’assorbitore. Tuttavia, la concentrazio-ne geometrica è possibile solo per la com-ponente diretta della radiazione solare.Sistemi che possiedono un elevato fattoredi concentrazione devono seguire il sole ascapito della perdita di una parte dellaradiazione diffusa. Il fattore di concentra-zione è dato dal rapporto tra l’area del-l’apertura e l’area dell’assorbitore.Un indicatore prestazionale del colletto-re è il suo rendimento. Tale resa è defini-ta come il rapporto tra il calore utile e laradiazione solare globale incidente sullasuperficie del collettore.

L’efficienza di un collettore solare può

essere scritta come segue:

Questa equazione proviene direttamen-te dal bilancio di energia dell’equazione 1e dalla definizione di fattore di efficienzadato dall’equazione 2, se tutte le perditenon lineari sono approssimate daun’espressione quadratica. La simbolo-gia utilizzata nell’equazione 3 è laseguente:k(Θ) tiene conto dell’influenza dellaradiazione solare non perpendicolareall’angolo di incidenza, Θ rispetto allaradiazione incidente normale con Θ=0.L’equazione 3 rappresenta solo un’ap-prossimazione dell’influenza dell’angolod’incidenza sulle prestazioni ottiche delcollettore solare. In un’analisi fisica det-tagliata, l’influenza dell’angolo d’inciden-za deve essere considerata separata-mente per la radiazione diffusa e diretta;Tmc è la temperatura media del fluidoall’interno del collettore solare. Per por-tate tipiche, la temperatura media delfluido all’interno del collettore può esse-re approssimata dalla media aritmeticatra la temperatura d’ingresso e di uscitadel fluido nel collettore;Tamb è la temperatura dell’ambiente incui si trova il collettore;cx sono i valori di efficienza del collet-tore:•c0 definisce il valore del coefficiente diefficienza ottica;•c1 il coefficiente di perdita lineare;•c2 il coefficiente di perdita quadratico.

Si possono formulare differenti definizio-ni di aree di un colletto-re solare, esse sonomostrate usando comeesempio un collettore

solare piano vetrato (fig. 3).1. Gross collector area: è definita dalledimensioni esterne del collettore solare.2. Aperture area: è definita dalla geome-tria della copertura trasparente o dal-l’area di proiezione del riflettore nel casodi collettori a concentrazione.3. Absorber area: è l’effettiva dimensio-ne del componente che assorbe la radia-zione solare.Il valore di efficienza del collettore puòvariare in modo considerevole in funzio-ne della superficie che è stata presacome riferimento. Pertanto, risulta molto importante indi-care l’area di riferimento adottata neldimensionamento dell’impianto solare.Le curve di efficienza del collettore sonodi norma espresse come funzione delrapporto tra la differenza di temperaturacalcolata tra quella media del fluido ter-movettore, Tmc, e quella dell’aria dell’am-biente, Tamb, e la radiazione solare inci-dente sul collettore:

In generale una curva di efficienza iden-tifica le differenti perdite di un collettore(fig. 4).Un’altra comune rappresentazione delrendimento del collettore è illustratanella figura 5.

gross collector area

aperture area

absorber area

Figura 3 - Definizione delle differenti aree di un collettore

1

2

3

(3)


In questo caso, le curve del rendimentodel collettore solare sono rappresentateper differenti valori della radiazione sola-re incidente sul collettore come funzionedella differenza tra la temperatura mediadel fluido termo-vettore e la temperaturadell’aria, Tmc - Tamb.La figura 4 dimostra che, per determina-te temperature differenti, l’efficienzaregredisce con il diminuire della radia-zione solare; in questo modo l’energiarisparmiata dai collettori solari deveessere ridotta.In assenza di prelievo di acqua calda,che è registrato dal collettore solarecome una mancata sottrazione di calore,ed in particolari condizioni climatiche,può succedere che l’assorbitore si surri-scaldi, quindi i ΔT aumentano e, di con-seguenza, le perdite termiche globali siincrementano fino a quando eguaglianoil valore di efficienza ottica. In queste condizioni l’efficienza istanta-nea del collettore è uguale a zero ovve-ro tutta l’energia incidente è dispersaper convezione, conduzione ed irraggia-mento.Si ricorda che le dispersioni termiche,

oltre un certo valore di temperatura dellapiastra, non aumentano più in modolineare con la differenza di temperatura,ma aumentano proporzionalmente alquadrato della differenza di questa.Questa temperatura di equilibrio è defini-

ta “temperatura di ristagno”, ed aumentacon l’irraggiamento. Nei collettori pianiben isolati può raggiungere i 160 - 200 °Cmentre nei collettori sottovuoto i 200 -300 °C e, se dotati di concentratori para-bolici, anche i 350 °C.


0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

00 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

x=(Tmc-Tamb)

40 W/mq 600 W/mq 800 W/mq 1000 W/mq

Figura 5 - Rendimento di un collettore solare contro la differenza tra la temperatura media del fluido e la temperatura del-l’aria esterna per diversi valori della radiazione solare incidente

Figura 4 - Curva tipica di efficienza di un collettore solare. L’efficienza è espressa come funzione di un parametro x definito nell’equazione. Sono qui mostratele principali perdite e l’energia utilizzata

Perdite Ottiche

Perdite Termiche

Calore Utile


è una delle poche aziende a livello europeo,e l’unica in Italia, a produrre collettori solarisottovuoto, in grado di garantire un maggiore apporto energetico anche in condizioni di basso irraggiamento o basse temperature esterne. Grazie a queste caratteristiche il campo di applicazioni risulta molto eterogeneo(produzione acqua sanitaria, integrazioneagli impianti di riscaldamento,riscaldamento piscine ed altro)Progettazione con studio di fattibilità e previsione di consumi in base alla vostrazona e le vostre necessità energetiche

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Il Protocollo di Kyoto, sottoscritto nel 1997 subase volontaria, è diventato vincolante in cia-scun Paese dell’Unione Europea dal 15 febbraio2005. Rappresenta il primo passo di una strate-gia internazionale per la riduzione progressivadelle emissioni di anidride carbonica nell’atmo-sfera, allo scopo di contrastare l’effetto serra e iconseguenti cambiamenti climatici in atto.Inoltre, la recente decisione “20-20-20” delConsiglio Europeo impone obiettivi ancora piùambiziosi: il raggiungimento del 20% della pro-duzione di energia da fonti rinnovabili, la dimi-nuzione del 20% di gas climalteranti e l’aumen-to del 20% dell’efficienza energetica.Per il nostro Paese, l’obiettivo del 20% della pro-duzione di energia da fonti rinnovabili richiede-rà un notevole impegno nei settori dell’eolico,del solare termico, del fotovoltaico, delle bio-masse e dei biocombustibili, perché il settoreidroelettrico, costruito nel secolo scorso, pre-senta marginali possibilità di sviluppo.Gli impianti fotovoltaici offrono il vantaggio digenerare energia elettrica quando sono espostiall’irraggiamento solare: una fonte gratuita, rin-novabile che possiamo considerare inesauribi-le rispetto ai combustibili di origine fossile.Promuovere lo sviluppo degli impianti fotovol-taici rappresenta quindi una scelta responsabi-le, per noi e per le generazioni future, conside-

rato che permettono di evitare di bruciare gasmetano, olio combustibile o carbone nelle cen-trali termoelettriche, riducendo l’immissione inatmosfera di molti elementi inquinanti e so-prattutto dell’anidride carbonica, ritenuta tra iprincipali responsabili dell’effetto serra.Per ogni kWh di energia elettrica prodotta dafonte fotovoltaica si può stimare una riduzionedelle emissioni di anidride carbonica CO2 di cir-ca 0,56 kg, considerando il mix di combustibilifossili utilizzati in Italia come fonte energeticaprimaria nelle centrali termoelettriche.Inoltre, gli impianti fotovoltaici garantisconouna lunga durata e trascurabili costi di manu-tenzione perché in genere sono statici.Recenti studi effettuati in Giappone hanno sta-bilito che gli attuali moduli fotovoltaici sono ingrado di funzionare senza problemi per circa50 anni. Installare un impianto fotovoltaico si-gnifica quindi acquistare in anticipo l’energiaelettrica che si utilizzerà nei prossimi decenni.Per contro gli impianti fotovoltaici necessitanodi grandi aree per l’installazione e il prezzo diacquisto iniziale è superiore rispetto ai sistemiconvenzionali in grado di produrre la medesimaquantità di energia elettrica sfruttando le fontifossili non rinnovabili quali petrolio, gas, carbo-ne, ecc.Perseguendo la logica economica del guada-

Impianti fotovoltaici.

Oggi gli incentivi e domani?

di Massimo Gamba


Esempi di impianti fotovoltaici integrati - Foto Schüco


37speciale energia

gno, le Aziende del mondo produttrici dienergia elettrica hanno scelto finora dinon investire denaro negli impianti foto-voltaici, salvo alcune centrali sperimen-tali tra le quali le più importanti sonostate realizzate in passato dall’ENEL nelSud Italia.Dal punto di vista della collettività oc-corre considerare che l’inquinamentoambientale presenta dei costi indirettisia per la salvaguardia ambientale siaper l’ospedalizzazione e le cure dellemalattie indotte. Recenti valutazioni delMinistero dell’Ambiente hanno quantifi-cato questi costi in circa 8 miliardi di eu-ro l’anno.Lo “sviluppo sostenibile” non è un con-cetto astratto: dipende da scelte concre-te che tutti noi possiamo fare.

Gli incentivi statali per lo sviluppo delsettore fotovoltaico Sulla base di queste considerazioni nel2001 è stato varato il Programma Nazio-nale “10.000 Tetti Fotovoltaici” conl’obiettivo di agevolare, mediante contri-buti a fondo perduto, lo sviluppo “decen-tralizzato” degli impianti fotovoltaici suitetti degli edifici privati e pubblici giàesistenti.L’IVA su questi impianti è stata ridottadal 20% al 10%.Inoltre, la Legge 13/05/99 n. 133 al-l’art. 10, comma 7 prescrive che l’ener-gia elettrica prodotta dagli impianti fo-tovoltaici, di potenza fino ai 20 kWp,non sia sottoposta ad alcuna tassazio-ne quali l’imposta erariale e le relativeaddizionali.Il nuovo Decreto 19/02/07: “Criteri e mo-dalità per incentivare la produzione dienergia elettrica mediante conversionefotovoltaica della fonte solare, in attua-zione dell’articolo 7 del D.Lgs. 29/12/03n. 387”, pubblicato sulla G.U. n. 45 del23/02/07, semplifica l’iter burocraticoper ottenere gli incentivi ed elimina i li-miti annuali di potenza stabiliti dai pre-cedenti Decreti del 28/07/05 e del06/02/06.Il Decreto prevede un obiettivo di 3000MWp installati entro il 2016, dei quali1200 MWp incentivabili da subito e il re-sto con provvedimenti successivi.Gli incentivi sono rivolti indistintamentealle famiglie, ai condomini, alle aziendeprivate e alle amministrazioni pubbli-

che. Gli incentivi saranno concessi in“conto energia” e sono stati privilegiati aquelli in “conto capitale”, in accordo congli operatori del settore fotovoltaico, allaluce del successo che hanno riscontratoin Germania, dove si installano ogni an-no nuovi impianti fotovoltaici per unapotenza di circa 600 MWp.In pratica lo Stato italiano “premia” pervent’anni, mediante una tariffa incenti-vante, ogni kWh prodotto da fonte foto-voltaica al fine di garantire nel tempouna congrua remunerazione dell’investi-mento fatto da chi ha realizzato l’impian-to fotovoltaico. Si nota che gli incentiviin Italia sono migliori rispetto alla Ger-mania, perché si ottiene una duplice va-lorizzazione: le tariffe incentivanti sisommano al risparmio sull’energia elet-trica che non è consumata o che è cedu-ta alla rete pubblica (“Scambio sul po-sto” secondo la Delibera AEEG n. 28 del2006), o ai ricavi per la vendita dell’ener-gia elettrica ceduta alla rete (“OfficinaElettrica” secondo la Delibera AEEG n. 34del 2005).In sintesi, ora si procede in questo mo-do: si richiedono le autorizzazioni perrealizzare l’impianto fotovoltaico (DIA,Denuncia d’Inizio Attività e/o VIA, Valuta-zione d’Impatto Ambientale, obbligatoriaper i grossi impianti) e si trasmette ilprogetto preliminare al DistributoreElettrico che entro 30 giorni dovrà ese-guire un sopralluogo per concordare laposizione dei contatori di energia. Quan-do l’impianto è installato e collaudato sitrasmette all’ENEL la comunicazione difine lavori con le relative dichiarazioni dilegge. L’ENEL installa i contatori e l’im-pianto entra in esercizio. Entro 60 giornidall’entrata in esercizio si trasmettonoal GSE tutti i documenti previsti (vedereil sito www.gsel.it). Il GSE comunicheràall’utente, definito “Soggetto Responsa-bile”, i codici identificativi per accedereal “conto energia” (Tab. 1).

Gli incentivi variano secondo la catego-ria, che prevede impianti non integrati(cioè a terra o esterni agli edifici e strut-ture), parzialmente integrati (sui tetti,complanari all’asse della falda) ed im-pianti integrati (che sostituiscono com-ponenti degli edifici e delle strutture) esecondo la potenza: da 1 a 3 kW; da 3 a20 kW; oltre i 20 kW.Hanno diritto alle tariffe incentivantigli impianti fotovoltaici che entreran-no in esercizio entro il 31/12/08. Dal01/01/09 le tariffe saranno ridottedel 2%.Particolare attenzione è rivolta agli im-pianti fotovoltaici realizzati su scuole,ospedali e piccoli comuni, ai quali saràriconosciuto un incentivo maggioratodel 5%. E’ previsto un ulteriore aumento dell’in-centivo, anche fino al 30%, per i piccoliimpianti che alimentano le utenze diedifici sui quali si effettuano interventidi risparmio energetico adeguatamentecertificati.Il nuovo decreto è divenuto pienamenteoperativo dopo la pubblicazione delleDelibere dell’AEEG (Autorità per l’EnergiaElettrica e il Gas) nn. 88, 89 e 90 in data13/04/07.

Progettazione e collaudo Il Decreto 19/02/07 prescrive semprel’obbligo di progettazione e di collaudodelle prestazioni.

Producibilità degli impianti fotovoltaiciL’energia solare, fonte primaria di ener-gia di un impianto fotovoltaico, è aleato-ria e quindi solo statisticamente preve-dibile: possiamo fare affidamento suuna quantità di energia prodotta in mo-do discontinuo in un dato periodo ditempo, ma non possiamo assolutamen-te contare sulla generazione di una de-terminata potenza istantanea, cioè suuna quantità di energia generata unifor-

Tabella 1 - Nuove tariffe incentivanti previste dal Decreto 19/02/07


memente nel tempo.In altre parole, non possiamo pensareche i moduli fotovoltaici forniscano con-tinuativamente, durante le ore di sole, lapotenza dichiarata dal costruttore in tar-ghetta, perché questa è la potenza mas-sima che possono erogare solo in deter-minate condizioni di radiazione solare,stabilita per convenzione in 1000 W/m2.Premesso che quest’ultimo è il valoremassimo della radiazione solare sullasuperficie terrestre, in condizioni otti-mali di giornata serena e sole a mezzo-giorno, è evidente che la potenza istan-tanea erogata dai moduli fotovoltaici ri-sulterà diversa secondo il luogo di in-stallazione, dell’ora, della stagione e del-le condizioni meteorologiche.Pertanto si deve valutare la “producibili-tà” di un impianto fotovoltaico in base aivalori dell’irradiazione solare mediamensile sul piano orizzontale riportatinel “Prospetto VIII” della Norma UNI10349. Per esempio, a Milano, l’energiasolare complessiva annuale incidentesul piano orizzontale risulta 4706,1MJ/m2 pari a circa 1307 kWh/m2.Applicando i criteri di calcolo della Nor-ma UNI 8477, Parte 1, considerato l’azi-mut dell’installazione (scostamento ri-spetto al Sud), l’inclinazione rispetto alpiano orizzontale e la presenza di even-tuali ombre, si calcola il coefficiente dicorrezione per determinare l’energia so-lare annuale utile, incidente sul pianodei moduli fotovoltaici.Infine, si calcola l’energia elettrica chel’impianto fotovoltaico può produrre inun anno, in base all’area dei moduli e alrendimento globale del sistema (esclusii moduli) considerato in genere cautela-tivamente all’80%.Indicativamente si può considerare cheun impianto solare fotovoltaico da 1kWp occupa circa 8-9 m2 e può produrrecirca 1000-1100 kWh all’anno nel NordItalia e 1400-1500 kWh all’anno nel SudItalia.Si noti che i moduli fotovoltaici al silicionormalmente in commercio (esclusi i ti-pi speciali per impiego in missioni spa-ziali) non contengono materiali tossici eche l’energia consumata nei processi dicostruzione, è “restituita” nell’arco di 1-4anni, secondo le caratteristiche del sili-cio se a film sottile, policristallino o mo-nocristallino.

Caratteristiche degli impianti fotovol-taiciGli impianti fotovoltaici devono esserecollegati in parallelo alla rete elettrica didistribuzione pubblica secondo le Nor-me Tecniche CEI 11-20, CEI 64-8, sezio-ne 712 e le Specifiche ENEL DK5940 osimili del Distributore locale, in modalitàmonofase a 230 V per potenza nominaledi picco fino a 6 kWp e in modalità trifa-se 400 V nel caso di potenze superiori.Gli impianti fotovoltaici collegati in paral-lelo alla rete (senza batterie di accumu-latori) offrono il vantaggio di lavorare inregime d’interscambio di energia con larete del Distributore locale (ENEL, AEM,ACEA, ecc.). In pratica nelle ore di lucel’utente consuma l’energia elettrica pro-dotta dal proprio impianto solare, men-tre quando la luce non c’è, non è suffi-ciente o se l’utente richiede più energiadi quanta l’impianto solare è in grado difornire, sarà la rete elettrica pubblica agarantire l’approvvigionamento del-l’energia necessaria (come una batteriavirtuale di accumulatori di capacità infi-nita).Se l’impianto solare produce più energiadi quella richiesta dall’utente, tale ener-gia può essere immessa nella rete pub-blica; in questo modo l’impianto solare èutilizzato al massimo delle prestazioni eogni kWh prodotto sarà sfruttato.Poiché i moduli fotovoltaici produconoenergia elettrica sotto forma di tensionee corrente continua, mentre la rete pub-blica ha una tensione alternata alla fre-quenza di 50 Hz, è necessario installare,tra i moduli fotovoltaici e la rete, ungruppo di conversione di tensione e fre-quenza (inverter) idoneo per la connes-sione a rete.L’impianto deve disporre di tutti i dispo-sitivi di interfaccia e di sicurezza per evi-

tare il funzionamento “in isola”, che siverificherebbe se l’inverter continuassea funzionare anche quando manca latensione di rete (situazione di pericoloper gli operatori che stanno intervenen-do in quel momento sulla rete).La configurazione elettrica prevista sullato corrente alternata sarà obbligatoria-mente quella del Distributore pubblico,cioè il sistema TT, se l’utente è alimenta-to in bassa tensione a 230/400 V (inquesto caso sarà vietato collegare a ter-ra il conduttore di Neutro), oppure il si-stema TN se l’utente ha una propria ca-bina di trasformazione ed è alimentatoin Media Tensione.La Norma CEI 64-8, sezione 712 racco-manda di realizzare il lato in correntecontinua come sistema IT isolato rispet-to al potenziale del terreno, cioè né il po-lo positivo né quello negativo devonoessere connessi all’impianto di terra.Pertanto l’impianto sul lato correntecontinua dovrà essere dotato di un di-spositivo di controllo dell’isolamento.Inoltre, nel caso di impianti fotovoltaicidi potenza superiore a 20 kW, si dovràprevedere un trasformatore d’isolamen-to, un normale trasformatore a 50 Hz adue avvolgimenti separati metallica-mente in modo da garantire la separa-zione galvanica tra il lato in correntecontinua e quello in corrente alternata. Iltrasformatore può essere incorporatonell’inverter.

Dimensionamento degli impianti foto-voltaiciDal punto di vista tecnico, il dimensiona-mento della taglia di potenza dell’im-pianto fotovoltaico dipende dalla quanti-tà di energia che l’utente consuma me-diamente in un anno, compatibilmentecon la superficie a disposizione per rea-


Esempio di impiano fotovoltaico integrato - Foto Schüco


lizzare l’installazione sul tetto o a terra,tenuto conto dell’esposizione e di even-tuali zone d’ombra.Dal punto di vista economico si notache la massima convenienza offertadagli incentivi statali ventennali in“conto energia”, s i verif ica per gl iimpianti fotovoltaici connessi a rete dipotenza fino a 20 kWp, scegliendo l’op-zione di scambio sul posto dell’energia,quando la produzione del sistemasolare è minore o uguale al consumoannuale tipico dell’utenza. Se invece ilsistema fotovoltaico è “esuberante”rispetto al consumo abituale annuale, ikWh prodotti in eccesso da fonte foto-voltaica non potranno essere “scontati”dalle bollette del Distributore locale dienergia elettrica (è previsto che i kWhrestino a credito dell’utente per unperiodo di 3 anni, dopo saranno annul-lati).Si ricorda che per impianti fotovoltaici dipotenza superiore a 20 kWp è obbliga-toria la denuncia all’UTF dell’attività di“Officina elettrica” e non si può applica-

re l’opzione di scambio sul posto del-l’energia elettrica.

Convenienza economica per l’utenteIl tempo di ritorno del capitale dovrebbeessere calcolato tenendo conto degli au-menti che subirà il costo dell’energiaelettrica nei prossimi anni, dei costi dimanutenzione e di assicurazione, delleperdite di producibilità, degli interessipersi sul capitale iniziale non investitodiversamente.All’utente finale un impianto fotovoltaicoda 20 kWp costa, “chiavi in mano”, da unminimo di 5.500 € a un massimo di6.500 € più IVA, per ogni kWp installato,secondo la qualità dei componenti sceltie delle difficoltà di montaggio.Al termine degli incentivi ventennali,l’utente beneficerà ancora della quota dirisparmio consentito dall’autoproduzio-ne di energia elettrica da fonte fotovol-taica.

E domani?Il fotovoltaico offre vantaggi ambientali

innegabili che possono diventare signifi-cativi per l’intera collettività solo graziea una larga diffusione.Gli incentivi statali permettono alleAziende del settore di svilupparsi ed in-vestire in nuove tecnologie per produrrea costi inferiori i moduli fotovoltaici tra-dizionali con fette più sottili (circa 180micron) di silicio policristallino e mono-cristallino.Inoltre, sono già disponibili moduli a filmsottile di 1-2 micron di spessore costrui-ti vaporizzando sul vetro materiali alter-nativi quali il telloluro di cadmio o il CIS(rame, indio e selenio).In Italia, nell’immediato futuro, è pre-visto l’obbligo del fotovoltaico (alme-no 0,2 kW per unità abitativa) per ot-tenere il permesso di costruire nuoviedifici.A livello mondiale, considerando il pro-gressivo aumento del costo dei combu-stibili fossili ed escludendo il carbone, siprevede che entro 20-30 anni il settorefotovoltaico sarà competitivo e potrà fa-re a meno degli incentivi governativi.

39speciale energia


Ormai tutti ne parlano, non solo nelle sedi degliorgani tecnici coinvolti, ma anche sui mezzid’informazione rivolti al vasto pubblico: l’emer-genza risparmio energetico (che va di pari pas-so con quella, altrettanto gravosa, della neces-sità di ridurre le emissioni inquinanti) coinvol-ge e riguarda proprio tutti. I professionisti cheoperano nell’edilizia sono obbligati a conoscerele nuove leggi, rispettarle e modificare alcunemodalità costruttive consolidate negli ultimidecenni, per passare a nuovi modi di costruireche consentiranno di ottenere edifici più effi-cienti e più confortevoli.Vediamo in sintesi le novità normative ed an-che come ci si può adeguare alle nuove diretti-ve utilizzando sistemi costruttivi innovativi magià collaudati e garantiti

Certificazione energetica, perché?Dobbiamo convincerci che in realtà si tratta diinvestimenti, non di costi. I costi del combustibile aumentano, crescono icosti ambientali e sociali, e non è difficile dimo-strare la convenienza di questo genere di inve-stimenti, che però debbono essere sostenutidall’imprenditore edile, con aggravio dei costi dicostruzione, che deve trovare le motivazioniper vendere all’utente gli investimenti di effi-cienza energetica come miglioria dell’immobile.Potrà farlo meglio quando i risultati saranno di-mostrati dalla certificazione energetica, dalla“pagella” dell’edificio che sta entrando in vigore.Lo stesso vale per chiunque voglia vendere lapropria casa. I Decreti Legislativi n. 192/05 e n. 311/06 intro-ducono quindi un meccanismo di valorizzazio-

ne dell’attività edilizia.I proprietari/acquirenti dovrebbero invece ap-prezzare la certificazione perché è un’assicura-zione di qualità energetica dell’alloggio acqui-stato. Il costo della certificazione è un investimento eun riconoscimento. Un investimento, perché guida le scelte del pro-prietario verso una gestione più attenta, o me-glio ancora, verso un piano d’investimenti permigliorarne la classe energetica. La certifica-zione diventa, in altre parole, il primo passo diun percorso virtuoso che porterà il proprietarioad effettuare investimenti con un ritorno altis-simo. Un isolamento termico, ad esempio, haun rendimento del 10-12% annuo: interesse chenessuna banca o bond gli riconoscerà mai! E’anche un riconoscimento del valore intrinsecodell’immobile, il che non è poco.Infine la certificazione è uno strumento di mer-cato. L’edificio efficiente con una buona classifica-zione può valere di più sul mercato. Vale per gliedifici nuovi come per gli esistenti e metted’accordo tutti perché conviene a costruttori ea proprietari, a venditori e ad acquirenti.

Che cosa fare per costruire un edificio ener-geticamente efficienteTeoria e pratica, leggi e progetti: cosa dobbiamoe possiamo fare, oggi, in Italia, per costruire be-ne edifici che consentano di rientrare nei nuoviparametri definiti dalla legge e risparmiareenergia, oltre a ridurre le emissioni?Dato il problema, esistono soluzioni efficaci, ga-rantite e vantaggiose quali, ad esempio, la tec-

Le soluzioni tecnichecon i sistemi a seccoCertificazione energetica degli edifici e gli incentividi Claudia Chiti


Foto 1 e 2 - Progetto della villa in provincia di Pavia (Foto Knauf s.a.s.)


41speciale energia

nologia costruttiva “a secco”, che sosti-tuisce egregiamente i sistemi più tradi-zionali, facendo uso di strutture metalli-che leggere e rivestimenti in lastre perrealizzare pareti di tamponamento nellecui intercapedini trovano alloggio impor-tanti spessori di materiali isolanti fibro-si, atti a conferire elevato isolamentotermico alle pareti stesse. Si costruiscecosì un involucro edilizio semplice, rapi-do, leggero, valido anche dal punto di vi-sta acustico e delle installazioni di im-pianti; infatti, con grande agio, si utiliz-zano le stesse intercapedini per il pas-saggio di tutte le reti impiantistiche.Con il sistema a secco è possibile un si-stema d’involucro esterno che è partico-larmente adatto alle nuove esigenze delcostruire preservando energia. L’ideafondamentale è semplice e si utilizza sutelai strutturali in calcestruzzo armato,acciaio o legno: una doppia orditura me-tallica leggera, fatta con profili a “C” inacciaio laminati a freddo, rivestita sul la-to interno di lastre in cartongesso e/ogesso-fibra e sul lato esterno con lastrein cemento fibrorinforzato. La doppia or-ditura metallica protegge dai ponti ter-mici e l’intercapedine offre tutto lo spa-zio continuo necessario per apporre ilmateriale isolante scelto negli spessoricalcolati, restando su uno spessorecomplessivo di parete di gran lunga in-feriore ad una soluzione altrettanto iso-lata, realizzata però con sistema tradi-zionale in muratura.Un significativo esempio di edilizia resi-denziale a basso consumo realizzatacon il sistema di tamponamento a sec-co, è rappresentato da una villa edificatain provincia di Pavia (foto 1 e 2). La struttura è costituita da una platea difondazione realizzata su due livelli conuna differenza di 2 m tra la zona a vallee quella a monte su cui sono impostatidue solai areati e le murature in cemen-to armato per la sola parte a valle. Ottopilastri sempre in c.a. sorreggono le tra-vi in lamellare portanti della copertura incontro pendenza rispetto al declivio na-turale.Un cordolo, aggettante di 25 cm rispettoal perimetro esterno costituito dall’alli-neamento dei pilastri, consente di ag-ganciare il sistema di tamponamento asecco inglobando i pilastri stessi e im-pedendo ponti termici. Il termotecnico

ha calcolato che questa casa sarà riscal-data con una caldaia di soli 10/15 kW.In più, a conti fatti, la casa pronta da ar-redare avrà un costo di costruzione in-feriore ai 900 €/m2: in questo caso, il ri-sparmio è immediato!

Che cosa fare per adeguare un edificioesistenteCosa fare per riqualificare gli edifici esi-stenti che, in caso di transazione one-rosa o ristrutturazione, dovranno pos-sedere un attestato di efficienza ener-getica?Questo è l’altro importante problema cuisi deve dare risposta e, ovviamente, lestrade potranno essere assai diversifi-

Alcuni esempi di soluzioni di tamponamento a secco.Il colore scuro utilizzato per il rivestimento comporta unatemperatura di superficie superiore nel periodo estivo(Fonte Knauf s.a.s.)


cate in funzione delle caratteristiche delfabbricato esistente. Ancora una volta, ricorrendo ai sistemicostruttivi a secco, si possono trovaresoluzioni di minimo ingombro (quanto èimportante salvare spazio), minimo pe-so (non gravare troppo sui solai), mas-sima rapidità di esecuzione (che signifi-ca anche risparmio) e, soprattutto,grande efficacia. Si potrà infatti ricorrere a contropareti ea controsoffitti che, opportunamenteprogettati e realizzati, risolveranno i pro-blemi di isolamento termico.Ad esempio, le contropareti in gesso ri-vestito (cartongesso) rappresentano larisposta ideale a queste esigenze: il si-stema costruttivo a secco fa riferimentoa materiali ad elevata standardizzazione

che consentono una grande variabilitàin fase di progettazione e montaggio, co-sì da poter modulare le prestazioni dellecontropareti in funzione dei materialiscelti. E’ possibile realizzare una controparetesu qualsiasi tipo di supporto purché sisia individuata la corretta tecnica di po-sa e la lastra idonea. Le controparetipossono essere eseguite semplicemen-te incollando una lastra al muro, oppurerealizzando prima un’idonea strutturametallica (autoportante o vincolata allaparete esistente) e poi fissando le la-stre all’orditura, magari interponendo inprecedenza del materiale isolante. Possono dunque essere progettati erealizzati interventi specifici anche adelevato contenuto tecnologico e sempre


Alcuni studi di contropareti interne ed esterne con doppio tavolato in forato privo di coibentazione termica con blocchi di poraton “di vecchia generazione” da 20 cm (Fonte Knauf s.a.s.)

di semplice realizzazione, purché se necuri il dettaglio sia in sede progettualesia in quella costruttiva. Uno dei maggiori vantaggi del sistema asecco consiste, infatti, nel poter variarele stratigrafie di pareti, contropareti econtrosoffitti fino a soddisfare i requisitidi progetto. Le contropareti sono composte essen-zialmente di:- orditura metallica (Norme UNI-EN

10142 e DIN 18182);- rivestimento in lastre di gesso rivestito

(Norme UNI 10818 e DIN 18180).In alternativa alle lastre di gesso rivesti-to, possono essere utilizzate anche: - lastre di gesso-fibra per una particola-

re resistenza meccanica e agli urti;- lastre in cemento fibrorinforzato per

interni, formulate espressamente perpareti ad altissime prestazioni di resi-stenza agli urti ed all’umidità.

I sistemi leggeri in gesso rivestito e la-stre di cemento fibrorinforzato possie-dono inoltre elevate prestazioni di isola-mento acustico in quanto funzionanocon il meccanismo massa-molla-massa,che consente di raggiungere valori dipotere fonoisolante molto elevati. Ma con le contropareti a secco si realiz-zano anche protezioni al fuoco di strut-ture esistenti in muratura, calcestruzzo,acciaio, fino a REI 180. Con le lastre di cartongesso accoppiate amaterassini di materiale isolante qualilana di vetro, EPS (Polistirene EspansoSinterizzato) o XPS (Polistirene EspansoEstruso), si ha la possibilità di incollaredirettamente alla parete un materialecoibente che, una volta fissato alla mura-tura e stuccato sui giunti, offre una su-perficie pronta per la finitura. Prove di laboratorio e certificazioni, inol-tre, mostrano l’elevata capacità di resi-stere agli urti delle pareti in gesso rive-stito, conformemente a tutte le normati-ve vigenti. Ma anche i controsoffitti in gesso rivesti-to, come le contropareti, oltre a garantireun elevato isolamento acustico, resi-stenza al fuoco e agli urti, hanno elevateprestazioni di isolamento termico. I rivestimenti realizzati con lastre con bar-riera al vapore in lamina in alluminio, inol-tre, impediscono all’umidità di condensar-si all’interno dei materiali isolanti che simantengono inalterati nel tempo.


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E’ iniziato il percorso verso la certificazioneenergetica in edilizia. Non manca però qualchemotivo di preoccupazione

La Direttiva Europea 2002/91/CE ha lo scopo dipromuovere il miglioramento del rendimentoenergetico degli edifici nell’Unione Europea nelrispetto di due principi fondamentali.A. Le misure per il miglioramento delle presta-zioni energetiche degli edifici non dovrebberocontravvenire ad altre prescrizioni essenzialisull’edilizia quali l’accessibilità, la prudenza el’idoneità all’uso cui è destinato l’edificio.B. Le misure per i l miglioramento delleprestazioni energetiche degli edifici dovrebbe-ro essere efficaci sotto il profilo dei costi.Essa individua nella certificazione energeticadegli edifici, il principale mezzo per il persegui-mento degli obiettivi. La stessa direttiva forni-sce indicazioni per una sua attuazione omoge-nea sul territorio europeo, fra cui:1. “L’attestato di certificazione energetica com-prende dati di riferimento, quali i valori vigenti anorma di legge e i valori di riferimento, che con-sentono ai consumatori di valutare e raffronta-re il rendimento energetico dell’edificio. L’atte-stato è corredato di raccomandazioni per il mi-glioramento del rendimento energetico in ter-mini di costi-benefici”.2. “Gli Stati membri si assicurano che la certifi-cazione degli edifici e l’elaborazione delle rac-comandazioni che la corredano nonché l’ispe-zione delle caldaie e dei sistemi di condiziona-mento d’aria siano effettuate in maniera indi-

pendente da esperti qualificati e/o riconosciuti,qualora operino come imprenditori individuali oimpiegati di enti pubblici o di organismi privati”.Gli operatori del settore, in particolare i profes-sionisti, la proprietà edilizia e i costruttori, cherappresentano i principali attori di questo pro-cesso, condividono pienamente questi principiche sono essenziali, il primo per assicurare uncoerente sviluppo dell’edilizia nel rispetto deldiritto fondamentale dei cittadini ad aspirare avivere in città sane, pulite, sicure, che siano an-che espressione di una libera e moderna sceltaarchitettonica e progettuale, il secondo, per as-sicurare che il contenimento del consumoenergetico sia effettivo.Vi è, infatti, proporzionalità fra costo economi-co e contenuto energetico. Un intervento di ri-sparmio non efficace sotto il profilo dei costi ènormalmente inefficace anche sotto il profiloenergetico e potrebbe non consentire di recu-perare, nel corso della sua vita utile, nemmenol’energia spesa per la sua realizzazione emanutenzione. Il D. Lgs. n. 192/05, come modi-ficato dal D. Lgs. n. 311/06, ha recepito la Diret-tiva nel rispetto dei suoi principi fondamentalidi cui ai punti A e B.

Le modalità di espressione dei limiti di fabbi-sognoQuesto aspetto è particolarmente evidente nel-le modalità di espressione dei limiti massimi difabbisogno degli edifici e nelle trasmittanzemassime delle strutture opache e trasparenti,che sono coerenti con gli stessi limiti.

La certificazioneenergetica degli edificiAuspici per una sua corretta implementazione ed esecuzioneSergio Colombo e Franco Soma


Foto Schüco Foto Marefosca costruzioni


Figura 1

A+ EP<0,25 EPi.lim2010

A 0,25 EPi.lim2010≤EP<0,50 EPi.lim2010

B+ 0,50 EPi.lim2010≤EP<0,75 EPi.lim2010

B 0,75 EPi.lim2010 ≤ EP < EPi.lim2010

C EPi.lim2010 ≤ EP < 1,5 EPi.lim2010

D 1,5 EPi.lim2010 ≤ EP < 2 EPi.lim2010

E 2 EPi.lim2010 ≤ EP < 2,5 EPi.lim2010

F 2,5 EPi.lim2010 ≤ EP < 3,0 EPi.lim2010

G EP ≥ 3,0 EPi.lim2010

EP

45speciale energia

I valori del fabbisogno sono, infatti, otti-mizzati in funzione dei Gradi Giorno dellalocalità e del rapporto S/V dell’edificio.Il concetto di ottimizzazione non è uni-voco in quanto l’investimento può esse-re ripagato in un numero di anni variabi-le che deve essere comunque inferiorealla durata dell’investimento. Anche ilcosto dell’investimento atto ad ottenereun determinato risultato non è univocoin quanto dipende dalla bontà del pro-getto e dalle tecniche costruttive utiliz-zate, note o da individuare.I criteri di ottimizzazione dei suddettidecreti legislativi sono, in ogni caso,prudenti ed uniformi sul territorio nazio-nale e tengono conto in modo equilibra-to del fattore di forma dell’edificio.Un ulteriore pregio sta nel fatto che sonostati previsti tre diversi gradi di ottimiz-zazione, da applicarsi a partire dall’anno2005, dall’anno 2008 e dall’anno 2010,per dare tempo alle imprese costruttricidi individuare le tecniche necessarie perottenere in modo economico i risultati ri-chiesti.Obiettivi più ambiziosi non sono esclusi,ma sono lasciati alla competitività delmercato. La classificazione energeticadegli edifici potrà indurre la domanda dipiù elevate prestazioni energetiche sol-lecitando così l’iniziativa dei costruttoriad individuare sistemi in grado di fornirlinel rispetto dell’efficacia dei costi.

Le preoccupazioni degli operatoriL’art. 17 (“Clausola di cedevolezza”) delD.Lgs. n. 192/05 prevede che Regioni eProvince Autonome possano recepirecon propri provvedimenti i disposti dellaDirettiva Europea 2002/91/CE.In proposito: “Nel dettare la normativadi attuazione le Regioni e le Province Au-tonome sono tenute al rispetto dei vin-coli derivanti dall'ordinamento comuni-tario e dei principi fondamentali desu-mibili dal presente decreto e dalla stes-sa Direttiva 2002/91/CE".E’ fondamentale che i suddetti Enti eviti-no un uso troppo discrezionale dellaclausola di cedevolezza e producano do-cumenti che prevedano il rispetto inte-grale dei suddetti "principi fondamenta-li". In proposito, considerato che il D.Lgs. n. 112 del 31/03/98 (in attuazionedel capo I della Legge 15/03/97 n. 59)trasferisce alle Regioni la competenza in

materia di energia, mantenendo allo Sta-to i compiti di indirizzo, sarebbe auspi-cabile che lo Stato detti le linee guida,valide per tutto il territorio nazionale, inmerito:a) al criterio di classificazione energeti-ca degli edifici, che stabilisce il metro dimisura della prestazione energetica;b) alla metodologia di calcolo, stretta-mente connessa con la classificazioneenergetica degli edifici;c) ai requisiti professionali e all’espe-rienza richiesta per la qualificazione ol’accreditamento dei professionisti cuiaffidare la certificazione e le diagnosienergetiche.Quanto sopra costituisce la premessaminima per un’applicazione omogeneaed ordinata della certificazione energeti-ca sul territorio nazionale ed il requisitominimo per la sua comprensione da par-te dei cittadini.Il D. Lgs. n. 192/2005, se pure in lineacon i principi fondamentali di cui ai pre-cedenti punti A e B, non contiene le mo-dalità per una corretta attuazione delleimportanti disposizioni della direttiva,sopra ricordata ai punti 1 e 2. Prevedeperò, all’art. 4, l'emanazione di uno o piùdecreti per la definizione dei criteri ge-nerali e di tutte le indicazioni necessarieper l'applicazione omogenea della certi-ficazione energetica sul territorio nazio-nale.Ci auguriamo che questi decreti forni-scano indicazioni coerenti con la norma-tiva europea armonizzata, appositamen-te prodotta dal CEN su mandato del-l’Unione Europea. In particolare, auspi-chiamo che siano prescritti criteri uni-formi, almeno per quanto riguarda i se-guenti punti fondamentali.

La classificazione energetica degli edificiLa classificazione energetica degli edifi-ci costituisce il metro di misura dellaprestazione energetica. Affinché i citta-dini possano valutare la prestazione, ilmetro di misura deve essere uniformesu tutto il territorio nazionale.Quanto alle modalità di classificazione,il prEN 15217 - Rev. febbraio 2007 (pro-getto di norma europea prodotto nel-l’ambito del mandato M343), ha inter-pretato le prescrizioni della direttiva in-dicando una classificazione degli edificiin funzione della loro prestazione ener-

getica EP, rapportata ai due riferimenti diseguito riportati:RR, quale valore vigente a norma di leg-ge, che fissa il limite di separazione frale classi B e C; RS, quale valore di riferimento, che rap-presenta la prestazione media degli edi-fici esistenti e che condiziona la classifi-cazione degli edifici nelle classi da C a G.Per l’Italia, è facile individuare il riferi-mento RR nel fabbisogno limite di ener-gia primaria definitivo, previsto a partiredal 2010, indicato nelle tabelle 1.3 e 2.3dell’allegato C al D.Lgs. n. 311/06 cherappresenta la prestazione minima dilegge dei nuovi edifici (solo fino al31/12/ 2009 sarà consentita la costru-zione di edifici in classe C).Per quanto riguarda il riferimento agliedifici esistenti, sulla base dell’esperien-za si può affermare che il loro fabbiso-gno si attesta mediamente a circa 2 vol-te quello indicato per i nuovi edifici. Se siaccetta quanto sopra, si avrà che:

EPi, lim2010 = RR e che RS = 2 RR = 2 EPi, lim2010

In tale ipotesi, la classificazione potràessere espressa in funzione di RR, equindi di EPi, lim2010 (Fabbisogno Limite diEnergia Primaria per la climatizzazioneinvernale) come indicato in figura 1.

Si tratta d’altra parte di una strada obbli-gata se si ritiene di dover rispettare lanormativa europea armonizzata, apposi-tamente elaborata per il rispetto deiprincipi fondamentali espressi dalla Di-rettiva 2002/91/CE.Uno degli scopi fondamentali della diret-tiva è quello di fornire all’utente le racco-


mandazioni sulle misure efficaci sotto ilprofilo dei costi per il miglioramento delleprestazioni energetiche dell’edificio.Con una classificazione quale quella in-dicata dalla normativa europea l’utenteavrà due indicazioni fondamentali.Il valore numerico della prestazione EP.Con questo valore l’utente imparerà benpresto (come ha imparato a distinguereil consumo delle automobili attraverso ichilometri percorsi per ogni litro di ben-zina) a valutare il consumo degli appar-tamenti. Gli basterà moltiplicare questonumero per 10 e per i metri quadrati ri-scaldati per ottenere il consumo dell’al-loggio in m3 di gas o litri di gasolio.Le possibilità di miglioramento dellaprestazione energetica EP. La classifica-zione parametrata in base al valore dilegge, che rappresenta una modalità diottimizzazione ben definita, fornisce al-l’utente un’importante informazione sul-le possibilità di miglioramento della pre-stazione EP. A titolo esemplificativo, se l’edificio è inclasse A, qualunque sia il suo rapportodi forma o la zona climatica di apparte-nenza, il grado di ottimizzazione è giàpiuttosto spinto, perciò le possibilità dimiglioramento sono improbabili, se noncon tempi di ritorno dell’ordine delle de-cine di anni.Se l’edifico è invece classificato nelleclassi F o G, qualunque sia il fattore diforma e la sua zona climatica, esistonointerventi in grado di ridurre il consumoenergetico dell’edificio a meno della me-tà, il cui costo può essere ripagato dai ri-sparmi in tempi dell’ordine dei due o treanni. La diagnosi energetica, operazione

contenuta nel processo di certificazio-ne, potrà indicare con precisione le ope-re più efficaci.

La metodologia di calcoloE’ evidente che il metodo di calcolo dellaprestazione energetica si pone in strettarelazione ed è inscindibile dal limite mi-nimo della prestazione prescritto dallalegge, che è alla base della classificazio-ne energetica.Purtroppo la direttiva si esprime maleed in modo contraddittorio in quanto, dauna parte consente che il metodo di cal-colo possa essere definito su scala na-zionale o regionale, mentre dall’altra au-spica che sorgano ulteriori norme comela EN 832 (la norma europea di calcolodella prestazione energetica dell’involu-cro edilizio).L’anomalia è stata prontamente segna-lata da più parti e da più Stati membri,tanto che in tempi record l’UE ha com-missionato al CEN, stanziando fondiconsistenti attraverso il mandato M 343,la normativa armonizzata per l’esecuzio-ne della certificazione energetica degliedifici.Il CEN ha operato con il massimo impe-gno, rendendo disponibile in soli tre an-ni la normativa necessaria (una trentinadi norme già tutte al voto formale). L’ap-provazione è scontata in quanto tutti iPaesi sono coscienti che non si potevafare di meglio nel tempo disponibile.In Italia l’UNI, e per esso il CTI, rispon-dendo alle pressanti richieste di sempli-ficazione del Ministero dello SviluppoEconomico e delle Regioni, sta predispo-nendo tre raccolte normative che facili-

tano ed uniformano l’applicazione dellanormativa europea sul territorio nazio-nale. Tali raccolte saranno pubblicate fraalcuni mesi.Il D. Lgs. n. 192/05 come modificato dalD. Lgs. n. 311/06, riporta l’elenco dellenorme europee che sono alla base delcalcolo, ma alcune Regioni, che non co-noscono tutto “l’iter europeo”, tendono anon dare importanza a queste indicazio-ni, emanando propri criteri di calcolo, avolte eccessivamente semplificativi cheportano a risultati anche gravemente er-rati o comunque non coerenti con i limitidella prestazione e con le modalità diclassificazione energetica.E’ quindi necessario che i decreti nazio-nali ribadiscano con maggior forza la ne-cessità di utilizzare quale riferimento lanormativa europea prodotta sotto man-dato e che sarà resa disponibile da UNI-CTI nel giro di alcuni mesi.Utilizzando la metodologia CEN (senzafantasiose semplificazioni o differenzia-zioni controproducenti) sono allora pos-sibili, con un solo input, tutti i calcoliprevisti dalla normativa europea, comeriassunto in tabella 1.Per ribadire l’utilità di un calcolo corret-to, vale la pena di ricordare che lo spre-co energetico, frutto di un’impiantisticaapprossimativa e del timore del costodelle diagnosi e della progettazione, gra-va sui cittadini quanto una legge finan-ziaria ogni anno.È pertanto un’ipocrisia inaccettabile lafinta protezione degli interessi del con-sumatore dai costi della diagnosi e dellaprogettazione, ben sapendo che il citta-dino continua a pagare ogni anno i costi


Dati di ingressoModalità di Tipo di valutazione Scopo della valutazione

determinazione Uso Clima Edificio

Di progetto Ottimizzazione delle soluzioni (Design Rating) (FEPds) Standard Standard Progetto e permesso di costruire

Standard Calcolo (Asset Rating) (FEPas) Standard Standard Reale Certificazione energetica

Su misura Ottimizzazione, diagnosi,(Tailored Rating) (FEPta) in funzione dello scopo Reale valutazioni economiche

Dati di ingressoModalità di Tipo di valutazione Scopo della valutazione

determinazione Uso Clima Edificio

Condizioni operative Eventuali dati di complementoMisura (Operational Rating) Reale Reale Reale per certificato energetico

(FEPop) o previsione di classificazione

Tabella 1

Tabella 2


dello spreco.L’elevata professionalità e la specificacompetenza costituiscono l’unica ga-ranzia di efficacia dell’azione di protezio-ne degli interessi dell’utente.Si deve, infine, tenere presente che lamaggioranza dei professionisti è giàmunita di mezzi di calcolo conformi allanormativa CEN ed alle raccomandazioniCTI. L’obbligo di utilizzare un metodo co-siddetto semplificato si tradurrebbe perloro solo in una complicazione in gradodi aumentare tempi e costi.Se si intendono invece ridurre drastica-mente i costi per la classificazione ap-prossimativa degli edifici esistenti, con-viene allora ricorrere alla valutazionebasata sui consumi, prevista d’altra par-te dalla normativa europea (tab. 2).La classe energetica di un edificio esi-stente potrà così essere agevolmenteindividuata approssimativamente dallostesso utente.

Requisiti per l’accreditamento dei tecnici certificatoriSe si esaminano le indicazioni della di-rettiva, precedentemente riportate alpunto 2, si evince che gli Stati membri, e

non altri, dovranno assicurareche la certificazione energeti-ca sia eseguita da “esperti in-dipendenti”, che potrannooperare come imprenditori in-dividuali o come dipendenti dienti pubblici o privati.E’ necessario che i criteri cheinterpretano le disposizioni dicui sopra siano uniformi sulterritorio nazionale e, possi-bilmente, sul territorio euro-peo in quanto, in caso contra-rio, si produrrebbero ostacolial libero scambio dei servizi.Purtroppo, senza che siano ancora statiemanati i decreti nazionali e che sianostate definite le norme applicabili, alcuniorganismi privi delle necessarie prero-gative giuridiche “accreditano” certifica-tori in modo del tutto autonomo e di-screzionale: questi rilasciano “attestatidi certificazione energetica” con tanto diclassificazione “fatta in casa” creando intal modo sconcerto e confusione.E’ opportuno precisare che, nelle moredell’emanazione dei documenti suddet-ti, il D.Lgs. n. 192/05 consente di rila-sciare solo “attestati di qualificazione

energetica”.E’ opportuno che in tali attestati si evitidi classificare gli edifici o che almeno siutilizzi la metodologia europea, indican-do chiaramente i metodi di calcolo eclassificazione provvisoriamente utiliz-zati, in modo che queste precisazionipossano semplificare il successivo rila-scio dell’attestato di certificazione ener-getica, una volta che saranno definitiesattamente gli elementi necessari peruna valutazione univoca e confrontabiledelle prestazioni.

Foto Schüco

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Il risparmio energetico derivante da una correttacostruzione o ristrutturazione degli edifici porte-rebbe enormi benefici ambientali ed economici.Le soluzioni tecnologiche per perseguire questiscopi sono ormai consolidate e, sulla spinta del-l’Unione Europea, qualcosa finalmente si stamuovendo in tutto il continente

1. Energia e scala globale: sarà bene non perdere tempo!Il consumo di energia su scala mondiale sta au-mentando continuamente, mentre la possibilitàdi accedervi ad un costo conveniente si sta con-traendo. La maggior parte dell’energia che utiliz-ziamo (87% circa) proviene da fonti non rinnova-bili. L’attuale dipendenza e inefficienza energeti-ca potrebbe quasi azzerare le nostre più impor-tanti risorse in poche generazioni.La BP (British Petroleum) stima che le riserve dipetrolio dureranno altri 40 anni prima che il co-sto di estrazione superi quello dell’energia conte-nuta. Le riserve di gas potrebbero durare altri 60anni circa e quelle conosciute di uranio circa 40anni (dati forniti dall’Associazione Mondiale perl’Energia Nucleare).Qualora si opti per l’utilizzo del carbone per com-pensare il declino delle altre principali fonti dienergia, le riserve potrebbero durare non più di125 anni. Attualmente stiamo già assistendo adun aumento dei prezzi dell’energia. L’80% circadei 64 Stati maggiori produttori di petrolio già og-gi sperimenta un declino della produzione. Oc-corre, inoltre, sottolineare che i grandi Paesi invia di sviluppo stanno aumentando i propri con-sumi energetici e che il potere energetico e quel-

lo di fissare i prezzi si stanno concentrando inun sempre minor numero di Stati, spesso politi-camente instabili.Gli edifici consumano oltre il 40% dell’energia uti-lizzata in Europa e sono i maggiori produttori diCO2, più dei trasporti e dell’industria. Ma oggi gliedifici possiedono un enorme potenziale di ri-sparmio energetico; questo può essere concre-tizzato in modo proficuo grazie a moderne e col-laudate tecnologie.I benefici del risparmio energetico si riflettonoanche nella società: minori sprechi di energiapregiata, minore inquinamento, maggiore occu-pazione e migliore qualità della vita. Purtroppo,nonostante siano offerte diverse opportunità diinvestire in modo proficuo nel settore del rispar-mio energetico, in Italia si sta facendo ancoratroppo poco.L’investimento in tecnologie che producano unrisparmio energetico risulta economicamentemolto efficace se attuato quando l’edificio è in fa-se di costruzione o ristrutturazione.Considerando che la vita utile di un edificio puòessere di 100 o più anni, se esso è ristrutturatoogni 30 anni circa, si presentano solo 3 o 4 op-portunità di realizzare migliorie economicamen-te convenienti.Il maggior spreco energetico oggi è originato daivecchi stabili. Oltre il 60% dell’insieme degli edifi-ci europei ha più di 30 anni e sono stati costruitisecondo criteri energetici carenti.Potenzialmente negli edifici esistenti si potrebberisparmiare, in base a una recente stima del Poli-tecnico Universitario Danese, fino al 60% delconsumo energetico totale.

Case a basso consumoenergetico: alcune esperienze nel Nord Europadi Attilio Carotti



49speciale energia

Inoltre, sommando ai risparmi provenien-ti dagli edifici esistenti il contributo datoda un’evoluzione costante dei codici chedisciplinano i requisiti per gli stabili dinuova costruzione, il risparmio energeti-co potenziale per l’edilizia danese salireb-be all’82% entro il 2050, anche conside-rando un’espansione del 30% dello spazioabitato.Nonostante questa redditizia possibilità,oggi gli investimenti per il miglioramentodegli edifici esistenti sono quasi nulli e icodici costruttivi tardano ad aggiornarsi ead essere attuati.Sicuramente quando la pressione suiprezzi dell’energia o i controlli sull’inqui-namento si intensificheranno, il rispar-mio energetico nell’edilizia dovrà esserevelocemente attuato.

2. Il progetto integrato del sistema edi-ficio/impianti2.1 Sistemi “a energia totale”Al fine di riordinare una materia non “diffi-cile”, ma alquanto articolata, può essereutile fare riferimento ai principi fisici in-formatori che, in questo contesto, hannoil pregio di avere valore multiscala e,quindi, di costituire una sorta di linea gui-da rivolta sia a risparmiare energia in ungrande processo industriale sia a razio-nalizzarne l’uso in una casetta unifamilia-re o in un appartamento di città.Questi principi fondamentali sono assainoti, proviamo a ricordarli.A) Puntare a sempre maggiori rendimentidei sistemi di trasformazione dell’energiaper climatizzazione (invernale/estiva).B) Valorizzare il riutilizzo di calore prodot-to nei suddetti sistemi di trasformazione:estensione dell’uso di caldaie a conden-sazione con una nuova impostazione de-gli impianti. In sintesi: adottare sistemi “asfruttamento totale” dell’energia.C) Estendere l’uso di pompe di calore chetrasferiscono calore da una temperaturapiù bassa ad una più elevata consuman-do, ad esempio, energia elettrica in quan-tità tale che l’utile sia molto maggiore del-la spesa.Ricordiamo che la scienza ha già prodottomolto in materia; addirittura Albert Ein-stein lavorava all’ingegnerizzazione ecommercializzazione di una macchinafrigorifera tra gli anni ’10 e ’20 del secoloscorso.D) Ridurre le perdite negli usi finali: quali-

tà isolante e impermeabilizzante dell’in-volucro opaco e trasparente. Fare uso dischermature intelligenti e studiare, conattenzione, forma e orientamento delcomplesso edile.E) Utilizzo di fonti e processi gratuiti (so-lare, ventilazione naturale notturna).Si dovrebbe optare per soluzioni che con-templino e “bilancino” i criteri sopra indi-cati al fine di ottenere risultati verosimil-mente più affidabili nel tempo e meno co-stosi. Occorrerebbe adottare la filosofiadell’ «edificio più una cultura d’uso».Si devono, ovviamente, evitare soluzioni“sbilanciate”. Si considerino, a titolo diesempio: il progettista d’impianti che pre-vede sistemi sofisticati senza calcolare icosti di gestione e quelli di manutenzio-ne; l’installatore che tende a sovradimen-sionare, oppure il progettista edile checonsidera solo la qualità dell’involucroopaco, apprezzandone il plusvalore di unelevato MTBF1 rispetto a quello degli im-pianti, senza porre attenzione all’energiadispersa attraverso l’involucro edilizio.Per concludere, riportando l’attenzionesul concetto «edificio più una culturad’uso» dobbiamo rilevare che, in fatto dirisparmio energetico, i capiscuola tede-schi (o svizzeri, o austriaci, o altoatesini)sono rispetto a noi all’avanguardia.

2.2 Risparmio energetico e benessere in-doorLe statistiche relative a migliaia di“case passive” dimostrano che nonsolo è possibile risparmiare sui consu-mi energetici, ma anche ottenere unbuon clima interno.Considerando che la maggior parte dellavita moderna si svolge al chiuso, il climainterno assume un ruolo molto importan-te per la salute e il benessere. Un isola-mento ad hoc aiuta ad assicurare unatemperatura interna gradevole e costan-te; protegge dal freddo e dal caldointenso; ma se è insufficiente, installatoinadeguatamente o il ricambio d’aria èscarso, c’è anche il rischio che l’aria caldae umida condensi a contatto con lesuperfici fredde e male isolate.

La condensa deve essere accuratamenteevitata perché può favorire lo sviluppo dimuffe e funghi e pregiudicare l’efficienzadel materiale isolante; ricordiamo che letossine di alcuni funghi possono provo-care reazioni allergiche.Occorre rilevare che le muffe cresconoabbondantemente su materiali organicicostituiti da cellulosa (carta, legno, lino),ma non altrettanto su materiali inorganicicome le maioliche, il calcestruzzo, la pie-tra o le lane minerali.Oltre all’isolamento, altro aspetto impor-tante da considerare in un edifico passi-vo è la ventilazione controllata. In Germa-nia è molto diffusa un’apparecchiaturacompatta che svolge contemporanea-mente la funzione regolatrice della venti-lazione, di recupero del calore dell’aria inuscita, di produzione e d’immagazzina-mento dell’acqua calda di consumo(qualcuno l’ha chiamata “aggregatocompatto”).Isolamento e ventilazione controllata so-no anche determinanti per creare un mi-glior clima indoor.Una famiglia media di quattro personeproduce giornalmente una quindicina dilitri di umidità nell’ambiente interno. Chivive in un vecchio edificio dovrebbe prov-vedere quindi ad un isolamento e ad unaventilazione adeguati per prevenire lacondensa. Ancora una volta la scelta deimateriali idonei è importante: materialicon elevate emissioni di odori, particellee tossine dovrebbero essere evitati. In al-cuni Paesi le etichette in materia di be-nessere indoor aiutano ad identificare iprodotti a bassa emissione.

3. Le azioni del Nord EuropaAppuntiamo la nostra attenzione sullaGran Bretagna e la Danimarca.

3.1 I Green Building. Le certificazionienergetiche nel Regno UnitoI cosiddetti Green Building, o costruzionia basso impatto ambientale, si sono af-fermati e hanno portato allo sviluppo disistemi di certificazione energetico-am-bientale capaci di valutare le performan-ce degli edifici.Questi sistemi permettono di stabilire ilconsumo energetico delle costruzioni inbase a precisi algoritmi e fornisconoun’esatta stima dei costi e dei consumi dienergia sia per il riscaldamento, durante il

1 Mean time between failure (letteralmente “tempo medio

tra i guasti”) è un parametro di qualità che si applica adispositivi meccanici, elettrici, elettronici e software. Indicail valore atteso del tempo che intercorre tra un guasto equello successivo: più è elevato, più è affidabile l’impianto ola macchina (NdR)


periodo invernale, sia per la produzione diacqua calda di consumo sia, infine, perl’utilizzo di condizionatori d’aria in estate.Il più noto complesso di certificazione è ilcosiddetto BREEAM (Building Establi-shment Environmental Assessment Me-thod) sviluppato in Gran Bretagna attor-no al 1990.Si tratta di un comodo strumento per va-lutare le condizioni di impatto ambientalesia degli edifici di nuova costruzione siadi quelli sottoposti ad adeguamento.È applicabile agli edifici residenziali, com-merciali, industriali e ad uso ufficio.In esso è prevista una scala di valutazio-ne che parte da un livello chiamato“Pass” (indicato con un “Girasole”), ad unlivello “Excellent” indicato con quattrofiori. All’interno di questo sistema è pre-sente “Ecohomes” utilizzabile esclusiva-mente per edifici residenziali. BREEAM affronta problematiche ecologi-che relative a cambiamenti climatici, im-patto ambientale su flora e fauna, utilizzodi risorse del territorio e analizza la quali-tà della vita negli ambienti interni delleabitazioni.In sintesi le indicazioni contenute sonoapplicate liberamente e la valutazione èaffidata a certificatori autorizzati che rila-sciano un documento che riporta il livellodi performance ambientale dell’edificio.Si stima inoltre che circa il 25%-30% degliuffici di nuova realizzazione nel RegnoUnito sia già stato certificato mediantequesto sistema.I sistemi di “Checklist”, come il GreenBuilding, sono fortemente legati alle con-dizioni contestuali delle regioni di origine.Il GBC (Green Building Challenge) è un or-ganismo creato appositamente per ovvia-re questo problema ed è il risultato di stu-di approfonditi condotti da una rete mon-diale di enti ed istituti appartenenti a ven-tiquattro diverse Nazioni.Il sistema sopra descritto può essereadattato ad ogni condizione locale purmantenendo inalterata la stessa struttu-ra e terminologia di base.Le finalità di questo complesso di normesono: la valutazione della performanceambientale degli edifici, sia potenziali siaattuali; una stima per gli stabili sia di nuo-va costruzione sia in ristrutturazione; lapossibilità di analizzare edifici con diffe-renti destinazioni d’uso.In ultima analisi, il computo delle perfor-

realtà è avvenuto l’opposto.È interessante, dunque, scoprire i segretidi quest’edificio. Il nuovo centro di ricercaha finestre insolitamente grandi e un cor-po di fabbrica stretto. La costruzione por-ta letteralmente “un cappotto in lana diroccia” e riceve un eccellente isolamentoda tale involucro termico: basti pensareche la copertura è isolata con 50 cm dispessore, le facciate con 45 cm e 25 distrato sotto i pavimenti. Le finestre sono a bassa trasmittanza (U= 0,85 W/m2K), i ponti termici sono statiminimizzati e l’involucro termico risultaessere chiuso ermeticamente con un tas-so massimo di infiltrazione molto basso.Il consumo elettrico è mantenuto al mini-mo grazie al controllo automatico delleluci e alla ventilazione naturale controlla-ta, fonte principale per il raffrescamento.Sulla copertura sono installati pannellisolari per la produzione di acqua calda.Il basso consumo energetico per il riscal-damento è la parte dell’obiettivo principa-le volta a limitare l’impatto ambientaledella costruzione. L’analisi del ciclo di vitadei diversi materiali impiegati (una set-tantina) ed il processo di costruzionehanno determinato la scelta dei materialistessi e del sistema costruttivo.

Riferimenti bibliograficiCAROTTI A., RIMOLDI P., Prontuario di Ingegneria Edilee Strutturale, Editore UTET, Torino 2000;CAROTTI A., RIMOLDI P., MARCHIONINI L., Modelli e Datiper Progettare in Ingegneria. Nuovo Manuale Si-nottico, Editore Abitare Segesta Documenti, Mila-no 1999;CAROTTI A., La Casa Passiva in Europa. Guida Pro-fessionale alle nuove normative energetiche e aiModelli di Calcolo, Editore Libreria CLUP, Milano2005;CAROTTI A., MADÈ D., La Casa Passiva in Italia - Teo-ria e Progetto di “una casa passiva” in tecnologiatradizionale, Rockwool Italia, Milano 2006.

Sitografiahttp://www.edilportale.com/csmatnews/920_1.asphttp://www.sviluppoeconomico.gov.it/http://www.cartesionline.it/professioneeproget-to/#lacasa


Nella foto: un edificio unifamiliare prefabbricato, realizzato in Danimarca, con involucro ad elevate performance energeti-che (fonte: Rockwool)

mance ambientali dell’edificio è valutatosu una scala di valori che parte da “-2”per un giudizio scadente, per arrivare a“+5” per una prestazione ideale.In tutti questi sistemi è dato ampio spa-zio e risalto all’uso di materiali di recupe-ro, riciclati e di provenienza locale, conparticolare riferimento alla scelta del le-gno per le costruzioni.Il legno deve risultare certificato secondogli standard FSC (Forest StewardshipCouncil) o PEFC (Pan European ForestCertification) ovvero deve provenireesclusivamente da foreste gestite in ma-niera sostenibile.Tutti i materiali, inoltre, devono garantire irequisiti-guida del BREEAM riguardo allaGreen Guide to Housing.

3.2 La Danimarca tra i paesi leader delsettore: il “Building 2000”Un nuovo centro di ricerca sulle applica-zioni edili e sul risparmio energetico èstato costruito per i 130 impiegati di ungruppo danese leader a livello mondialenella produzione di pannelli in lana di roc-cia per edilizia.L’edificio è stato inaugurato nell’estate del2000. L’obiettivo era di creare una co-struzione per uffici a basso consumoenergetico, con un’alta qualità architetto-nica ed una richiesta energetica per il ri-scaldamento pari ad 1/3 dei requisiti ri-chiesti dalla normativa nazionale (circa50 MJ/m2 l’anno).In questo edificio è stato consumato piùdi un metro cubo di lana di roccia per ognimetro quadrato di costruzione conl’obiettivo di trattenere calore, ridurre il ri-verbero e rendere la struttura d’acciaio si-cura in caso d’incendio. Con un consumodi energia del 70% rispetto a quello previ-sto dalle normative edili danesi - una trale più rigorose al mondo - la costruzioneci sembra degna di grande attenzione.Sulla base di queste premesse si potreb-be pensare che le conseguenze struttu-rali determinino una costruzione estre-mamente “chiusa”, con poche finestre. In


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È noto che il rendimento di combustione hainfluenza sui consumi di energia termica. Nonsi capiscono però i motivi che inducono il legi-slatore a cambiare continuamente i parametri,creando una confusione inutile e dannosa,soprattutto per il cittadino utente

IntroduzioneFra i molti argomenti di discussione che il D.Lgs. n. 311 del 29/12/2006 fornisce agli addet-ti ai lavori, uno interessa direttamente anchechi ha già un impianto termico, soprattuttoautonomo (e quindi, piaccia o no, alla maggiorparte delle famiglie italiane). Gli utenti da temposono soggetti al periodico rito della “visita” delmanutentore: la misurazione in opera del rendi-mento di combustione, la compilazione e inviodel rapporto di controllo all’Ente competente el’eventuale verifica in situ da parte di quest’ulti-mo. Nel giro di quattordici anni le regole sonocambiate più volte, generando confusione tantofra i consumatori quanto fra gli addetti ai lavori.Comunque, visto che al momento la misurazio-ne è obbligatoria, sia pure con continue modifi-che, è opportuno chiedersi: dal punto di vista

del risparmio energetico, ne vale la pena?

L’andamento dei rendimenti “limite” al variaredei provvedimenti legislativiPer seguire le oscillazioni del valore del rendi-mento limite prendiamo come esempio una cal-daia con potenza utile di 32 kW, cui corrispondela portata termica nominale di 35 kW.Nel 1993 il D.P.R. n. 412/93 estese la misurazio-ne del rendimento di combustione anche aigeneratori di calore con portata termica nomi-nale inferiore a 35 kW, e fissò un valore minimodel rendimento di combustione per i generatoridi calore ad acqua calda compresi tra 4 e 400kW, pari a 84 + 2 log Pn, dove Pn è la potenzautile espressa in kW. Si tratta della stessa for-mula che definisce il rendimento minimo utiledi un generatore di calore standard ai sensidella Direttiva Europea 92/42/CEE, recepitadall’Italia con il D.P.R. n. 660/96. Poiché il rendi-mento di combustione è sempre superiore alrendimento utile, per via delle cosiddette “perdi-te al mantello” o “perdite per irraggiamento”, ilvalore limite imposto era già di per sé congruo,quantomeno per un generatore di calore non

Il valzer dei rendimentidi Giovanni Raimondini



53speciale energia

eccessivamente obsoleto (per la “nostra”caldaia tale valore si attestava all’87%).Al fine di non penalizzare eccessiva-mente il parco caldaie esistente, il D.P.R.n. 412/93 concesse però un “bonus” di 6punti per i generatori installati prima del-l’entrata in vigore del decreto stesso, euno di 3 punti per quelli installati suc-cessivamente. I valori limite diventava-no così 81% e 84%, sempre considerandoil nostro apparecchio installato rispetti-vamente prima o dopo il 29 ottobre1993.Immediatamente dopo l’emanazione delsuddetto decreto un gruppo di lavoromisto CTI-CIG elaborò una procedura perla misurazione in opera del rendimentodi combustione e, nel 1994, fu pubblica-ta la Norma UNI 10389, “Generatori dicalore - misurazione in opera del rendi-mento di combustione”, recepita conD.M. 06/08/1994 e diventata così meto-do ufficiale. La UNI 10389 teneva conto,tra l’altro, dei numerosi fattori di incer-tezza nella ripetibilità della misurazione,considerando che la stessa si svolgevanon in laboratorio ma in situ, non con ilmedesimo operatore e con il medesimostrumento e che, soprattutto, tra lamisurazione effettuata per conto delresponsabile dell’impianto e quella effet-tuata dal verificatore pubblico (il tecnicoincaricato dall’Ente locale competenteper i controlli) avrebbe potuto passareun lasso di tempo anche di alcuni mesi,con evidenti variazioni di alcuni parame-tri misurati necessari per la determina-zione del rendimento (in primo luogo latemperatura dell’aria comburente). Perquesto motivo il risultato ottenuto eraespresso con un’incertezza di 2 punti(assoluti, non percentuali) in più o inmeno: un rendimento pari a 90% potevaessere sia dell’88% sia del 92%.Dato che il risultato ottenuto dal verifica-tore pubblico, se inferiore al minimorichiesto dal D.P.R. n. 412/93, avrebbepotuto comportare un’ulteriore manu-tenzione straordinaria a carico del con-trollato se non addirittura la messa fuoriservizio del generatore e la sua sostitu-zione con un modello dal rendimento piùelevato, per evitare contestazioni, si sta-bilì che al risultato ottenuto dal verifica-tore pubblico si aggiungessero sempre idue punti d’incertezza, considerandoquindi questa tutta a vantaggio del con-

trollato. Ciò significava, in pratica, unulteriore “bonus” a suo favore, così che ilvalore minimo misurato che consentivaalla nostra caldaia di funzionare nelrispetto della legge diventava del 79%per i generatori “ante 412” e dell’82% perquelli “post 412”.È evidente peraltro che, anche con iprezzi del gas e del gasolio di allora, ungeneratore di calore con simili rendi-menti avrebbe dovuto essere sostituitonon per rispetto della legge ma per con-venienza economica, essendo già dispo-nibili sul mercato apparecchi in grado digarantire rendimenti di combustionesuperiori di circa 10 punti.Il D.P.R. n. 551/99, sei anni dopo, cambiòper la prima volta le carte in tavola. I ren-dimenti di combustione minimi ammes-si per i generatori di calore ad acquacalda installati prima del 29 ottobre1993 godevano di un “bonus” di 3 puntianziché di 6, mentre per quelli installatidopo tale data il “bonus” spariva. In prati-ca per tutti i generatori i rendimenti mini-mi furono alzati, anche retroattivamen-te, di tre punti. Restando i 2 punti di“bonus” garantiti dalla UNI 10389, non sitrattò di una “missione impossibile”,perché i nuovi valori minimi da rispetta-re per la nostra caldaia (82% e 85%)restavano comunque al di sotto di quelliraggiunti dalla stragrande maggioranzadei generatori di calore standard reperi-bili sul mercato; considerato che quellipiù inefficienti erano già stati eliminaticon il D.P.R. n. 412/93, una seconda“scrematura” a sei anni di distanza erasicuramente accettabile. Nel 2003, con il Decreto del 17 marzoemanato dal Ministero delle AttivitàProduttive, furono pubblicati i nuovimodelli di libretto di impianto e di centra-le, nei quali comparivano due importantinovità:• era imposto l’arrotondamento alnumero intero del valore misurato delrendimento, in contrasto con quantocontenuto nella UNI 10389;• si stabiliva formalmente che il verifi-catore pubblico doveva considerareinsufficiente il rendimento di combustio-ne se, aggiungendo 2 punti al valoremisurato, fosse restato al di sotto delvalore minimo di legge, mentre il manu-tentore lo doveva considerare insuffi-ciente se fosse rimasto al di sotto di tale

1 Sebbene la Norma UNI 7129 imponga la presenza di unacappa collegata all’esterno (o, in alternativa, di un elet-troventilatore) sopra il piano di cottura, nella maggiorparte delle abitazioni è presente la cappa “a riciclo”, colrisultato che i prodotti della cottura, e i numerosi altri in-quinanti indoor presenti nelle nostre case, sono evacuatidalla caldaia a camera aperta spesso installata nellostesso locale, con evidente degrado – e spesso aggres-sione chimica – dello scambiatore di calore e contestualepeggioramento del rendimento (per non parlare degli evi-denti rischi per la sicurezza legati al peggioramento deiparametri di combustione).

valore sottraendo 2 punti a quello misu-rato.La prima modifica era tutto sommato dipoco conto, in quanto l’arrotondamentopoteva, nel caso più sfavorevole, toglieremezzo punto al rendimento misurato.La seconda modifica, invece, potevarisultare devastante nel caso in cui ilresponsabile dell’impianto avesse deci-so di inviare il rapporto di controlloall’Ente pubblico: dato che in questocaso il rapporto sostituiva la visita delverificatore pubblico, il rendimento dicombustione differiva di ben quattropunti a sfavore del responsabile dell’im-pianto, rispetto al valore che nelle stes-se condizioni di prova avrebbe potutotrovare il verificatore pubblico! Non èassurdo ritenere che, qualora la metodo-logia imposta dal D.M. 17 marzo 2003fosse stata correttamente applicata (cirisulta però che, per evitare accuse disostituzione forzata di apparecchi“ancora buoni”, i manutentori l’abbianoin gran parte disattesa), numerosi gene-ratori di calore avrebbero dovuto essere“pensionati” molto in anticipo rispettoalle previsioni. Un rendimento dell’85%per i generatori “ante 412” e dell’89% perquelli “post 412” con la stessa potenzautile della nostra caldaia di riferimentonon avrebbe potuto essere così sconta-to, soprattutto considerando, per moltiapparecchi a camera aperta, il lentodegrado delle prestazioni dovuto al pro-gressivo deterioramento dello scambia-tore di calore, sia lato fumi sia latoacqua1.Questo problema dovrebbe (il condizio-nale è d’obbligo!) essere superato conl’entrata in vigore del D. Lgs. n. 311/06che prescrive che tutti i rapporti di con-trollo devono essere inviati all’Ente pub-blico sostituendo così anche formal-mente le verifiche pubbliche; in tal caso ilmanutentore, operando come incaricatodi pubblico esercizio, aggiunge anziché


togliere i due punti di rendimento.Arriviamo così al D.Lgs. n. 192/05 chemodifica nuovamente i valori limite, que-sta volta in modo non retroattivo: per igeneratori di calore installati a partiredall’entrata in vigore del decreto medesi-mo (8 ottobre 2005) il valore minimo delrendimento di combustione non deveessere inferiore al valore del rendimentoutile minimo previsto per lo stesso gene-ratore dal già citato D.P.R. n. 660/96, rife-rito però non alle caldaie standard, bensìal tipo di caldaia installata: se la stessa èdel tipo standard il riferimento resta 84 +2 log Pn, se è a bassa temperatura o acondensazione alimentata a gasoliodiventa 87,5 + 1,5 log Pn, mentre se è acondensazione a gas diventa 91 + logPn. Le modifiche introdotte sono sicura-mente condivisibili, considerato chenegli ultimi tempi le caldaie a bassa tem-peratura e quelle a condensazione sonostate accolte favorevolmente dal merca-to. Per evitare poi le sgradevoli sorpreseche una retroattività del decreto avrebbepotuto comportare, si può anche chiude-re un occhio sul “salto” di 5 punti emezzo del valore minimo limite per unacaldaia a condensazione (sempre da 32kW di potenza utile) a seconda che siastata installata il 7 oppure il 9 ottobre2005. In effetti da una caldaia a conden-sazione è lecito attendersi un risultatomolto più elevato, in termini di rendi-mento, di un 87% appena discreto peruna caldaia standard.Peccato che il D.Lgs. n. 311/06, integrati-vo e correttivo del D.Lgs. n. 192/05,entrato in vigore il 2 febbraio 2007, operil’ultimo stravolgimento, anche questavolta retroattivo: l’Allegato H al decretoimpone, infatti, che il rendimento di com-bustione debba essere:1) per i generatori di calore installatiprima del 29 ottobre 1993, non inferioredi due punti percentuali rispetto al valo-re minimo del rendimento termico utilealla potenza nominale previsto ai sensidell’articolo 6 del D.P.R. n. 412 del 26/08/93, e successive modifiche, per caldaiestandard della medesima potenza; 2) per i generatori di calore installati apartire dal 29 ottobre 1993 e fino al 31dicembre 1997, non inferiore al valoreminimo del rendimento termico utile allapotenza nominale previsto ai sensi del-l’articolo 6 del D.P.R. n. 412 del 26/08/93,

e successive modifiche, per caldaiestandard della medesima potenza; 3) per i generatori di calore installati apartire dal 1° gennaio 1998, non inferio-re al valore minimo del rendimento ter-mico utile alla potenza nominale previ-sto ai sensi dell’articolo 6 del D.P.R. n.412 del 26/08/93, e successive modifi-che, per caldaie della medesima potenzacoerentemente con il tipo di caldaiainstallato: caldaie standard, caldaie abassa temperatura e caldaie a conden-sazione; 4) per i generatori di calore installati apartire dall’8 ottobre 2005, non inferioredi un punto percentuale rispetto al valo-re minimo del rendimento termico utilealla potenza nominale definito con la for-mula: 90 + 2 log Pn, dove log Pn è il loga-ritmo in base 10 della potenza utilenominale del generatore, espressa inkW. Per valori di Pn maggiori di 400 kW siapplica il limite massimo corrispondentea 400 kW.La retroattività peraltro è doppia: il D.P.R.n. 551/99 aveva modificato quanto sta-bilito dal D.P.R. n. 412/93 in termini direndimento all’atto della sua entrata invigore (aprile 2000), mentre il D. Lgs. n.311/06 introduce una nuova data spar-tiacque: il 31 dicembre 1997. Ma il veroproblema sorge con la retroattività diquasi un anno e mezzo (dall’8 ottobre2005 al 2 febbraio 2007) del nuovo ren-dimento minimo per tutti i generatori dicalore, a prescindere dal tipo.È evidente che una caldaia a gas di tipo Ba tiraggio naturale con potenza termicadi 32 kW, dotata di marcatura CE, com-mercializzata e installata a norma dilegge, alla quale per essere in regola conla direttiva europea sul rendimento dellecaldaie ad acqua calda, è sufficiente avereun rendimento utile pari a 84 + 2 log Pn,potrebbe benissimo non superare que-sto repentino e consistente innalzamen-to del valore limite, ed essere giudicatafuorilegge, quindi rimossa all’atto dellaprima verifica in campo del rendimentodi combustione, vale a dire subito dopol’installazione. In pratica, senza nemmeno avere avutoil tempo di scaldare i caloriferi! E non sipuò escludere che anche qualche calda-ia stagna a tiraggio forzato cada sotto lamannaia dei nuovi valori, non per cattivao carente manutenzione ma per propri

limiti. C’è chi fa notare che lo stesso provvedi-mento, nel successivo Allegato I, consen-te l’installazione di caldaie a cameraaperta laddove, essendo il sistema dievacuazione fumi costituito da unacanna collettiva ramificata, non è possi-bile installare una caldaia a condensazio-ne e pertanto, almeno in questo caso, sidovrebbe ritenere non applicabile il vin-colo del rendimento limite elevato. Ci piacerebbe tuttavia sapere se l’UnioneEuropea farà sentire nuovamente la suavoce, dopo gli interventi relativi al divietodi installazione delle caldaie di tipo B inambienti abitati (D.P.R. n. 412/93) e alla“finestra ministeriale” di 0,4 m2 (D.P.R. n.551/99).

ConclusioniA parere di chi scrive, tutta questa atten-zione al rendimento di combustionesembra eccessiva, considerando cheesso costituisce solo un componente delrendimento medio stagionale dell’im-pianto, e che la sua importanza si dilui-sce ancora di più valutando, come faran-no la diagnosi e la certificazione energe-tica, il sistema edificio-impianto. Se poi esaminiamo non solo gli aspettirelativi al risparmio energetico ma anchequelli relativi alla sicurezza e alla tutelaambientale, forse ci convinceremo cheesistono altri elementi, anch’essi ricava-bili dall’analisi dei prodotti della combu-stione misurati sul generatore installato,cui dedicare una maggior cura. In ogni caso, cambiare le regole del giococosì frequentemente, oltre a mandare inconfusione tanto gli addetti ai lavoriquanto i cittadini, rischia di fornire l’im-magine di uno Stato che non sa quelloche vuole e che, dietro questo tourbillondi leggi, numeri e modulistica, nascondeil vero scopo di far pagare un ulteriorebalzello al già tartassato contribuente.



L’articolo riprende, sia pur con un taglio diver-so, un argomento già trattato sul numero spe-ciale della Rivista pubblicato in occasione del65° Anniversario de “Il Perito Industriale” (gen-naio/febbraio 2005). Entrambi gli articoli, cheper certi aspetti sono complementari, assumo-no, nel contesto della diagnosi e della certifica-zione energetica in edilizia, una particolare im-portanza, dato che la termografia - se “usatada mani esperte” - può essere un efficace ausi-lio per la ricerca di interventi finalizzati alla ri-duzione delle perdite di calore negli edifici enegli impianti

Con l’attuale necessità italiana di inseguire innotevole ritardo gli obiettivi del Protocollo diKyoto, tutto quanto concerne il risparmio ener-getico assurge a primario argomento di interes-se e la termografia, quale possibile strumentodiagnostico delle dispersioni termiche, è dive-nuta nuovamente di attualità, così come as-sunse per la prima volta un ruolo innovativo nelNord America durante la prima crisi petroliferadegli anni ’70.In realtà è doveroso preliminarmente sfatareun mito, ovvero spiegare che la termografia, perle sue caratteristiche, non fa miracoli e non puòsostituirsi ad un’accurata diagnosi energeticadei fabbricati eseguita sulla base di rilievi especifiche procedure di calcolo. Resta però unostrumento molto valido, utilizzato in edilizia neiPaesi a tecnologia avanzata quali: Canada, StatiUniti, Regno Unito e Germania.

Per comprendere appieno pregi e difetti, possi-bilità e limiti di questa tecnologia diagnostica,occorre chiarirne anzitutto il funzionamento ela storia.È noto che la trasmissione del calore avviene intre modi differenti: conduzione, convezione eirraggiamento.Se poniamo un corpo caldo in una camera “avuoto”, in teoria perfettamente isolata, notere-mo che comunque il calore è trasmesso sino ache non si raggiunge un regime di equilibriotermico tra corpo e camera, cioè il corpo perdecalore e le pareti della camera lo acquisiscono.È evidente che la cessione termica non può es-sere avvenuta per conduzione, poiché il corponon è a contatto con la camera, né può essereavvenuta per convezione, poiché il corpo è cir-condato dal vuoto. Se ne deduce che la trasmis-sione del calore per irraggiamento ha una ca-ratteristica particolare rispetto alle altre: non ri-chiede mezzi materiali per il trasferimento.Altra sua peculiarità è la velocità, pari a quelladella luce di circa 300.000 km/sec, senza atte-nuazione nel vuoto; ne è un esempio l’energiatermica solare che, a causa della distanza e do-vendo attraversare spazi vuoti, raggiunge laTerra soltanto per irraggiamento.Se ne può trarre un’ulteriore considerazioneche distingue la trasmissione per irraggiamen-to: il calore, infatti, si trasmette in via naturaleper conduzione, convezione e irraggiamento daun corpo più caldo ad uno più freddo; solol’energia radiante però può essere trasferita an-

Principi di funzionamentoe di utilizzo dellatermografiadi David Savoia

Evidenziazione di serramenti difettosie ponti termici

Individuazione di perdita di tubazioni sotto pavimento



57speciale energia

che attraverso il vuoto o strati freddi co-me avviene nel caso dell’irraggiamentosolare.La radiazione termica è quella partedello spettro elettromagnetico che ge-nera energia termica.Le radiazioni elettromagnetiche hannoun campo di lunghezze d’onda moltoesteso, da meno di 10-10 µm (raggi co-smici) a più di 10+10 µm (applicazionielettriche industriali).Le onde elettromagnetiche, pur avendola stessa natura, hanno origine e com-portamenti fisici molto diversi a secon-da della lunghezza d’onda.La lunghezza d’onda della radiazionetermica varia da 0,1 µm a 100 µm ed ècausata dai moti rotatori e vibratori dellemolecole, atomi ed elettroni di una so-stanza. Una delle espressioni per misurare l’in-tensità di tali fenomeni è la temperatura:quando aumenta, incrementa anche laradiazione termica emessa da un corpo.È chiaro quindi il motivo per cui la tem-peratura, in elevazione, può assumerevalori tendenti all’infinito (grande statodi agitazione molecolare, atomica e de-gli elettroni), mentre verso il basso haun valore limite ben determinato, pari acirca -273 °K, corrispondente allo statoassoluto di quiete della materia.La lunghezza d’onda della radiazioneelettromagnetica visibile, cioè quella ra-diazione cui è sensibile l’occhio umano,varia da 0,40 µm (colore violetto) a 0,76µm (colore rosso). Al di sotto della lunghezza d’onda di0,40 µm, cioè a frequenza maggiore delvisibile, si hanno radiazioni ultraviolette,mentre al di sopra della lunghezza d’on-da di 0,76 µm, fino a 100 µm, cioè a fre-quenza più bassa rispetto al campo visi-bile, si hanno radiazioni infrarosse.Si nota inoltre che lo spettro di emissio-ne delle radiazioni infrarosse è amplissi-mo, molto più elevato rispetto allo spet-tro delle onde elettromagnetiche visibili.La radiazione elettromagnetica, rispettoagli oggetti che incontra, si comportacome quella visibile: può essere riflessa,rifratta, assorbita ed emessa.Quando la radiazione incide su una su-perficie, in parte è assorbita, in parte èriflessa e, se ne rimane, in par te èemessa.Le tre frazioni di irradiazione sono così

definite: α quella assorbita, ρ quella ri-flessa e t quella emessa, la cui somma èsempre pari ad 1, cioè α+ρ+t=1.Nelle superfici opache la radiazioneemessa è prossima allo 0, avendo soloassorbimento e riflessione, per cui si haα+ρ=1.Quando le superfici sono lisce riflettonola radiazione in modo speculare (a spec-chio), mentre quando sono rugose riflet-tono in modo diffuso (in tutte le direzio-ni).Tutti gli oggetti emettono radiazioni in-frarosse in funzione della loro tempera-tura. La radiazione infrarossa non è visibiledall’occhio umano, come invece avvienein natura per i serpenti a sonagli, chepossono vedere di notte il calore corpo-reo degli animali a sangue caldo, o comele api che sono sensibili alla radiazioneultravioletta.La radiazione infrarossa può essere rile-vata da speciali telecamere (termoca-mere) che, tramite elaborazione elettro-nica, conferiscono alle immagini gra-dualità di colore proporzionali alle tem-perature superficiali rilevate.Un’immagine prodotta da una termoca-mera è chiamata termogramma, che èpraticamente la “fotografia” delle emis-sioni elettromagnetiche dell’energia in-frarossa.Le termocamere comunemente utilizza-te in edilizia e in impiantistica hanno uncampo di misurazione della temperaturacompreso tra -10 °K e 100 °K circa, checorrisponde all’intervallo di radiazioneinfrarossa con lunghezza d’onda com-presa tra 0,75 µm e 13 µm, quindi concirca un ordine di grandezza più lungodella luce visibile.E’ importante comprendere che le ter-

mocamere non vedono la temperatura,ma rilevano la radiazione infrarossa che,oltre che emessa, può anche essere ri-flessa. È di immediata evidenza il limite dellatermografia, dato dal fatto che la rifles-sione può causare una notevole discor-danza tra risultato di lettura del termo-gramma e la reale temperatura. Se la riflessione è elevata, come per lamaggioranza dei materiali metallici, es-sendo basso-emissivi e/o lucidi, pereseguire rilievi termografici attendibili ènecessario che siano trattati con ossida-zione o con vernice opaca.In ogni caso, i valori tradotti nel termo-gramma hanno errori fino a circa il 2%,problema che globalmente si compensacol vantaggio dato dalla possibilità di ef-fettuare rilievi a distanza ed in modonon invasivo su campi di escursione ter-mici rilevanti anche a bassi valori. Si ri-corda, infatti, che anche un cubetto dighiaccio emette una certa quantità dienergia radiante che può essere misura-ta dalla termocamera, trovandosi ad unatemperatura ben al di sopra dello zeroassoluto.Questo aspetto porta ad intuire che l’uti-lizzo termografico è praticamente possi-bile in una vastità notevole di settori,vale a dire in tutti quelli ove vi siano fe-nomeni termici correlati ad eventi da in-dagare.La tecnica termografica, sebbene conorigini più antiche, fu usata inizialmentein ambito militare come strumento dispionaggio durante la “guerra fredda”nel 1950.Nel 1957, un medico, il dott. Lawson,scoprí che i suoi malati di cancro aveva-no la temperatura della pelle più alta aldi sopra dell’area interessata dalla ma-


lattia. Fu il primo uso della termografia ascopo diagnostico in campo oncologico.Sempre nella medicina, dal 1970 la ter-mografia è stata usata per altri scopi dia-gnostici, per individuare le sorgenti di in-fiammazioni dei nervi, le infezioni super-ficiali, i problemi circolatori.Poi la tecnica termografica fu utilizzatain campo aeronautico per la scoperta deiprobabili punti di rottura negli aeroplani.A partire dal 1990 la termografia fu im-piegata in campo edilizio per ispezionidiagnostiche nelle costruzioni.Quando poi si è compreso che con la ter-mografia è possibile eseguire controllinon distruttivi e non intrusivi per visua-lizzare valori assoluti e variazioni ditemperatura di oggetti, indipendente-mente dalla loro illuminazione nel cam-po del visibile, in tutto il mondo i campidi utilizzo sono stati estesi negli ambitipiù svariati.Esulando da quelli più specialistici, qua-li aeronautica, industria navale, ricercascientifica, medicina, ecc., dove comun-que l’impiego è davvero molto ampio, isettori e gli ambiti di utilizzo più fre-quenti sono qui indicati.

Edilizia• Diagnosi delle irregolarità termichenei pannelli prefabbricati e sulle altrepareti.• Localizzazione di armature di ferronel cemento armato.• Ricerca di difetti di isolamento termi-co dei tetti.• Rilevazione delle perdite di calore at-traverso i muri.• Individuazione di ponti termici.• Controllo dei distacchi di intonaco o dialtri rivestimenti dalle pareti esterne. • Individuazione dell’umidità da con-densazione nei muri esterni.• Ricerca di infiltrazioni di acqua nellestrutture verticali ed orizzontali.• Ricerca di infiltrazioni di acqua prove-nienti dai tetti e dai sistemi di raccoltadelle acque meteoriche.• Individuazione dell’umidità di risalitanelle strutture verticali.• Individuazione di tamponamenti nonvisibili eseguiti nel passato sulle pareti.• Ricerca dei cavedi nascosti.• Individuazione dei passaggi non visi-bili di condutture.• Analisi delle sigillature tecniche.

• Rivelazioni dell’attacco biologico allestrutture in legno.

Termoidraulica• Valutazione del comfort termico nelleperimetrazioni dei vani degli edifici.• Ricerca delle perdite di calore attra-verso condotti (ventilazione, camini,ecc.).• Ricerca di rotture di impianti di riscal-damento o di distribuzione idrica.• Ricerca di rotture di condotte idricheall’aperto.• Controllo funzionale degli scambiatoridi calore.• Analisi della distribuzione termica degliimpianti a pannelli radianti ed individua-zione di eventuali perdite o occlusioni.• Controllo delle perdite sul mantellonei generatori termici.• Controllo delle coibentazioni nelle tu-bazioni.• Verifica della diffusione dell’aria cli-matizzata dalle bocchette di espulsione.• Controllo delle canne fumarie.• Analisi funzionale dell’isolamento ter-mico dei generatori di calore.

Meccanica• Manutenzione predittiva meccanicaper verifica di organi in movimento(pompe, ventilatori, altre trasmissionicon attriti).

Elettrotecnica• Manutenzione predittiva agli impiantielettrici (cavi, quadri elettrici, compo-nenti, ecc.).

Elettronica• Individuazione di surriscaldamenti lo-calizzati in elettronica e di avarie.


Diagnosi termica di cabine contenenti apparecchiature informatiche

Industria• Controllo della temperatura dei com-ponenti negli impianti oleodinamici(olio, pompa, motore, valvole, accumula-tori, filtri, ecc.) .• Misura del livello di fluidi all’interno digrandi serbatoi non totalmente coibentati. • Controllo delle coibentazioni e dei ri-vestimenti refrattari nei forni.• Controllo delle coibentazioni nelle pa-reti di frigoriferi.

Protezione civile• Individuazione di focolai di incen-dio per anticipare le azioni di spegni-mento.• Individuazione di persone in acqua,grotte e ed altri luoghi al buio. • Individuazione di persone e veicolicaldi attraverso la nebbia.• Sorveglianza di ambienti e rilevazio-ne di intrusione di persone ed animali albuio.

Se l’elencazione sopra descritta, che tral’altro non è esaustiva, può suscitareun grande entusiasmo tra gli operatori,è però opportuno far presente che latermocamera deve trovarsi in “mani”competenti perché, non potendo legge-re a distanza le temperature dei corpi,ma solo le radiazioni infrarosse perce-pite, c’è sempre il rischio di interpreta-re come delle emissioni le riflessioni dametalli, o anche da minerali o legno lu-cidati. In fase di post-elaborazione compute-rizzata dei termogrammi deve poi es-serci la competenza sulla tecnologiaesaminata, al fine individuare al megliole problematiche su cui è effettuata ladiagnosi.


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Servizio Energia Mascherpa


Ripe

tizio

neva

lori

Pote

nza

Se il numeratore rimane costante (ho SPALMATOl’energia utilizzata nel tempo, spostando i carichi)

Se il denominatore diminuisce (ho SPOSTATO le puntedi potenza in altre fasce orarie, se possibile)

Il risultato (coefficiente di utilizzo) aumentae quindi pago quanta più energia possibile

nelle fasce alte che costano di meno rispettoalle fasce basse (vedi anche tabella

sottoriportata)

Energia (kWh)

Potenza (kW)= Coefficiente di utilizzo

Fig

• Prezzo dell’energia (1)I prezzi sono applicati secondo i seguenti blocchi di utilizzazione (2) annua

- Fino a 1.200 ore annue di utilizzazionedella potenza impegnata

- Oltre 1.200 fino a 2.400 ore annuedi utilizzazione della potenza impegnata

- Oltre 2.400 ore annue di utilizzazionedella potenza impegnata

Cent. €/kWh

Cent. €/kWh

Cent. €/kWh

8,52

8,22

8,00

L’energia elettrica ha in Italia un costo elevato,aggravato anche da un uso scorretto che ècausa di sprechi ormai non più sostenibili. L’ar-ticolo illustra alcuni metodi per risparmiarla eper trarne benefici economici, tenendo presen-te che per consumare meno basta utilizzarla almeglio

Quante volte ci è capitato di parlare con un no-stro committente e sentirci chiedere: “Cosa nepensi del costo di quella macchina?”.Da professionisti, dopo un esame tecnico-eco-nomico di quest’ultima, potremmo rispondere:“Costa un poco di più, ma consuma decisamen-te meno, quindi il maggior costo si ammortizzain breve tempo”.A queste parole parecchi nostri clienti rispon-dono: “Ma se quell’altra macchina costa di me-no compriamola anche se consuma di più, orapago di meno poi si vedrà!”.Ad una tale risposta come si può controbatte-re? Sembrerebbe in nessun modo dato che lamaggior parte delle persone pensa al presentee non al futuro.Nell’esempio citato probabilmente la macchinaacquistata a minor prezzo sarà costata, alla fi-ne della sua vita lavorativa, sicuramente di piùrispetto a quella che inizialmente aveva un co-sto superiore ma spese di gestione (manuten-tive ed energetiche) sicuramente inferiori.

Economico o energeticoCi sono, a mio modo di vedere, due metodi perrisparmiare sui costi dell’energia elettrica: quel-lo economico e quello dell’analisi dei carichi.Nel metodo economico l’Energy Manager (o chine fa le funzioni), esegue delle operazioni attea ridurre le punte di assorbimento massime dipotenza, al fine di “spalmare” la stessa quanti-tà di energia utilizzata in un tempo più lungo.In questo modo si ottiene l’aumento del coeffi-ciente di utilizzo (dato dal rapporto tra energiautilizzata e potenza massima prelevata, si vedafigura 1), riducendo così i costi complessivi dienergia (non i consumi), dato che sono sfrutta-

te tutte le fasce di utilizzo proprie dei contrattidi fornitura di energia elettrica, le quali hannocosti differenti che aumentano al diminuire delcoefficiente di utilizzo (Tabella1).

Figura 1

Tabella 1- Costi dell’energia elettrica (fonte: sito di Enel distribuzione)

Il coefficiente di utilizzo si misura in ore/annoe, come si evince dalla tabella, i costi di energiaelettrica diminuiscono all’aumentare delle oredell’uso della potenza impegnata (potenzamassima prelevata), quindi più energia si spo-sta nella fascia “oltre 2.400” meno si spende inenergia elettrica ed in potenza prelevata, poi-ché si stanno eliminando dei picchi di potenza.Per questo di seguito esaminiamo il caso prati-co di uno stabilimento uso uffici e industriale,sfruttando non solo le bollette dell’ente distri-butore e fornitore, ma anche un analizzatore direte che ha permesso di eseguire misure in pa-rallelo al distributore e di poter effettuare verifi-

Risparmiareenergia elettricadi Roberto Borgonovo



3.000

2.500

2.000

1.500

1.000

500

0

Ripe

tizio

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alor

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a 5,

5675

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,567

5 a 1

1,13

5da

11,

135

a 16,

7025

da 1

6,70

25 a

22,2

7da

22,

27 a

27,8

375

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7,83

75 a

33,4

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33,

405

a 38,

9725

da 3

8,97

25 a

44,5

4da

44,

54 a

50,1

075

da 5

0,10

75 a

55,6

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675

a 61,

2425

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1,24

25 a

66,8

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66,

81 a

72,3

775

da 7

2,37

75 a

77,9

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77,

945

a 83,

5125

da 8

3,51

25 a

89,0

8da

89,

08 a

94,6

475

da 9

4,64

75 a

100,

215

da 1

00,2

15 a

105,

7825

da 1

05,7

825

a 111

,35

da 1

11,3

5 a 1

16,9

175

da 1

16,9

175

a 122

,485

da 1

22,4

85 a

128,

0525

da 1

28,0

525

a 133

,62

da 1

33,6

2 a 1

39,1

875

da 1

39,1

875

a 144

,755

da 1

44,7

55 a

150,

3225

da 1

50,3

225

a 155

,89

da 1

55,8

9 a 1

61,4

575

da 1

61,4

575

a 167

,025

da 1

67,0

25 a

172,

5925

da 1

72,5

925

a 178

,16

da 1

78,1

6 a 1

83,7

275

da 1

83,7

275

a 189

,295

da 1

89,2

95 a

194,

8625

da 1

94,8

625

a 200

,43

da 2

00,4

3 a 2

05,9

975

da 2

05,9

975

a 211

,565

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11,5

65 a

217,

1325

da 2

17,1

325

a 222

,7

RangeAnalisi potenza con misura in cabina MT/BT

n. 11 rilevazioni

n. 47 rilevazioni

Range

200

150

100

50

0

Misura presso la Cabina MT/BT

Tempo

Pote

nza

[kW] P

Figura 3 - Analisi potenza con misura in cabina MT/BT

61speciale energia

che più puntuali sui consumi per ognizona produttiva dello stabilimento.

Caso praticoEstrapolando dall’analizzatore di rete in-stallato, in questo caso sulla parte inBassa Tensione, i dati relativi alla poten-za assorbita, misurata ogni 10 o 15 mi-nuti, potremmo notare, per la maggiorparte degli utenti di energia elettrica,una curva di carico del tutto similare aquella riportata in figura 2.

Figura 2 - Misura presso la cabina MT/BT

A monte di questo grafico vi sono quindiuna serie di dati che, elaborati, dannoorigine ad un grafico di tipo lineare dovesulle ascisse troviamo il tempo e sulleordinate la potenza prelevata. E’ così facile individuare chiaramente igiorni lavorativi ed i giorni prefestivi e fe-stivi. Gli stessi dati che hanno determinato ilgrafico precedente, si possono utilizza-re in altro modo ottenendo altri risultatiinteressanti ai nostri fini. Nel grafico di figura 3, non di tipo linearema ad istogramma, i dati sono stati ag-gregati secondo questa logica:

• le potenze misurate sono poste sul-l’asse delle ascisse e sono “raggruppa-te” per range di potenza (range n. 1 da 0a 5 kW, range n. 2 da 5,1 kW a 10 kW,ecc.);• sull’asse delle ordinate, è inserito ilnumero di ripetizioni per cui una poten-za cade in un determinato range.In questo modo si ottiene una rappre-sentazione in virtù della quale le pile po-ste sulla parte destra delle ascisse ri-portano tutte le misure effettuate conpunte di potenza elevate.Risulta facile estrapolare i dati, peresempio, dall’ultima pila che rappresen-ta tutti i picchi di potenza effettuati(range da 217 kW a 223 kW) ed ottener-ne la relativa collocazione temporale.A questo punto sarà compito del datoredi lavoro verificare, se possibile, i datiforniti, valutare la causa di tutte le puntemisurate ed estrapolate e quindi analiz-zare la possibilità di spostare o limitarealcune punte di potenza.Il metodo economico illustrato finora,punta essenzialmente a ridurre i costiquasi sempre a parità di energia elettri-ca assorbita. Infatti, si punta quasi nellatotalità dei casi a spostare un determi-nato tipo di assorbimento elettrico da unorario all’altro: questo si ottiene abbas-sando una pila e contemporaneamentealzandone un’altra.

Metodo di analisi dei carichiIn questo caso, risulta decisamente fon-damentale la figura del professionista inqualità di Energy Manager. Egli non ef-fettua la sola funzione di analisi econo-mica e quindi il solo spostamento di ca-richi da un orario ad un altro o la riduzio-ne della contemporaneità di più macchi-ne ma, ove possibile, coadiuvato dal re-sponsabile tecnico di produzione o dalresponsabile tecnico dell’azienda, com-pie operazioni di analisi dei consumisulle macchine al fine di verificare se lestesse:• sono ancora in uno stato efficiente(dal punto di vista della manutenzione);• lavorano in modo ottimale;• sono le macchine più adatte per ilpunto in cui sono installate.I punti in un insediamento produttivo ditipo commerciale o industriale su cui sipuò risparmiare sono numerosi. Di se-guito esamineremo solo:

• gli impianti d’illuminazione;• i motori asincroni.

Come è possibile ridurre i consumi inun impianto d’illuminazione?Il risparmio si determina innanzituttonella progettazione, con la scelta di ap-parecchi d’illuminazione ad alto rendi-mento che abbiano, ove necessario, unbuon impatto visivo ma che essenzial-mente offrano un ottimo rendimento lu-minoso.A tal proposito occorre ricordare che unapparecchio d’illuminazione a tubi fluo-rescenti obsoleto, dotato quindi di reat-tore elettromeccanico, ha un consumosuperiore di almeno il 10% al dato di tar-ga dell’apparecchio. Ad esempio:

apparecchio da 2 x 36 W =72 W (teorici)+ consumo reattore pari a circa 10 W =

82 W (+ 13% circa)

Utilizzando invece un apparecchio d’illu-minazione a reattore elettronico, oltread eliminare alcuni problemi quali losfarfallio del tubo fluorescente e ad al-lungare la vita media dello stesso, si di-minuisce il consumo complessivo avvi-cinandolo al valore teorico dell’apparec-chio d’illuminazione, come si vede nelseguente esempio:

apparecchio da 2 x 36 W =72 W (teorici)+ consumo reattore pari a circa 1 W =

73 W (+ 1,3% circa)

Se si usa invece un apparecchio d’illumi-nazione, sempre dotato di reattore elet-tronico, ma gestito anche da un regola-tore d’intensità luminosa, il consumodell’apparecchio è ancora più basso,modificabile nel tempo, ma sicuramenteinferiore a quello a reattore elettronicopoiché, in presenza di luce naturale, sa-rà il regolatore a ridurre l’intensità lumi-nosa dei tubi fluorescenti e quindi il loroconsumo.Quantificare il reale risparmio è moltodifficile dato che lo stesso è direttamen-te proporzionale all’uso dell’apparecchiod’illuminazione; infatti, ove l’apparec-chio d’illuminazione è in funzione permolte ore al giorno, la sua gestione auto-matizzata fa sì che il risparmio di ener-gia consumata arrivi anche al 30-35%.Invece, ove l’apparecchio d’illuminazio-


ne è in funzione per periodi ridotti o incondizioni di assenza d’illuminazionenaturale, il risparmio si riduce al 10-15%.

Ma come è possibile ridurre i consumidi un motore?In questo caso occorre una piccola pre-messa. Attualmente, infatti, non esisteuna legge che stabilisca degli standardminimi accettabili ma esiste un accordotra i principali costruttori di motori chehanno definito una loro classificazionein tre categorie in funzione della poten-za, del numero di poli, dell’efficienza:• EFF 1 motori ad Alta efficienza;• EFF 2 motori a Media efficienza;• EFF 3 motori a Bassa efficienza (fig. 4).Considerando i costi dei motori, quelli inclasse EFF 2 costano circa il 5% in più diquelli in classe EFF 3, mentre quelli inclasse EFF 1 costano circa il 20% in piùdi quelli in classe EFF 2 e ciò porta allapremessa iniziale dell’articolo: “Costa dipiù e allora non lo installo, costa di menoe allora preferisco questo”. Tale afferma-zione è sbagliata e ne esamineremo imotivi.

Quanta energia è assorbita dai motori?Una recente statistica effettuata nel-l’Unione Europea, ci fa notare che circa il70% dell’energia complessivamente uti-lizzata nell’industria è assorbita dai mo-tori; va da sé che riducendo di solo il 15%il consumo di energia dei motori, la bol-letta scende di circa il 10-11%.Il primo controllo che l’Energy Managerdeve effettuare è la verifica della tipolo-gia di motori che sono installati, control-lando principalmente i dati di targa e lemanutenzioni già eseguite sugli stessi.Infatti, il riavvolgimento di un motoreprovoca una diminuzione del rendimen-to ed in certi casi si rende necessarioquantificare economicamente se sia ilcaso di riavvolgere un motore oppurepassare direttamente alla sostituzionedello stesso con uno di efficienza supe-riore.Vediamo come svolgere questo controllocon tre esempi pratici.

Esempio n. 1 (Nuova installazione dimotore, con utilizzo a medio carico)Nell’esempio raffigurato in tabella 2, si

nota che l’installazione di un motore inclasse EFF 1 nonostante abbia un rendi-mento superiore solo del 2,6% rispetto almotore in classe EFF 2 e il motore nonlavori a pieno carico, genera un tempo dirientro dell’investimento di appena unanno e mezzo.

Esempio n. 2 (Nuova installazione dimotore, con utilizzo a pieno carico)Nell’esempio raffigurato in tabella 3, sinota che l’installazione di un motore inclasse EFF 1 nonostante abbia un ren-dimento superiore solo del 2,6% rispet-to al motore in classe EFF 2, e il moto-re lavora a pieno carico, il tempo dirientro dell’investimento è solo di ottomesi.Questo fa capire che più un motore lavo-ra a pieno carico, più il suo costo com-plessivo, dato dalla somma dei costi diacquisto, di manutenzione e di gestioneenergetica a lungo termine (tempo sti-mato di vita di un motore pari a circa 10anni), fa sì che il costo energetico sia digran lunga il più importante: circa il 95%del costo complessivo.


100%

95%

90%

85%

80%

75%

Rend

imen

to

1,51,1 2,2 3 4 5,5 7,5 11 15 18,5 22 30 37 45 55 75 90Potenza (kW)

EFF 1

EFF 2EFF 3

Motori elettrici

Figura 4 - Motori elettrici

Potenza motore in kW:

Prezzo medio motore EFF1:Prezzo medio motore EFF2:

Numero ore di funzionamento:Costo medio del kWh:

Formula utilizzata per il calcolo:

consumo = (P x C x h)/R

dove:P = potenza del motoreC = coefficiente di caricoh = ore annue di funzionamentoR = rendimento

Risparmio annuo:Payback (in anni):

3

280,00220,00

3.8400,10

40,231,5

€

€

€

€

Efficienza motore EFF1:Efficienza motore EFF2:

Consumo motore EFF1:Costo energetico motore EFF1:


Delta di costo tra i motori:

87,60%85,00%

13.150,681.315,07

13.552,941.355,29

60,00

kWh€

€

€

Vantaggi che si hanno installando un motore EFF1 rispetto ad un motore EFF2 con un utilizzoa medio carico del motore

ESEMPIO 1 - NUOVA INSTALLAZIONE A MEDIO CARICO

Tabella 2


Prezzo medio motore EFF1:Prezzo medio motore EFF2:






3

280,00220,00

7.6800,10

80,450,8

€

€

€

€




Delta di costo tra i motori:

87,60%85,00%

26.301,372.630,14

27.105,882.710,59

60,00

kWh€

€

€

Vantaggi che si hanno installando un motore EFF1 rispetto ad un motore EFF2 con un utilizzoa pieno carico del motore

ESEMPIO 2 - NUOVA INSTALLAZIONE A PIENO CARICO

Tabella 3


Prezzo medio motore EFF1:






3

280,00

7.6800,10

214,311,3

€

€

€




Costo motore EPP1:

87,60%81,00%

26.301,372.630,14

28.444,442.844,44

280,00

kWh€

€

€

Vantaggi che si hanno SOSTITUENDO un motore EFF3 rispetto ad un motore EFF1 con un utilizzoa pieno carico del motore

ESEMPIO 3 - SOSTITUZIONE

Tabella 4


63speciale energia

Esempio n. 3 (Sostituzione)Nell’esempio raffigurato in tabella 4, sinota che l’installazione di un nuovo mo-tore in classe EFF 3 al posto di uno delmedesimo tipo, ma riavvolto, produce ri-sultati interessanti. Con un semplicecalcolo si rileva che il tempo di rientrodell’investimento è ridotto a solo un an-no e quattro mesi.Nel caso descritto in tabella 5 è evidentecome il solo miglioramento del rendi-mento del motore porti quasi ad ammor-tizzare, nell’arco di un solo anno solare,l’intero costo del motore stesso.Se si vuole analizzare il problema anchedal punto di vista ecologico, utilizzandomeno energia, si emette in atmosferameno CO

2.

Gli inverterFino a questo momento abbiamo esami-nato la sostituzione di motori con altriad alto rendimento.La tecnologia offre, però, altre apparec-chiature che migliorano il rendimentodel motore, ne riducono ulteriormente iconsumi e permettono una migliore re-golazione; queste apparecchiature sichiamano “convertitori di frequenza” co-munemente noti come “inverter”.Con l’introduzione degli inverter, il ri-sparmio può aumentare in modo consi-derevole; secondo gli utilizzi e le appli-cazioni dei motori sui quali è montato, ilrisparmio può arrivare anche al 60%.L’inserimento di un inverter nel ciclo dilavoro di un motore consente di regolarela portata di un fluido (aria o acqua) va-riando solo ed esclusivamente il numerodi giri di questo e, di conseguenza, dellapompa o del ventilatore, sostituendo intal modo anche gli altri sistemi di rego-lazione fortemente dissipativi dal punto

di vista energetico, qualiserrande, by-pass, valvo-le a due, tre e quattro viemotorizzate.Immaginando, quindi, dirichiedere a qualsiasi si-stema, ove sia inseritoun motore, di scendere ametà della portata nomi-nale, in alcuni periodi difunzionamento, l’inverterdimezzerà la velocità delmotore e siccome la po-tenza varia con il cubodella velocità, l’assorbi-mento energetico scen-derà dal 100% a solo 1/8della potenza nominale.Nel grafico di figura 5, ri-portato a titolo esemplifi-cativo, si evidenzia la dif-ferenza di energia elettri-ca necessaria a montedel motore per fornirepari lavoro utile su unapompa centrifuga.La riduzione dei consumiè notevole, del 44%; inol-tre si otterrebbero altrimiglioramenti quali:• la riduzione dei costi di manutenzione;• la riduzione della rumorosità del mo-tore;• un fattore di potenza pari a 0,98 (ilmotore non deve essere più rifasato).Negli esempi riportati nelle tabelle 5 e 6,risulta molto chiaramente come, nel ca-so di inserimento in un impianto di uninverter per il controllo di un ventilatoree di una pompa, il payback sia limitato adieci mesi nel peggiore dei casi e a ottomesi nel migliore.Particolare attenzione dovrà essere po-

sta comunque atutti quegli inverterpreinstallati su mo-tori per pompe e/oventilatori che agi-scono su curve pre-stazionali già impo-state e dove l’arre-sto del motore deveavvenire con l’inser-zione di un moduloaggiuntivo che cau-sa un incrementodei costi e quindi un

ritardo nel payback.Nel caso in cui non s’installi un moduloaggiuntivo, infatti, il motore girerà a li-velli molto bassi, anche in regime distop; e siccome le leggi di affinità (quel-le su cui si basa il funzionamento degliinverter) non sono valide a rendimentidiversi, potremmo per assurdo far girareun motore a 12,5 Hz ma consumare inmodo identico ad un regime di rotazionepari a 25 Hz.

ConclusioniLa tecnologia offre attualmente un ven-taglio di possibilità per fare sì che il ri-sparmio energetico possa essere unarealtà e non sia confinato nel mondodelle buone intenzioni. Certo: l’aggiornamento continuo e la co-noscenza delle leggi, la cui interpreta-zione e applicazione sono da sempreimprese ardue, richiedono tempo e de-naro, ma un tale investimento darà nellungo periodo i suoi frutti sia per quantoriguarda i consumi sia per quanto riguar-da la non meno importante salvaguardiaambientale.

DIFFERENZE TRA MOTORE SEMPLICE E MOTORE CON INVERTER

270% Perdite nel motore

250% Perdite nella pompa

160% Perdite nella valvola

100%

Potenza necessaria 270%

Potenza utile

M155% Perdite nell’inverter

150%

Perdite nella pompa140%

Perdite nel motore

100%

Potenza necessaria 155%

Potenza utile

M

Figura 5


Prezzo motore con inverter:Prezzo motore senza inverter:






11,00

2.000,001.050,00

6.0000,10

1.431,510,6

€

€

€

€

Efficienza motore con inverter:Efficienza motore senza inverter:

Consumo motore con inverter:Costo energetico motore con inverter:Coefficiente di carico motore con inverter:

Consumo motore senza inverter:Costo energetico motore senza inverter:Coefficiente di carico motore senza inverter:

Delta consumo tra i motori:Delta di costo tra i motori:

87,60%87,60%

61.027,406.102,74

0,81

75.342,477.534,25

14.315,07950,00

kWh€

€

€

1

Vantaggi che si hanno installando un inverter per una pompa

Tabella 5


Prezzo motore con inverter:Prezzo motore senza inverter:






7,50

1.500,00700,00

6.0000,10

976,030,8

€

€

€

€

Efficienza motore con inverter:Efficienza motore senza inverter:

Consumo motore con inverter:Costo energetico motore con inverter:Coefficiente di carico motore con inverter:

Consumo motore senza inverter:Costo energetico motore senza inverter:Coefficiente di carico motore senza inverter:

Delta consumo tra i motori:Delta di costo tra i motori:

87,60%87,60%

41.609,594.160,96

0,81

51.369,865.136,99

9.760,27800,00

kWh€

€

€

1

Inverter - Vantaggi che si hanno installando un inverter per un ventilatore

Tabella 6


Per la realizzazione di questo numero speciale si ringraziano gli autori (in ordine alfabetico)

giuseppe bear zi perito nautico, giornalista e scrittore

roberto borgonovoperito industriale elettrotecnico, libero professionista

berardino cantal inipresidente del CNPI - consiglio nazionale dei periti industriali e dei periti industriali laureati

att i l io carot t iprofessore presso il dipartimento di ingegneria strutturale del politecnico di milano

claudia chi t i ingegnere civile, responsabile tecnico-commerciale knauf, membro gruppi di lavoro UNI di reazione e resistenza al fuoco

sergio colombolibero professionista, presidente del collegio dei periti industriali e dei periti industriali laureati delle province di milano e lodi

claudio crudoresponsabile tecnico divisione idrotermosanitaria rehau

f rancesco fontanaingegnere ufficio tecnico kloben

massimo gambaperito industriale elettrotecnico, libero professionista, membro del CEI CT 82 “sistemi fotovoltaici”

massimo gozzi ingegnere meccanico ad indirizzo energetico, project manager settore cogenerazione e teleriscaldamento da fonti convenzionali e rinnovabili

costant ino parlani perito industriale elettrotecnico, consulente tecnico nel settore impianti elettrici, direzione lavori, sicurezza ai sensi del D. Lgs. n. 494/96

alberto pietra ingegnere ufficio tecnico kloben

giovanni raimondiniingegnere, coordinatore del gruppo di lavoro cti-cig per la revisione della UNI 10389 “generatori di calore - misurazione in opera del rendimento di combustione”

david savoiaperito industriale, libero professionista

f ranco somaperito industriale, libero professionista, componente commissione nazionale impianti tecnologici del cnpi e delegato italiano al CEN TC 228

giovanni s t imamigl ioingegnere meccanico, libero professionista

Si ringraziano gli sponsor:

BASF I ta l ia S.r. l - Sestaenergia pag. 39BASF - The Chemica l Company pag. 29EDITORIALE DELFINO S.r. l . pag. 64ENERGY POINT pag. 47FERROLI S.p.A. pag. 21GASPERI FLAVIO - Energie a l ternat ive pag. 35HOVAL ITALIA S.r. l . pag. 17KNAUF S.a .s . pag. 43MASCHERPA Tecnologie Gest ional i S . r. l . pag. 59OVA G. Barge l l in i S .p.A. pag. 51REHAU S.p.A. pag. 25SIAC a Company of SIEL Group pag. 55SIEMENS S.p.A. pag. 9

S U P P L E M E N T O A L L A R I V I S TA I L P E R I T O I N D U S T R I A L E N . 4 / 2 0 0 7 - O R G A N O D I S TA M PA D E I P E R I T I I N D U S T R I A L I E D E I P E R I T I I N D U S T R I A L I L A U R E AT I - A N N O 6 9 - L U G L I O / A G O S T O 2 0 0 7

A S S O C I A Z I O N E P E R I T I I N D U S T R I A L I D I M I L A N O - V I A D E L C A R R O C C I O , 6 - 2 0 1 2 3 M I L A N O

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Speciale Energia (rivista-Perito-Industriale)

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