Risparmio energetico - Infobuildenergia

Indice:

L'isolamento termico
Resistenza termica e trasmittanza
Sfasamento e attenuazione termica

Una risposta adeguata alla problematica dell'inquinamento è quella di aggiungere alla parte strutturale e al rivestimento di un edificio, un isolante termico che contrasti la dispersione energetica, aumenti il comfort abitativo, contenendo i costi in modo significativo.

L'isolamento termico

L'isolamento termico è senz'altro il sistema di risparmio energetico più efficace ed economico, dal momento che i costi di investimento si recuperano in pochi anni di esercizio del prodotto. Un KWh risparmiato grazie ad un'adeguata coibentazione termica, vale più di un kWh prodotto dalla più efficiente caldaia, poiché la vita dei materiali termoisolanti è più lunga di quella degli impianti. Isolare significa impedire il transito di energia tra corpi o ambienti. In termini di isolamento termico vuol dire gestire il comportamento dei flussi di calore nell'ambiente dove l'essere umano vive abitualmente. Ne consegue che il materiale isolante ideale dovrebbe avere la caratteristica di non lasciarsi attraversare facilmente da questo flusso termico. Il trasferimento di calore verso l'esterno in inverno e viceversa in estate, è tanto più limitato quanto più il materiale ha bassa conducibilità termica (lambda). Ogni materiale è caratterizzato da un proprio valore costante di conducibilità. Quanto più il coefficiente lambda (espresso in W/mK a 10°C) è basso, tanto più il materiale isolante è efficace.

Resistenza termica e trasmittanza

Gioca un ruolo importante anche lo spessore del materiale: tanto più esso è elevato, tanto maggiore sarà la resistenza termica (R). Dal rapporto fra lo spessore e il lambda dell'isolante si ottiene il valore di questa resistenza termica R espressa in m²K/W.

Per ottenere la prestazione globale termica di un edificio, si sommano le resistenze termiche dei materiali che la compongono, compresi i rivestimenti interni ed esterni. In una parete, ad esempio, troviamo presenti materiali di struttura quali mattoni, laterizi, legno, cemento armato, acciaio, ecc. che hanno valori di conducibilità estremamente alti e conosciuti. L'elemento che può fare la differenza nella struttura è il tipo di isolante termico ed il suo dimensionamento. L'isolante, infatti, sopperisce in altissima percentuale al contenimento del flusso termico. Basti pensare che, in media, 5 cm di isolante (PUR) equivalgono a circa 60 cm di laterizio o 2 m di calcestruzzo. La somma di questi dati ci permette di calcolare il coefficiente di trasmissione termica globale di una struttura (il valore di trasmittanza U), ad esempio di una parete, che è il valore inverso della resistenza totale, espresso in W/m²k, così come richiesto dalle leggi vigenti in materia. La U non è altro che la quantità di calore che, nell'unità di tempo (h), passa attraverso l'unità di superficie (m²), quando la differenza di temperatura tra le due facce è di un grado Kelvin (k).

Il coefficiente tiene conto degli effetti di scambio dell'aria sulle due facce ed ha il seguente valore (03) essendo alfa2 i coefficienti di adduzione dell'aria interna ed esterna.

[caption id="" align="aligncenter" width="630"]

Tabella per il calcolo della resistenza termica[/caption]La norma europea di riferimento del prodotto "Polistirene Estruso - XPS" è la UNI - EN 13164; quella di riferimento del Poliuretano Espanso è la UNI - EN 13165. Queste norme fanno riferimento sia alle prove a cui va sottoposto il prodotto obbligatoriamente, sia a quelle facoltative; tali norme fanno riferimento alle dimensioni dei campioni da testare, alla frequenza con cui effettuare le prove, nonché alla classificazione dei prodotti in base ai risultati raggiunti dalle prove. Nel caso della prova di conduttanza termica (λ), questa norma europea specifica che il produttore deve elaborare annualmente una statistica con tutti i risultati di conducibilità termica ottenuti giornalmente dal controllo interno di produzione. Il valore della statistica è il valore che deve dichiarare il produttore nella sua Dichiarazione di Conformità CE. Per questo motivo, ogni produttore è obbligato a presentare la dichiarazione di conformità CE del prodotto. Il valore di conducibilità termica, nella maggior parte dei casi, è diverso a seconda che sia calcolato al momento della produzione, o successivamente in fase di prova (conducibilità invecchiata). Il valore della conducibilità aumenta nel tempo, fino a stabilizzarsi. Quest'ultimo valore è il valore della conducibilità termica invecchiata. (dichiarata) In definitiva, il valore che c'interessa è il valore invecchiato, poiché il produttore è tenuto a dichiarare il valore di conducibilità che avrà il materiale al momento della posa in opera. Il tempo di stagionatura, passato il quale va calcolato il valore di conducibilità termica dichiarata, è definito dalla normativa in oggetto:

Per PUR, il test di conducibilità termica si effettuerà 175 giorni dopo la produzione.
Per XPS:
- di spessore tra 20mm e 70mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 90 giorni dopo la produzione.
- di spessore tra 80mm e 120mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 50 giorni dopo la produzione.
- di spessore superiore a120mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 30 giorni dopo la produzione.

Il produttore deve disporre di almeno dieci risultati di prove di conducibilità termica, ottenuti mediante misurazioni dirette interne (o esterne) al fine di calcolare i valori dichiarati. I valori dichiarati si devono ricalcolare trimestralmente, al fine di assicurare che il valore dichiarato sia corretto. Il valore di conducibilità termica ottenuto dalla statistica si deve arrotondare per eccesso, esattamente di 0.001 W/mK e si dichiarerà ad intervalli di 0.001 W/mK. Per esempio, se il risultato della statistica è 0.033645 W/mK, il valore dichiarato dovrà essere 0.034 W/mK. La Conducibilità Termica è una proprietà fisica dei materiali che misura la capacità di conduzione del calore. Un isolante termico è un materiale usato in edilizia (e non solo) e caratterizzato dal fatto di essere una barriera al passaggio del calore, (ha cioè poca capacità di condurre il calore). Tanto migliore è un isolante termico, migliore sarà il suo valore di conducibilità termica. Per esempio, se abbiamo due isolanti termici, dello stesso spessore, uno con conducibilità termica di 0.034 W/mK e l'altro di 0.036 W/mK, l'isolante termico migliore sarà quello con il valore minore di conducibilità termica 0,034 W/mK. Sarà cioè l'isolante che, a parità di spessore, si lascia attraversare da un minore flusso di calore. La Resistenza Termica di un materiale rappresenta la capacità del materiale di opporsi al flusso di calore. Un isolante termico è caratterizzato da un'alta resistenza termica. Tanto migliore è un isolante termico, maggiore sarà il suo valore di resistenza termica. La resistenza termica si calcola nel modo seguente: Spessore (m) Rt = __________________________________ (Unità: m2K/W) Conducibilità termica statistica (W/mK) Il valore della resistenza termica va arrotondato per difetto allo 0.05 m2K/W successivo, e si dichiara per livelli, con intervalli di 0.05 m2K/W. Per esempio, se l'isolante ha uno spessore di 80 mm, ed una conducibilità termica di 0.036 W/mK, la resistenza termica calcolata sarà pari a 2.22 m2K/W e la resistenza termica dichiarata sarà 2.20 m2K/W (arrotondamento per difetto). Molte volte, invece di dichiarare una conducibilità termica, spessore per spessore, si dichiara un unico valore per gruppo di spessori. Ad esempio si dichiara una conducibilità di 0.034 W/mK per spessori di 50mm e 60mm. Questo non assicura che lo spessore 50mm abbia una conducibilità di 0.034 W/mK, così come che ce l'abbia lo spessore 60mm. Può essere che lo spessore 50mm abbia una conducibilità termica più bassa (mai un valore più alto del dichiarato) ma che, facendo una media con il valore dello spessore 60 mm, il dato peggiori. In ogni modo, benché si dichiari un valore di conducibilità termica peggiore, al momento di calcolare la resistenza termica si dovrà tenere in conto il valore reale di conducibilità termica dello spessore relativo. Ad esempio, se lo spessore 50mm che si trova nel gruppo di conducibilità termica 0.034 W/mK, avesse una conducibilità termica reale pari a 0.033 W/mK, il calcolo della resistenza termica sarebbe: Rt= 0.050/0.033=1.51, Rdichiarata=1.50 m2K/W.

Come detto precedentemente, benché la norma di prodotto obblighi solamente alla redazione della dichiarazione di conformità CE, EDILTEC® effettua comunque ogni anno, un'ispezione di qualità del prodotto, effettuata da parte di un ente certificatore estreno: l'istituto tedesco FIW, istituto di grande prestigio a livello europeo. Nel corso di questa ispezione annuale, il FIW sceglie dei campioni rappresentativi della produzione X-FOAM® o POLIISO® e li analizza nel suo laboratorio, emettendo alla fine i risultati.

[caption id="" align="aligncenter" width="630"]

Confronto tra valori di conducibilità termica di vari materiali[/caption]

Sfasamento e attenuazione termica

Con sfasamento termico si indica la differenza di tempo fra l'ora in cui si registra la massima temperatura sulla superficie esterna della struttura, e l'ora in cui si registra la massima temperatura sulla superficie interna della stessa. Il valore ottimale dello sfasamento è di 12 ore; è importante avere uno sfasamento termico di almeno 8 ore o comunque non minore di 10 ore nelle zone con climi estivi più impegnativi. Con tali valori di sfasamento il calore entrerà all'interno dell'abitazione nelle ore notturne, durante le quali può essere smaltito con il ricambio d'aria. Il valore dello sfasamento termico, spesso trascurato nella progettazione convenzionale, è certamente importante per determinare il comfort termico estivo e, come tale, ha importanti ripercussioni anche in termini di risparmio energetico. In estate, il calore accumulato dall'involucro, viene rilasciato gradualmente all'interno degli ambienti con un ritardo di tempo che attenua e rimanda il picco di calore e riduce, quindi, la necessità del raffrescamento. Gli effetti positivi dell'inerzia termica sono quantificabili attraverso il parametro dello sfasamento e attraverso quello del fattore di decremento o attenuazione, che rappresenta il rapporto tra la variazione di temperatura esterna ed il flusso che è necessario somministrare all'interno per mantenere costante la temperatura interna. In tal senso esso può essere assunto come "indice delle dispersioni termiche" (o, meglio, dei consumi). Il DPR n. 59 del 2 aprile 2009, recante il Regolamento che definisce le metodologie di calcolo e i requisiti minimi per la prestazione energetica degli edifici e degli impianti termici, entrato in vigore il 25 giugno 2009,permette l'utilizzo di tecniche costruttive e di materiali aventi bassa massa, purché questi permettano di contenere le oscillazioni della temperatura degli ambienti, in funzione dell'andamento dell'irraggiamento solare. La massa infatti non è l'unico mezzo per garantire il benessere estivo: anche l'elevata resistenza termica o il ricorso a strutture con intercapedini ventilate possono garantire pari o migliori prestazioni rispetto alla massa. La nuova impostazione del DPR 59 prevede che, tenendo fermi i limiti di trasmittanza termica (U) nelle varie zone climatiche e i valori di irradianza al suolo, già previsti dal D.Lgs. 192/05, si valutino parametri e prestazioni diverse per le pareti e le coperture che si trovano in tutte quelle aree con irradianza maggiore di 290 W/m²:

Per pareti verticali, non orientate a Nord, Nord/Ovest, Nord/Est, il progettista può scegliere se adottare strutture dotate di massa superficiale superiore ai 230 kg/m2 o strutture caratterizzate da un valore di trasmittanza termica periodica < 0.12 W/m2K.
Per pareti opache orizzontali ed inclinateè invece previsto il solo rispetto del limite della trasmittanza termica periodica < 0.20 W/m2K.

In sintesi:

In tutte quelle zone (le aree più fredde) che non superano il limite di irradianza di 290 W/m², posso costruire strutture pesanti o strutture leggere, senza tenere in alcuna considerazione il correttivo del valore di trasmittanza termica periodica su esposto; in altri termini l'unico valore di cui dovrò tenere conto nel calcolo progettuale è il valore limite 2010 della trasmittanza a seconda del tipo di struttura e della mia zona climatica.
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una parete pesante (cioè con massa superiore a 230 kg/m²), non devo tenere conto del correttivo del valore di trasmittanza termica periodica, ma solo del valore limite 2010 della trasmittanza termica (U) a seconda del tipo di struttura e della mia zona climatica.
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una parete leggera (cioè con massa inferiore a 230 kg/m²), allora devo tenere conto del correttivo della trasmittanza termica periodica, che deve essere < 0.12 W/m2K, oltre a rispettare il valore limite 2010 della trasmittanza termica (U).
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una copertura, leggera o pesante che sia, oltre a tenere in conto il valore limite 2010 della trasmittanza termica (U), devo anche applicare il correttivo della trasmittanza termica periodica, che dovrà essere < 0.20 W/m2K.

La Trasmittanza termica periodica (Yi,e), non è altro che un parametro che esprime la capacità di un componente edilizio di attenuare e sfasare nel tempo il flusso termico proveniente dall'esterno che lo attraversa nell'arco delle 24 ore: è una delle proprietà termo-dinamiche che caratterizza l'inerzia termica dell'involucro edilizio e gioca un ruolo importante nei confronti dei carichi termici esterni che lo attraversano. Le strutture verticali non oggetto di irraggiamento solare consistente (quadrante nord, nord-est e nord-ovest) sono escluse dal rispetto di tali limiti. Come isolamento termico in coperture leggere, vengono spesso impiegati materiali caratterizzati da elevata massa superficiale, perché spesso permettono di raggiungere il valore di massa superficiale stabilita. Questo argomento oggi non ha più ragione d'essere poiché nelle coperture i valori che vanno rispettati sono solo 2, bensì il valore limite 2010 di U e il valore di trasmittanza periodica Yie >0,20 W/m²K. In conclusione, isolanti termici come il poliuretano espanso ed il polistirene estruso, facendo i calcoli opportuni della trasmittazna termica periodica, Yie, si potranno tranquillamente impiegare anche laddove vi sia il problema della massa e, ricordiamoci, con il vantaggio di avere valori di conducibilità termica nettamente migliori di quelli di molti altri tipologie di isolanti termici. [post_title] => Resistenza termica e contenimento del flusso termico [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => il-contenimento-del-flusso-termico-e-la-resistenza-termica [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2022-08-17 17:04:24 [post_modified_gmt] => 2022-08-17 15:04:24 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/il-contenimento-del-flusso-termico-e-la-resistenza-termica/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw ) [1] => WP_Post Object ( [ID] => 60690 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-11-25 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-11-24 23:00:00 [post_content] => Exergia

Indice degli argomenti:

Il bilancio exergetico
Bilancio exergetico di un sistema aperto
Forme di exergia
Exergia relativa al trasferimento di calore
Definizioni di efficienza exergetica
Coefficiente di exergia utilizzabile
Exergia "calda" ed exergia "fredda"
Exergia radiante
Processo exergia-entropia del sistema ambientale globale
Processi exergia-entropia dei sistemi passiv"
Calcolo di exergia per il riscaldamento
Calcolo di exergia per il raffrescamento

L'exergia è il concetto termodinamico che ci permette di individuare ciò che è consumato da tutti i sistemi in funzione. Analizziamone il processo. In poche parole l'exergia quantifica il potenziale di energia e materia da disperdere nel corso della diffusione nell'ambiente mentre l'entropia è il concetto che quantifica lo stato di dispersione, e fino a che punto l'energia e la materia in questione vengono disperse. Il metodo dell'analisi exergetica, basato sulla combinazione della prima e della seconda legge della termodinamica, si presenta come l'anello mancante che serviva per raggiungere la comprensione e la visualizzazione di tutti i flussi energetici in un edificio. Prendiamo in considerazione un sistema costituito da un semplice involucro edilizio, come mostrato in figura. Supponiamo una condizione stazionaria in cui il lato destro del sistema sia più caldo di quello sinistro. [caption id="" align="aligncenter" width="362"]

Flussi di energia, exergia, entropia attraverso un involucro edilizio in condizioni di regime stazionario[/caption]

L'energia che viene ceduta dall'edificio all'ambiente è accompagnata non solo da un decremento di exergia ma anche da un aumento di entropia (Shukuya e Hammache, 2002). L'aumento dell'entropia è proporzionale al consumo dell'exergia e la costante di proporzionalità è la temperatura ambientale espressa nella scala Kelvin secondo la formula di Gouy-Stodola. Liberarsi dell'entropia generata dal sistema crea lo spazio per un nuovo apporto di exergia e che verrà nuovamente consumata.

Il processo descritto viene chiamato Processo Exergia-Entropia e costituisce un ciclo le cui fasi fondamentali sono:

apporto di exergia
consumo di exergia
generazione dell'entropia
eliminazione dell'entropia

Ogni sistema in funzionamento compie questi quattro passaggi in questa sequenza ed in maniera ciclica. I sistemi di riscaldamento e raffrescamento non costituiscono un'eccezione.

Il bilancio exergetico

Una delle maggiori applicazioni del concetto di exergia è l'uso del bilancio exergetico. Per il principio di conservazione dell'energia, il bilancio energetico può essere espresso nel seguente modo:

Poiché vengono qui assunte condizioni di stazionarietà, non vi è accumulo di energia e quindi l'equazione assume una forma più semplice:

In secondo luogo esprimiamo l'equazione dell'entropia in maniera conforme alle due equazioni sopra espresse. La somma dell'entropia entrante e di quella generata deve essere in parte accumulata e in parte uscire dal sistema. Perciò l'equazione del bilancio dell'entropia può essere così espresso:

Poiché abbiamo assunto condizioni stazionarie, non vi è accumulo di entropia così come non ve ne era di energia. Perciò l'equazione sopra scritta diventa:

Combinando insieme le equazioni di bilancio dell'energia e dell'entropia possiamo ricavare l'equazione di bilancio dell'exergia. L'entropia (o tasso di entropia) ha una dimensione di J/K (o W/K) e l'energia (o tasso di energia) ha una dimensione di J (o W). Quindi abbiamo bisogno di un accorgimento per combinare le due equazioni. Il livello di energia dispersa della risorsa può essere espresso come prodotto tra l'entropia contenuta dalla risorsa e la sua temperatura ambientale nella scala Kelvin. Quindi l'equazione di bilancio dell'entropia può essere così riscritta:

dove T_o è la temperatura ambientale. Il prodotto dell'entropia per la temperatura ambientale è detto anergia, e indica l'energia dispersa. Detto ciò, l'equazione di sopra può espressa nella forma seguente di equazione di bilancio dell'anergia:

Appurato che l'anergia è una parte di energia già dispersa, allora l'altra parte non è ancora dispersa. Mettendola in un'altra maniera, l'energia consta di due parti: una parte dispersa e una parte che può disperdere. La seconda parte è exergia. Ora eseguiamo la differenza fra le due equazioni di bilancio dell'energia e di bilancio dell'anergia. Questa operazione ci fornisce

Introducendo la grandezza definita exergia, diciamo che la generazione di anergia è equivalente al consumo di exergia. L'equazione qui sopra può essere dunque ridotta alla forma:

Questa è l'equazione di bilancio dell'exergia di un sistema in condizioni stazionarie. L'exergia consumata, che è equivalente all'anergia generata, è il prodotto dell'entropia generata per la temperatura ambientale:

L'exergia consumata è quindi proporzionale all'entropia generata secondo la costante proporzionale della temperatura ambientale.

Bilancio exergetico di un sistema aperto

Il bilancio exergetico di un sistema aperto in stato di equilibrio, presentato attraverso una regione di controllo delimitata da precisi contorni, è:

Il flusso exergetico entrante nella regione di controllo E_in è sempre maggiore del flusso exergetico uscente E_out. La differenza tra i due flussi rappresenta la quantità di exergia persa durante il processo, ed è chiamata tasso di irreversibilità I. La relazione di Gouy-Stodola stabilisce che il tasso di irreversibilità di un processo è il prodotto della quantità dell'entropia generata S_gen, per tutti i sistemi partecipanti al processo, e la temperatura dell'ambiente T₀.

I termini e_i ed e_o rappresentano l'exergia specifica in ingresso e in uscita. Ricordando che m rappresenta la massa del volume del flusso entrante o uscente, si ha che l'exergia specifica, o exergia massica, è data da:

Forme di exergia

Exergia relazionata al trasferimento di lavoro. Avendo definito l'exergia come il massimo lavoro potenziale, il lavoro risulta equiparabile all'exergia sotto ogni punto di vista: E_W = W Exergia relazionata al trasferimento di calore. Supponendo la distribuzione uniforme di temperatura in un serbatoio di energia termica, il tasso di trasferimento di exergia E^Q, relativo al tasso di trasferimento di calore Q, può essere calcolato con la seguente formula:

dove: T₀ è la temperatura ambiente che è impostata a 298,15 K T_r è la temperatura di partenza di riscaldamento

è la temperatura energetica adimensionale (detta anche fattore di qualità q). Se ad esempio consideriamo un semplice sistema costituito da un serbatoio di calore a temperatura T1 immerso in un ambiente a temperatura T₀

Il termine

è l'exergia della quantità di calore Q₁ disponibile alla temperatura T1 e rappresenta il lavoro massimo che si può ottenere in una macchina che realizza il ciclo reversibile di Carnot con T0 < T1. Quando q è molto elevato, l'exergia E^Q è elevata, tuttavia le perdite del sistema sono di grandi dimensioni. Questa condizione si verifica tanto più T_r è maggiore di T₀. Invece, quando q è basso, il trasferimento exergia E^Q è basso, ma risultano piccole le perdite nel sistema. Questa condizione si verifica quando il calore Q_r viene fornito ad una temperatura T_r vicina a T₀. La figura presenta il fattore di qualità (q) in funzione della temperatura (Tr) e mostra che q è molto più basso per le pompe di calore che per l'energia elettrica o di combustibili fossili (fonti energetiche high valued).

Exergia relativa al trasferimento di calore

Exergia relazionata al flusso di materia in stato stazionario. Il tasso di trasferimento di exergia (flusso di exergia nell'unità di tempo) associato ad un flusso stazionario di materia può essere calcolato con la seguente formula:

rappresenta il tasso di exergia cinetica;

rappresenta il tasso di exergia potenziale (gravitazionale);

rappresenta l'exergia termo-meccanica basata sulla temperatura e sulla pressione del flusso;

rappresenta l'exergia chimica basata sui potenziali chimici dei componenti del flusso. Exergia fisica. L'exergia fisica rappresenta il lavoro massimo ottenibile quando si porta il sistema, attraverso un processo reversibile, dallo stato in cui si trova (T, P) a quello neutro di riferimento a (T₀ e P₀), attraverso scambi di calore soltanto con tale stato. La formula specifica di exergia fisica è:

Per i gas perfetti con C_p costante si ha:

Per solidi e liquidi quando ammettono un calore specifico costante:

dove v_m è il volume specifico determinato alla temperatura T₀.

Definizioni di efficienza exergetica

È possibile definire varie espressioni di efficienza exergetica per processi che avvengono in condizioni stazionarie. Efficienza exergetica convenzionale. La più semplice forma di efficienza exergetica è l'efficienza exergetica convenzionale definita come il rapporto tra il flusso totale di exergia uscente e il flusso totale di exergia entrante:

che può essere espressa come:

Vediamo un esempio pratico. Consideriamo uno scambiatore di calore adiabatico in cui avvenga un trasferimento di calore da un mezzo a temperatura T₁ ad un altro alla temperatura T₂, entrambi immersi in un ambiente a temperatura T₀. Si ha che: T₁ > T₂ > T₀. Se indichiamo con Q la quantità di calore scambiato nell'unità di tempo, l'exergia entrante nel sistema è:

mentre l'exergia uscente vale:

Dunque il rendimento è:

Il fatto che la trasformazione in questo caso sia irreversibile, implica infatti una perdita di exergia ΔE, quindi una perdita di energia utilizzabile. La perdita di exergia sarà:

Ponendo: DT = T1 - T2

Da questo esempio si può trarre una conclusione importante: la perdita di exergia dovuta alla trasmissione è tanto maggiore quanto più alta è la differenza tra la T₁ e la T₂, e si accentua quanto più piccola è T₁ e maggiore è il ΔT. L'efficienza exergetica convenzionale può essere utilizzata per tutti gli impianti di processo e di unità (singoli dispositivi). Sfortunatamente, essa dà una buona impressione della perfezione termodinamica di un sistema solo quando tutti i componenti del flusso exergetico in entrata sono trasformati in altri componenti. L'efficienza exergetica tradizionale in una centrale energetica è espressa come:

Quando tutti i componenti dei flussi di exergia in entrata non vengono trasformati in altri componenti, i componenti non trasformati danno la falsa misura delle prestazioni degli impianti di processo o di unità.

Coefficiente di exergia utilizzabile

Il coefficiente di exergia utilizzabile (2) è una forma di efficienza, che può essere intesa come un miglioramento dell'efficienza exergetica tradizionale, poiché sottrae i componenti non trasformati dai flussi in entrata e in uscita. L'input di exergia, cioè l'exergia totale in ingresso E_in, in un sistema reale è sempre più alto del suo output di exergia E'', in quanto una determinata quantità di exergia , I_int, è sempre persa, o distrutta, all'interno del sistema a causa dell'irreversibilità termodinamica del sistema stesso. Come si vede in figura, una parte dell'exergia in uscita dal sistema E'' può dissipare nell'ambiente, per esempio sotto forma di perdite di calore, spreco delle acque luride o effluenti del fumaiolo.

Presentazione grafica dell'equilibrio exergetico globale

Questa exergia sprecata, non più utilizzabile dai processi successivi, costituisce le perdite esterne, I_ext. È dunque più appropriato, dal punto di vista delle operazioni a valle, considerare l'exergia in uscita che rimane utilizzabile, E_out, piuttosto che la E", cioè l'exergia totale in uscita. Solo parte dell'exergia utilizzabile E_out è prodotta dal sistema; chiamiamo questa frazione exergia prodotta E_p. Il resto dell'exergia che lascia il sistema con il flusso di exergia utilizzabile è quella parte dell'exergia in ingresso che ha semplicemente attraversato il sistema senza subire alcuna trasformazione: la chiamiamo exergia transitante, o exergia di passaggio E_tr. Sulla base di queste osservazioni è stato definito un nuovo coefficiente di efficienza termodinamica, il coefficiente di exergia utilizzabile η_u (Sorin e altri, 1998). L'efficienza exergetica che tiene conto dell'exergia di passaggio è definita come segue:

Qui E_tr è il tasso di energia di passaggio, E_pu è il tasso di exergia prodotta utilizzabile e E_c il tasso di exergia consumata.

Exergia "calda" ed exergia "fredda"

La quantità di exergia contenuta in una sostanza varia con la sua temperatura ed anche con la temperatura dell'ambiente circostante. Il grafico in figura mostra un esempio di exergia termica contenuta nell'aria di una stanza di 81m³ (6m*5m*2,7m), nel caso in cui la temperatura ambientale sia di 288 K (=15°C).

La formula matematica che genera il grafico è la seguente:

in cui: X_r : exergia termica contenuta dal volume dell'aria di una stanza [KJ] c_air : calore specifico dell'aria [KJ/(kg*K)] m_air : massa d'aria della stanza [kg] T_r : temperatura dell'aria all'interno della stanza espressa in K T₀ : temperatura esterna espressa in K. Si ipotizza che il valore di cair sia di 1005 KJ/(kg*K), mentre si trova che il valore di mra è di 97.2 kg (=1.2 kg/m3 *6 m * 5 m * 2.7 m). L'exergia contenuta nell'aria di un ambiente, nel caso in cui questa si trova ad una temperatura maggiore di quella circostante, consente all'energia termica di disperdersi nell'ambiente. D'altra parte, l'exergia contenuta nell'aria di un ambiente, nel caso in cui questa si trova ad una temperatura inferiore a quella dell'ambiente circostante - e dunque nel caso in cui all'interno ci sia un deficit di energia termica rispetto all'ambiente esterno - consente all'energia termica di fluire all'interno. Nel primo caso parleremo di exergia "calda" e nel secondo di exergia "fredda". Entrambe sono delle variabili di stato. La direzione del flusso di energia cambia a seconda del profilo della temperatura, in base al fatto che la temperatura interna sia maggiore o minore di quella esterna; invece la direzione del flusso di exergia è sempre la stessa, dall'interno verso l'esterno. Ciò che cambia è il fatto che il flusso exergetico può essere costituito da exergia calda o fredda a seconda che la temperatura interna sia maggiore o minore di quella esterna.

Exergia radiante

La figura mostra un esempio di exergia radiante emessa da una superficie nera di 1 m2 nel caso in cui la temperatura dell'ambiente risulti essere di 293 K (=20°C).

La formula matematica che genera il grafico è questa:

in cui: X_rad : exergia radiante termica emessa dalla superficie della parete per l'area [W/m2] e_m : emettenza della superficie σ : costante di Stephan-Boltzmann (5.67*10-8) [W/m2 K4] T_s : temperatura di superficie in Kelvin T₀ : temperatura esterna di Kelvin, ovvero la temperatura della stanza Il valore di T₀ viene considerato pari a 293 K (=20°) mentre il valore di e_m è uguale a 1, cioè consideriamo la superficie nera. Supponendo che ci sia un pannello radiante di 2 m² con una temperatura superficiale di 40°C, questo pannello emetterebbe 9 W di exergia radiante "calda". Se la temperatura superficiale scendesse da 40°C a 30°C l'exergia radiante "calda" precipiterebbe drasticamente da 9 W a 2 W. In caso di una sorgente fredda costituita da una temperatura superficiale di 6°C, il pannello emetterebbe un'exergia radiante fredda di 4 W. Se la temperatura superficiale salisse da 6°C a 14°C, l'exergia fredda scenderebbe drasticamente da 4 W a 0,2 W.

Processo exergia-entropia del sistema ambientale globale

L'atmosfera vicina alla terra riceve tutta l'entropia che viene generata e scartata da tutti i sistemi che riguardano l'illuminazione, il riscaldamento e il raffrescamento dell'ambiente edificato. Dato che l'entropia contenuta in una sostanza è funzione della temperatura e della pressione, la temperatura atmosferica vicino alla terra dovrà aumentare se l'atmosfera stessa continua a ricevere entropia scartata dai diversi sistemi. Tuttavia ciò che avviene realmente in natura è diverso; la temperatura atmosferica media è pressoché costante di anno in anno. Ciò è dovuto al fatto che l'atmosfera ha un processo di exergia-entropia che funziona nutrendosi e consumando exergia solare, pertanto producendo entropia che in seguito smaltisce nell'Universo. Possiamo definire tutto ciò un Sistema ambientale globale. La Terra riceve un'exergia solare di 220.7 W/m² e un'exergia radiante "fredda" di 102.2 W/m² dall'universo. Queste exergie vengono tutte consumate prima o poi nell'alta atmosfera o nella bassa atmosfera. La quantità totale di entropia generata è data dalla differenza di flusso dell'entropia in ingresso e in uscita attraverso la superficie di confine della parte superiore dell'atmosfera. [caption id="" align="aligncenter" width="465"]

Processo exergia - entropia del sistema ambientale globale rappresentato mediante una struttura a nido (Sukuya, 2003)[/caption] Una parte dei 102.2 W/m² di exergia radiante "fredda" che provengono dall'universo permette al sistema ambientale globale di avere un flusso di entropia in uscita di 1.239 W/(m²K). La quantità di exergia radiante "fredda", 102.2 W/m², è di vitale importanza in aggiunta all'exergia solare, perché è l'exergia che spazza via tutta l'entropia generata all'interno dell'alta e della bassa atmosfera. Processi exergia-entropia dei sistemi passivi

Sono qui elencate le caratteristiche generali di sei sistemi passivi dal punto di vista del processo exergia-entropia. Come suggerito prima, una progettazione passiva razionale dovrebbe essere il prerequisito per realizzare sistemi a bassa exergia per il riscaldamento e il raffrescamento.

Illuminazione diurna
Riscaldamento passivo
Schermature
Raffrescamento con ventilazione
Acqua vaporizzata
Compostaggio (riduzione in concime dei rifiuti)

Calcolo di exergia per il riscaldamento

Vengono messi a confronto tre esempi numerici del consumo di exergia durante l'intero processo di riscaldamento di un ambiente interno partendo dalla centrale elettrica passando per la caldaia fino all'involucro edilizio assunto in moto stazionario, come mostrato in figura.

Il primo caso ipotizza che l'isolamento termico del sistema di involucro edilizio sia scarso. Il secondo caso invece ipotizza che l'isolamento termico dell'involucro edilizio sia migliorato mediante una combinazione di doppi vetri e una muratura esterna con un isolamento migliore. Il terzo caso ipotizza in più che l'efficienza della caldaia sia migliorata fino al limite massimo possibile. Il consumo di exergia all'interno dell'impianto della caldaia è il maggiore fra i consumi di tutti i sotto sistemi. Il consumo di tanta exergia è inevitabile quando si ricava exergia termica tramite un processo di combustione dell'exergia chimica contenuta nell'LNG (gas naturale liquefatto). A causa di ciò, si potrebbe pensare che il miglioramento dell'efficienza della caldaia sia essenziale. La linea tratteggiata indicata sotto il caso 1 mostra il risultato del miglioramento dell'efficienza della caldaia, nel caso 1, da 0,8 a 0,95. La diminuzione del consumo di exergia è marginale. I calcoli mostrano che un'elevatissima efficienza della caldaia da sola non porta necessariamente a un significativo contributo nella riduzione del consumo di exergia nell'intero processo di riscaldamento spaziale.

Come si può vedere dalla differenza dell'andamento del consumo totale di exergia fra il caso 1 e il caso 2, è più produttivo ridurre il carico di exergia per il riscaldamento realizzando vetri e muri esterni aventi un buon isolamento termico che non sviluppando una caldaia con una efficienza termica estremamente elevata, per diminuire il tasso di consumo totale di exergia. Calcolo di exergia per il raffrescamento

Vengono messi a confronto cinque esempi numerici di consumi exergetici che si hanno durante l'intero processo di raffrescamento spaziale che parte dalla centrale elettrica passando per la pompa di calore fino all'involucro edilizio assunto in moto stazionario. Il procedimento è simile a quello descritto nel paragrafo precedente per il calcolo dell'exergia per il riscaldamento. Consideriamo una stanza uguale a quella usata per il calcolo del riscaldamento, tranne per il fatto che adesso vi è un'acquisizione di calore solare dovuto ai dispositivi per l'ombreggiatura e un'acquisizione di calore interno dovuto all'illuminazione elettrica e alla presenza dei residenti. La temperatura dell'aria esterna e la temperatura interna sono ipotizzate pari a 33°C e 26°C. La quantità di energia solare radiante incidente sulle finestre si è assunta pari a 500 W/m², la densità di occupazione è di 5,4 persone (0,15 persone a m², e ipotesi di 75 W/persona), e la densità di illuminazione elettrica è pari a 480 W (13.3 W/m²) considerando che tutti gli apparecchi elettrici siano accesi. La tabella in basso riassume i cinque casi e tutte le varie ipotesi assunte. Il caso 1 è quello in cui l'isolamento termico dell'involucro edilizio è moderato e il controllo solare è realizzato mediante dispositivi interni per l'ombreggiatura; il caso 1' è quello in cui solo il coefficiente di performance (COP) ha subito un incremento; nel caso 2 l'isolamento termico è stato incrementato e un dispositivo esterno per l'ombreggiatura sostituisce quello interno; nel caso 2' l'illuminazione diurna riduce il tasso di generazione di calore dovuto all'illuminazione elettrica; nel caso 3' la temperatura dell'aria allo sbocco esterno e il COP sono stati aumentati. [caption id="" align="aligncenter" width="630"]

Comparazione degli andamenti dei consumi di exergia: casi 1, 1' e 2 (figura 11, a sinistra); casi 2, 2'e 3 (figura 12, a destra).[/caption]

Il consumo exergetico all'interno della pompa di calore è dovuto alla compressione e all'espansione del liquido termovettore, il trasferimento di calore tra il liquido termovettore e l'aria della stanza avviene grazie all'evaporatore, mentre il trasferimento di calore fra il liquido termovettore e l'aria dell'ambiente avviene grazie al condensatore. Le exergie calde e fredde possono essere calcolate tramite le equazioni fornite in precedenza.L'andamento dei consumi exergetici cambia drasticamente con l'installazione di un dispositivo esterno per l'ombreggiatura al posto di quello interno. Il solo sviluppo dell'efficienza delle pompe di calore darebbe risultati marginali.

L'illuminazione diurna fornisce un moderato cambiamento nell'andamento dei consumi exergetici, a patto che venga attentamente progettata in modo che l'illuminazione elettrica non necessaria venga spenta, a seconda della quantità di luce diurna disponibile trasmessa attraverso la finestra con dispositivo esterno per l'ombreggiatura.

GLI AUTORI

L'ingegnere Carlo Bernardini è docente di fisica tecnica ambientale presso il DIT sezione trasporti e fisica tecnica, Università di Cagliari. [email protected] L'ingegnere Costantino Carlo Mastino fa parte del Gruppo fisica tecnica nella Facoltà di Architettura, dottorando di ricerca presso il DIS, Università di Cagliari. [email protected] L'ingegnere Francesca Deiana fa parte del Gruppo fisica tecnica nella Facoltà di Architettura, Università di Cagliari. [email protected] Per ulteriori informazioni e approfondimenti sui modelli di calcolo energetico ed Exergetico si veda anche la sezione Energia di CADLINE SOFTWARE [post_title] => Exergia: quantità o qualità dell'energia nell'approccio del processo exergetico [post_excerpt] => L'exergia è il concetto termodinamico che ci permette di individuare ciò che è consumato da tutti i sistemi in funzione. Analizziamone il processo. [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => quantita-o-qualita-dellenergia-lapproccio-del-processo-exergetico [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-09-11 15:13:20 [post_modified_gmt] => 2020-09-11 13:13:20 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/quantita-o-qualita-dellenergia-lapproccio-del-processo-exergetico/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw ) [2] => WP_Post Object ( [ID] => 60687 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-11-02 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-11-01 23:00:00 [post_content] => UN INGENTE POTENZIALE DI INTERVENTI: IL PATRIMONIO EDILIZIO AD USO CIVILE Ad un anno dalla presentazione del precedente rapporto, si è sensibilmente modificato l'approccio ai problemi energetici in ambito edilizio: la crisi economica e il blocco del commercio mondiale hanno avuto un importante ruolo, specialmente in paesi come l'Italia in cui il settore manifatturiero ha tuttora un peso rilevante, riducendo forzosamente i consumi complessivi di energia; d'altra parte, pur a fronte di consumi minori nell'industria e nei trasporti, le attività svolte all'interno degli edifici hanno mantenuto e incrementato il consumo energetico. Rispetto al 2008, lo scorso anno i consumi energetici sono scesi del 5,6% ma gli "usi civili", tipicamente le attività svolte negli edifici, hanno richiesto il 3,6% di energia in più. L'intero patrimonio edilizio per uso civile (residenziale e terziario) consumava, nel 2009, 46,9 milioni di tonnellate di petrolio equivalenti con una crescita del 4,8% nel 2008 e del 3,5% nel 2009. Tali consumi si ripartiscono in 28,6 milioni del settore residenziale e 18,3 milioni del terziario. Gli incrementi percentuali stimati per i due settori relativamente al 2009 si attestano al +3,0% per gli edifici residenziali e al +4,1% per gli edifici ad uso terziario (commerciale e uffici).

L'edilizia è "colabrodo" dell'energia in relazione all'anzianità del parco, all'assenza di manutenzioni "programmate", al tipo di materiali impiegati ma, soprattutto, alla perdita, nei secoli, della relazione intima - soprattutto nell'architettura popolare - fra edilizia e caratteristiche climatiche del luogo. In particolare, nel settore civile (residenziale + terziario), i consumi relativi al riscaldamento, raffrescamento e acqua calda sanitaria, rappresentano il 22% del consumo primario nel Paese. In altri termini, per gli usi civili, involucro edilizio e utilizzo degli impianti termico, di condizionamento e per l'acqua calda, concorrono nel formare un consumo di 28,2 MTEP (milioni di tonnellate di petrolio equivalente) sul totale dei consumi di energia primaria pari a 128,2 MTEP nel 2008. Appare importante valutare, sulla scorta delle considerazioni appena proposte, non soltanto quali sistemi si possono adottare per contenere i consumi, ma anche su quali edifici è necessario concentrare l'attenzione, quali stili di consumo devono essere privilegiati, qual è l'entità degli investimenti da preventivare. Tutto ciò tenendo conto del tempo limitato a disposizione da oggi al 2020. L'intervento sul patrimonio edilizio per renderlo più efficiente dal punto di vista energetico e al fine di ridurre il consumo di energia ha, dunque, più obiettivi e presenta numerosi vantaggi. Dei 28,2 Mtep consumati dagli "usi civili", il 64% (18 Mtep) è imputabile alle abitazioni, i restanti 10,2 Mtep sono consumati in uffici, alberghi, scuole, esercizi commerciali, ristoranti, eccetera.

Ripartendo equamente sforzo richiesto (-3,4 Mtep al 2020) si arriva a -2,2 Mtep per le abitazioni e -1,2 Mtep per il terziario. L'esercizio di simulazione per il settore residenziale considera unicamente gli interventi di coibentazione delle pareti esterne, delle superfici orizzontali, degli infissi e degli impianti termici. La classifica dell'efficacia della spesa: l'intervento che da maggiori risultati in termini di risparmio energetico, a parità di spesa, è la sostituzione della caldaia tradizionale con una a più elevata efficienza (quasi sempre l'impianto a condensazione); al secondo posto la coibentazione delle superfici orizzontali (isolamento solai o sottoetto, tetto ventilato, ecc.), al terzo posto la coibentazione delle pareti esterne (cappotto, parete ventilata, isolamento interno, insufflaggio, ecc.), solo ultimo, in termini di efficacia della spesa, l'intervento di sostituzione degli infissi tradizionali con infissi ad alto rendimento. 2 esercizi di simulazione: il primo riguarda il ricorso alternativo a ciascun elemento fabbricativi o impianto (in altri termini, o solo gli infissi, o solo gli impianti o...); il secondo concerne un possibile mix di interventi, fissando il medesimo importo di spesa per ciascuno degli elementi considerati. Nel primo caso (le ipotesi alternative), se il compito di risparmiare 2,2 Mtep (pari a 25.600 Gwh termici) fosse attribuito solo ad una singola tipologia di intervento. Le performance ottenibili: • oltre 77 milioni di finestre intervenendo su 11 milioni di alloggi con una spesa di quasi 100 miliardi di euro • 560 milioni di mq di coibentazione di pareti esterne, ma nell'ultimo periodo questo tipo di intervento non ha superato i 10 milioni di mq annui; • 340 milioni di mq di coibentazione delle superfici orizzontali, nell'ultimo periodo questo tipo di intervento è stato di circa 50 milioni di mq • 2,6 milioni di caldaie: ma nell'ultimo periodo le caldaie a condensazione vendute annualmente non superano le 80mila unità. Le possibilità alternative di intervento per raggiungere gli l'obiettivo 20-20-20 negli edifici residenziali esistenti

Nella seconda formulazione (il mix) si mostra il numero degli interventi eseguibili e il relativo risparmio ottenibile, in funzione di una spesa complessiva di 45,6 miliardi di € (importo in grado di soddisfare l'obiettivo di riduzione di 25.600 GWh) ripartiti equamente fra le singole tipologie di intervento (11,4 miliardi per ciascuna delle voci considerate). Il mix di interventi a parità di investimento per ogni alternativa in modo da raggiungere i 25.600 Wh di risparmio (11,4 miliardi di € investiti in ogni tipologa di intervento)

LA CRISI ECONOMICA ABBASSA I CONSUMI COMPLESSIVI L'elevata dipendenza dalle importazioni fa si che l'Italia paghi una salata "bolletta energetica" ai paesi esportatori. Negli ultimi 3 anni la spesa complessiva per importazioni nette di energia ha oscillato tra il 2,5% ed il 4% del Pil. Nel 2009 la spesa netta è stata di 41,7 miliardi di euro. Produzione, importazione, esportazione e totale dell'energia impiegata in Italia nel 2009*

PIU' RINNOVABILI (E NON TUTTE "VERDI")...MA NON BASTA Secondo il Bilancio Energetico Nazionale le rinnovabili hanno rappresentato il 10,7% del Consumo Interno Lordo nel 2009, e l'8,9% nel 2008. Secondo Eurostat, invece, la quota di rinnovabili nel 2008 è stata del 6,8%. Quello che importa è segnalare che i dati Eurostat sono quelli che fanno fede per quanto riguarda il raggiungimento degli obiettivi europei per il 2020. Disponibilità interna lorda di energia per fonte e risorsa Composizione percentuale. Anni 2000-2009. Numeri indice con anno base 2000 Le rinnovabili rappresentano la maggiore voce di produzione interna, anche se continuano a contribuire in modo modesto al consumo interno lordo (6,8% nel 2008 secondo Eurostat). La produzione di energia in Italia 1971-2009 - Milioni di tonnellate equivalenti di petrolio

La rinnovabile che apporta più energia è l'idroelettrico. Ancora nel 2008 rappresentava quasi il 50% dell'energia proveniente da rinnovabili, nonostante la sua quota sia diminuita nel corso degli anni duemila, a favore soprattutto dell'energia proveniente da inceneritori e dell'eolico. La seconda voce di produzione da rinnovabili è rappresentata da legna e assimilati (21%). Il geotermoelettrico pesa per il 7,7% sulla produzione di energia rinnovabile. Le rinnovabili "innovative", quelle su cui si dovrà necessariamente puntare nei prossimi anni, hanno per ora una rilevanza marginale sulla produzione totale (eolico 6%, solare 0,8%), anche se nel 2009 e ne 2010 le nuove installazioni di impianti solari ed eolici hanno superato quelle da fonti elettriche tradizionali. Produzione di energia da rinnovabili in equivalente fossile sostituito - 2008

I FOCUS PROPOSTI FOCUS 1 - Gli interventi defiscalizzati attraverso il 55%: l'impatto sul Sistema Paese Sulla base dei flussi economici derivanti dall'operazione "55%" è stato possibile valutare il saldo al 2020 relativo all'intero Sistema Paese composto dai tre "soggetti" che hanno un ruolo nella filiera su cui si inserisce l'agevolazione fiscale del 55%. La somma algebrica dei bilanci di ogni soggetto: • Bilancio dello Stato - ovvero l'incremento del gettito (positivo), i flussi derivanti dalle detrazioni (negativi) e il minor gettito fiscale sui consumi energetici (negativo); • Bilancio delle famiglie investitrici - dato dal saldo tra l'investimento effettuato (negativo), le detrazioni fiscali (positive) e il risparmio sulle bollette energetiche (positivo); • Bilancio delle imprese e sul fattore lavoro - ovvero il fatturato (positivo - all'interno del quale sono compresi i compensi e le retribuzioni per gli occupati delle imprese stesse) e i costi (imposte e oneri sociali) sostenuti dalle imprese e attribuibili all'incentivo fiscale del 55% (negativi). FOCUS 2 - Il fotovoltaico nel settore pubblico Nel 2009 il mercato pubblico della produzione e distribuzione dell'energia elettrica e termica vive una nuova fase espansiva grazie soprattutto ai nuovi mercati della produzione di energie rinnovabili e dell'efficienza energetica sostenuti dagli incentivi nazionali. Si è passati dalle 872 gare del valore di circa 1 miliardo di euro del 2008 a 1.009 gare (+16%) per oltre 2 miliardi (+90%) del 2009. Tale crescita ha portato ad una maggiore incidenza di questa tipologia di interventi sull'intero mercato delle opere pubbliche. In un solo anno le quote per numero di gare e importo sono raddoppiate. Nel primo caso si è passati da una quota media annua del 3% del periodo 2002-2008 al 5,4% del 2009; nel secondo dal 3% al 6,6%. FOCUS 3 - La geotermia in Italia L'utilizzo del calore geotermico per produrre elettricità (geotermico ad alta entalpia) avviene nelle centrali geotermoelettriche. Il vapore proveniente da serbatoi geotermici a temperatura particolarmente alta fornisce la forza per muovere le turbine che producono elettricità. Gli usi diretti (media e bassa entalpia) permettono dunque di sfruttare serbatoi a temperatura minore rispetto a quella necessaria alla produzione di elettricità. Le acque calde possono essere usate per le serre, l'acquicoltura, il riscaldamento di edifici, o in processi industriali. Nel caso del riscaldamento degli edifici (o di interi quartieri), le tubazioni che trasportano l'acqua per gli usi domestici possono essere fatte passare per i serbatoi geotermici, facendola arrivare alle caldaie a temperatura maggiore, e quindi riducendo l'energia consumata da queste ultime. Un'altra forma di sfruttamento dell'energia geotermica è quella che utilizza pompe di calore. Queste macchine termiche, utilizzando energia elettrica, possono estrarre calore dai serbatoi geotermici, per trasferirla all'edificio da riscaldare. Applicabilità delle tecnologie geotermiche alle tipologie di domanda di condizionamento termico

Mediamente per ogni Kw elettrico consumato si ottengono 3 kW termici. Sono utilizzabili anche per eseguire il processo inverso, per abbassare la temperatura dell'edificio nel periodo estivo. [post_title] => Il secondo Rapporto su ENERGIA e COSTRUZIONI [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => il-secondo-rapporto-su-energia-e-costruzioni [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:39:33 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:39:33 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/il-secondo-rapporto-su-energia-e-costruzioni/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw ) [3] => WP_Post Object ( [ID] => 60686 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-10-20 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-10-19 22:00:00 [post_content] =>

Indice:

Diagnosi degli edifici con le termocamere a infrarossi
Impiego delle termocamere per una migliore efficienza energetica
Analisi termografica per la gestione di proprietà e strutture
Termocamere a infrarossi FLIR per i professionisti della manutenzione
Umidità e ristrutturazioni

Il settore delle costruzioni offre il maggior potenziale per migliorare l'efficienza energetica; per questo l'UE ha emanato una direttiva sul rendimento energetico degli edifici (European Energy Performance of Buildings Directive, EPBD) che nel 2008 è diventata vincolante per tutti i nuovi edifici e le costruzioni di grandi dimensioni. La termografia ad infrarossi rappresenta il metodo più facile e rapido per rilevare eventuali perdite energetiche, presenza di umidità e problemi elettrici negli edifici.

Diagnosi degli edifici con le termocamere a infrarossi

Un'immagine ad infrarossi realizzata con una termocamera FLIR permette un'analisi degli edifici rapida ed accurata perché rileva le aree problematiche invisibili ad occhio nudo.

Analisi termografica per la diagnosi degli edifici ed il risparmio energetico

Presenza di umidità e difetti di isolamento, dispersioni energetiche negli edifici e lavori di ristrutturazione non conformi agli standard previsti sono errori costosi per i proprietari di edifici residenziali e commerciali. Una termocamera a infrarossi FLIR contribuisce a migliorare l'efficienza energetica e permette di individuare facilmente e rapidamente i problemi nascosti. Le termocamere a infrarossi FLIR sono in grado di fornire preziose informazioni per individuare facilmente infiltrazioni d'aria, valutare danni provocati dall'acqua, per la diagnosi degli edifici ed il risparmio energetico. Una termocamera a infrarossi permette infatti l'analisi della temperatura senza contatto attraverso immagini termiche e può quindi essere uno strumento utile a garantire una migliore qualità della produzione, riducendo i costi, risparmiando energia ed accelerando tutto il processo produttivo.

Controlli energetici ed ispezioni degli edifici

Perdite d'aria eccessive possono rappresentare anche il 50% dell'energia consumata per il condizionamento degli edifici. Il percorso delle perdite è spesso complesso e, senza un'analisi termografica, estremamente difficile da visualizzare.

Analisi termografica per controlli energetici ed ispezioni di edifici

I test di impermeabilità all'aria e l'analisi di immagini ad infrarossi sono importanti misure di controllo della qualità quando si costruisce o si ristruttura una casa. Le dispersioni termiche possono rappresentare fino al 50% del consumo energetico totale e possono essere dovute ad infiltrazioni d'aria attraverso i camini, gli attici, aperture nei muri, finestre/porte mal sigillate, ecc.

Individuazione e visualizzazione di un'infiltrazione e fuoriuscita d'aria

Per la salute e la sicurezza degli occupanti, è necessario che vi sia un adeguato ricambio d'aria, ma la maggior parte degli edifici ha una velocità di ricambio ben al di là del necessario. Spesso la causa è da ricondurre ad un progetto e/o a una costruzione di cattiva qualità che provoca perdite d'aria dall'interno dell'edificio o infiltrazioni da fuori. Il percorso delle perdite è spesso complesso e, senza l'imaging termico, estremamente difficile da individuare. L'analisi ad infrarossi permette ai costruttori di identificare rapidamente le aree problematiche per arrestare immediatamente le perdite energetiche. Tutti i nuovi edifici devono rispondere ai requisiti normativi di impermeabilità all'aria. Riducendo le perdite d'aria si migliora il comfort di un edificio, che potrà inoltre essere riscaldato in modo più efficiente per preservare energia e risparmiare denaro.

Impiego delle termocamere per una migliore efficienza energetica

La termocamera ad infrarossi è uno strumento che fornisce informazioni preziose per identificare rapidamente le aree soggette a sprechi energetici, difetti di isolamento, problemi legati legati ai sistemi HVAC inefficienti, al riscaldamento radiante, ai danni ai tetti causati dall'acqua e molto altro ancora. Una termocamera ad infrarossi identifica modelli di dispersione termica che sono invisibili a occhio nudo. L'ispezione termografica localizza rapidamente le infiltrazioni d'aria in un edificio e i dati di misura vengono facilmente documentati in un report. I professionisti delle ispezioni e dei controlli energetici utilizzato l'alta tecnologia ad infrarossi FLIR per effettuare i controlli di case ed edifici al fine di migliorare l'efficienza energetica ed abbassare i costi.

Analisi termografica per la gestione di proprietà e strutture

La termografia nel settore edilizio fornisce immagini ad infrarossi preziose per la manutenzione preventiva di impianti elettrici, meccanici e strutturali, per individuare i guasti, prevenire i fermi macchina, guidare le azioni correttive e migliorare la sicurezza sul lavoro. La termografia ad infrarossi è un metodo estremamente efficace e non invasivo per monitorare le condizioni degli edifici e risolverne gli eventuali difetti strutturali. La termografia ad infrarossi misura l'energia ad infrarossi della superficie di qualsiasi oggetto e produce un'immagine dettagliata nello spettro del visibile che mostra il dato della temperatura. Le termocamere a infrarossi sono strumenti di misura senza contatto e pertanto possono essere utilizzate in modo semplice e sicuro per valutare l'integrità degli edifici e scoprire anche i più piccoli problemi e difetti che risulterebbero invisibili ad occhio nudo. Oltre a rilevare dispersioni termiche ed energetiche nelle strutture degli edifici, l'infrarosso si è rivelato uno strumento accurato ed efficiente anche nei programmi odierni di manutenzione preventiva delle strutture (PdM).

Termocamere a infrarossi FLIR per i professionisti della manutenzione

I miglioramenti tecnologici hanno notevolmente abbassato i costi per cui, ora, la manutenzione delle strutture può comprendere anche ispezioni dell'involucro dell'edificio e degli sprechi energetici. FLIR offre ai professionisti della manutenzione un'ampia gamma di termocamere a infrarossi che consentono di acquisire facilmente e a costi contenuti le immagini e condividerle nei report di ispezione finali.

Problemi HVAC e impianti idraulici

Grazie alle immagini ad infrarossi realizzate con le termocamere FLIR, è estremamente facile esaminare un intero edificio per scoprire i problemi che interessano l'impianto HVAC e l'impianto idraulico. Per massimizzare l'efficienza energetica di un edificio o di un'abitazione, è necessario un approccio globale. L'ambiente interno può essere compromesso da un isolamento inefficiente, da finestre e porte non sigillate correttamente, da condutture inadeguate o non stagne, da perdite nelle tubature o da altri problemi legati agli impianti HVAC (riscaldamento, ventilazione e condizionamento). Una termocamera a infrarossi è uno strumento pratico che aiuta i professionisti ad avere il quadro generale della situazione. Con le termocamere ad infrarossi FLIR progettate specificatamente per il settore delle costruzioni, è estremamente facile eseguire una diagnosi di un'intero edificio ed osservare la relazione esistente tra i problemi che interessano l'impianto HVAC, l'involucro dell'edificio e l'impianto idraulico. Le termocamere FLIR offrono inoltre funzioni avanzate che aiutano a vedere come, quando e dove applicare le soluzioni di risparmio energetico.

Umidità e ristrutturazioni

La presenza di umidità negli involucri degli edifici, dovuta a perdite o condensa, può avere gravi conseguenze. Con le immagini termografiche, scoprire i danni provocati dall'acqua diventa estremamente facile.

Analisi termografica per le ristrutturazioni e la ricerca umidità

Che si tratti di ristrutturare una proprietà per eliminare la presenza di umidità e di muffa, o per porre rimedio ai danni causati da un incendio, è comunque di fondamentale importanza avere a portata di mano informazioni complete ed accurate. Per poter dar seguito ad una richiesta di indennizzo, le compagnie di assicurazioni hanno infatti bisogno di informazioni in tempi rapidi. Le termocamere a infrarossi FLIR possono aiutare a semplificare gli interventi di ristrutturazione e riparazione, dall'inizio alla fine. Funzioni avanzate aiutano a effettuare rapidamente scansioni di grandi aree per valutare ciò che può essere ristrutturato. Grazie ad una termocamera a infrarossi è possibile individuare facilmente infiltrazioni d'acqua, presenza di muffa sotto la superficie e documentare con precisione e sicurezza le aree asciutte.

Semplice creazione di report

I professionisti più attivi nel campo delle ristrutturazioni possono accelerare i tempi di ispezione grazie agli allarmi automatici del punto di rugiada e dell'umidità presenti nelle termocamere FLIR. Anche i reports sono semplici, dato che una termocamera FLIR include un software che permette di creare facilmente dei reports d'ispezione e di convertire le immagini JPEG in formato PDF da poter inviare tramite email. [post_title] => Termocamere per il mercato delle costruzioni e il risparmio energetico [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => termocamere-per-il-mercato-delle-costruzioni-ed-il-risparmio-energetico [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-11-16 16:58:28 [post_modified_gmt] => 2020-11-16 15:58:28 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/termocamere-per-il-mercato-delle-costruzioni-ed-il-risparmio-energetico/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw ) [4] => WP_Post Object ( [ID] => 60685 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-10-04 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-10-03 22:00:00 [post_content] =>

Indice degli argomenti:

Incentivi e detrazioni
Classificazione dei collettori
La normativa e le prove previste
Collettori solari termici - La marcatura CE

Le prove previste per i collettori solari termici. Cos'è un collettore solare?

Il pannello solare termico (detto anche collettore solare) è un dispositivo atto alla conversione della radiazione solare in energia termica e al suo trasferimento, per esempio, verso un accumulatore per un uso successivo. Un sistema solare termico normalmente è composto da un pannello che riceve l'energia solare, da uno scambiatore dove circola il fluido utilizzato per trasferirla al serbatoio utilizzato per immagazzinare l'energia accumulata. Il sistema può avere due tipi di circolazione, naturale o forzata.

Incentivi e detrazioni

Quasi tutti i pannelli solari implementano in vario modo questi componenti: copertura trasparente, assorbitore, isolamento, collegamenti, scambiatore di calore con accumulo. La Finanziaria 2007 ha introdotto l'incentivo consistente nella detrazione 'imposta del 55% in fase di dichiarazione dei redditi per l'installazione di pannelli solari per produzione di acqua calda per usi domestici o industriali in edifici. Solo i laboratori accreditati ACCREDIA (ex SINAL) come Istituto Giordano possono produrre i documenti necessari ai fini della detrazione. Nota bene: Per l'incentivo serve la certificazione del solo Collettore secondo la norma UNI EN 12975 o del sistema Collettore-Bollitore secondo la UNI EN 12976, solamente se l'unità di accumulo non è separabile dal collettore; non sono necessarie entrambe.

Classificazione dei collettori

I collettori solari termici si dividono principalmente in collettori piani e sottovuoto.

I collettori solari piani sono la tipologia attualmente più diffusa. Quelli vetrati sono essenzialmente costituiti da una copertura in vetro, una piastra captante isolata termicamente nella parte inferiore e lateralmente, contenuti all'interno di una cassa metallica o plastica. Quelli scoperti sono normalmente in materiale plastico direttamente esposti alla radiazione solare. L'utilizzo di quest'ultimi è di norma limitato al riscaldamento dell'acqua di piscine.
I collettori solari sottovuoto sono progettati con lo scopo di ridurre le dispersioni di calore verso l'esterno. Infatti il calore raccolto da ciascun elemento (tubo sottovuoto) viene trasferito alla piastra generalmente in rame o alluminio, presente all'interno del tubo. In tal modo il fluido termovettore si riscalda e, proprio grazie al vuoto, minimizza la dispersione di calore verso l'esterno. Al loro interno la pressione dell'aria è ridottissima, così da impedire la cessione del calore per conduzione da parte dell'assorbitore. In fase di assemblaggio aria tra l'assorbitore ed il vetro di copertura viene aspirata, e deve essere assicurata una tenuta perfetta e che rimanga tale nel tempo.

La normativa

Gli standard UNI EN 12975 sono stati scritti pensando tipicamente a queste due tipologie di collettori, ma si sta pensando già di estenderli ai collettori solari ad aria ed ai sistemi a concentrazione, per quanto riguarda i test di efficienza energetica. I collettori solari sono attualmente regolati da sistemi di certificazione volontaria ed in futuro è prevista la marcatura CE secondo la direttiva CPD (vedi articolo relativo alla presente TNL). Di seguito si riporta una breve descrizione delle prove previste per attestare la qualità e l'affidabilità dei collettori secondo le UNI EN 12975-1/2:2006.

Le prove previste

• Test di sovrappressione - il collettore viene sottoposto per 15 minuti ad una pressione interna pari a 1,5 volte la pressione massima operativa dichiarata dal produttore. • Test di resistenza alle alte temperature - il collettore viene provato per un'ora ad almeno 1000 W/m2, temperatura ambientale maggiore di 20°C e velocità del vento minore di 1 m/s. • Test di esposizione (stagnazione a secco) - questa prova prevede l'invecchiamento mediante esposizione outdoor a 30 giorni con irraggiamento minimo pari a 14 MJ/m2 e 30 ore con irradianza minima pari a 850 W/m2 e temperatura ambiente maggiore di 10 °C. • Shock termico esterno (STE) ed interno (STI) - dopo aver sottoposto il collettore ad elevato irraggiamento, viene testata la sicurezza verificando la tenuta ad uno shock termico mediante pioggia per 15 minuti (STE) e successivamente mediante l'immissione di acqua fredda per 5 minuti, quando l'assorbitore ha raggiunto alte temperature (solitamente superiori a 150 °C). • Prova di pioggia - In questo caso viene misurata l'acqua entrata all'interno del collettore dopo 4 ore di pioggia con il collettore tenuto a 50°C.

• Prova di carico meccanico - queste prove servono a valutare la tenuta del collettore e dei supporti di montaggio quando caricati in modo positivo o negativo, per simulare rispettivamente il carico di neve e di vento. In questo caso si misura la deformazione residua dell'involucro, che deve stare all'interno di un certo range oltre a valutare visivamente ogni altro danneggiamento eventuale. • Resistenza all'impatto - questa prova volontaria simula la grandine e viene eseguita facendo cadere ripetutamente una sfera d'acciaio da diverse altezze (fino a 2 metri) in un angolo del collettore. • Efficienza termica in stato stazionario con struttura indoor (simulatore solare) e outdoor - per misurare l'efficienza di un collettore, vengono eseguiti più campionamenti di temperatura in ingresso e in uscita al collettore, di portata, di temperatura ambiente e di irradianza, al fine di valutare la resa aumentando la differenza di temperatura tra collettore e ambiente. Viene dunque costruita una curva passante per i punti campionati mediante metodo dei minimi quadrati pesati. È importante misurare i primi punti con temperatura del collettore prossima a quella ambiente per avere un valore preciso di efficienza η0, quando il collettore non cede calore all'esterno. La prova può essere eseguita in condizioni stazionarie outdoor, con cielo limpido e velocità del vento controllate.

• Costante di tempo e capacità termica - questi test possono essere eseguiti in modo diverso, solitamente si eseguono misurando il tempo intercorso per raggiungere l'equilibrio, dopo che il collettore è stato prima oscurato e poi scoperto velocemente. Con dei calcoli viene poi determinato il tempo di risposta e la capacità termica. • Modificatore dell'angolo di incidenza - la prova serve a valutare l'efficienza con irraggiamento non normale; solitamente si misura la perdita d'efficienza inclinando il collettore a 50°. Per i tubi sottovuoto vengono misurati più angoli in senso tangenziale e longitudinale. • Perdite di carico - la prova prevede la misura della perdita di carico tra ingresso ed uscita del collettore variando la portata di prova; viene dunque costruita una curva caratteristica.

Collettori solari termici - La marcatura CE

Il laboratorio Solare di Istituto Giordano è uno dei pochi in Italia accreditato ai fini della detrazione fiscale del 55%. È ormai uso comune ricercare il marchio CE in tutti i prodotti che circolano nel mercato Europeo, riconoscendo l'importante messaggio di sicurezza racchiuso in queste due lettere. Ma non tutti i prodotti sono marcabili, perché? Per apporre il marchio CE è necessario che il prodotto sia coperto da una specifica Direttiva Europea che attraverso gli standard tecnici armonizzatati - EN - stabilisce i criteri di sicurezza che tal prodotto dovrà rispettare. Se la normativa tecnica contiene l'allegato ZA, allora la norma è armonizzata ed il prodotto va marcato CE. Fatta questa premessa, esistono casi limite, per cui "interpretando" le definizioni si cerca di forzare l'applicazione del marchio CE.

Il caso dei collettori solari termici

Un caso pratico è quello dei collettori solari termici, sistemi solari utilizzati per riscaldare l'acqua calda sanitaria e per il condizionamento. Sono in tanti a chiedere il marchio CE per questa tipologia di prodotti e non è del tutto casuale trovare dei collettori con il "CE" in mostra, peccato che non esiste ancora una norma armonizzata che consenta tale operazione. La Commissione Europea ha già dato il mandato (M369) per armonizzare lo standard UNI EN 12975, che riguarda solo i collettori solari termici da utilizzare in edilizia. Il mandato coprirà solo il collettore solare, focalizzando l'attenzione su prove relative alla sicurezza, tra cui reazione al fuoco e carichi di neve e vento. Si pensa che nei prossimi 2/4 anni terminerà l'iter normativo che porterà dunque alla marcatura CE secondo la Direttiva CPD (Direttiva Prodotti da Costruzione). [caption id="" align="aligncenter" width="582"]

Collettore in prova per test di resa termica con simulatore solare[/caption]

Le altre Direttive nelle quali ricadono i collettori solari

I collettori termici potrebbero tuttavia rientrare nello scopo di altre Direttive Europee, tra cui Eco Design - Energy Labelling e PED sui prodotti in pressione.

Eco design

Per la Direttiva Eco-Design andranno considerati solo i sistemi solari completi (con sistema di riscaldamento ed accumulo), e per questo si sta lavorando in sede Europea per definire le prove e le modalità di esecuzione dei test. Data la possibilità di configurare il sistema in vario modo, con uno o più collettori e accumuli diversi, i costi e i tempi delle prove sarebbero a dir poco immensi, per questo è in studio un modello matematico che permetta di definire e calcolare alcune variabili a partire da un numero limitato di prove. Inoltre è in corso la revisione per armonizzare gli standard EN 12976 e EN 12977 per la marcatura CE secondo la Direttiva 92/75/CE e così gli accumulatori solari avranno l'etichetta energetica come frigoriferi e lavatrici.

PED (Pressure Equipment Directive)

Per quanto riguarda la Direttiva PED è invece in corso un equivoco non affatto banale, che ha portando alla marcatura di alcuni collettori già in commercio. La Direttiva Attrezzature a Pressione (97/23/CE), nota come PED (Pressure Equipment Directive), è rivolta ai costruttori di attrezzature a pressione e di insiemi, che intendano vendere o mettere in servizio la loro attrezzatura in un paese della EEA (European Economic Area). Si ricorda che la PED non garantisce la funzionalità dell'impianto o dei singoli componenti (peraltro già regolamentata da altre normative), bensì assicura la non pericolosità degli stessi. I collettori solari lavorano normalmente in pressione, per cui potrebbe esserci il dubbio su un eventuale applicazione. Secondo gli schemi e le linee guida, la Direttiva PED va applicata a quei prodotti tali per cui il prodotto Ps * V sia maggiore di 50 bar*litro (dove Ps è la pressione massima ammissibile e V è il volume di acqua contenuto). Questo è veramente molto lontano dalle caratteristiche dei collettori standard, costruiti per contenere solitamente 1-2 litri di acqua e lavorare al massimo a 10 bar (Ps*V = 20 bar*litro). Nelle linee guida 2/23 del 31 Marzo 2006 sulla Direttiva PED il Gruppo di lavoro (WG) "Pressure", aveva chiarito che "un tipico collettore solare andrà classificato articolo 3 paragrafo 3, visti i volumi e la pressione operativa come mostra la figura 1 dall'allegato II". Inoltre va chiarito che la Direttiva PED si applica al singolo collettore a non alla serie. Esiste inoltre la possibilità che l'acqua possa surriscaldarsi, qualora il collettore in stagnazione (vuoto ed esposto all'irraggiamento solare) venga brutalmente riempito d'acqua, ma in ogni caso, questi prodotti sono costruiti e testati per sopportare questi imprevisti, essendo sottoposti a test di resistenza ad elevata irradianza/irraggiamento e a test di shock termico interno ed esterno secondo la UNI EN 12975, dunque anche questo rischio viene ampliamente verificato e controllato. L'applicazione del marchio CE ai sensi della Direttiva PED, stante quanto appena detto, non ha ragione di esistere per i classici collettori solari ed in questo senso si sono tra l'altro già pronunciati in Europa diversi enti tra cui anche ESTIF (The European Solar Thermal Industry Federation). [post_title] => Collettori solari termici [post_excerpt] => I collettori solari termici sono dispositivi atti alla conversione della radiazione solare in energia termica. Prove previste e marcatura CE. [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => collettori-solari-termici [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2022-02-15 16:00:23 [post_modified_gmt] => 2022-02-15 15:00:23 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/collettori-solari-termici/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw ) [5] => WP_Post Object ( [ID] => 60684 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-09-06 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-09-05 22:00:00 [post_content] => Cos'è la cogenerazione? Produzione combinata di energia elettrica ed energia termica nello stesso processo di generazione.

Perché la cogenerazione? Se un'utenza richiede energia elettrica ed energia termica, anziché installare una caldaia ed acquistare energia elettrica dalla rete, si può pensare di utilizzare un unico sistema per produrre energia elettrica, recuperando il calore residuo a più bassa temperatura per soddisfare le esigenze termiche. Vantaggi • Tecnologia più efficiente • Riduzione impatto ambientale • Minori perdite per il sistema elettrico nazionale • Risparmio economico Come si misura il risparmio? L'Indice di Risparmio Energetico IRE esprime il risparmio percentuale di energia primaria ottenuto da un impianto di cogenerazione rispetto alla produzione separata.

Il Limite Teorico LT esprime l'incidenza percentuale dell'energia termica utile prodotta annualmente rispetto alla totale produzione di energia elettrica e calore.

Un passo avanti: la Trigenerazione Recuperando il calore residuo a più bassa temperatura di un processo di cogenerazione, è possibile anche soddisfare le esigenze frigorifiche.

Il calore recuperato può essere trasformato in energia frigorifera grazie all'impiego del ciclo frigorifero ad assorbimento.

Conviene? La cogenerazione può dare un risparmio energetico che però non è scontato: si tratta allora di valutare quando è davvero vantaggiosa e rispetto a quale alternativa.

Conviene all'ambiente? • Dipende dal combustibile usato • A parità di combustibile usato, conviene.

Conviene al portafogli? • Dipende dal sistema di generazione usato • Più energia si recupera, più è conveniente. Panorama italiano Gli impianti riconosciuti di cogenerazione dal GSE per la produzione 2008 rappresentano una potenza installata totale di 9900 MW elettrici, approssimativamente il 10% del parco totale di generazione italiano ed il 13% del solo parco termoelettrico.

• L'impiego del calore all'interno di uno stesso sito può essere molteplice • La trigenerazione non viene contabilizzata a parte

• valori medi ponderati del rendimento di primo principio e dell'indice IRE, relativi alla produzione 2006

Conclusioni • Riduzione dell'impatto ambientale, conseguente sia alla riduzione delle emissioni sia al minore rilascio di calore residuo nell'ambiente (minore inquinamento atmosferico e minore inquinamento termico) • Risparmio economico conseguente al minore consumo di combustibile, agevolazioni e incentivi • Minori perdite di trasmissione e distribuzione per il sistema elettrico nazionale • Miglioramento in termini di immagine in caso di attività produttiva (best practice). La realizzazione della nuova centrale di Trigenerazione di Surgital [post_title] => La nuova centrale di Trigenerazione di Surgital [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => la-nuova-centrale-di-trigenerazione-di-surgital [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:38:18 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:38:18 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/la-nuova-centrale-di-trigenerazione-di-surgital/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw ) [6] => WP_Post Object ( [ID] => 60680 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-06-29 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-06-28 22:00:00 [post_content] => I cool roofs sono tetti contraddistinti da elevata capacità di riflettere l'irradiazione solare incidente e, al contempo, di emettere energia termica nell'infrarosso. Essi possono fornire un'efficace soluzione al problema del surriscaldamento estivo dei singoli edifici e delle grandi aree urbane. In California e in altri Stati degli U.S.A. i cool roofs sono da molti anni oggetto di analisi tecnico-economiche estensive e, più recentemente, di attività di certificazione e regolamentazione. In Italia, invece, sebbene le condizioni climatiche di buona parte della penisola siano tali da rendere conveniente l'installazione di cool roofs, questi sembrano sconosciuti ai più. Studi in materia sono stati perciò avviati dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile di Modena. In questa relazione si illustra il funzionamento dei cool roofs dal punto di vista fisico. In particolare, si analizzano gli effetti che le diverse proprietà emissive hanno sulle temperature raggiunte dal tetto e sul calore che lo attraversa. Si delineano inoltre i principali programmi di attestazione delle proprietà e di incentivazione avviati degli U.S.A. e la situazione di mercato. INTRODUZIONE Un cool roof, in italiano "tetto freddo", è un tetto contraddistinto da un valore elevato dell'albedo, cioè della capacità di riflettere l'irradiazione solare incidente, combinato con un elevato valore dell'emissività nell'infrarosso, che consente al tetto di restituire all'atmosfera, mediante irraggiamento termico, la maggior parte della frazione assorbita dell'irradiazione solare. In pratica, un cool roof può essere ottenuto applicando alla superficie del tetto uno strato di ricoprimento superficiale esterno con colore molto chiaro, preferibilmente bianco, e con carattere non metallico. Un tipo di copertura con simili proprietà può fornire una soluzione sia al problema del surriscaldamento estivo degli edifici, con i suoi negativi effetti sul benessere termoclimatico, sia al correlato problema dell'isola di calore urbana, l'aumento di temperatura rispetto alle campagne circostanti che in estate caratterizza le aree altamente urbanizzate. Si possono quindi avere vantaggi diretti, connessi al minore riscaldamento del tetto e, di conseguenza, al maggiore comfort termico interno, ai minori consumi energetici e costi di impianto per condizionamento ed al più lento degrado delle strutture edilizie, e vantaggi indiretti, consistenti in una riduzione del surriscaldamento urbano e del conseguente fenomeno dello smog fotochimico, con i costi sociali e sanitari a questi correlati, nonché in minori consumi energetici globali, inferiori carichi di picco sulla rete elettrica e più ridotta immissione di gas serra in atmosfera. Negli U.S.A., la diffusione dei cool roofs è oggi promossa da svariate amministrazioni ed organizzazioni pubbliche, specialmente in California e in Florida. In particolare,sulla scorta dei risultati largamente positivi di alcune sperimentazioni, effettuate da centri di ricerca governativi ed universitari, sono stati avviati programmi di attestazione delle prestazioni delle coperture e, in alcuni casi, di incentivazione normativa ed economica alla loro adozione. In California, una significativa accelerazione si è recentemente avuta in seguito ai black-out estivi innescati dall'azionamento simultaneo, nelle ore più calde della giornata, degli impianti di condizionamento e dal conseguente sovraccarico della rete elettrica. Sul fronte della ricerca, si sono dimostrati particolarmente attivi centri come il Federal Solar Energy Center (FSEC) in Florida, o il Building Technology Center dell'Oak Ridge National Laboratory (BTC-ORNL) ed il Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in California. Questi centri, oltre che effettuare analisi teoriche estensive, hanno strumentato e monitorato un numero consistente di edifici (capannoni industriali, centri commerciali, scuole, abitazioni, centraline per telecomunicazioni, ecc.) dotati di tipi differenti di copertura, o anche di coperture realizzate a settori con caratteristiche diversificate. Gli studi svolti hanno dimostrato che i cool roofs possono permettere riduzioni dei consumi per condizionamento e dei carichi elettrici di picco fino anche al 70%. Sul fronte della certificazione, il principale punto di riferimento è oggi il Cool Roof Rating Council (CRRC), un'organizzazione formata nel 1998 e che ha realizzato un programma di attestazione obiettiva delle proprietà emissive dei prodotti commerciali per copertura degli edifici, sia nuovi che invecchiati. Le procedure di attestazione del CRRC sono ormai assunte a standard da molte amministrazioni U.S.A. Una delle prime iniziative di promozione dei cool roofs è venuta dall'Environmental Protection Agency (EPA) degli U.S.A. attraverso una specifica azione del programma Energy Star, un progetto federale finalizzato all'incentivazione su base volontaria del risparmio energetico e che consente di apporre uno specifico logo a prodotti con caratteristiche di efficienza energetica certificate. In particolare, nel 1998 è stato avviato l'Energy Star Roof Product Program, in base al quale possono essere etichettate con il logo Energy Star soluzioni di copertura che garantiscano albedo sempre superiore a valori prestabiliti, sia all'installazione che dopo un certo periodo di tempo. Le specifiche Energy Star sono state successivamente rese obbligatorie da svariate amministrazioni locali degli U.S.A, alcune delle quali hanno anche incentivato economicamente l'installazione di cool roof. Ad esempio, la California ha lanciato nel 2001 un programma con incentivi fino a 0.25 $/ft2 (2.15 $/m2). Al momento, si sta sviluppando negli U.S.A. un fiorente giro di affari non solo sulle opere di installazione, ma anche sull'ottimizzazione dei materiali di ricoprimento e sulle attività di valutazione tecnico-economica e di attestazione delle proprietà emissive, a prodotto sia nuovo che invecchiato. Infatti, è riduttivo pensare che un cool roof si ottenga semplicemente verniciando con un colore chiaro la superficie di un tetto, poiché la relazione tra aspetto esteriore e valori delle proprietà emissive non è banale e, inoltre, vanno adeguatamente considerate una serie di problematiche quali la resistenza allo sporcamento e al degrado chimico-fisico, l'impatto visivo o la perdita degli apporti gratuiti invernali. In Italia, le condizioni climatiche di buona parte della penisola non sono molto diverse da quelle delle regioni U.S.A. in cui i cool roofs vanno affermandosi. Ciononostante, il concetto di cool roof rimane sconosciuto ai più, non esclusi larga parte degli operatori del settore energetico ed edile. In zone dal clima particolarmente caldo i principi di base sono già applicati in modo più o meno inconsapevole (in tutto il Mezzogiorno, il colore dominante nei piccoli centri rurali è tuttora il bianco), ma mancano analisi teoriche e pratiche approfondite sulle problematiche scientifiche e tecnologiche, così come mancano criteri standardizzati di valutazione dei benefici economici potenziali o programmi di normazione ed incentivazione. In risposta a queste esigenze, l'unità di ricerca in Fisica Tecnica Industriale del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile di Modena ha recentemente intrapreso studi estensivi sui cool roofs, con particolare riferimento all'analisi dei processi termocinetici di base e alla loro modellazione matematica, alla misura delle proprietà emissive superficiali di interesse, alla previsione dei vantaggi in termini di comfort termoclimatico, risparmio energetico ed impatto ambientale. Questa relazione si colloca nel contesto sopra illustrato. Al suo interno, si descriverà il funzionamento dei cool roofs dal punto di vista fisico. Si presenterà quindi la situazione corrente negli U.S.A., passando in rapida rassegna i programmi di certificazione ed incentivazione e le tipologie di prodotti sul mercato. Infine, si delineeranno le attività di studio in corso presso il DIMeC. TERMOCINETICA DEI COOL ROOFS Albedo ed emissività Per comprendere il funzionamento di un cool roof, è opportuno analizzare i processi di scambio termico che interessano il piano di copertura di un edificio soggetto ad irradiazione solare. Tali processi sono schematizzati in fig. 1. L'energia termica irradiata dal sole ed incidente sulla superficie esterna del tetto è in parte riflessa, in parte assorbita. Il rapporto tra flusso termico solare incidente, G [W/m²], e frazione riflessa dello stesso, G_r [W/m²], è dato dall'albedo della superficie irradiata, r, vale a dire dal suo coefficiente di riflessione della radiazione solare (diverso quindi dal coefficiente di riflessione totale, cioè quello relativo a tutto lo spettro della radiazione elettromagnetica termica).

La radiazione solare si concentra nelle bande spettrali dell'ultravioletto, del visibile e dell'infrarosso vicino . La sua intensità, cioè il flusso termico che investe la superficie irradiata, dipende dalla latitudine locale, dal giorno nell'anno, dall'ora nel giorno e dalle condizioni di copertura del cielo. Fig. 1: Processi di scambio termico di un tetto piano

Per effetto dell'assorbimento della radiazione solare incidente, il tetto si riscalda e restituisce energia termica all'atmosfera attraverso la sua superficie esterna. La cessione di calore avviene per convezione e per irraggiamento. Nel caso del primo meccanismo, il flusso termico netto scambiato, q_conv [W/m²], può essere correlato linearmente alla differenza tra temperatura superficiale esterna del tetto, T_sup,est [K], e temperatura dell'aria atmosferica, T_est [K], attraverso un coefficiente di scambio termico convettivo, h_conv [W/(m²K)]:

A q_conv va aggiunto il flusso termico netto scambiato per irraggiamento termico, q_rad [W/m²], che è il bilancio netto tra flusso termico emesso dalla superficie del tetto verso il cielo o, più precisamente, verso la soprastante atmosfera, e flusso termico ceduto dall'atmosfera alla superficie del tetto. Questo meccanismo di scambio termico riguarda le bande spettrali dell'infrarosso medio e lontano, ben distinte quindi da quelle dell'irradiazione solare, poiché le temperature del tetto e dell'atmosfera sono molto minori di quelle della superficie solare (attorno a 300 K contro circa 5800 K). Anche q_rad può essere correlato ad una differenza di temperatura, quella tra temperatura superficiale del tetto, T_sup,est [K], e temperatura del cielo, T_cielo [K], attraverso un coefficiente di scambio termico radiativo, h_rad [W/(m2K)]. Siccome, in una giornata estiva calda ed umida, la temperatura del cielo è approssimabile alla temperatura che l'aria atmosferica assume in prossimità del suolo, si può verificare che:

Il coefficiente di scambio termico radiativo può essere stimato attraverso la relazione:

In quest'ultima eq. si è indicata con e l'emissività della superficie nell'infrarosso medio e lontano (diversa quindi dall'emissività totale, cioè quella relativa a tutto lo spettro della radiazione elettromagnetica termica). L'infrarosso medio e lontano sono le bande spettrali cui si concentra la radiazione elettromagnetica termica emessa dal tetto e, più in generale, quella emessa da tutti i corpi solidi a temperatura prossima a quella ambiente. Il coefficiente σ₀ è la costante di Stefan-Boltzmann [5.67×10^-8 W/(m²K⁴)]. L'emissività costituisce il rapporto tra il flusso termico che la superficie in esame effettivamente emette verso l'esterno (cioè verso l'atmosfera) ed il massimo flusso termico che può essere teoricamente emesso alla temperatura della superficie. Ciò consente di definire un valore limite per il coefficiente di scambio termico radiativo, hr_ad,max, dipendente solo indirettamente dalle caratteristiche della superficie. Al coefficiente h_rad,max può essere poi correlato, attraverso l'emissività, il coefficiente di scambio termico radiativo riferito alla superficie in esame, h_rad:

Combinando le eq. (2)-(3) si ottiene che il flusso termico netto scambiato tra superficie del tetto ed atmosfera esterna all'edificio è valutabile come segue:

Tramite le relazioni semi-empiriche comunemente reperibili in letteratura è agevole verificare che, per edifici di normali dimensioni ed in assenza di vento (situazione usuale nelle afose giornate estive), h_conv assume valori inferiori a 2:3 W/(m²K). Di contro, h_rad,max assume valori sempre maggiori di 6:7 W/(m²K). Ne consegue che, negli scambi termici tra tetto ed atmosfera esterna, l'irraggiamento è in generale dominante, specialmente se l'emissività superficiale del tetto è elevata. In definitiva, il flusso termico conduttivo che attraversa la superficie del tetto, q_sup,est [W/(m²K)], è dato dal bilancio della radiazione solare non riflessa (assorbita) e degli scambi termici con l'atmosfera per convezione ed irraggiamento:

La frazione dell'irradiazione solare incidente che viene assorbita dal tetto diminuisce all'aumentare dell'albedo, r. Inoltre, l'energia termica restituita dal tetto all'atmosfera per irraggiamento nell'infrarosso aumenta all'aumentare dell'emissività, e. Pertanto, un tetto la cui superficie esterna presenta valori elevati sia dell'albedo, vale a dire del coefficiente di riflessione in campo ottico, sia dell'emissività in campo infrarosso, è un tetto che si riscalda poco - cioè un cool roof. Relazione tra proprietà emissive superficiali e riscaldamento degli edifici L'impatto che le proprietà emissive superficiali della copertura (albedo ed emissività) hanno sul riscaldamento di un edificio, in particolare sul flusso termico trasmesso al suo interno, può essere stimato agevolmente per condizioni termiche stazionarie. Si noti che l'assunzione di stazionarietà è plausibile solo in primissima approssimazione e per strutture edilizie con ridotta inerzia termica, ma appare comunque adeguata agli scopi di questa trattazione. Il flusso termico che attraversa la superficie esterna di un tetto, valutabile tramite l'eq. (7), in condizioni stazionarie deve attraversare anche tutti gli strati sovrapposti di materiale che costituiscono il tetto suddetto (catramatura, isolamento termico, solai in cemento o laterizio, intonaco, eventuali intercapedini, ecc.), per essere infine trasmesso ai locali sottostanti. Da tali locali dovrà essere estratto mediante un impianto di condizionamento, pena un progressivo riscaldamento dell'aria interna e delle strutture edilizie. Assegnati la resistenza termica del tetto riferita all'unità di superficie, R [m²K/W], il coefficiente di scambio termico adduttivo (convettivo e radiativo) alla superficie interna del tetto, h_int [W/(m2K)], tipicamente poco variabile, e la temperatura interna dei locali sottostanti il tetto, T_int [K], la relazione seguente consente di calcolare il flusso termico q [W/m²] che attraversa il tetto:

Un aumento dell'albedo r comporta una proporzionale riduzione del secondo addendo a numeratore e, quindi, del flusso termico q. Analogo effetto si ha all'aumentare dell'emissività e. Un aumento dell'emissività comporta anche un incremento del primo termine a denominatore, ma si può verificare che questo incremento è percentualmente piccolo se si è in presenza di un isolamento termico anche blando (incluso nella resistenza termica R). Incrementando la resistenza termica data dall'isolamento, si riduce il flusso termico trasmesso, ma si ha anche un aumento della temperatura superficiale esterna del tetto, valutabile tramite la relazione:

Maggiori temperature degli strati più esterni del tetto comportano un più veloce degrado chimico-fisico dei materiali, nonché maggiori sollecitazioni a fatica delle strutture per le dilatazioni e contrazioni connesse ai cicli termici. In fig. 2 e fig. 3 si presentano i risultati ottenuti applicando l'eq. (8) e l'eq. (9) ad una soluzione di copertura come quelle usualmente utilizzate in capannoni industriali ed edifici per servizi collettivi, costituita da un solaio orizzontale in cemento armato rivestito superiormente da uno strato di isolante termico a bassa densità. Il rivestimento isolante è generalmente protetto contro gli agenti atmosferici da una guaina catramata. Le condizioni ambientali considerate sono quelle medie di una tipica giornata estiva emiliana: la temperatura ambiente esterna, T_est, è assunta pari a 30°C, l'irradiazione solare, G, a 500 W/m2. Nell'ambiente di sottotetto viene mantenuta una temperatura di 25°C. Figura 2. Flusso termico attraverso la copertura.

Figura 3. Temperatura superficiale esterna della copertura

Una guaina catramata, generalmente nera o comunque di colore molto scuro, può presentare un'albedo estremamente ridotta, pari al valore di 0.05 considerato nei calcoli o persino inferiore. Ciò significa che il 95% ed oltre della radiazione solare incidente viene assorbita dal tetto, causandone il surriscaldamento (fig. 3) e la trasmissione di un consistente flusso termico q agli ambienti sottostanti (fig. 2). Incrementando la resistenza dell'isolamento termico, R, si ha un minore flusso termico trasmesso, ma anche un aumento della temperatura superficiale esterna, T_sup,est, con ciò che questo comporta in termini di degrado della guaina catramata e del materiale isolante o di sollecitazione termomeccanica a fatica delle strutture del tetto. A poco vale il fatto che la guaina, come tutti i materiali non metallici, presenti un'emissività termica elevata, poiché il calore rilasciato all'atmosfera esterna per convezione e irraggiamento non basta a compensare quello assorbito per irradiazione solare. Va peraltro rilevato che, perché nell'edificio possa essere mantenuta la temperatura interna prefissata T_int (25°C), il flusso termico trasmesso deve essere estratto tramite un opportuno impianto di condizionamento. In caso contrario, la temperatura interna deriverebbe progressivamente verso l'alto, e con essa la temperatura del tetto, finché non venga raggiunta una condizione di equilibrio tale che il calore ceduto all'atmosfera per convezione ed irraggiamento uguagli l'irradiazione solare assorbita. In ogni caso, l'energia termica apportata al tetto dall'irradiazione solare assorbita e che viene quindi ceduta per convezione ed irraggiamento va a contribuire pressoché integralmente al riscaldamento dell'aria in prossimità del suolo, cosa che non si verifica per l'irradiazione solare riflessa. Ne consegue che una superficie di copertura poco riflettente può essere deleteria non solo dal punto di vista del benessere termoclimatico e dei consumi energetici locali, ma anche per ciò che concerne l'isola di calore urbana. Per riflettere la radiazione solare incidente, si potrebbe pensare di rivestire superiormente il tetto con una lastra metallica lucida (a prescindere dalla possibilità di mantenerla tale nel tempo). I diagrammi in fig. 2 e fig. 3 dimostrano però la scarsa efficacia di tale soluzione, che sarebbe caratterizzata da un'albedo relativamente elevata (r=0.61), ma anche da una ridotta emissività (e=0.25). Ne risulterebbe una frazione assorbita dell'irradiazione solare molto più ridotta che in presenza di una guaina catramata, ma anche una minore cessione di energia all'atmosfera esterna per irraggiamento termico. In definitiva, sia il flusso termico trasmesso all'interno dell'edificio, sia le temperature raggiunte dal tetto non cambierebbero sostanzialmente. La situazione si modifica radicalmente se la lastra metallica precedentemente considerata viene ricoperta con un strato di vernice bianca, in modo da togliere alla superficie il carattere metallico ed incrementare l'emissività, lasciando però invariato o incrementando leggermente il valore dell'albedo. Un risultato anche migliore si può ottenere sostituendo o sovrapponendo ad una guaina catramata un ricoprimento in gomma bianca oppure una copertura di piastrelle ceramiche bianche. Entrambe le soluzioni configurano un cool roof in quanto producono una riduzione del flusso termico trasmesso comparabile a quella ottenuta adottando uno spessore consistente di isolante termico, ma con temperature delle strutture del tetto molto più contenute. Inoltre, dal punto di vista dell'isola di calore, solo l'energia termica connessa alla frazione assorbita dell'irradiazione solare viene poi trasferita all'aria in prossimità del suolo, mentre la frazione riflessa va ad interessare l'atmosfera ad alta quota e lo spazio esterno. In sintesi, la scelta di materiali con valori appropriati dell'albedo e dell'emissività sembra relativamente semplice. Va tuttavia rilevato che superfici a prima vista simili tra loro possono presentare proprietà emissive anche molto diverse. Oltre a ciò, il mantenimento dei valori iniziali delle proprietà emissive costituisce uno dei principali problemi tecnologici dei cool roof. Nel tempo, la superficie del tetto si sporca o si incrosta. Inoltre, le vernici ed i ricoprimenti di natura organica possono subire modificazioni della composizione chimica, per effetto dei surriscaldamenti, della radiazione ultravioletta, di azioni biologiche o dell'infiltrazione di umidità, con tendenza a cambiare colore. Ciò non va a modificare significativamente l'emissività, ma può avere un impatto drammatico sull'albedo. Maggiori dettagli sull'argomento sono forniti nel seguito. Va infine rilevato che l'adozione di un cool roof presenta i massimi benefici in situazioni climatiche prevalentemente calde o, quantomeno, caratterizzate da estati calde e afose. Nel riscaldamento invernale, si ha una perdita degli apporti energetici gratuiti del sole, che in certi climi può ridurre molto ed anche annullare la convenienza economica dei cool roofs. SITUAZIONE NORMATIVA E COMMERCIALE La principale iniziativa volta alla certificazione dei materiali per cool roofs è il Product Rating Program del Cool Roof Rating Council (CRRC). Con tale programma si sono introdotte procedure uniformi e rigorose di attestazione delle proprietà emissive dei materiali. Le procedure sono basate sull'utilizzo di standard di misura ben definiti, per l'albedo gli ASTM E903, ASTM E1918 o ASTM C1549, per l'emissività l'ASTM C1371 [18]. Le misure vanno effettuate su prodotti sia nuovi che invecchiati e si devono svolgere presso laboratori accreditati, cioè formalmente riconosciuti dal CRRC per aver dimostrato la loro competenza tecnica. I fabbricanti ed i rivenditori che sottopongono i propri prodotti al percorso di certificazione previsto dal CRRC possono ottenere l'autorizzazione all'utilizzo di un'etichetta depositata, che attesta i valori misurati delle proprietà emissive, quelle iniziali e (se disponibili) quelle dopo invecchiamento. Per i prodotti commerciali fabbricati in grandi volumi, le procedure CRRC prevedono che nove campioni di materiale, prelevati, a gruppi di tre, da tre distinti lotti di produzione ed appositamente preparati, siano caratterizzati presso un laboratorio accreditato, al fine di misurare i valori iniziali delle proprietà emissive. I nove campioni vanno successivamente distribuiti, a gruppi di tre, in tre Test Farm approvate e con situazioni climatiche differenziate (calda/umida, fredda/temperata e calda/secca), ove devono essere sottoposti ad un processo di invecchiamento della durata di almeno tre anni. A conclusione di tale processo, i campioni vanno nuovamente caratterizzati presso un laboratorio accreditato. I risultati di tutte le misure devono essere comunicati al CRRC, che si riserva di svolgere ulteriori analisi, effettuate su campioni ottenuti attraverso la rete di distribuzione commerciale dei fabbricanti e rivenditori, ed eventualmente di revocare le certificazioni già concesse se vengono rilevate gravi difformità. Il CRRC non prescrive i valori delle proprietà emissive, ma solo le modalità per verificarli. Indicazioni precise sulle prestazioni minime che un cool roofs deve garantire sono state invece fornite fin dal 1998 dall'Environmental Protection Agency (EPA) e dal Department of Energy (DOE) degli U.S.A. attraverso l'Energy Star Roof Product Program, un programma federale finalizzato all'incentivazione su base volontaria dei cool roofs. Il programma prevede infatti che possano essere etichettate con il logo Energy Star soluzioni di copertura per tetti a bassa inclinazione che garantiscano albedo maggiore o uguale a 0.65 a prodotto nuovo, e maggiore o uguale a 0.50 dopo tre anni di invecchiamento. La verifica deve essere fatta per tre distinte installazioni, di cui almeno una collocata in una grande area metropolitana, secondo modalità analoghe a quelle previste dal CRRC. Le indicazioni sopra delineate sono state recepite e rese talora obbligatorie da alcune amministrazioni locali degli U.S.A. come, ad esempio, la città di Chicago. Nell'ambito dell'Energy Star Roof Product Program non si fornisce alcuna prescrizione circa l'emissività, che si è invece visto essere fondamentale dal punto di vista del surriscaldamento delle superfici irradiate. Pertanto, molte amministrazioni degli U.S.A. come, ad esempio quelle della California, della Georgia e della Florida, oltre a porre limiti più stringenti per l'albedo, prescrivono valori minimi da conseguire anche per l'emissività. In generale, gli impulsi che le diverse amministrazioni hanno dato, e continuano a dare, all'adozione di cool roofs si attuano, oltre che in termini di esplicito obbligo all'installazione per edifici nuovi o sottoposti a ristrutturazione. integrale, sotto forma di prescrizioni di isolamento termico più stringenti in caso di mancata installazione, o anche di contributi economici riconosciuti a chi converte in cool roof un tetto preesistente. Sulla spinta sia dei programmi di incentivazione, sia di una ormai acquisita consapevolezza da parte di costruttori, fornitori e committenti del settore edile, la varietà e la disponibilità di materiali adatti alla realizzazione di cool roof, cioè contraddistinti da proprietà emissive adeguate e durevoli, è oggi negli U.S.A. assai ampia. È infatti possibile reperire soluzioni commerciali per tipologie di copertura di ogni genere: • vernici • guaine bituminose • ricoprimenti in lattice • ricoprimenti in granigliato • lastre metalliche verniciate • piastrelle ceramiche o in cemento Alcuni dei prodotti distribuiti sul mercato nordamericano presentano valori iniziali dell'albedo e dell'emissività anche molto elevati, rispettivamente superiori a 0.85 e a 0.90 (si tratta solitamente di prodotti con colore bianco o molto chiaro). Molti prodotti sono già stati sottoposti a tutte procedure di certificazione Energy Star o previste dal CRRC e sono per essi disponibili dati sulle proprietà emissive sia a nuovo che dopo invecchiamento, raccolti in archivi informatici di pubblico dominio. CONSIDERAZIONI DI PROSPETTIVA L'entità dei benefici locali e globali, di ordine termoclimatico, energetico, economico ed ambientale, che possono derivare dall'adozione di un cool roof dipende, oltre che dalle proprietà emissive superficiali e dalla loro durata nel tempo, da una molteplicità di altre variabili e condizioni, intrinseche e al contorno: • la tipologia di copertura • le caratteristiche generali dell'edificio • la collocazione urbanistica • le condizioni climatiche tipiche della zona di intervento, sia estive che invernali • la presenza di eventuali vincoli storico-artistici o paesaggistici L'interazione tra le diverse problematiche si presenta in generale complessa. La convenienza effettiva di un cool roof è quindi fortemente variabile e di valutazione non immediata. Sono tra l'altro possibili situazioni in cui i benefici diretti all'utenza finale sono relativamente ridotti, al limite nulli, ma sono invece consistenti quelli per la collettività. In tali situazioni, entrano in gioco ulteriori fattori di condizionamento quali l'imposizione normativa e la presenza di programmi di incentivazione economica. Tutte queste problematiche sono state ampiamente affrontate negli U.S.A., ove si sta assistendo alla progressiva definizione di un quadro normativo organico e al contestuale sviluppo di un'offerta commerciale ampia e diversificata. La situazione vigente in Italia è, purtroppo, molto diversa. D'altro canto, sulla base delle condizioni climatiche esistenti è ragionevole presumere che l'adozione diffusa di cool roofs possa offrire vantaggi economici e sociali significativi in buona parte del territorio nazionale, specialmente se si considerano la sfavorevolissima situazione energetica italiana, la crescente diffusione degli apparati per condizionamento estivo ed i problemi recentemente sollevati da inquinanti come l'ozono, la cui formazione è direttamente correlata al surriscaldamento delle aree urbane. In considerazione di tutto ciò, l'unità di ricerca in Fisica Tecnica Industriale del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile di Modena si è proposta di portare i cool roofs all'attenzione degli operatori del mondo politico, della ricerca scientifica e del settore edile, avviando a tal scopo una serie di iniziative: • diffusione del concetto di cool roof mediante presentazioni, partecipazione a convegni e seminari, pubblicazioni sia scientifiche che divulgative • esecuzione di studi di carattere energetico ed economico, finalizzati a sollecitare e supportare gli enti locali nella eventuale formulazione di un quadro normativo • implementazione di un laboratorio per la caratterizzazione delle proprietà emissive dei materiali • esecuzione di ricerche sui materiali, eventualmente in collaborazione con aziende che vogliano formulare un'offerta commerciale specifica • esecuzione di verifiche sperimentali in contesti rappresentativi, dal punto di vista climatico, funzionale e urbanistico, di zone e situazioni di particolare rilevanza Ad esemplificazione delle attività pianificate, è attualmente in itinere uno studio su un edificio del campus della Facoltà di Ingegneria di Modena, adibito a laboratorio. L'edificio, privo di apparati di condizionamento dell'aria, presenta problemi di surriscaldamento estivo molto seri, che lo rendono pressoché inabitabile. La causa risiede nella struttura del tetto, simile a quella schematizzata in fig. 1 e con protezione superficiale dalle intemperie data da una guaina catramata nera. È peraltro verosimile che problemi simili siano frequenti, essendo i capannoni industriali solitamente realizzati con analoghe modalità. Analisi teoriche al calcolatore hanno mostrato che la situazione migliorerebbe drasticamente in presenza di un cool roof, la cui installazione è stata quindi progettata per l'estate entrante. Prima dell'intervento, l'edificio sarà adeguatamente strumentato e la sua situazione termoclimatica monitorata con continuità, in modo da verificare e quantificare i miglioramenti ottenuti e poterli quindi estendere a casistiche analoghe. Giovanni S. Barozzi, Mauro A. Corticelli Alberto Muscio, Paolo Tartarini Dip. di Ingegneria Meccanica e Civile, Università di Modena e Reggio Emilia [post_title] => I Cool Roofs [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => i-cool-roofs [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:37:17 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:37:17 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/i-cool-roofs/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw ) [7] => WP_Post Object ( [ID] => 60677 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-06-14 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-06-13 22:00:00 [post_content] => Il consumo energetico, l'ambiente e l'aspetto finanziario in un tutt'uno: dalla metà del 2008 gli edifici venduti o dati in locazione necessitano di un certificato energetico. Il 1° ottobre 2009 è inoltre entrato in vigore il nuovo regolamento sul risparmio energetico, in base al quale i proprietari delle case devono ridurre del circa 30% il consumo energetico per il riscaldamento e l'acqua calda negli edifici nuovi o in quelli vecchi rimodernati rispetto alle direttive valide finora. Questa misura è sensata visto che il petrolio e il gas diventano sempre più cari. Oltre all'ambiente, in tal modo, nel lungo periodo, viene anche salvaguardato il portafoglio dei proprietari delle case, e questo è il motivo per il quale da alcuni anni sono molto richieste le case a risparmio energetico. Tra quelle più conosciute vi sono le case passive, particolarmente efficienti in termini di consumo energetico. Tuttavia, anche le case passive possono presentare degli svantaggi: sono soggette a guasti e comportano rischi per la salute. Un'alternativa viene offerta da una nuova idea di edifici: la casa biosolare, che con l'impiego di materiali da costruzione naturali e del PLEXIGLAS®, sfrutta l'energia solare per una sensazione abitativa piacevole.

In realtá il concetto di casa passiva è molto semplice: per risparmiare l'energia destinata al riscaldamento, deve disperdersi meno calore possibile. Per questo motivo tali edifici sono isolati termicamente in maniera accurata e praticamente non possiedono ponti termici, tramite i quali l'energia potrebbe disperdersi. Grazie alla loro costruzione, che non consente all'aria e al vapore acqueo di penetrare, assomigliano ad un sacchetto di plastica. Lo svantaggio è che in un nucleo familiare medio, si creano ogni giorno fino a sette litri di vapore acqueo cucinando, facendosi la doccia, lavando la biancheria e per via degli inquilini della casa stessa. Affinché il vapore possa fuoriuscire in modo naturale, le pareti della casa dovrebbero essere permeabili al vapore acqueo. Gli esperti parlano in questo caso di pareti aperte alla diffusione. Eppure le case passive devono essere totalmente a tenuta d'aria per poter trattenere il calore. A causa di ciò il concetto di casa passiva diventa dispendioso in termini tecnici: gli impianti di ventilazione e di filtraggio devono far fuoriuscire il vapore acqueo. Difatti, senza una ventilazione artificiale il vapore acqueo condensa sulle pareti interne. La conseguenza è che l'umidità diventa un pericolo per la costruzione e una muffa dannosa per la salute. L'architetto Udo Guenther-Dreisbusch conosce fin troppo bene questi problemi. In qualità di perito edile presso la Energieberatung-24.de, verifica quotidianamente i vizi edili delle case passive. "Quando rimuovo i pannelli isolanti, spesso tutto il muro dietro è ammuffito", afferma. Il clima umido, inoltre, fa sí che gli acari della polvere prosperino particolarmente bene, e le loro feci provocano nell'uomo diverse allergie. Ricambio di aria Per evitare ciò, gli impianti di aerazione devono sempre lavorare in modo ottimale nelle case passive. Alle spese per la corrente degli impianti si aggiungono spesso costi elevati di manutenzione. Il costruttore di macchine Klaus Becher, grazie alla sua esperienza professionale di responsabile tecnico di impianti industriali, sa quanto la tecnologia sia suscettibile a guasti o vizi. E proprio per questo il costruttore, che ha raggiunto l'etá di 74 anni, ha deciso di progettare una casa a risparmio energetico che non richiede praticamente nessuna tecnologia, che risparmia energia, che tutela l'ambiente e la salute dei suoi inquilini. Ha acquisito le conoscenze necessarie per la costruzione della prima casa biosolare in diversi modi. "Noi ingegneri abbiamo una malattia: chiediamo sempre 'perché?'", spiega sorridendo. "La curiosità, la conoscenza della fisica, che bisogna avere nel mio mestiere, la lettura di diversi libri e le mie esperienze professionali hanno rappresentato la base per la realizzazione di questa idea".

Ben isolata Nella casa biosolare di Becher, nel frattempo brevettata, si intrecciano diverse componenti. In confronto alla casa passiva, l'isolamento termico non si basa su un concetto di tenuta d'aria. La casa biosolare funziona secondo il principio "casa nella casa": le pareti interne aperte per la diffusione, con uno strato di materiale isolante naturale in cellulosa, sono circondate da un involucro esterno resistente alle intemperie. Tra l'involucro esterno e la parete interna si trova un cuscinetto d'aria. Questo strato d'aria isola gli spazi abitativi in modo molto efficiente, poiché viene riscaldato da un effetto fisico naturale: l'effetto serra. Come in una serra, il cuscinetto d'aria viene riscaldato dal sole, i cui raggi penetrano attraverso superfici trasparenti posti sulla facciata, sul tetto e sulla veranda. A questo proposito è importante che una percentuale il più possibile elevata di raggi solari caldi penetri all'interno. Le lastre alveolari permeabili alla luce rappresentano pertanto un componente importante del concetto energetico. Le lastre alveolari PLEXIGLAS ALLTOP® soddisfano questi requisiti in modo ottimale, poiché hanno una permeabilità alla luce del sole fino al 91 percento. "Utilizziamo PLEXIGLAS®, poiché è particolarmente permeabile alla luce e inoltre è resistente ai raggi UV e agli agenti atmosferici. A differenza degli altri materiali sintetici, non ingiallisce nemmeno dopo decine di anni" ha dichiarato Becher e, a questo riguardo, il produttore li garantisce addirittura per 30 anni. Inoltre, dato che le doppie lastre alveolari possiedono una buona coibentazione termica, impediscono un'inutile dispersione termica all'esterno. Grazie al peso limitato è possibile realizzare con una struttura a filigrana anche le grandi superfici dei giardini d'inverno, utilizzando un numero ridotto di elementi di sostegno.

Fuoco e acqua Il cuscinetto d'aria tra l'involucro esterno e la parete interna protegge la casa interna dalla dispersione termica. Affinché però l'interno possa iniziare a riscaldarsi, la casa biosolare sfrutta un impianto solare termico che si trova sul tetto, sotto un lucernaio in PLEXIGLAS® trasparente. I raggi del sole riscaldano l'acqua nei tubi neri dell'impianto, che viene poi utilizzata sia come acqua per uso domestico sia per il riscaldamento a muro. Nelle stagioni di transizione, in primavera e in autunno, l'energia solare è sufficiente per mantenere piacevolmente caldo l'interno della casa. Solo nel caso di temperature invernali rigide è necessario scaldare anche con una stufa a legna. Secondo Becher, la casa biosolare ha un fabbisogno energetico di riscaldamento dai 10 ai 25 kWh all'anno per metro quadrato, mentre il fabbisogno energetico primario sarebbe di meno di 10 kWh per metro quadrato. "Il fabbisogno è inferiore a quello di una casa passiva e corrisponde a costi di riscaldamento annui che variano da 150 a 350 Euro", afferma Becher. In confronto, una casa plurifamigliare di nuova costruzione ha un fabbisogno energetico per il riscaldamento di circa 100 kWh all'anno per metro quadrato. La famiglia Jacobi vive dal 2005 in una casa biosolare. Utilizza le stufe da novembre a marzo. "Con temperature di circa cinque gradi è sufficiente accendere il camino ogni due giorni per due ore. Con temperature sottozero, riscaldiamo ogni giorno per due ore", afferma il padre Darko Jacobi. Nel 2008 ha consumato quattro steri di legno. "Li ho comprati per soli 50 Euro. Alle spese complessive per la nostra casa si sono aggiunti solo 630 Euro per i 3700 kW/h di consumo di corrente per il nucleo familiare."

Calore senza polvere In questo modo le case biosolari sono ancora più economiche nel consumo energetico rispetto alle case passive. Per queste ultime si aggiungono i costi di manutenzione per i filtri degli impianti di aerazione che depurano l'aria esterna dalle sostanze dannose contenute nell'aria, dai pollini e dalla polvere. Per evitare che al loro interno si moltiplichino batteri e virus, devono venire regolarmente puliti. Un grande dispendio per vivere bene. Le pareti aperte per la diffusione nella casa biosolare favoriscono invece un clima abitativo sano e grazie al loro impiego, fuoriescono gli odori sgradevoli e il vapore acqueo. Grazie alla circolazione naturale dell'aria, non sono necessari i filtri dell'aria e non sussiste alcun pericolo per via di batteri dannosi. Un'ulteriore vantaggio a favore di uno stile abitativo sano è il riscaldamento a parete nella casa biosolare: in tal modo non viene sollevata polvere e le persone che soffrono di allergie, asma, reumatismi e neurodermatiti hanno una vita più facile.

In estate la costruzione "casa nella casa" garantisce anche il necessario refrigerio: quando le porte esterne della veranda sono aperte, l'aria calda, grazie all'effetto del camino, sale verso l'alto sotto il tetto. Lì si trovano le prese per l'aerazione grazie alle quali può fuoriuscire l'aria. "In tal modo le stanze interne rimangono piacevolmente fresche nella stagione estiva, e questo senza un dispendioso sistema di ventilazione", spiega Becher. Al passo con i tempi Sulla base del suo progetto privato, l'ingegnere Becher ha creato una società: la Bio-Solar-Haus Becher GmbH, che realizza case singole e plurifamigliari, ad uno o due piani, a seconda della richiesta. "Abbiamo già realizzato anche edifici funzionali quali asili, scuole, uffici o centri benessere sulla base di questo concetto", spiega l'amministratore delegato Hubert Becher, nipote dell'ideatore. Il fatto che la casa di Klaus Becher soddisfi le esigenze di uno stile abitativo sano e consapevole dell'energia, lo dimostrano già i diversi premi ottenuti, tra i quali il premio Sigillo per l'Energia da parte dell'agenzia per l'energia del Renania-Palatinato "EffizienzOffensive Rheinland-Pfalz", il premio per l'innovazione del Land Renania-Palatinato, il premio per l'edilizia ecologica "Casa sana" della Cassa di risparmio IDUNA, per l'artigianato tedesco e il premio "World Energy Globe Earth" del Parlamento europeo. [post_title] => La casa biosolare: ritorno alle leggi di natura [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => la-casa-biosolare-ritorno-alle-leggi-di-natura [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:36:58 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:36:58 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/la-casa-biosolare-ritorno-alle-leggi-di-natura/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw ) [8] => WP_Post Object ( [ID] => 60679 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-06-07 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-06-06 22:00:00 [post_content] =>

Concentratore solare per Progetto Archimede

Indice:

Le tecnologie disponibili
Le innovazioni del Progetto Archimede
Progetto Archimede: principio di funzionamento
I vantaggi del Progetto Archimede

La necessità della diversificazione delle fonti, unita agli impegni sul contenimento dei consumi energetici e sulla riduzione delle emissioni di gas serra, pone la fonte solare nella condizione di avere un ruolo incisivo nel panorama energetico italiano. Le condizioni favorevoli di insolazione presenti nel nostro Paese rendono indispensabile riconsiderare un ricorso massiccio a questa fonte energetica come una delle poche possibili risposte concrete alla persistenza di condizioni sfavorevoli nel mercato dei prodotti petroliferi. Il programma ENEA sul solare a concentrazione è stato finanziato con fondi pubblici da uno specifico articolo della legge finanziaria 2001. Fra le varie applicazioni possibili, l'Ente ha scelto due linee di intervento:

la produzione e l'accumulo di calore ad alta temperatura (550 °C) per la produzione di energia elettrica;
la produzione e l'accumulo di calore a più alta temperatura (superiore a 850 °C) per la produzione di idrogeno.

L'articolazione del programma tiene conto del diverso grado di maturità scientifica ed industriale raggiunto dalle due applicazioni e, in entrambi i casi, si pone come obiettivo finale la costruzione e la messa in esercizio di impianti dimostrativi che consentano la diffusione su ampia scala delle tecnologie sviluppate e servano da stimolo per la creazione di un mercato autosostenuto.

Le tecnologie disponibili

La produzione di energia elettrica da solare termodinamico è stata sperimentata e dimostrata utilizzando diverse tecnologie di raccolta e concentrazione della radiazione solare. Per la produzione di energia da immettere in rete vengono utilizzati sistemi a collettori parabolici lineari e sistemi a torre, mentre per la produzione destinata a piccole comunità isolate sono utilizzati i sistemi a concentrazione puntiforme (specchi parabolici).

Sistemi a collettori parabolici lineari

La tecnologia attualmente più matura per la produzione di energia elettrica da solare termodinamico è quella che utilizza i collettori parabolici lineari: da circa 20 anni sono in esercizio a Kramer Juction, in California, nel deserto del Mojave, nove grandi impianti termoelettrici solari di questo tipo (SEGS, Solar Electric Generating Systems), per una potenza elettrica complessiva di oltre 350 MW. [caption id="attachment_111580" align="aligncenter" width="523"]

Schema funzionale di un collettore parabolico di un impianto solare termico[/caption] In tali impianti, il campo solare ha una struttura modulare ed è costituito da collettori parabolici lineari collegati in serie e disposti in file parallele della lunghezza di alcune centinaia di metri. Ciascun collettore è costituito da un riflettore di forma parabolica (comune specchio di vetro) che concentra i raggi solari su un tubo assorbitore (ricevitore) disposto sul fuoco della parabola. Un fluido portatore di calore, tipicamente olio minerale, pompato attraverso i tubi ricevitori, alimenta una stazione di potenza localizzata al centro del campo solare. Il calore così prodotto viene trasformato in vapore allo scopo di far funzionare un gruppo turbo-generatore elettrico. La temperatura tipica di operazione è di 390°C. [caption id="attachment_111581" align="aligncenter" width="750"]

Impianto a collettori parabolici lineari di Kramer Juction in California[/caption] Questa tecnologia, tuttavia, presenta alcune serie limitazioni, che ne hanno impedito la diffusione più ampia. I principali problemi riguardano:

la dipendenza della produzione di energia elettrica dalla intermittenza e dalla variabilità della fonte solare che costringe all'utilizzo di combustibili fossili per integrare la produzione di energia termica. Essi sono quindi degli impianti "ibridi" solare-combustibile fossile;
la bassa efficienza di conversione degli impianti, dovuta alla limitata efficienza di raccolta dell'energia solare e alla bassa temperatura di lavoro del fluido portatore di calore (< 400°C);
il costo elevato dell'energia elettrica prodotta, conseguenza della bassa efficienza e dell'elevato costo di costruzione degli impianti;
l'alta pericolosità del fluido di lavoro: tossico e altamente infiammabile alla temperatura di esercizio.

Sistemi a torre

Questa tecnologia ha superato la fase dimostrativa a livello di prototipo industriale (impianto americano Solar Two da 10 MW), ma non è ancora giunta alla fase di maturità commerciale. [caption id="attachment_111584" align="aligncenter" width="750"]

Schema funzionale di un impianto solare a torre[/caption] Negli impianti a torre, il campo solare è costituito da specchi piani (eliostati) che inseguono il moto del sole, concentrando i raggi solari su di un ricevitore montato in cima ad una torre posizionata al centro dell'impianto. All'interno del ricevitore viene fatta circolare una miscela di sali fusi che assorbe il calore e lo accumula in appositi serbatoi. Con il calore accumulato ad alta temperatura (565°C), si produce vapore per alimentare un turbo-generatore. I principali miglioramenti introdotti in questo tipo di impianti rispetto a quelli a collettori parabolici lineari sono:

la sicurezza del liquido trasportatore di calore, che è un nitrato di sodio e potassio, noto concime di origine naturale, non infiammabile e non tossico;
il miglioramento del rendimento del ciclo termodinamico, legato all'innalzamento della temperatura di operazione da 390 a 565°C;
la possibilità di introdurre un accumulo termico per ovviare alle variazioni giornaliere dell'intensità solare. Ciò comporta importanti vantaggi di continuità per il gruppo turbina-alternatore ed evita il ricorso all'integrazione con combustibili fossili. Questi impianti sono quindi alimentati esclusivamente a fonte rinnovabile;
la riduzione del costo degli specchi ottenuta con l'adozione di una nuova tecnologia basata su materiali compositi (honeycomb), più leggeri, robusti ed economici rispetto alla lastra di vetro usata nei SEGS.

[caption id="attachment_111585" align="aligncenter" width="750"]

Impianto Solar Two da 10 MW (California)[/caption] Gli impianti a torre solare con accumulo di energia consentono, pertanto, efficienze di conversione superiori e investimenti iniziali inferiori rispetto ai sistemi a collettori parabolici lineari. Ma essi presentano ancora degli svantaggi che rendono difficile l'applicabilità su grande scala e per elevate potenze. I principali svantaggi sono:

le dimensioni eccessive della torre solare (l'altezza dipende dall'estensione del campo specchi che è proporzionale alla potenza dell'impianto);
la difficoltà nella concentrazione della radiazione solare sul ricevitore posto a centinaia di metri di distanza (la distanza focale dei sistemi a collettori parabolici lineari è invece inferiore a due metri).

Le innovazioni del Progetto Archimede

Il sistema progettato dall'ENEA combina le due tecnologie dei sistemi a collettori parabolici lineari e dei sistemi a torre e prevede una serie di profonde innovazioni che permettono di superare i punti critici di entrambe. In esso è stata utilizzata la geometria parabolica lineare, ma con sviluppi tecnologici tali da permettere l'utilizzo dei sali fusi e, quindi, delle più alte temperature tipiche della tecnologia degli impianti a torre. [caption id="attachment_111586" align="aligncenter" width="700"]

Schematizzazione dell'impianto solare a concentrazione secondo il progetto ENEA[/caption] Le principali innovazioni riguardano:

l'utilizzo di un sistema di accumulo termico costituito da due serbatoi di stoccaggio di grandi dimensioni, mediante il quale l'impianto può erogare una potenza elettrica costante nell'arco delle 24 ore, indipendentemente dalla variabilità della fonte solare;
l'incremento della temperatura di funzionamento dell'impianto (circa 550°C). Questa innovazione richiede, da un lato, l'uso di un fluido termovettore (miscela di nitrati di sodio e di potassio) diverso dall'olio sintetico impiegato negli impianti attualmente in esercizio e, dall'altro lato, un sostanziale miglioramento delle proprietà ottiche del rivestimento del tubo ricevitore dei collettori che permetta un migliore assorbimento del calore;
la progettazione di un nuovo tipo di concentratore, basato sull'impiego di componenti in grado di assicurare una significativa riduzione dei costi di costruzione e posa in opera. Questi miglioramenti dovrebbero permettere lo sviluppo di una originale e competitiva "nicchia" di mercato sia nazionale che internazionale.

Il sistema dovrebbe avere costi inferiori a quelli previsti dagli impianti a torre e, nel contempo, sfruttare tutta l'esperienza operativa acquisita dalla ormai matura tecnologia modulare dei SEGS. Il collettore parabolico lineare rappresenta il modulo base del sistema. Il raggiungimento della potenza richiesta è ottenuto mediante l'utilizzo di più moduli. Tale configurazione è quindi facilmente adattabile alle caratteristiche di siti reperibili nell'Italia Meridionale.

L'accumulo termico

Nel settore della produzione elettrica, una tecnologia matura deve erogare l'energia in funzione della domanda. Fino ad oggi, l'unica energia rinnovabile che ha avuto una diffusione estesa in questo settore è stata quella idroelettrica. Ciò è dovuto sia alla competitività dei suoi costi sia alla presenza del sistema bacino/sbarramento, che è in grado di compensare le fluttuazioni dovute alla variabilità delle precipitazioni. [caption id="" align="aligncenter" width="400"]

Sistema di accumulo del calore (progetto ENEA)[/caption] Nel caso dell'energia solare, il calore accumulato nel serbatoio caldo svolge la stessa funzione dell'accumulo di acqua nel bacino idroelettrico. Fortunatamente, poiché l'energia solare è generalmente disponibile su base giornaliera, la quantità di energia da immagazzinare, al fine di garantire la stessa continuità di funzionamento, è tuttavia molto più modesta. Un elevato salto termico (260°C) tra il serbatoio caldo e quello freddo permette una notevole capacità di accumulo (per immagazzinare 1 kWh di energia termica sono sufficienti circa 5 litri di sale fuso nel serbatoio caldo). L'energia accumulata in un dato volume di questo sale fuso è eguale all'energia prodotta dalla combustione dello stesso volume di gas naturale, alla pressione di 18,4 bar, oppure di un volume di petrolio 43 volte inferiore. Ma, mentre in un impianto termoelettrico convenzionale destinato al carico di base il riempimento del serbatoio di olio combustibile è normalmente effettuato con frequenze dell'ordine dei mesi, il tempo di accumulo per l'impianto solare è determinato dal ciclo giornaliero, eventualmente incrementato al fine di compensare anche alcuni giorni di cattivo tempo. Ne consegue che, a parità di potenza installata, le dimensioni per un serbatoio di olio combustibile e quelle per l'accumulo termico di un impianto solare in funzionamento continuativo sono in realtà paragonabili. Ad esempio, al fine di garantire l'erogazione a potenza costante (24 ore su 24) dell'energia solare giornaliera massima raccolta da 1 km2 di collettori nel Sahara, è richiesto un serbatoio di accumulo di circa 30 m di diametro e 21 m di altezza. Se il serbatoio è di dimensioni opportune, le perdite di energia associate all'accumulo termico sono molto contenute, tipicamente minori dell'1% giornaliero. Quindi l'accumulo termico è un sistema estremamente efficiente, qualora confrontato con gli altri metodi correnti di accumulo energetico.

Il fluido termovettore

Il fluido termovettore degli impianti di Kramer Juction è un olio minerale infiammabile e tossico. Le proprietà di questo liquido, inoltre, limitano la temperatura di funzionamento dell'impianto e - per motivi di sicurezza e di costo - non permettono l'immagazzinamento del liquido caldo in volumi tali da costituire un efficace accumulo termico. In realtà questi impianti sono dei sistemi ibridi solare-gas naturale, in quanto necessitano di una pesante integrazione con gas naturale per coprire le discontinuità giornaliere della fonte solare. Per queste ragioni, nel progetto ENEA si è preferito adottare come fluido termovettore una miscela di sali fusi, 60% NaNO3 - 40% KNO3. Questi sali sono largamente usati in agricoltura come fertilizzanti, sono economici e disponibili in grandissime quantità. La temperatura di esercizio del fluido termovettore varia tra i 290 e i 550 °C; la temperatura massima è limitata dal fatto che oltre i 600 °C possono insorgere potenziali problemi di corrosione dei materiali. È già stato completato presso l'ENEA lo studio dettagliato dei componenti associati all'uso della miscela di sali fusi, come pure sono stati studiati e risolti in maniera soddisfacente i potenziali problemi connessi con tale tecnologia, come ad esempio quelli relativi alla corrosione dei materiali.

Il tubo ricevitore

Il tubo ricevitore, situato sulla linea focale degli specchi, è costituito da due cilindri coassiali separati da una intercapedine sotto vuoto con funzione di isolante termico. [caption id="" align="aligncenter" width="350"]

Struttura del rivestimento spettralmente selettivo sviluppato dall'ENEA[/caption] Il cilindro esterno in vetro, del diametro di 11,5 cm, è un involucro protettivo, con la funzione di impedire il contatto diretto tra la zona calda e l'ambiente esterno, ed è collegato mediante soffietti metallici al cilindro interno in acciaio. Quest'ultimo, che ha un diametro di 7 cm, costituisce il tubo assorbitore dell'energia solare; al suo interno circola il fluido termovettore. Un opportuno rivestimento spettralmente selettivo sviluppato nei laboratori dell'ENEA, applicato sulla superficie esterna del tubo in acciaio, assicura il massimo assorbimento nello spettro della luce solare e la minima emissione di radiazione infrarossa dal tubo caldo, consentendo il raggiungimento dell'elevata temperatura di esercizio dell'impianto (550°C).

Gli specchi parabolici

La radiazione solare diretta è focalizzata su un tubo collettore-ricevitore mediante l'uso di grandi specchi parabolici lineari. L'apertura degli specchi è di 5,76 m, con una altezza focale di 1,81 m. [caption id="" align="aligncenter" width="350"]

Modulo di collettore solare (progetto ENEA)[/caption] Gli specchi, adatti ad una produzione economica in serie, sono costituiti da pannelli "a nido d'ape" ("honeycomb") di 2,5 cm di spessore, con struttura interna in alluminio e strati superficiali in fibra di vetro, che presentano un'elevatissima rigidità. Sulla superficie esterna di questi pannelli aderisce un sottile specchio di vetro ad alta riflettività. Un insieme di tali pannelli riflettenti è rigidamente fissato ad una struttura di supporto, lunga circa 25 m, che ne consente la rotazione per seguire il percorso del sole.

Progetto Archimede: principio di funzionamento

Nell'impianto ENEA gli specchi parabolici lineari concentrano la luce diretta del sole su un tubo ricevitore (dentro il quale scorre il fluido termovettore), che assorbe l'energia raggiante e la converte in calore ad alta temperatura. Il fluido riscaldato (a 550 °C) viene convogliato in un serbatoio "caldo", dove va a costituire l'accumulo di calore ad alta temperatura. Dal serbatoio "caldo", il fluido è inviato ad uno scambiatore dove cede una parte di calore con il quale viene generato vapore che alimenta un sistema convenzionale di produzione di energia elettrica. Il fluido conclude la sua corsa nel serbatoio "freddo", a 290°C, da dove viene prelevato e re-immesso nel ciclo.

I vantaggi del Progetto Archimede

Grande potenzialità di sviluppo

La tecnologia messa a punto dall'ENEA, per la quale l'Ente ha ottenuto un importante riconoscimento da parte dell'IEA (International Energy Agency) nell'ambito del Rapporto 2003 sulla politica energetica italiana, potrebbe consentire alla fonte solare di diventare la fonte energetica primaria, in sostituzione delle biomasse, in quei Paesi in via di sviluppo in cui il livello di radiazione solare è considerevole. Le potenzialità della tecnologia potrebbero aumentare considerevolmente se l'energia elettrica prodotta in Paesi a forte insolazione fosse esportata a regioni con maggiore domanda e minore insolazione. Ad esempio, in gran parte dei Paesi europei, alle società di distribuzione è richiesta la fornitura di energia elettrica con un contributo percentuale proveniente da fonti rinnovabili. Una frazione considerevole di tale "energia verde" potrebbe essere soddisfatta con la tecnologia innovativa dell'ENEA, installata ad esempio nelle aree desertiche del Sahara, caratterizzate sia da una favorevole esposizione alla radiazione solare sia da un'escursione stagionale piuttosto ridotta. L'energia elettrica prodotta nel Nord Africa potrebbe essere trasferita alla rete elettrica europea per mezzo di linee di trasmissione in corrente continua ad alta tensione, tecnologia già disponibile e con costi accettabili.

Rispetto dell'ambiente

Negli impianti solari di tecnologia ENEA non sono impiegati materiali tossici, infiammabili o altrimenti pericolosi. In particolare, il liquido termovettore usato è un comune fertilizzante, ed eventuali fuoriuscite accidentali non hanno alcun impatto ambientale. Gli impianti solari non costituiscono una sorgente di rischio o di altri fastidi (ad es. rumore) per le popolazioni residenti nelle loro vicinanze. Una volta smantellato l'impianto, il terreno è riutilizzabile senza limitazioni.

Alta disponibilità e versatilità

La tecnologia ENEA è fortemente modulare e può soddisfare esigenze diverse. Può essere utilizzata sia in impianti di taglia elevata (dell'ordine delle centinaia di MWe), connessi con la rete elettrica, sia in impianti più piccoli (di pochi MWe) per comunità isolate. L'introduzione di un sistema di accumulo consente di immagazzinare l'energia termica e di produrre energia elettrica quando serve e con continuità anche in assenza di radiazione solare diretta.

Economicità

Una volta che i sistemi di captazione e accumulo dell'energia solare verranno prodotti su scala sufficientemente grande, la produzione di calore ad alta temperatura (550 °C) potrà essere fatta, in località a elevata insolazione, ad un costo di circa 2 €/GJ, non superiore a quello previsto per il gas naturale e il petrolio. Lo smantellamento finale dell'impianto è semplice ed economico.

Tempi di costruzione brevi e lunga vita dell'impianto

Grazie alla semplicità progettuale, un impianto può essere realizzato in circa tre anni. La sua vita attesa è di 25-30 anni, sicuramente estendibile apportando successive modifiche e miglioramenti. [post_title] => Progetto Archimede per l'integrazione di un ciclo a gas con il solare termodinamico [post_excerpt] => Il Progetto Archimede, realizzato da una collaborazione Enel ed Enea, rappresenta la prima applicazione a livello mondiale di integrazione tra un ciclo combinato a gas e un impianto solare termodinamico. [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => progetto-archimede [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-09-22 13:09:34 [post_modified_gmt] => 2020-09-22 11:09:34 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/progetto-archimede/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw ) [9] => WP_Post Object ( [ID] => 60678 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-06-01 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-05-31 22:00:00 [post_content] =>

In questo articolo è presentato un esempio di misura in opera su una vetrata isolante. I risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli ottenuti mediante calcolo secondo UNI EN 673:2005 - "Vetro per edilizia - Determinazione della trasmittanza termica (valore U) - Metodo di calcolo" che è uno dei tre metodi di prova di riferimento per la determinazione della trasmittanza termica di pareti a bassa capacità termica e di vetrate isolanti.

Indice:

Descrizione della misura
Metodo di misura
Strumentazione
Campione oggetto della misura
Risultati
Conclusioni

La norma ISO 9869 viene applicata principalmente a pareti opache, ma sia al paragrafo 7.1 della norma stessa, sia in altri riferimenti normativi, quale ad esempio UNI EN 15603 - "Prestazione energetica degli edifici - Consumo energetico globale e definizione dei metodi di valutazione energetica", si trovano indicazioni sull'utilizzo di questo metodo di prova per la misura in opera della trasmittanza termica di vetrate isolanti.

Descrizione della misura

Il comportamento termico di una vetrata isolante nei confronti della differenza di temperatura ambiente interno - ambiente esterno è descritto dalla Trasmittanza termica "U" espressa in W/(m2 K) o dalla Resistenza termica totale RTot= 1/U espressa in (m2 K)/W.

Questi parametri dipendono dallo spessore delle lastre di vetro, dallo spessore delle intercapedini, dalle proprieta dei gas contenuti nell'intercapedine e dalla emissività delle superfici di ogni singola faccia delle lastre.

Metodo di misura

Il metodo di misura della resistenza termica (R) è piuttosto semplice e si basa sulla misura diretta della temperatura superficiale esterna (Tse), della temperatura superficiale interna (Tsi) e del flusso di calore per unità di superficie che attraversa la parete (q).

Dalla resistenza termica si può facilmente calcolare la trasmittanza termica utilizzando le resistenze superficiali interna (Rsi) ed esterna (Rse) mediante definite nella norma UNI EN 673.

Sebbene l'idea in se sia piuttosto semplice sussistono notevoli difficoltà operative nell'eseguire la misura e nell'ottenere risultati consistenti con i valori reali di trasmittanza e resistenza termica.

Il punto cruciale e che le formule precedenti definiscono la resistenza termica e la trasmittanza termica solo quando ci si trova in regime stazionario, ovvero le tre grandezze misurate (q, Tsi e Tse) dovrebbero essere misurate in condizioni stabili.

Questo, per una misura in opera, non è praticamente possibile. Per tale ragione la norma prevede una elaborazione dei dati acquisiti per ottenere un risultato rappresentativo delle grandezze in regime stazionario.

Nell'esempio proposto in questo articolo abbiamo seguito il metodo di elaborazione delle medie progressive che consiste nel prendere i valori di q, Tsi e Tse mediati su un periodo sufficientemente lungo (a seconda della tipologia di parete da analizzare e di come variano le condizioni climatiche puo variare da tre giorni a piu di una settimana).

In particolare, per la vetrata isolante oggetto della misura, che rientra tra le pareti leggere a bassa capacità termica (18,8 kJ/(m2 K) rispetto ad un massimo di 20 kJ/(m2 K)), vanno tenuti in considerazione i soli dati "notturni", in quanto l'effetto della radiazione solare altererebbe i risultati in modo molto significativo.

Il criterio di verifica della convergenza della media ottenuta è raggiunto se le misure di tre notti consecutive non differiscono piu del 5% (vedi paragrafo 7.1 della norma ISO 9869).

Strumentazione

Per la misura sono necessari, come minimo, due sensori di temperatura superficiale, un termoflussimetro ed un data-logger per la registrazione dei dati.

Il sistema da noi utilizzato (Thermozig distribuito da Carlesi Strumenti) è composto da tre punti di misura simultanei ognuno dei quali prevede due sensori di temperatura da posizionare sulla superficie esterna, due sensori di temperatura ed uno di flusso termico da posizionare sulla superficie interna, un data logger per la memorizzazione dei dati ed un sistema di comunicazione wireless tra sensori e data logger.

Fotografia della strumentazione utilizzata

Campione oggetto della misura

Come campione è stata scelta una semplice vetrata isolante composta da una lastra esterna da 4 mm, da una intercapedine di aria secca da 10 mm e da una lastra interna da 6 mm (4/10/6). Non sono presenti rivestimenti basso emissivi. (I tre punti di misura sono mostrati nella seguente immagine.)

La strumentazione installata per la misura

Risultati

Nel grafico 1 è riportato, per ogni punto di misura, lo scarto percentuale tra il valore medio progressivo calcolato fino ad una notte e quello calcolato fino alla notte precedente. Si puo notare che tutti e tre i punti di misura rispettano il requisito di convergenza (scarto percentuale inferiore al 5% per tre notti consecutive).

Nel grafico 2 sono riportati i valori di trasmittanza termica calcolati dalle medie progressive relative ai soli dati notturni (dalle 18.00 alle 06.00) per ogni singolo punto di misura.

Inoltre è presente il valore medio per i tre punti di misura. La curva tratteggiata corrisponde ad un intervallo di +/- 2,5% rispetto al valore medio.

Il calcolo della trasmittanza termica secondo UNI EN 673 per la vetrata isolante oggetto della prova (4/10/6), effettuato con salto termico e temperatura media dell'intercapedine pari a quella misurata, da come risultato 2,93 W/(m2K).

Verifica del criterio di convergenza

Andamento della trasmittanza termica calcolata con le medie progressive

In tabella sono riportati i risultati ottenuti per la trasmittanza termica (Ug) della vetrata isolante mediante la misura secondo ISO 9869, il valore calcolato secondo UNI EN 673, lo scarto percentuale tra il valore calcolato ed i valori misurati ed i valori di salto termico tra superficie interna ed esterna mediati su tutte le notti di prova.

Conclusioni

I risultati ottenuti con la misura in opera risultano consistenti con la trasmittanza termica calcolata secondo UNI EN 673.

Infatti lo scarto percentuale tra il valore di trasmittanza termica misurata ed il valore calcolato risulta inferiore o uguale al 3%.

Il metodo della misura in opera secondo ISO 9869, può quindi essere una valida alternativa, rispetto ai metodi di riferimento (calcolo, misura con i termoflussimetri in laboratorio o piastra calda con anello di guardia) che richiedono campioni ad hoc o il disassemblaggio della vetrocamera, in quei casi in cui smontare la vetrocamera per inviarla al laboratorio di prova non è una soluzione praticamente sostenibile.

Riferimenti normativi:

ISO 9869:1994 - "Thermal Insulation - Building elements - In-situ measurament of thermal resistance and thermal trasmittance". La norma è stata riapprovata senza modifiche nel 2008.
UNI EN 673:2005 - "Vetro per edilizia - Determinazione della trasmittanza termica (valore U) - Metodo di calcolo".
UNI EN 15603:2008 - "Prestazione energetica degli edifici - Consumo energetico globale e definizione dei metodi di valutazione energetica".
UNI EN ISO 7345:1999 - "Isolamento termico - Grandezze fisiche e definizioni".

La trasmittanza termica di una vetrata isolante misurata in opera

Simone Zoffoli - Laboratorio Trasmissione del calore- [email protected]

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Consumi mondiali di energia primaria 1998-2008 in Mtep (elaboraz. su dati BP Statistical review of world energy, 2009).

Alle problematiche di tipo economico e sociale, si aggiungono quelle di carattere ambientale: l'uso indiscriminato dei combustibili fossili sta producendo sul pianeta alterazioni ecologico-ambientali preoccupanti, dovute all'intensificarsi dell'effetto serra; quest'ultimo provoca, a sua volta, un incremento della temperatura media terrestre, il cosiddetto "riscaldamento globale". Tale fenomeno, alterando le attuali condizioni climatiche del pianeta e modificando il volume dei ghiacciai e degli oceani, può avere conseguenze disastrose per l'ecosistema mondiale. L'adozione di fonti di energia alternative e sostenibili comporta quindi un duplice vantaggio: • far fronte alla crisi energetica dovuta al progressivo esaurimento delle riserve di combustibili fossili; • evitare rischi di catastrofi ambientali. Tra le potenziali fonti energetiche alternative, è problematico puntare sul nucleare, il quale, pur presentando una buona efficienza e assicurando emissioni di CO2 potenzialmente trascurabili, produce tuttavia scorie radioattive che costituiscono un'eredità estremamente pesante per le generazioni future; un'eredità che, con le attuali procedure di smaltimento, si estinguerebbe in oltre 100.000 anni. L'obiettivo dev'essere quindi quello di affidarsi a fonti non solo rinnovabili, ma a anche "pulite", sostenibili, che non determinino rilevanti squilibri ambientali, come l'energia solare, eolica, geotermica, idroelettrica, marina, da biomasse e da rifiuti. Questo obiettivo è stato peraltro accolto dall'UE, che nel marzo 2007 ha varato un pacchetto integrato di azioni, sintetizzato con la sigla "20-20-20", il quale mira, entro il 2020, al raggiungimento di un triplice traguardo da parte degli Stati membri: 1. produzione energetica da fonti rinnovabili pari al 20% del consumo interno lordo di energia; 2. risparmio del 20% rispetto ai consumi previsti al 2020; 3. riduzione del 20% delle emissioni dei gas serra rispetto ai livelli del 1990. L'Italia sta lentamente cercando di emanciparsi dall'impiego di combustibili fossili e dalla forte dipendenza energetica dall'estero (attestatasi negli ultimi 4 anni intorno all'85%, contro il 50% della media europea). Nonostante gli sforzi compiuti, i dati non sono ancora confortanti. Ciò è evidenziato da una inattesa diminuzione (dal 1997 al 2007, in parte compensata nel 2008) della produzione elettrica da fonti rinnovabili rispetto al totale della produzione nazionale. Tale diminuzione è imputabile sia all'aumento dei consumi, sia alla riduzione negli anni della fornitura idroelettrica (che ancora offre di gran lunga il maggior contributo alla produzione rinnovabile nazionale); riduzione dovuta soprattutto alle disposizioni legislative giustamente emanate per garantire il "minimo deflusso vitale" negli alvei. Incidenza percentuale della produzione lorda rinnovabile rispetto alla produzione lorda totale di energia elettrica in Italia dal 1997 al 2008 (GSE, Statistiche sulle fonti rinnovabili in Italia, 2008).

Il nostro Paese pertanto, pur avendo superato nel 2008 la media europea, resta lontano dall'obiettivo del 22% al 2010, indicato per l'Italia dalla direttiva comunitaria 2001/77/CE6, e soprattutto si trova notevolmente indietro rispetto alle nazioni più "virtuose", come l'Austria, i Paesi scandinavi e il Portogallo. Incidenza percentuale della produzione lorda rinnovabile rispetto alla produzione lorda totale di energia elettrica nell'UE15 nel 2008 (elaboraz. su dati GSE, Statistiche sulle fonti rinnovabili in Italia, 2008).

Sulla base dei dati desunti dal bilancio energetico nazionale del 2008, l'incidenza delle fonti rinnovabili sulla disponibilità totale in Italia scende poi addirittura all'8,9%. Disponibilità di energia per fonte in Italia nel 2008 (elaboraz. su dati del Bilancio Energetico Nazionale 2008).

Sempre secondo gli stessi dati, gli usi civili risultano altamente energivori: il consumo nel settore del residenziale e del terziario è infatti pari al 32,1% del bilancio energetico complessivo, e di tale aliquota, circa i due terzi sono dovuti alla climatizzazione. A ciò si aggiunga il fatto che in tali settori il 65,9% del fabbisogno è coperto dagli idrocarburi, cioè da fonti inquinanti. Consumi di energia per settori di uso finale in Italia nel 2008 (elaboraz. su dati del Bilancio Energetico Nazionale 2008) Consumi di energia per usi finali nel settore civile in Italia (Risparmio ed efficienza energetica della casa, SICENEA 2007)

Consumi di energia per fonte nel settore civile in Italia (elaboraz. su dati del Bilancio Energetico Nazionale 2008).

Va inoltre osservato che, secondo stime ENEA del 2004, a fronte di un costo di costruzione che in termini energetici si aggira intorno a 5,5 Tep, in Italia un'abitazione da 90÷100 m2 richiede, per il solo riscaldamento, mediamente 1 Tep all'anno. Se a quelli del riscaldamento si aggiungono anche gli altri consumi di gestione (raffrescamento, usi elettrici obbligati, manutenzione, ristrutturazione, ecc.), si può concludere che in appena 3 anni un'abitazione brucia la stessa energia necessaria a realizzarla. Consumi di energia elettrica per settori di uso finale in Italia nel 2008 (elaboraz. su dati del Bilancio Energetico Nazionale 2008).

Consumi energetici per settore in Italia: dati storici e previsione (Scenario tendenziale dei consumi e del fabbisogno al 2020, Ministero Attività Produttive, 2005).

Consumi energetici per usi civili in Italia: dati storici e previsione (Scenario tendenziale dei consumi e del fabbisogno al 2020, Ministero Attività Produttive, 2005).

Intervenire sui consumi civili in termini di sostenibilità e di efficienza è quindi numericamente significativo, soprattutto in uno scenario di crescita continua del fabbisogno energetico. A tal proposito infatti le stime al 2020, redatte dalla Commissione Europea sul risparmio potenziale dei consumi di energia, ammontano al 27% per gli edifici residenziali e al 30% per gli edifici commerciali. Occorre a questo punto sottolineare che, mentre nel settore commerciale le maggiori opportunità di risparmio sono offerte dal miglioramento dei sistemi di gestione dell'energia, per quello residenziale il problema cruciale è dato dalla scelta di una corretta soluzione dell'involucro edilizio. Risparmi potenziali nei settori di uso finale per i paesi UE (Piano d'azione per l'efficienza energetica (2006).

Proprio in quest'ottica, nel seguito vengono presi in esame i benefici, in termini di risparmio energetico di comfort termico, che derivano dall'impiego di chiusure verticali massive in laterizio, le quali, come si vedrà, risultano particolarmente vantaggiose nel clima mediterraneo. Murature massive e comfort sostenibile Come è si è visto, il consumo di energia per usi civili è in costante aumento. Questo aumento è dovuto in larga parte alla crescente domanda di raffrescamento estivo che, secondo gli studi EECCAC11, si quadruplicherà tra il 1990 e il 2020. Previsione della domanda di energia da condizionamento estivo nell'UE15 (elaboraz. su dati EECCAC, 2003).

Ciò vale a maggior ragione per un Paese dal clima mite come l'Italia, nel quale già nel 2004 la domanda di picco estivo di energia elettrica ha eguagliato quella invernale e ha poi continuato a crescere, causando problemi di carico massimo (fino al black-out), nonché aumenti dei costi e squilibri del bilancio energetico. Evoluzione storica (1990-2004) della domanda di picco invernale ed estiva di energia elettrica in Italia (Scenario tendenziale dei consumi e del fabbisogno al 2020, Ministero Attività Produttive, 2005).

Questo trend è stato generato soprattutto dall'impennata negli acquisti di condizionatori estivi da parte degli utenti del settore residenziale e terziario, i quali normalmente non conoscono alternative sostenibili ed efficaci ai dispositivi di raffrescamento attivo e vengono fortemente attratti dai loro bassi costi d'impianto. Di conseguenza nelle città più calde, come ad esempio Palermo e Catania, in alcuni casi non rari, cioè per edifici molto svetrati, i consumi estivi oggi possono risultare anche 6 volte maggiori rispetto a quelli invernali Distribuzione del mercato dei condizionatori estivi nei paesi UE nel 1998: Italia e Spagna coprono oggi circa il 50% della domanda (elaboraz. su dati EECCAC, 2003).

Per far fronte a questa situazione, peraltro comune a numerosi Paesi del bacino del Mediterraneo, la Comunità europea ha avviato nel 2005 il progetto "Keep Cool", con l'obiettivo di illustrare le caratteristiche e i vantaggi dei sistemi di raffrescamento sostenibili, di promuovere adeguamenti normativi, di incoraggiare incentivi economici per edifici che si dotino di impianti di condizionamento passivo, nonché di studiare nuove soluzioni per il raggiungimento del cosiddetto "sustainable summer comfort". Secondo tale progetto, l'utilizzo di involucri edilizi massivi, o meglio "capacitivi", cioè costituiti da materiali ad elevata capacità termica, consente nei climi mediterranei, specie se caratterizzati da un'ampia escursione termica giornaliera (circa 15 °C) e quindi da una ventilazione notturna efficace, di ridurre il carico termico da raffrescamento estivo del 10-40% rispetto al caso di involucri leggeri, a parità di prestazioni isolanti. Non a caso l'architettura vernacolare dell'area mediterranea ha da sempre privilegiato edifici con murature di grosso spessore, le quali, unitamente a opportuni sistemi di schermatura solare e di ventilazione naturale, nonché ad un oculato contenimento delle aperture, consentono di ottenere buoni livelli di comfort ambientale estivo, ovvero offrono una sensazione di freschezza naturale, qualitativamente migliore di quella prodotta da un impianto meccanico. In realtà, i benefici che queste soluzioni vernacolari forniscono sono molteplici, sia in estate che, anche se in misura più ridotta, in inverno. Innanzi tutto una parete capacitiva riesce a smorzare e sfasare il flusso della forzante esterna nelle ore più calde. Ciò significa che la quantità di calore che attraversa il muro, anzitutto viene ridotta d'intensità (smorzamento o attenuazione), e inoltre arriva nell'ambiente con un ritardo temporale di alcune ore (sfasamento o ritardo di fase, fFig. 15). Uno sfasamento ottimale si aggira intorno alle 12-16 ore: così infatti il flusso termico di picco (ad esempio alle ore 14:00) giunge all'interno nelle ore più fresche (ore 2:00-6:00) e meno frequentate (specie per gli edifici del terziario). In tale maniera si riduce l'escursione termica interna e si mantiene la temperatura di benessere. Andamento delle temperature in funzione del tempo in regime dinamico: il rapporto "Ae/Ai" rappresenta lo smorzamento e "r" lo sfasamento.

Peraltro gli involucri massivi migliorano il comfort ambientale non solo sotto l'effetto dei carichi esterni, ma anche di quelli interni. Infatti, nei momenti di maggiore affollamento ovvero qualora vengano aperte le schermature delle finestre o quando si metta in funzione una cucina, essi contengono i livelli termici delle superfici interne dell'abitazione, grazie alla capacità di assorbire calore. Un ulteriore vantaggio scaturisce soprattutto laddove gli impianti funzionano ad intermittenza. Ciò avviene comunemente nei climi mediterranei (che, come si è detto, sono caratterizzati da notevoli escursioni termiche giornaliere) e può produrre degli sbalzi termici eccessivi tra i periodi di accensione e di spegnimento dei sistemi di climatizzazione estiva o invernale. Ma, anche in questo caso, la capacità di accumulo delle pareti consente di stabilizzare il valore della temperatura interna, svolgendo un'utile azione termoregolatrice o di "volano" termico. Tale azione termoregolatrice interviene anche nei periodi di picco; infatti questi tipi di muro riescono a mantenere sul lato interno una temperatura superficiale (e quindi una temperatura piana radiante) più bassa in estate e più alta in inverno, rispetto a quella media del vano, ancora una volta a tutto vantaggio del comfort. E' opportuno precisare che il semplice ricorso ai muri massivi non è sufficiente a garantire il benessere ambientale nei climi caldi. Come già accennato, è necessario assicurare anche le seguenti condizioni: • una limitazione delle aperture (che devono peraltro essere opportunamente schermate dall'esterno); • un'adeguata ventilazione notturna (naturale e, ove necessario, forzata). La prima condizione riesce, infatti, a ridurre notevolmente il guadagno solare diretto durante il giorno. La seconda consente invece di smaltire il calore che gl'involucri massivi hanno accumulato nel corso della giornata e che durante la notte tendono a trasmettere agli ambienti interni; in tal modo si ottiene il duplice beneficio di rinfrescare questi ambienti e di "scaricare" le pareti, che sono così pronte ad assorbire l'eventuale carico termico del giorno successivo. Va tuttavia sottolineato che in inverno, nei climi mediterranei, gli involucri pesanti, per raggiungere una data temperatura, richiedono un maggiore apporto termico rispetto ai sistemi leggeri superisolati. Tuttavia, come dimostrato da alcuni studi, nell'arco di un intero anno, le pareti ad elevata capacità termica risultano di solito più vantaggiose rispetto alle soluzioni leggere di pari trasmittanza stazionaria U26, anche in termini di fabbisogno energetico complessivo. In Italia, la normativa vigente (D.Lgs. 192/2005 e 311/2006) tiene conto dell'esigenza di un involucro pesante e, oltre a specificare precisi limiti per la trasmittanza termica stazionaria U, ha imposto che le pareti esterne delle regioni più soleggiate abbiano una massa superficiale Ms di almeno 230 kg/m2. Non solo, diversi regolamenti comunali e regionali, a seguito dell'entrata in vigore della suddetta normativa, prevedono di scomputare per le chiusure verticali ed orizzontali gli "extraspessori" legati al risparmio energetico, i quali non rientrano pertanto nel calcolo delle cubature, incoraggiando così l'adozione di sistemi ad elevata capacità termica. Tuttavia i limiti previsti per U e Ms non sempre risultano sufficienti a garantire un adeguato comfort, soprattutto nelle estati calde. Tali limiti prescindono infatti dalle modalità di stratificazione delle chiusure verticali, che oggi sono generalmente costituite dalla giustapposizione di più materiali: coibente termico, laterizi forati, laterizi pieni, materiali lapidei, finiture, ecc.; occorre, pertanto, considerare che, non solo la natura, ma anche la successione degli strati risulta rilevante ai fini del benessere ambientale. Infatti, ad esempio, un vano delimitato da pareti multistrato con isolante posto all'interno e massa all'esterno, pur rispettando le prescrizioni di legge, non appena si aumentino gli apporti di calore (apertura degli infissi in ore molto calde, affollamento, ecc.), in estate rischia di surriscaldarsi come un thermos, facendo registrare sensibili incrementi anche della temperatura piana radiante delle superfici interne. Più efficace sarà invece il comportamento della stessa parete, se la massa sarà disposta all'interno e lo strato coibente a metà o all'esterno. In tal caso, infatti, l'involucro tenderà ad avere un comportamento analogo a quello di una muratura massiva. Non a caso il recente D.P.R. 59/2009 introduce, in alternativa al limite di 230 kg/m2 fissato per la Ms, un limite per la trasmittanza termica periodica YIE, che, per le chiusure verticali opache, dev'essere inferiore a 0,12 W/m2K31; dove per trasmittanza termica periodica s'intende il parametro che valuta la capacità di una parete opaca di sfasare ed attenuare il flusso termico che l'attraversa nell'arco delle 24 ore32, cioè quella prestazione che, come si è visto, costituisce una prerogativa soprattutto delle murature massive. Tuttavia il correttivo proposto in alternativa in tale decreto, pur migliorando generalmente le prestazioni termiche in regime dinamico, cioè per fluttuazioni sensibili della temperatura, non è esente da osservazioni. Infatti è possibile ottenere valori di YIE<0,12 W/m2K non solo con pareti di elevata massa ad adeguata U, ma anche con involucri leggeri superisolati, i quali, come si è detto, se da un lato consentono di ridurre notevolmente i carichi esterni (con conseguente risparmio energetico), dall'altro, in presenza di carichi interni o nei casi di un uso intermittente degli impianti, possono risultare meno vantaggiosi in termini di comfort abitativo, poiché viene meno l'effetto termoregolatore della massa. Da queste considerazioni emerge che, in clima mediterraneo, le soluzioni d'involucro più performanti sono quelle monostrato in laterizio. Peraltro esse, in seguito alle possibilità di scomputo degli "extraspessori" e alla larga diffusione di blocchi con spiccate proprietà isolanti (laterizi alveolati o porizzati), tendono ormai a sostituire quelle multistrato con pannelli coibenti, fino a poco tempo fa indispensabili per contenere lo spessore dell'involucro (e quindi la cubatura dell'edificio) e garantire, nel contempo, un'adeguata trasmittanza termica stazionaria. Infine, va sottolineato che, a prescindere dalle considerazioni energetiche e di comfort termico, gli involucri massivi monostrato in laterizio presentano, rispetto a quelli leggeri e/o multistrato, migliori prestazioni anche in termini di durabilità e risultano quindi particolarmente adatti alla realizzazione di edifici con una vita media attesa di almeno 100 anni. MURATURE MASSIVE E COMFORT SOSTENIBILE IN CLIMA MEDITERRANEO di Giuseppe Margani - Dipartimento di Architettura ed Urbanistica, Università degli Studi di Catania [post_title] => Murature massive e comfort sostenibile in clima mediterraneo [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => murature-massive-e-comfort-sostenibile-in-clima-mediterraneo [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:35:53 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:35:53 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/murature-massive-e-comfort-sostenibile-in-clima-mediterraneo/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw ) [11] => WP_Post Object ( [ID] => 60674 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-03-22 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-03-21 23:00:00 [post_content] => PREMESSA La progettazione, a qualunque scala di intervento (territoriale, urbana o edilizia), va vissuta come OCCASIONE per migliorare la QUALITA' DEL VIVERE URBANO, nel rispetto dei valori presenti nel sito, della sua natura, della sua cultura e dei suoi abitanti. “Si definiscono ARCHITETTURA BIOCLIMATICA e BIOARCHITETTURA quei metodi di progettazione architettonica che ottimizzano le concordanze energetiche con l’ambiente naturale circostante attraverso l’uso di tecniche e materiali che favoriscono il benessere umano”. Un approccio “low-tech” o “no-tech” è caratterizzato da un uso risicato della tecnologia (Soleri), in contrapposizione ad un approccio “high-tech”(es. Foster, Piano) che tende a risolvere i problemi ecologici con dosi massicce di tecnologia ed informatica. Riduzione di CO2 (adagio delle 3R): Riduzione dei bisogni primari; Riutilizzo delle risorse disponibili; Riciclo delle risorse già utilizzate. Una decisa progettazione rivolta al risparmio energetico non è sinonimo di costi elevati: gli incrementi dei costi di costruzione del fare sostenibile è stimato pari al 10%-15% (con tendenza a diminuire); i risparmi medi dei consumi correnti sono stimati intorno al 30%-40% (stimati nell’arco di alcuni decenni). Aspetti progettuali: Orientamento degli edifici al fine di garantire il massimo sfruttamento del sole; Verifica delle ombre portate (da altri edifici, dai pendii naturali, dalla vegetazione); Corretta progettazione delle superfici vetrate e dei sistemi schermanti; Sistemi di ventilazione con recupero di calore; Impianti a basso impatto tecnologico ed ambientale. Aspetti metodologici e progettuali - Qualità Urbanistica: L’impatto di un edificio sulle aree circostanti dipende dalla sua posizione, dalla forma, dalla struttura, dai materiali con cui è stato costruito, dal suo fabbisogno energetico; il raggruppamento di diverse unità abitative in un unico volume SEMPLICE e COMPATTO può limitare tale impatto;

• minor consumo di suolo e massimizzare lo spazio verde; • Ridotta superficie dell’involucro; • Minor volume dei materiali impiegati; • Riduzione dei consumi energetici; • Minori costi di costruzione. Criteri fondamentali nella progettazione sostenibile alla scala urbana: • Analisi preliminare del sito; • Diritto al sole; • Analisi microclimatica; • Viabilità; • Parcheggi; • Verde; • Riduzione dell’inquinamento elettromagnetico; • Gestione e controllo delle acque meteoriche e dell’acqua potabile; • Riduzione dell’inquinamento luminoso; • Raccolta differenziata. Analisi preliminare del sito: Affiancare alle classiche analisi, indagini finalizzate alla ricerca di gas radon nel terreno e nell’acqua, indagini geologiche che mirano alla scoperta di eventuali elementi perturbatori del campo elettromagnetico. Diritto al sole: Disporre gli edifici secondo l’asse est-ovest massimizzando la facciata esposta a sud; (studi recenti hanno dimostrato che l’orientamento ottimale presenta una leggera inclinazione rispetto all’asse sud). Il diritto al sole si concretizza nella costruzione delle maschere solari e delle zone di ombre portate. Analisi microclimatica Elaborazione della MATRICE MICROCLIMATICA caratteristica del sito in esame, utile strumento per la valutazione della disposizione planimetrica degli edifici e per l’organizzazione degli spazi esterni; La matrice scaturisce dall’analisi combinata della dinamica delle ombre portate (da altri edifici, dai pendii naturali, dalla vegetazione), degli assi visuali e delle scie di vento e dalla sovrapposizione degli effetti di ciascun aspetto; tali sovrapposizioni, sia dal punto spaziale ma soprattutto temporale, sono tuttavia “puntuali” perché riferite all’ombreggiamento orario e ad una direzione prevalente del vento. Aspetti metodologici e progettuali - Sostenibilità nella progettazione urbana Parcheggi: è buona pratica schermare le aree di sosta sia per il soleggiamento estivo sia per garantire l’introspezione ai fabbricati e per mitigare gli effetti dell’inquinamento del gas di scarico; è preferibile realizzare la pavimentazione con masselli autobloccanti su letto di sabbia permeabile o meglio ancora su celle inerbite. Verde: privilegiare il verde diffuso, articolato all’interno dei lotti e dei fabbricati, anche di ampiezza limitata ma tale da garantire aspetti di gradevolezza uniformi per l’intero quartiere; questo permette di avere anche una permeabilità dei suoli piuttosto omogenea. Aspetti metodologici e progettuali - Qualità energetica e ambientale degli edifici Riduzione del consumo di EPi,inv e EPi, est: realizzare un involucro altamente prestante caratterizzato da un buon isolamento delle superfici disperdenti, da una corretta disposizione e dimensionamento delle superfici vetrate e dall’eliminazione dei ponti termici; prevedere sistemi di riscaldamento a bassa temperatura (pannelli radianti); integrazione di sistemi passivi quali serre solari, sistemi di accumulo e guadagno solare che fungono da serbatoio termico. Aspetti normativi Legge Regionale n. 14 del 17.06.08 BUR n. 59 del 26.06.08 • Art. 5: tutti i piani attuativi adottati dopo l’entrata in vigore delle legge devono perseguire e promuovere criteri di sostenibilità; • Art. 6: introduzione della certificazione di sostenibilità energetico-ambientale degli edifici (su base volontaria); • Art. 7: emanazione di linee guida (DGR 760/09) e determinazione dei punteggi di prestazione; • Art. 8: deroga ai parametri edilizi: extra spessore muri e solai, volumi per serre solari e sistemi di ombreggiamento, deroga nel calcolo del volume urbanistico e del costo di costruzione; le disposizioni della Legge prevalgono su NTA PRG e REC locali; • Art. 9: contributi regionali sono stati normati dall’all. B della DGR 760/09; • Art. 10: incentivi dei Comuni per riduzione oneri urb. secondaria e costo costruzione, ovvero incrementi percentuali delle volumetrie fino al 15% I contributi regionali e gli incentivi comunali sono cumulabili Delibera Giunta Regionale n. 760 del 11.05.09 ALLEGATO B: incentivi e contributi • LIVELLI MINIMI: • SOGLIA MINIMA PER LA CERTIFICAZIONE: punteggio 1 (itaca) • INCENTIVI COMUNALI PER RIDUZIONE ONERI: punteggio minimo 1 • Punteggio 1: sconto 25% • Punteggio 2: sconto 50% • Punteggio 3: sconto 75% • Punteggio 4: sconto 100% • INCREMENTI VOLUMETRICI: punteggio minimo 2 • Punteggio 2: incremento 5% • Punteggio 3: incremento 10% • Punteggio 4: incremento 15% (in tutti i casi sono consentiti scarti tra il certificato di progetto e il certificato di costruzione inferiori al 20% - D.G.R. n. 1141 del 13.07.09) Delibera Giunta Regionale n. 760 del 11.05.09 ALLEGATO B: incentivi e contributi • CONTRIBUTI REGIONALI: • 40% del sovraprezzo delle opere per raggiungere la certificazione di progetto (da calcolare secondo un capitolato e un prezziario bioedile non ancora emanati); • 100% dei costi per la redazione del certificato. Applicazione del Protocollo Itaca-Marche Tipologia: - edificio residenziale quadrifamiliare - due livelli fuori terra;

Esempio di applicazione del Protocollo Sintetico ITACA-MARCHE Protocollo ITACA-MARCHE strumento di valutazione della sostenibilità degli edifici; in relazione al livello prestazionale raggiunto dall’edificio (valore min. -1, valore max. pari a +5) si determina l’incremento volumetrico consentito: - punteggio pari a 2 +5%Vol.; - punteggio pari a 3 +10%Vol.; Punteggi intermedi si ottengono per interpolazione. il valore “0” rappresenta il valore di riferimento “Benchmark”; per alcuni parametri corrispondono ai minimi imposti dalla normativa vigente; il punteggio finale si determina attraverso la valutazione 15 criteri (sono 49 nella versione standard), suddivisi in 5 grandi aree di interesse: 1. Qualità del sito; 2. Consumo di risorse; 3. Carichi ambientali; 4. Qualità ambientale indoor; 5. Qualità del servizio. CONSUMO DI RISORSE: - energia primaria non rinnovabile richiesta (trasmittanza termica dell’involucro, energia primaria per il riscaldamento invernale, controllo della radiazione solare, inerzia termica dell’edificio), [peso 38,5%]; - energia da fonti rinnovabili ( per ACS, energia elettrica), [peso 14,0%]; - materiali ecocompatibili (da fonti rinnovabili, riciclati/recuperati), [peso 10,5%]; - acqua potabile, [peso 7,0%]; l’INVOLUCRO edilizio e le FONTI ENERGETICHE ALTERNATIVE influenzano in modo sostanziale il comportamento dell’edificio (rappresentando oltre il 50%). Livello prestazionale di partenza dell’edificio in esame: caratteristiche dell’involucro edilizio: – pareti esterne con cappotto (80 mm), [U=0,292 W/m2K]; – solaio PT isolato, [U=0,398 W/m2K]; – solaio sottotetto isolato (non abitabile), [U=0,388 W/m2K]; – trattamento parziale dei ponti termici. L’edificio rientra nei limiti imposti dalla normativa. Impianto di riscaldamento a pannelli radianti con caldaia a condensazione; la tipologia di impianto adottata consente il raggiungimento dello scaglione con punteggio +3; assenza di sistemi per la produzione di energia rinnovabile; scarsa sensibilità all’impiego di materiali ecocompatibili. mancanza di accorgimenti per il risparmio dell’acqua potabile. Livello prestazione dell'edificio in esame:

secondo la classificazione del Protocollo Itaca-marche l’ edificio ricade all’interno dello scaglione < 1; risulta pertanto rispondente alle attuali normative vigenti, ma non è possibile avere una certificazione energeticoambientale. I^ Ipotesi – Intervento di miglioramento dell’involucro edilizio: riduzione delle trasmittanze degli elementi disperdenti (aumento dello spessore dell’isolamento e/o impiego di materiali con valori λ minori); - isolamento in facciata 120 mm, [U=0,212 W/m2K]; - isolamento solaio sottotetto 100 mm, [U=0,258 W/m2K]; - non viene apportata alcuna modifica alle superfici finestrate; eliminazione dei ponti termici (isolamento delle parti strutturali, interruzione del getto in corrispondenza degli aggetti, isolamento dei cassonetti,….); impiego di legno per le strutture portanti (per almeno il 40%); la proposta di intervento consente il passaggio dell’indicatore della tramittanza termica da un livello “sufficiente” ad un livello “ buono”;

l’intervento ipotizzato consente il raggiungimento dello scaglione “1.35”, è certificabile, però non ci consente ancora di avere nessun beneficio in termini di incremento volumetrico; impiego di acqua piovana destinata ad usi indoor; impiego di acque grigie per usi indoor; reimpiego dell’acqua utilizzata per l’impianto di climatizzazione e destinata ad usi indoor; impiego di sciacquoni a doppio tasto; il tutto incide sulla riga 10 della tabella che segue…

l’intervento ipotizzato consente il raggiungimento dello scaglione “1.69” (<2); non ancora sufficiente!

l’intervento ipotizzato consente il raggiungimento del punteggio “1.98”, valore che consente un incremento pari a il 5%; III^ Ipotesi – Interventi necessari al fine del raggiungimento di un incremento prossimo al 10%: controllo radiazione solare: miglioramento delle prestazioni delle superfici vetrate in termini di trasmittanza solare totale; illuminazione naturale: assicurare adeguati livelli d’illuminazione naturale in tutti gli spazi primari occupati (scelte da effettuare durante la fase preliminare della progettazione); riduzione campi magnetici: prevedere opportune schermature nel caso di adiacenze tra unità abitative e sorgenti significative di campo magnetico; prediligere configurazioni a stella dell’impianto elettrico all’interno dell’unità abitativa, che consente la minimizzazione della perturbazione del campo magnetico. III^ Ipotesi – punteggio raggiunto 2,68 (per interpolazione): 8,4%

Indice:

L'isolamento termico
Resistenza termica e trasmittanza
Sfasamento e attenuazione termica

L'isolamento termico

Resistenza termica e trasmittanza

Il coefficiente tiene conto degli effetti di scambio dell'aria sulle due facce ed ha il seguente valore (03) essendo alfa2 i coefficienti di adduzione dell'aria interna ed esterna.

[caption id="" align="aligncenter" width="630"]

Per PUR, il test di conducibilità termica si effettuerà 175 giorni dopo la produzione.
Per XPS:
- di spessore tra 20mm e 70mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 90 giorni dopo la produzione.
- di spessore tra 80mm e 120mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 50 giorni dopo la produzione.
- di spessore superiore a120mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 30 giorni dopo la produzione.

[caption id="" align="aligncenter" width="630"]

Confronto tra valori di conducibilità termica di vari materiali[/caption]

Sfasamento e attenuazione termica

Per pareti verticali, non orientate a Nord, Nord/Ovest, Nord/Est, il progettista può scegliere se adottare strutture dotate di massa superficiale superiore ai 230 kg/m2 o strutture caratterizzate da un valore di trasmittanza termica periodica < 0.12 W/m2K.
Per pareti opache orizzontali ed inclinateè invece previsto il solo rispetto del limite della trasmittanza termica periodica < 0.20 W/m2K.

In sintesi:

In tutte quelle zone (le aree più fredde) che non superano il limite di irradianza di 290 W/m², posso costruire strutture pesanti o strutture leggere, senza tenere in alcuna considerazione il correttivo del valore di trasmittanza termica periodica su esposto; in altri termini l'unico valore di cui dovrò tenere conto nel calcolo progettuale è il valore limite 2010 della trasmittanza a seconda del tipo di struttura e della mia zona climatica.
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una parete pesante (cioè con massa superiore a 230 kg/m²), non devo tenere conto del correttivo del valore di trasmittanza termica periodica, ma solo del valore limite 2010 della trasmittanza termica (U) a seconda del tipo di struttura e della mia zona climatica.
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una parete leggera (cioè con massa inferiore a 230 kg/m²), allora devo tenere conto del correttivo della trasmittanza termica periodica, che deve essere < 0.12 W/m2K, oltre a rispettare il valore limite 2010 della trasmittanza termica (U).
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una copertura, leggera o pesante che sia, oltre a tenere in conto il valore limite 2010 della trasmittanza termica (U), devo anche applicare il correttivo della trasmittanza termica periodica, che dovrà essere < 0.20 W/m2K.

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l’intervento ipotizzato consente il raggiungimento dello scaglione “1.69” (<2); non ancora sufficiente!

Indice:

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Resistenza termica e trasmittanza
Sfasamento e attenuazione termica

L'isolamento termico

Resistenza termica e trasmittanza

Il coefficiente tiene conto degli effetti di scambio dell'aria sulle due facce ed ha il seguente valore (03) essendo alfa2 i coefficienti di adduzione dell'aria interna ed esterna.

[caption id="" align="aligncenter" width="630"]

Per PUR, il test di conducibilità termica si effettuerà 175 giorni dopo la produzione.
Per XPS:
- di spessore tra 20mm e 70mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 90 giorni dopo la produzione.
- di spessore tra 80mm e 120mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 50 giorni dopo la produzione.
- di spessore superiore a120mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 30 giorni dopo la produzione.

[caption id="" align="aligncenter" width="630"]

Confronto tra valori di conducibilità termica di vari materiali[/caption]

Sfasamento e attenuazione termica

Per pareti verticali, non orientate a Nord, Nord/Ovest, Nord/Est, il progettista può scegliere se adottare strutture dotate di massa superficiale superiore ai 230 kg/m2 o strutture caratterizzate da un valore di trasmittanza termica periodica < 0.12 W/m2K.
Per pareti opache orizzontali ed inclinateè invece previsto il solo rispetto del limite della trasmittanza termica periodica < 0.20 W/m2K.

In sintesi:

In tutte quelle zone (le aree più fredde) che non superano il limite di irradianza di 290 W/m², posso costruire strutture pesanti o strutture leggere, senza tenere in alcuna considerazione il correttivo del valore di trasmittanza termica periodica su esposto; in altri termini l'unico valore di cui dovrò tenere conto nel calcolo progettuale è il valore limite 2010 della trasmittanza a seconda del tipo di struttura e della mia zona climatica.
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una parete pesante (cioè con massa superiore a 230 kg/m²), non devo tenere conto del correttivo del valore di trasmittanza termica periodica, ma solo del valore limite 2010 della trasmittanza termica (U) a seconda del tipo di struttura e della mia zona climatica.
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una parete leggera (cioè con massa inferiore a 230 kg/m²), allora devo tenere conto del correttivo della trasmittanza termica periodica, che deve essere < 0.12 W/m2K, oltre a rispettare il valore limite 2010 della trasmittanza termica (U).
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una copertura, leggera o pesante che sia, oltre a tenere in conto il valore limite 2010 della trasmittanza termica (U), devo anche applicare il correttivo della trasmittanza termica periodica, che dovrà essere < 0.20 W/m2K.

La Trasmittanza termica periodica (Yi,e), non è altro che un parametro che esprime la capacità di un componente edilizio di attenuare e sfasare nel tempo il flusso termico proveniente dall'esterno che lo attraversa nell'arco delle 24 ore: è una delle proprietà termo-dinamiche che caratterizza l'inerzia termica dell'involucro edilizio e gioca un ruolo importante nei confronti dei carichi termici esterni che lo attraversano. Le strutture verticali non oggetto di irraggiamento solare consistente (quadrante nord, nord-est e nord-ovest) sono escluse dal rispetto di tali limiti. Come isolamento termico in coperture leggere, vengono spesso impiegati materiali caratterizzati da elevata massa superficiale, perché spesso permettono di raggiungere il valore di massa superficiale stabilita. Questo argomento oggi non ha più ragione d'essere poiché nelle coperture i valori che vanno rispettati sono solo 2, bensì il valore limite 2010 di U e il valore di trasmittanza periodica Yie >0,20 W/m²K. In conclusione, isolanti termici come il poliuretano espanso ed il polistirene estruso, facendo i calcoli opportuni della trasmittazna termica periodica, Yie, si potranno tranquillamente impiegare anche laddove vi sia il problema della massa e, ricordiamoci, con il vantaggio di avere valori di conducibilità termica nettamente migliori di quelli di molti altri tipologie di isolanti termici. [post_title] => Resistenza termica e contenimento del flusso termico [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => il-contenimento-del-flusso-termico-e-la-resistenza-termica [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2022-08-17 17:04:24 [post_modified_gmt] => 2022-08-17 15:04:24 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/il-contenimento-del-flusso-termico-e-la-resistenza-termica/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw [filename] => /Allegati/1950.jpg [alttext] => [titletext] => ) [1] => WP_Post Object ( [ID] => 60690 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-11-25 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-11-24 23:00:00 [post_content] => Exergia

Indice degli argomenti:

Il bilancio exergetico
Bilancio exergetico di un sistema aperto
Forme di exergia
Exergia relativa al trasferimento di calore
Definizioni di efficienza exergetica
Coefficiente di exergia utilizzabile
Exergia "calda" ed exergia "fredda"
Exergia radiante
Processo exergia-entropia del sistema ambientale globale
Processi exergia-entropia dei sistemi passiv"
Calcolo di exergia per il riscaldamento
Calcolo di exergia per il raffrescamento

Flussi di energia, exergia, entropia attraverso un involucro edilizio in condizioni di regime stazionario[/caption]

Il processo descritto viene chiamato Processo Exergia-Entropia e costituisce un ciclo le cui fasi fondamentali sono:

apporto di exergia
consumo di exergia
generazione dell'entropia
eliminazione dell'entropia

Ogni sistema in funzionamento compie questi quattro passaggi in questa sequenza ed in maniera ciclica. I sistemi di riscaldamento e raffrescamento non costituiscono un'eccezione.

Il bilancio exergetico

Poiché vengono qui assunte condizioni di stazionarietà, non vi è accumulo di energia e quindi l'equazione assume una forma più semplice:

Poiché abbiamo assunto condizioni stazionarie, non vi è accumulo di entropia così come non ve ne era di energia. Perciò l'equazione sopra scritta diventa:

Introducendo la grandezza definita exergia, diciamo che la generazione di anergia è equivalente al consumo di exergia. L'equazione qui sopra può essere dunque ridotta alla forma:

L'exergia consumata è quindi proporzionale all'entropia generata secondo la costante proporzionale della temperatura ambientale.

Bilancio exergetico di un sistema aperto

Il bilancio exergetico di un sistema aperto in stato di equilibrio, presentato attraverso una regione di controllo delimitata da precisi contorni, è:

Forme di exergia

dove: T₀ è la temperatura ambiente che è impostata a 298,15 K T_r è la temperatura di partenza di riscaldamento

Il termine

Exergia relativa al trasferimento di calore

rappresenta il tasso di exergia cinetica;

rappresenta il tasso di exergia potenziale (gravitazionale);

rappresenta l'exergia termo-meccanica basata sulla temperatura e sulla pressione del flusso;

Per i gas perfetti con C_p costante si ha:

Per solidi e liquidi quando ammettono un calore specifico costante:

dove v_m è il volume specifico determinato alla temperatura T₀.

Definizioni di efficienza exergetica

che può essere espressa come:

mentre l'exergia uscente vale:

Dunque il rendimento è:

Il fatto che la trasformazione in questo caso sia irreversibile, implica infatti una perdita di exergia ΔE, quindi una perdita di energia utilizzabile. La perdita di exergia sarà:

Ponendo: DT = T1 - T2

Coefficiente di exergia utilizzabile

Qui E_tr è il tasso di energia di passaggio, E_pu è il tasso di exergia prodotta utilizzabile e E_c il tasso di exergia consumata.

Exergia "calda" ed exergia "fredda"

La formula matematica che genera il grafico è la seguente:

Exergia radiante

La figura mostra un esempio di exergia radiante emessa da una superficie nera di 1 m2 nel caso in cui la temperatura dell'ambiente risulti essere di 293 K (=20°C).

La formula matematica che genera il grafico è questa:

Processo exergia-entropia del sistema ambientale globale

Illuminazione diurna
Riscaldamento passivo
Schermature
Raffrescamento con ventilazione
Acqua vaporizzata
Compostaggio (riduzione in concime dei rifiuti)

Calcolo di exergia per il riscaldamento

Come si può vedere dalla differenza dell'andamento del consumo totale di exergia fra il caso 1 e il caso 2, è più produttivo ridurre il carico di exergia per il riscaldamento realizzando vetri e muri esterni aventi un buon isolamento termico che non sviluppando una caldaia con una efficienza termica estremamente elevata, per diminuire il tasso di consumo totale di exergia. Calcolo di exergia per il raffrescamento

Comparazione degli andamenti dei consumi di exergia: casi 1, 1' e 2 (figura 11, a sinistra); casi 2, 2'e 3 (figura 12, a destra).[/caption]

GLI AUTORI

Mediamente per ogni Kw elettrico consumato si ottengono 3 kW termici. Sono utilizzabili anche per eseguire il processo inverso, per abbassare la temperatura dell'edificio nel periodo estivo. [post_title] => Il secondo Rapporto su ENERGIA e COSTRUZIONI [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => il-secondo-rapporto-su-energia-e-costruzioni [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:39:33 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:39:33 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/il-secondo-rapporto-su-energia-e-costruzioni/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw [filename] => /Allegati/1857.jpg [alttext] => [titletext] => ) [3] => WP_Post Object ( [ID] => 60686 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-10-20 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-10-19 22:00:00 [post_content] =>

Indice:

Diagnosi degli edifici con le termocamere a infrarossi
Impiego delle termocamere per una migliore efficienza energetica
Analisi termografica per la gestione di proprietà e strutture
Termocamere a infrarossi FLIR per i professionisti della manutenzione
Umidità e ristrutturazioni

Diagnosi degli edifici con le termocamere a infrarossi

Un'immagine ad infrarossi realizzata con una termocamera FLIR permette un'analisi degli edifici rapida ed accurata perché rileva le aree problematiche invisibili ad occhio nudo.

Analisi termografica per la diagnosi degli edifici ed il risparmio energetico

Controlli energetici ed ispezioni degli edifici

Analisi termografica per controlli energetici ed ispezioni di edifici

Individuazione e visualizzazione di un'infiltrazione e fuoriuscita d'aria

Impiego delle termocamere per una migliore efficienza energetica

Analisi termografica per la gestione di proprietà e strutture

Termocamere a infrarossi FLIR per i professionisti della manutenzione

Problemi HVAC e impianti idraulici

Umidità e ristrutturazioni

Analisi termografica per le ristrutturazioni e la ricerca umidità

Semplice creazione di report

I professionisti più attivi nel campo delle ristrutturazioni possono accelerare i tempi di ispezione grazie agli allarmi automatici del punto di rugiada e dell'umidità presenti nelle termocamere FLIR. Anche i reports sono semplici, dato che una termocamera FLIR include un software che permette di creare facilmente dei reports d'ispezione e di convertire le immagini JPEG in formato PDF da poter inviare tramite email. [post_title] => Termocamere per il mercato delle costruzioni e il risparmio energetico [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => termocamere-per-il-mercato-delle-costruzioni-ed-il-risparmio-energetico [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-11-16 16:58:28 [post_modified_gmt] => 2020-11-16 15:58:28 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/termocamere-per-il-mercato-delle-costruzioni-ed-il-risparmio-energetico/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw [filename] => https://www.infobuildenergia.it/wp-content/uploads/2010/10/termocamere-flir.gif [alttext] => Termocamere Flir [titletext] => Termocamere Flir ) [4] => WP_Post Object ( [ID] => 60685 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-10-04 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-10-03 22:00:00 [post_content] =>

Indice degli argomenti:

Incentivi e detrazioni
Classificazione dei collettori
La normativa e le prove previste
Collettori solari termici - La marcatura CE

Le prove previste per i collettori solari termici. Cos'è un collettore solare?

Incentivi e detrazioni

Classificazione dei collettori

I collettori solari termici si dividono principalmente in collettori piani e sottovuoto.

I collettori solari piani sono la tipologia attualmente più diffusa. Quelli vetrati sono essenzialmente costituiti da una copertura in vetro, una piastra captante isolata termicamente nella parte inferiore e lateralmente, contenuti all'interno di una cassa metallica o plastica. Quelli scoperti sono normalmente in materiale plastico direttamente esposti alla radiazione solare. L'utilizzo di quest'ultimi è di norma limitato al riscaldamento dell'acqua di piscine.
I collettori solari sottovuoto sono progettati con lo scopo di ridurre le dispersioni di calore verso l'esterno. Infatti il calore raccolto da ciascun elemento (tubo sottovuoto) viene trasferito alla piastra generalmente in rame o alluminio, presente all'interno del tubo. In tal modo il fluido termovettore si riscalda e, proprio grazie al vuoto, minimizza la dispersione di calore verso l'esterno. Al loro interno la pressione dell'aria è ridottissima, così da impedire la cessione del calore per conduzione da parte dell'assorbitore. In fase di assemblaggio aria tra l'assorbitore ed il vetro di copertura viene aspirata, e deve essere assicurata una tenuta perfetta e che rimanga tale nel tempo.

La normativa

Le prove previste

Collettori solari termici - La marcatura CE

Il caso dei collettori solari termici

Collettore in prova per test di resa termica con simulatore solare[/caption]

Le altre Direttive nelle quali ricadono i collettori solari

I collettori termici potrebbero tuttavia rientrare nello scopo di altre Direttive Europee, tra cui Eco Design - Energy Labelling e PED sui prodotti in pressione.

Eco design

PED (Pressure Equipment Directive)

Il Limite Teorico LT esprime l'incidenza percentuale dell'energia termica utile prodotta annualmente rispetto alla totale produzione di energia elettrica e calore.

Un passo avanti: la Trigenerazione Recuperando il calore residuo a più bassa temperatura di un processo di cogenerazione, è possibile anche soddisfare le esigenze frigorifiche.

Il calore recuperato può essere trasformato in energia frigorifera grazie all'impiego del ciclo frigorifero ad assorbimento.

Conviene? La cogenerazione può dare un risparmio energetico che però non è scontato: si tratta allora di valutare quando è davvero vantaggiosa e rispetto a quale alternativa.

Conviene all'ambiente? • Dipende dal combustibile usato • A parità di combustibile usato, conviene.

• L'impiego del calore all'interno di uno stesso sito può essere molteplice • La trigenerazione non viene contabilizzata a parte

• valori medi ponderati del rendimento di primo principio e dell'indice IRE, relativi alla produzione 2006

Conclusioni • Riduzione dell'impatto ambientale, conseguente sia alla riduzione delle emissioni sia al minore rilascio di calore residuo nell'ambiente (minore inquinamento atmosferico e minore inquinamento termico) • Risparmio economico conseguente al minore consumo di combustibile, agevolazioni e incentivi • Minori perdite di trasmissione e distribuzione per il sistema elettrico nazionale • Miglioramento in termini di immagine in caso di attività produttiva (best practice). La realizzazione della nuova centrale di Trigenerazione di Surgital [post_title] => La nuova centrale di Trigenerazione di Surgital [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => la-nuova-centrale-di-trigenerazione-di-surgital [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:38:18 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:38:18 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/la-nuova-centrale-di-trigenerazione-di-surgital/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw [filename] => /Allegati/1672.jpg [alttext] => [titletext] => ) [6] => WP_Post Object ( [ID] => 60680 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-06-29 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-06-28 22:00:00 [post_content] => I cool roofs sono tetti contraddistinti da elevata capacità di riflettere l'irradiazione solare incidente e, al contempo, di emettere energia termica nell'infrarosso. Essi possono fornire un'efficace soluzione al problema del surriscaldamento estivo dei singoli edifici e delle grandi aree urbane. In California e in altri Stati degli U.S.A. i cool roofs sono da molti anni oggetto di analisi tecnico-economiche estensive e, più recentemente, di attività di certificazione e regolamentazione. In Italia, invece, sebbene le condizioni climatiche di buona parte della penisola siano tali da rendere conveniente l'installazione di cool roofs, questi sembrano sconosciuti ai più. Studi in materia sono stati perciò avviati dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile di Modena. In questa relazione si illustra il funzionamento dei cool roofs dal punto di vista fisico. In particolare, si analizzano gli effetti che le diverse proprietà emissive hanno sulle temperature raggiunte dal tetto e sul calore che lo attraversa. Si delineano inoltre i principali programmi di attestazione delle proprietà e di incentivazione avviati degli U.S.A. e la situazione di mercato. INTRODUZIONE Un cool roof, in italiano "tetto freddo", è un tetto contraddistinto da un valore elevato dell'albedo, cioè della capacità di riflettere l'irradiazione solare incidente, combinato con un elevato valore dell'emissività nell'infrarosso, che consente al tetto di restituire all'atmosfera, mediante irraggiamento termico, la maggior parte della frazione assorbita dell'irradiazione solare. In pratica, un cool roof può essere ottenuto applicando alla superficie del tetto uno strato di ricoprimento superficiale esterno con colore molto chiaro, preferibilmente bianco, e con carattere non metallico. Un tipo di copertura con simili proprietà può fornire una soluzione sia al problema del surriscaldamento estivo degli edifici, con i suoi negativi effetti sul benessere termoclimatico, sia al correlato problema dell'isola di calore urbana, l'aumento di temperatura rispetto alle campagne circostanti che in estate caratterizza le aree altamente urbanizzate. Si possono quindi avere vantaggi diretti, connessi al minore riscaldamento del tetto e, di conseguenza, al maggiore comfort termico interno, ai minori consumi energetici e costi di impianto per condizionamento ed al più lento degrado delle strutture edilizie, e vantaggi indiretti, consistenti in una riduzione del surriscaldamento urbano e del conseguente fenomeno dello smog fotochimico, con i costi sociali e sanitari a questi correlati, nonché in minori consumi energetici globali, inferiori carichi di picco sulla rete elettrica e più ridotta immissione di gas serra in atmosfera. Negli U.S.A., la diffusione dei cool roofs è oggi promossa da svariate amministrazioni ed organizzazioni pubbliche, specialmente in California e in Florida. In particolare,sulla scorta dei risultati largamente positivi di alcune sperimentazioni, effettuate da centri di ricerca governativi ed universitari, sono stati avviati programmi di attestazione delle prestazioni delle coperture e, in alcuni casi, di incentivazione normativa ed economica alla loro adozione. In California, una significativa accelerazione si è recentemente avuta in seguito ai black-out estivi innescati dall'azionamento simultaneo, nelle ore più calde della giornata, degli impianti di condizionamento e dal conseguente sovraccarico della rete elettrica. Sul fronte della ricerca, si sono dimostrati particolarmente attivi centri come il Federal Solar Energy Center (FSEC) in Florida, o il Building Technology Center dell'Oak Ridge National Laboratory (BTC-ORNL) ed il Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in California. Questi centri, oltre che effettuare analisi teoriche estensive, hanno strumentato e monitorato un numero consistente di edifici (capannoni industriali, centri commerciali, scuole, abitazioni, centraline per telecomunicazioni, ecc.) dotati di tipi differenti di copertura, o anche di coperture realizzate a settori con caratteristiche diversificate. Gli studi svolti hanno dimostrato che i cool roofs possono permettere riduzioni dei consumi per condizionamento e dei carichi elettrici di picco fino anche al 70%. Sul fronte della certificazione, il principale punto di riferimento è oggi il Cool Roof Rating Council (CRRC), un'organizzazione formata nel 1998 e che ha realizzato un programma di attestazione obiettiva delle proprietà emissive dei prodotti commerciali per copertura degli edifici, sia nuovi che invecchiati. Le procedure di attestazione del CRRC sono ormai assunte a standard da molte amministrazioni U.S.A. Una delle prime iniziative di promozione dei cool roofs è venuta dall'Environmental Protection Agency (EPA) degli U.S.A. attraverso una specifica azione del programma Energy Star, un progetto federale finalizzato all'incentivazione su base volontaria del risparmio energetico e che consente di apporre uno specifico logo a prodotti con caratteristiche di efficienza energetica certificate. In particolare, nel 1998 è stato avviato l'Energy Star Roof Product Program, in base al quale possono essere etichettate con il logo Energy Star soluzioni di copertura che garantiscano albedo sempre superiore a valori prestabiliti, sia all'installazione che dopo un certo periodo di tempo. Le specifiche Energy Star sono state successivamente rese obbligatorie da svariate amministrazioni locali degli U.S.A, alcune delle quali hanno anche incentivato economicamente l'installazione di cool roof. Ad esempio, la California ha lanciato nel 2001 un programma con incentivi fino a 0.25 $/ft2 (2.15 $/m2). Al momento, si sta sviluppando negli U.S.A. un fiorente giro di affari non solo sulle opere di installazione, ma anche sull'ottimizzazione dei materiali di ricoprimento e sulle attività di valutazione tecnico-economica e di attestazione delle proprietà emissive, a prodotto sia nuovo che invecchiato. Infatti, è riduttivo pensare che un cool roof si ottenga semplicemente verniciando con un colore chiaro la superficie di un tetto, poiché la relazione tra aspetto esteriore e valori delle proprietà emissive non è banale e, inoltre, vanno adeguatamente considerate una serie di problematiche quali la resistenza allo sporcamento e al degrado chimico-fisico, l'impatto visivo o la perdita degli apporti gratuiti invernali. In Italia, le condizioni climatiche di buona parte della penisola non sono molto diverse da quelle delle regioni U.S.A. in cui i cool roofs vanno affermandosi. Ciononostante, il concetto di cool roof rimane sconosciuto ai più, non esclusi larga parte degli operatori del settore energetico ed edile. In zone dal clima particolarmente caldo i principi di base sono già applicati in modo più o meno inconsapevole (in tutto il Mezzogiorno, il colore dominante nei piccoli centri rurali è tuttora il bianco), ma mancano analisi teoriche e pratiche approfondite sulle problematiche scientifiche e tecnologiche, così come mancano criteri standardizzati di valutazione dei benefici economici potenziali o programmi di normazione ed incentivazione. In risposta a queste esigenze, l'unità di ricerca in Fisica Tecnica Industriale del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile di Modena ha recentemente intrapreso studi estensivi sui cool roofs, con particolare riferimento all'analisi dei processi termocinetici di base e alla loro modellazione matematica, alla misura delle proprietà emissive superficiali di interesse, alla previsione dei vantaggi in termini di comfort termoclimatico, risparmio energetico ed impatto ambientale. Questa relazione si colloca nel contesto sopra illustrato. Al suo interno, si descriverà il funzionamento dei cool roofs dal punto di vista fisico. Si presenterà quindi la situazione corrente negli U.S.A., passando in rapida rassegna i programmi di certificazione ed incentivazione e le tipologie di prodotti sul mercato. Infine, si delineeranno le attività di studio in corso presso il DIMeC. TERMOCINETICA DEI COOL ROOFS Albedo ed emissività Per comprendere il funzionamento di un cool roof, è opportuno analizzare i processi di scambio termico che interessano il piano di copertura di un edificio soggetto ad irradiazione solare. Tali processi sono schematizzati in fig. 1. L'energia termica irradiata dal sole ed incidente sulla superficie esterna del tetto è in parte riflessa, in parte assorbita. Il rapporto tra flusso termico solare incidente, G [W/m²], e frazione riflessa dello stesso, G_r [W/m²], è dato dall'albedo della superficie irradiata, r, vale a dire dal suo coefficiente di riflessione della radiazione solare (diverso quindi dal coefficiente di riflessione totale, cioè quello relativo a tutto lo spettro della radiazione elettromagnetica termica).

Il coefficiente di scambio termico radiativo può essere stimato attraverso la relazione:

Combinando le eq. (2)-(3) si ottiene che il flusso termico netto scambiato tra superficie del tetto ed atmosfera esterna all'edificio è valutabile come segue:

Figura 3. Temperatura superficiale esterna della copertura

Una guaina catramata, generalmente nera o comunque di colore molto scuro, può presentare un'albedo estremamente ridotta, pari al valore di 0.05 considerato nei calcoli o persino inferiore. Ciò significa che il 95% ed oltre della radiazione solare incidente viene assorbita dal tetto, causandone il surriscaldamento (fig. 3) e la trasmissione di un consistente flusso termico q agli ambienti sottostanti (fig. 2). Incrementando la resistenza dell'isolamento termico, R, si ha un minore flusso termico trasmesso, ma anche un aumento della temperatura superficiale esterna, T_sup,est, con ciò che questo comporta in termini di degrado della guaina catramata e del materiale isolante o di sollecitazione termomeccanica a fatica delle strutture del tetto. A poco vale il fatto che la guaina, come tutti i materiali non metallici, presenti un'emissività termica elevata, poiché il calore rilasciato all'atmosfera esterna per convezione e irraggiamento non basta a compensare quello assorbito per irradiazione solare. Va peraltro rilevato che, perché nell'edificio possa essere mantenuta la temperatura interna prefissata T_int (25°C), il flusso termico trasmesso deve essere estratto tramite un opportuno impianto di condizionamento. In caso contrario, la temperatura interna deriverebbe progressivamente verso l'alto, e con essa la temperatura del tetto, finché non venga raggiunta una condizione di equilibrio tale che il calore ceduto all'atmosfera per convezione ed irraggiamento uguagli l'irradiazione solare assorbita. In ogni caso, l'energia termica apportata al tetto dall'irradiazione solare assorbita e che viene quindi ceduta per convezione ed irraggiamento va a contribuire pressoché integralmente al riscaldamento dell'aria in prossimità del suolo, cosa che non si verifica per l'irradiazione solare riflessa. Ne consegue che una superficie di copertura poco riflettente può essere deleteria non solo dal punto di vista del benessere termoclimatico e dei consumi energetici locali, ma anche per ciò che concerne l'isola di calore urbana. Per riflettere la radiazione solare incidente, si potrebbe pensare di rivestire superiormente il tetto con una lastra metallica lucida (a prescindere dalla possibilità di mantenerla tale nel tempo). I diagrammi in fig. 2 e fig. 3 dimostrano però la scarsa efficacia di tale soluzione, che sarebbe caratterizzata da un'albedo relativamente elevata (r=0.61), ma anche da una ridotta emissività (e=0.25). Ne risulterebbe una frazione assorbita dell'irradiazione solare molto più ridotta che in presenza di una guaina catramata, ma anche una minore cessione di energia all'atmosfera esterna per irraggiamento termico. In definitiva, sia il flusso termico trasmesso all'interno dell'edificio, sia le temperature raggiunte dal tetto non cambierebbero sostanzialmente. La situazione si modifica radicalmente se la lastra metallica precedentemente considerata viene ricoperta con un strato di vernice bianca, in modo da togliere alla superficie il carattere metallico ed incrementare l'emissività, lasciando però invariato o incrementando leggermente il valore dell'albedo. Un risultato anche migliore si può ottenere sostituendo o sovrapponendo ad una guaina catramata un ricoprimento in gomma bianca oppure una copertura di piastrelle ceramiche bianche. Entrambe le soluzioni configurano un cool roof in quanto producono una riduzione del flusso termico trasmesso comparabile a quella ottenuta adottando uno spessore consistente di isolante termico, ma con temperature delle strutture del tetto molto più contenute. Inoltre, dal punto di vista dell'isola di calore, solo l'energia termica connessa alla frazione assorbita dell'irradiazione solare viene poi trasferita all'aria in prossimità del suolo, mentre la frazione riflessa va ad interessare l'atmosfera ad alta quota e lo spazio esterno. In sintesi, la scelta di materiali con valori appropriati dell'albedo e dell'emissività sembra relativamente semplice. Va tuttavia rilevato che superfici a prima vista simili tra loro possono presentare proprietà emissive anche molto diverse. Oltre a ciò, il mantenimento dei valori iniziali delle proprietà emissive costituisce uno dei principali problemi tecnologici dei cool roof. Nel tempo, la superficie del tetto si sporca o si incrosta. Inoltre, le vernici ed i ricoprimenti di natura organica possono subire modificazioni della composizione chimica, per effetto dei surriscaldamenti, della radiazione ultravioletta, di azioni biologiche o dell'infiltrazione di umidità, con tendenza a cambiare colore. Ciò non va a modificare significativamente l'emissività, ma può avere un impatto drammatico sull'albedo. Maggiori dettagli sull'argomento sono forniti nel seguito. Va infine rilevato che l'adozione di un cool roof presenta i massimi benefici in situazioni climatiche prevalentemente calde o, quantomeno, caratterizzate da estati calde e afose. Nel riscaldamento invernale, si ha una perdita degli apporti energetici gratuiti del sole, che in certi climi può ridurre molto ed anche annullare la convenienza economica dei cool roofs. SITUAZIONE NORMATIVA E COMMERCIALE La principale iniziativa volta alla certificazione dei materiali per cool roofs è il Product Rating Program del Cool Roof Rating Council (CRRC). Con tale programma si sono introdotte procedure uniformi e rigorose di attestazione delle proprietà emissive dei materiali. Le procedure sono basate sull'utilizzo di standard di misura ben definiti, per l'albedo gli ASTM E903, ASTM E1918 o ASTM C1549, per l'emissività l'ASTM C1371 [18]. Le misure vanno effettuate su prodotti sia nuovi che invecchiati e si devono svolgere presso laboratori accreditati, cioè formalmente riconosciuti dal CRRC per aver dimostrato la loro competenza tecnica. I fabbricanti ed i rivenditori che sottopongono i propri prodotti al percorso di certificazione previsto dal CRRC possono ottenere l'autorizzazione all'utilizzo di un'etichetta depositata, che attesta i valori misurati delle proprietà emissive, quelle iniziali e (se disponibili) quelle dopo invecchiamento. Per i prodotti commerciali fabbricati in grandi volumi, le procedure CRRC prevedono che nove campioni di materiale, prelevati, a gruppi di tre, da tre distinti lotti di produzione ed appositamente preparati, siano caratterizzati presso un laboratorio accreditato, al fine di misurare i valori iniziali delle proprietà emissive. I nove campioni vanno successivamente distribuiti, a gruppi di tre, in tre Test Farm approvate e con situazioni climatiche differenziate (calda/umida, fredda/temperata e calda/secca), ove devono essere sottoposti ad un processo di invecchiamento della durata di almeno tre anni. A conclusione di tale processo, i campioni vanno nuovamente caratterizzati presso un laboratorio accreditato. I risultati di tutte le misure devono essere comunicati al CRRC, che si riserva di svolgere ulteriori analisi, effettuate su campioni ottenuti attraverso la rete di distribuzione commerciale dei fabbricanti e rivenditori, ed eventualmente di revocare le certificazioni già concesse se vengono rilevate gravi difformità. Il CRRC non prescrive i valori delle proprietà emissive, ma solo le modalità per verificarli. Indicazioni precise sulle prestazioni minime che un cool roofs deve garantire sono state invece fornite fin dal 1998 dall'Environmental Protection Agency (EPA) e dal Department of Energy (DOE) degli U.S.A. attraverso l'Energy Star Roof Product Program, un programma federale finalizzato all'incentivazione su base volontaria dei cool roofs. Il programma prevede infatti che possano essere etichettate con il logo Energy Star soluzioni di copertura per tetti a bassa inclinazione che garantiscano albedo maggiore o uguale a 0.65 a prodotto nuovo, e maggiore o uguale a 0.50 dopo tre anni di invecchiamento. La verifica deve essere fatta per tre distinte installazioni, di cui almeno una collocata in una grande area metropolitana, secondo modalità analoghe a quelle previste dal CRRC. Le indicazioni sopra delineate sono state recepite e rese talora obbligatorie da alcune amministrazioni locali degli U.S.A. come, ad esempio, la città di Chicago. Nell'ambito dell'Energy Star Roof Product Program non si fornisce alcuna prescrizione circa l'emissività, che si è invece visto essere fondamentale dal punto di vista del surriscaldamento delle superfici irradiate. Pertanto, molte amministrazioni degli U.S.A. come, ad esempio quelle della California, della Georgia e della Florida, oltre a porre limiti più stringenti per l'albedo, prescrivono valori minimi da conseguire anche per l'emissività. In generale, gli impulsi che le diverse amministrazioni hanno dato, e continuano a dare, all'adozione di cool roofs si attuano, oltre che in termini di esplicito obbligo all'installazione per edifici nuovi o sottoposti a ristrutturazione. integrale, sotto forma di prescrizioni di isolamento termico più stringenti in caso di mancata installazione, o anche di contributi economici riconosciuti a chi converte in cool roof un tetto preesistente. Sulla spinta sia dei programmi di incentivazione, sia di una ormai acquisita consapevolezza da parte di costruttori, fornitori e committenti del settore edile, la varietà e la disponibilità di materiali adatti alla realizzazione di cool roof, cioè contraddistinti da proprietà emissive adeguate e durevoli, è oggi negli U.S.A. assai ampia. È infatti possibile reperire soluzioni commerciali per tipologie di copertura di ogni genere: • vernici • guaine bituminose • ricoprimenti in lattice • ricoprimenti in granigliato • lastre metalliche verniciate • piastrelle ceramiche o in cemento Alcuni dei prodotti distribuiti sul mercato nordamericano presentano valori iniziali dell'albedo e dell'emissività anche molto elevati, rispettivamente superiori a 0.85 e a 0.90 (si tratta solitamente di prodotti con colore bianco o molto chiaro). Molti prodotti sono già stati sottoposti a tutte procedure di certificazione Energy Star o previste dal CRRC e sono per essi disponibili dati sulle proprietà emissive sia a nuovo che dopo invecchiamento, raccolti in archivi informatici di pubblico dominio. CONSIDERAZIONI DI PROSPETTIVA L'entità dei benefici locali e globali, di ordine termoclimatico, energetico, economico ed ambientale, che possono derivare dall'adozione di un cool roof dipende, oltre che dalle proprietà emissive superficiali e dalla loro durata nel tempo, da una molteplicità di altre variabili e condizioni, intrinseche e al contorno: • la tipologia di copertura • le caratteristiche generali dell'edificio • la collocazione urbanistica • le condizioni climatiche tipiche della zona di intervento, sia estive che invernali • la presenza di eventuali vincoli storico-artistici o paesaggistici L'interazione tra le diverse problematiche si presenta in generale complessa. La convenienza effettiva di un cool roof è quindi fortemente variabile e di valutazione non immediata. Sono tra l'altro possibili situazioni in cui i benefici diretti all'utenza finale sono relativamente ridotti, al limite nulli, ma sono invece consistenti quelli per la collettività. In tali situazioni, entrano in gioco ulteriori fattori di condizionamento quali l'imposizione normativa e la presenza di programmi di incentivazione economica. Tutte queste problematiche sono state ampiamente affrontate negli U.S.A., ove si sta assistendo alla progressiva definizione di un quadro normativo organico e al contestuale sviluppo di un'offerta commerciale ampia e diversificata. La situazione vigente in Italia è, purtroppo, molto diversa. D'altro canto, sulla base delle condizioni climatiche esistenti è ragionevole presumere che l'adozione diffusa di cool roofs possa offrire vantaggi economici e sociali significativi in buona parte del territorio nazionale, specialmente se si considerano la sfavorevolissima situazione energetica italiana, la crescente diffusione degli apparati per condizionamento estivo ed i problemi recentemente sollevati da inquinanti come l'ozono, la cui formazione è direttamente correlata al surriscaldamento delle aree urbane. In considerazione di tutto ciò, l'unità di ricerca in Fisica Tecnica Industriale del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile di Modena si è proposta di portare i cool roofs all'attenzione degli operatori del mondo politico, della ricerca scientifica e del settore edile, avviando a tal scopo una serie di iniziative: • diffusione del concetto di cool roof mediante presentazioni, partecipazione a convegni e seminari, pubblicazioni sia scientifiche che divulgative • esecuzione di studi di carattere energetico ed economico, finalizzati a sollecitare e supportare gli enti locali nella eventuale formulazione di un quadro normativo • implementazione di un laboratorio per la caratterizzazione delle proprietà emissive dei materiali • esecuzione di ricerche sui materiali, eventualmente in collaborazione con aziende che vogliano formulare un'offerta commerciale specifica • esecuzione di verifiche sperimentali in contesti rappresentativi, dal punto di vista climatico, funzionale e urbanistico, di zone e situazioni di particolare rilevanza Ad esemplificazione delle attività pianificate, è attualmente in itinere uno studio su un edificio del campus della Facoltà di Ingegneria di Modena, adibito a laboratorio. L'edificio, privo di apparati di condizionamento dell'aria, presenta problemi di surriscaldamento estivo molto seri, che lo rendono pressoché inabitabile. La causa risiede nella struttura del tetto, simile a quella schematizzata in fig. 1 e con protezione superficiale dalle intemperie data da una guaina catramata nera. È peraltro verosimile che problemi simili siano frequenti, essendo i capannoni industriali solitamente realizzati con analoghe modalità. Analisi teoriche al calcolatore hanno mostrato che la situazione migliorerebbe drasticamente in presenza di un cool roof, la cui installazione è stata quindi progettata per l'estate entrante. Prima dell'intervento, l'edificio sarà adeguatamente strumentato e la sua situazione termoclimatica monitorata con continuità, in modo da verificare e quantificare i miglioramenti ottenuti e poterli quindi estendere a casistiche analoghe. Giovanni S. Barozzi, Mauro A. Corticelli Alberto Muscio, Paolo Tartarini Dip. di Ingegneria Meccanica e Civile, Università di Modena e Reggio Emilia [post_title] => I Cool Roofs [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => i-cool-roofs [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:37:17 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:37:17 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/i-cool-roofs/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw [filename] => /Allegati/1580.jpg [alttext] => [titletext] => ) [7] => WP_Post Object ( [ID] => 60677 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-06-14 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-06-13 22:00:00 [post_content] => Il consumo energetico, l'ambiente e l'aspetto finanziario in un tutt'uno: dalla metà del 2008 gli edifici venduti o dati in locazione necessitano di un certificato energetico. Il 1° ottobre 2009 è inoltre entrato in vigore il nuovo regolamento sul risparmio energetico, in base al quale i proprietari delle case devono ridurre del circa 30% il consumo energetico per il riscaldamento e l'acqua calda negli edifici nuovi o in quelli vecchi rimodernati rispetto alle direttive valide finora. Questa misura è sensata visto che il petrolio e il gas diventano sempre più cari. Oltre all'ambiente, in tal modo, nel lungo periodo, viene anche salvaguardato il portafoglio dei proprietari delle case, e questo è il motivo per il quale da alcuni anni sono molto richieste le case a risparmio energetico. Tra quelle più conosciute vi sono le case passive, particolarmente efficienti in termini di consumo energetico. Tuttavia, anche le case passive possono presentare degli svantaggi: sono soggette a guasti e comportano rischi per la salute. Un'alternativa viene offerta da una nuova idea di edifici: la casa biosolare, che con l'impiego di materiali da costruzione naturali e del PLEXIGLAS®, sfrutta l'energia solare per una sensazione abitativa piacevole.

In estate la costruzione "casa nella casa" garantisce anche il necessario refrigerio: quando le porte esterne della veranda sono aperte, l'aria calda, grazie all'effetto del camino, sale verso l'alto sotto il tetto. Lì si trovano le prese per l'aerazione grazie alle quali può fuoriuscire l'aria. "In tal modo le stanze interne rimangono piacevolmente fresche nella stagione estiva, e questo senza un dispendioso sistema di ventilazione", spiega Becher. Al passo con i tempi Sulla base del suo progetto privato, l'ingegnere Becher ha creato una società: la Bio-Solar-Haus Becher GmbH, che realizza case singole e plurifamigliari, ad uno o due piani, a seconda della richiesta. "Abbiamo già realizzato anche edifici funzionali quali asili, scuole, uffici o centri benessere sulla base di questo concetto", spiega l'amministratore delegato Hubert Becher, nipote dell'ideatore. Il fatto che la casa di Klaus Becher soddisfi le esigenze di uno stile abitativo sano e consapevole dell'energia, lo dimostrano già i diversi premi ottenuti, tra i quali il premio Sigillo per l'Energia da parte dell'agenzia per l'energia del Renania-Palatinato "EffizienzOffensive Rheinland-Pfalz", il premio per l'innovazione del Land Renania-Palatinato, il premio per l'edilizia ecologica "Casa sana" della Cassa di risparmio IDUNA, per l'artigianato tedesco e il premio "World Energy Globe Earth" del Parlamento europeo. [post_title] => La casa biosolare: ritorno alle leggi di natura [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => la-casa-biosolare-ritorno-alle-leggi-di-natura [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:36:58 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:36:58 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/la-casa-biosolare-ritorno-alle-leggi-di-natura/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw [filename] => /Allegati/1507.jpg [alttext] => [titletext] => ) [8] => WP_Post Object ( [ID] => 60679 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-06-07 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-06-06 22:00:00 [post_content] =>

Indice:

Le tecnologie disponibili
Le innovazioni del Progetto Archimede
Progetto Archimede: principio di funzionamento
I vantaggi del Progetto Archimede

la produzione e l'accumulo di calore ad alta temperatura (550 °C) per la produzione di energia elettrica;
la produzione e l'accumulo di calore a più alta temperatura (superiore a 850 °C) per la produzione di idrogeno.

Le tecnologie disponibili

Sistemi a collettori parabolici lineari

la dipendenza della produzione di energia elettrica dalla intermittenza e dalla variabilità della fonte solare che costringe all'utilizzo di combustibili fossili per integrare la produzione di energia termica. Essi sono quindi degli impianti "ibridi" solare-combustibile fossile;
la bassa efficienza di conversione degli impianti, dovuta alla limitata efficienza di raccolta dell'energia solare e alla bassa temperatura di lavoro del fluido portatore di calore (< 400°C);
il costo elevato dell'energia elettrica prodotta, conseguenza della bassa efficienza e dell'elevato costo di costruzione degli impianti;
l'alta pericolosità del fluido di lavoro: tossico e altamente infiammabile alla temperatura di esercizio.

Sistemi a torre

la sicurezza del liquido trasportatore di calore, che è un nitrato di sodio e potassio, noto concime di origine naturale, non infiammabile e non tossico;
il miglioramento del rendimento del ciclo termodinamico, legato all'innalzamento della temperatura di operazione da 390 a 565°C;
la possibilità di introdurre un accumulo termico per ovviare alle variazioni giornaliere dell'intensità solare. Ciò comporta importanti vantaggi di continuità per il gruppo turbina-alternatore ed evita il ricorso all'integrazione con combustibili fossili. Questi impianti sono quindi alimentati esclusivamente a fonte rinnovabile;
la riduzione del costo degli specchi ottenuta con l'adozione di una nuova tecnologia basata su materiali compositi (honeycomb), più leggeri, robusti ed economici rispetto alla lastra di vetro usata nei SEGS.

[caption id="attachment_111585" align="aligncenter" width="750"]

le dimensioni eccessive della torre solare (l'altezza dipende dall'estensione del campo specchi che è proporzionale alla potenza dell'impianto);
la difficoltà nella concentrazione della radiazione solare sul ricevitore posto a centinaia di metri di distanza (la distanza focale dei sistemi a collettori parabolici lineari è invece inferiore a due metri).

Le innovazioni del Progetto Archimede

Schematizzazione dell'impianto solare a concentrazione secondo il progetto ENEA[/caption] Le principali innovazioni riguardano:

l'utilizzo di un sistema di accumulo termico costituito da due serbatoi di stoccaggio di grandi dimensioni, mediante il quale l'impianto può erogare una potenza elettrica costante nell'arco delle 24 ore, indipendentemente dalla variabilità della fonte solare;
l'incremento della temperatura di funzionamento dell'impianto (circa 550°C). Questa innovazione richiede, da un lato, l'uso di un fluido termovettore (miscela di nitrati di sodio e di potassio) diverso dall'olio sintetico impiegato negli impianti attualmente in esercizio e, dall'altro lato, un sostanziale miglioramento delle proprietà ottiche del rivestimento del tubo ricevitore dei collettori che permetta un migliore assorbimento del calore;
la progettazione di un nuovo tipo di concentratore, basato sull'impiego di componenti in grado di assicurare una significativa riduzione dei costi di costruzione e posa in opera. Questi miglioramenti dovrebbero permettere lo sviluppo di una originale e competitiva "nicchia" di mercato sia nazionale che internazionale.

L'accumulo termico

Il fluido termovettore

Il tubo ricevitore

Gli specchi parabolici

Progetto Archimede: principio di funzionamento

I vantaggi del Progetto Archimede

Grande potenzialità di sviluppo

Rispetto dell'ambiente

Alta disponibilità e versatilità

Economicità

Tempi di costruzione brevi e lunga vita dell'impianto

Indice:

Descrizione della misura
Metodo di misura
Strumentazione
Campione oggetto della misura
Risultati
Conclusioni

Descrizione della misura

Metodo di misura

Dalla resistenza termica si può facilmente calcolare la trasmittanza termica utilizzando le resistenze superficiali interna (Rsi) ed esterna (Rse) mediante definite nella norma UNI EN 673.

Il criterio di verifica della convergenza della media ottenuta è raggiunto se le misure di tre notti consecutive non differiscono piu del 5% (vedi paragrafo 7.1 della norma ISO 9869).

Strumentazione

Per la misura sono necessari, come minimo, due sensori di temperatura superficiale, un termoflussimetro ed un data-logger per la registrazione dei dati.

Fotografia della strumentazione utilizzata

Campione oggetto della misura

La strumentazione installata per la misura

Risultati

Nel grafico 2 sono riportati i valori di trasmittanza termica calcolati dalle medie progressive relative ai soli dati notturni (dalle 18.00 alle 06.00) per ogni singolo punto di misura.

Inoltre è presente il valore medio per i tre punti di misura. La curva tratteggiata corrisponde ad un intervallo di +/- 2,5% rispetto al valore medio.

Verifica del criterio di convergenza

Andamento della trasmittanza termica calcolata con le medie progressive

Conclusioni

I risultati ottenuti con la misura in opera risultano consistenti con la trasmittanza termica calcolata secondo UNI EN 673.

Infatti lo scarto percentuale tra il valore di trasmittanza termica misurata ed il valore calcolato risulta inferiore o uguale al 3%.

Riferimenti normativi:

ISO 9869:1994 - "Thermal Insulation - Building elements - In-situ measurament of thermal resistance and thermal trasmittance". La norma è stata riapprovata senza modifiche nel 2008.
UNI EN 673:2005 - "Vetro per edilizia - Determinazione della trasmittanza termica (valore U) - Metodo di calcolo".
UNI EN 15603:2008 - "Prestazione energetica degli edifici - Consumo energetico globale e definizione dei metodi di valutazione energetica".
UNI EN ISO 7345:1999 - "Isolamento termico - Grandezze fisiche e definizioni".

La trasmittanza termica di una vetrata isolante misurata in opera

Simone Zoffoli - Laboratorio Trasmissione del calore- [email protected]

[post_title] => La trasmittanza termica di una vetrata isolante misurata in opera [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => la-trasmittanza-termica-di-una-vetrata-isolante-misurata-in-opera [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:36:11 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:36:11 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/la-trasmittanza-termica-di-una-vetrata-isolante-misurata-in-opera/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw [filename] => /Allegati/1472.jpg [alttext] => Tabella [titletext] => Tabella ) [10] => WP_Post Object ( [ID] => 60676 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-05-21 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-05-20 22:00:00 [post_content] => Il consumo energetico degli edifici Oggi i paesi industrializzati coprono l'80-85% del proprio fabbisogno energetico mediante l'impiego di combustibili fossili. Tuttavia, la disponibilità di tali combustibili tende ad esaurirsi, a dispetto di una domanda di energia sempre crescente, soprattutto da parte degli stati asiatici. Ciò comporterà inevitabilmente un incremento insostenibile dei prezzi, in particolare del petrolio e dei suoi derivati. A fronte di un aumento incontrollato del prezzo del greggio, le uniche alternative possibili saranno: 1. utilizzare fonti energetiche rinnovabili; 2. migliorare l'efficienza energetica. In caso contrario, sarà necessario che i Paesi più ricchi, e quindi più energivori, limitino drasticamente la capacità produttiva o i livelli di comfort. Evoluzione dei consumi mondiali di energia primaria 1983-2008 in Mtep, con distinzione del tipo di risorsa (BP Statistical review of world energy, 2009).

Consumi mondiali di energia primaria 1998-2008 in Mtep (elaboraz. su dati BP Statistical review of world energy, 2009).

Consumi di energia per fonte nel settore civile in Italia (elaboraz. su dati del Bilancio Energetico Nazionale 2008).

Consumi energetici per settore in Italia: dati storici e previsione (Scenario tendenziale dei consumi e del fabbisogno al 2020, Ministero Attività Produttive, 2005).

Consumi energetici per usi civili in Italia: dati storici e previsione (Scenario tendenziale dei consumi e del fabbisogno al 2020, Ministero Attività Produttive, 2005).

Peraltro gli involucri massivi migliorano il comfort ambientale non solo sotto l'effetto dei carichi esterni, ma anche di quelli interni. Infatti, nei momenti di maggiore affollamento ovvero qualora vengano aperte le schermature delle finestre o quando si metta in funzione una cucina, essi contengono i livelli termici delle superfici interne dell'abitazione, grazie alla capacità di assorbire calore. Un ulteriore vantaggio scaturisce soprattutto laddove gli impianti funzionano ad intermittenza. Ciò avviene comunemente nei climi mediterranei (che, come si è detto, sono caratterizzati da notevoli escursioni termiche giornaliere) e può produrre degli sbalzi termici eccessivi tra i periodi di accensione e di spegnimento dei sistemi di climatizzazione estiva o invernale. Ma, anche in questo caso, la capacità di accumulo delle pareti consente di stabilizzare il valore della temperatura interna, svolgendo un'utile azione termoregolatrice o di "volano" termico. Tale azione termoregolatrice interviene anche nei periodi di picco; infatti questi tipi di muro riescono a mantenere sul lato interno una temperatura superficiale (e quindi una temperatura piana radiante) più bassa in estate e più alta in inverno, rispetto a quella media del vano, ancora una volta a tutto vantaggio del comfort. E' opportuno precisare che il semplice ricorso ai muri massivi non è sufficiente a garantire il benessere ambientale nei climi caldi. Come già accennato, è necessario assicurare anche le seguenti condizioni: • una limitazione delle aperture (che devono peraltro essere opportunamente schermate dall'esterno); • un'adeguata ventilazione notturna (naturale e, ove necessario, forzata). La prima condizione riesce, infatti, a ridurre notevolmente il guadagno solare diretto durante il giorno. La seconda consente invece di smaltire il calore che gl'involucri massivi hanno accumulato nel corso della giornata e che durante la notte tendono a trasmettere agli ambienti interni; in tal modo si ottiene il duplice beneficio di rinfrescare questi ambienti e di "scaricare" le pareti, che sono così pronte ad assorbire l'eventuale carico termico del giorno successivo. Va tuttavia sottolineato che in inverno, nei climi mediterranei, gli involucri pesanti, per raggiungere una data temperatura, richiedono un maggiore apporto termico rispetto ai sistemi leggeri superisolati. Tuttavia, come dimostrato da alcuni studi, nell'arco di un intero anno, le pareti ad elevata capacità termica risultano di solito più vantaggiose rispetto alle soluzioni leggere di pari trasmittanza stazionaria U26, anche in termini di fabbisogno energetico complessivo. In Italia, la normativa vigente (D.Lgs. 192/2005 e 311/2006) tiene conto dell'esigenza di un involucro pesante e, oltre a specificare precisi limiti per la trasmittanza termica stazionaria U, ha imposto che le pareti esterne delle regioni più soleggiate abbiano una massa superficiale Ms di almeno 230 kg/m2. Non solo, diversi regolamenti comunali e regionali, a seguito dell'entrata in vigore della suddetta normativa, prevedono di scomputare per le chiusure verticali ed orizzontali gli "extraspessori" legati al risparmio energetico, i quali non rientrano pertanto nel calcolo delle cubature, incoraggiando così l'adozione di sistemi ad elevata capacità termica. Tuttavia i limiti previsti per U e Ms non sempre risultano sufficienti a garantire un adeguato comfort, soprattutto nelle estati calde. Tali limiti prescindono infatti dalle modalità di stratificazione delle chiusure verticali, che oggi sono generalmente costituite dalla giustapposizione di più materiali: coibente termico, laterizi forati, laterizi pieni, materiali lapidei, finiture, ecc.; occorre, pertanto, considerare che, non solo la natura, ma anche la successione degli strati risulta rilevante ai fini del benessere ambientale. Infatti, ad esempio, un vano delimitato da pareti multistrato con isolante posto all'interno e massa all'esterno, pur rispettando le prescrizioni di legge, non appena si aumentino gli apporti di calore (apertura degli infissi in ore molto calde, affollamento, ecc.), in estate rischia di surriscaldarsi come un thermos, facendo registrare sensibili incrementi anche della temperatura piana radiante delle superfici interne. Più efficace sarà invece il comportamento della stessa parete, se la massa sarà disposta all'interno e lo strato coibente a metà o all'esterno. In tal caso, infatti, l'involucro tenderà ad avere un comportamento analogo a quello di una muratura massiva. Non a caso il recente D.P.R. 59/2009 introduce, in alternativa al limite di 230 kg/m2 fissato per la Ms, un limite per la trasmittanza termica periodica YIE, che, per le chiusure verticali opache, dev'essere inferiore a 0,12 W/m2K31; dove per trasmittanza termica periodica s'intende il parametro che valuta la capacità di una parete opaca di sfasare ed attenuare il flusso termico che l'attraversa nell'arco delle 24 ore32, cioè quella prestazione che, come si è visto, costituisce una prerogativa soprattutto delle murature massive. Tuttavia il correttivo proposto in alternativa in tale decreto, pur migliorando generalmente le prestazioni termiche in regime dinamico, cioè per fluttuazioni sensibili della temperatura, non è esente da osservazioni. Infatti è possibile ottenere valori di YIE<0,12 W/m2K non solo con pareti di elevata massa ad adeguata U, ma anche con involucri leggeri superisolati, i quali, come si è detto, se da un lato consentono di ridurre notevolmente i carichi esterni (con conseguente risparmio energetico), dall'altro, in presenza di carichi interni o nei casi di un uso intermittente degli impianti, possono risultare meno vantaggiosi in termini di comfort abitativo, poiché viene meno l'effetto termoregolatore della massa. Da queste considerazioni emerge che, in clima mediterraneo, le soluzioni d'involucro più performanti sono quelle monostrato in laterizio. Peraltro esse, in seguito alle possibilità di scomputo degli "extraspessori" e alla larga diffusione di blocchi con spiccate proprietà isolanti (laterizi alveolati o porizzati), tendono ormai a sostituire quelle multistrato con pannelli coibenti, fino a poco tempo fa indispensabili per contenere lo spessore dell'involucro (e quindi la cubatura dell'edificio) e garantire, nel contempo, un'adeguata trasmittanza termica stazionaria. Infine, va sottolineato che, a prescindere dalle considerazioni energetiche e di comfort termico, gli involucri massivi monostrato in laterizio presentano, rispetto a quelli leggeri e/o multistrato, migliori prestazioni anche in termini di durabilità e risultano quindi particolarmente adatti alla realizzazione di edifici con una vita media attesa di almeno 100 anni. MURATURE MASSIVE E COMFORT SOSTENIBILE IN CLIMA MEDITERRANEO di Giuseppe Margani - Dipartimento di Architettura ed Urbanistica, Università degli Studi di Catania [post_title] => Murature massive e comfort sostenibile in clima mediterraneo [post_excerpt] => [post_status] => publish [comment_status] => open [ping_status] => open [post_password] => [post_name] => murature-massive-e-comfort-sostenibile-in-clima-mediterraneo [to_ping] => [pinged] => [post_modified] => 2020-05-05 16:35:53 [post_modified_gmt] => 2020-05-05 14:35:53 [post_content_filtered] => [post_parent] => 0 [guid] => https://www.infobuildenergia.it/approfondimenti/murature-massive-e-comfort-sostenibile-in-clima-mediterraneo/ [menu_order] => 0 [post_type] => approfondimenti [post_mime_type] => [comment_count] => 0 [filter] => raw [filename] => /Allegati/1458.jpg [alttext] => [titletext] => ) [11] => WP_Post Object ( [ID] => 60674 [post_author] => 6 [post_date] => 2010-03-22 00:00:00 [post_date_gmt] => 2010-03-21 23:00:00 [post_content] => PREMESSA La progettazione, a qualunque scala di intervento (territoriale, urbana o edilizia), va vissuta come OCCASIONE per migliorare la QUALITA' DEL VIVERE URBANO, nel rispetto dei valori presenti nel sito, della sua natura, della sua cultura e dei suoi abitanti. “Si definiscono ARCHITETTURA BIOCLIMATICA e BIOARCHITETTURA quei metodi di progettazione architettonica che ottimizzano le concordanze energetiche con l’ambiente naturale circostante attraverso l’uso di tecniche e materiali che favoriscono il benessere umano”. Un approccio “low-tech” o “no-tech” è caratterizzato da un uso risicato della tecnologia (Soleri), in contrapposizione ad un approccio “high-tech”(es. Foster, Piano) che tende a risolvere i problemi ecologici con dosi massicce di tecnologia ed informatica. Riduzione di CO2 (adagio delle 3R): Riduzione dei bisogni primari; Riutilizzo delle risorse disponibili; Riciclo delle risorse già utilizzate. Una decisa progettazione rivolta al risparmio energetico non è sinonimo di costi elevati: gli incrementi dei costi di costruzione del fare sostenibile è stimato pari al 10%-15% (con tendenza a diminuire); i risparmi medi dei consumi correnti sono stimati intorno al 30%-40% (stimati nell’arco di alcuni decenni). Aspetti progettuali: Orientamento degli edifici al fine di garantire il massimo sfruttamento del sole; Verifica delle ombre portate (da altri edifici, dai pendii naturali, dalla vegetazione); Corretta progettazione delle superfici vetrate e dei sistemi schermanti; Sistemi di ventilazione con recupero di calore; Impianti a basso impatto tecnologico ed ambientale. Aspetti metodologici e progettuali - Qualità Urbanistica: L’impatto di un edificio sulle aree circostanti dipende dalla sua posizione, dalla forma, dalla struttura, dai materiali con cui è stato costruito, dal suo fabbisogno energetico; il raggruppamento di diverse unità abitative in un unico volume SEMPLICE e COMPATTO può limitare tale impatto;

l’intervento ipotizzato consente il raggiungimento dello scaglione “1.69” (<2); non ancora sufficiente!

Indice:

L'isolamento termico
Resistenza termica e trasmittanza
Sfasamento e attenuazione termica

L'isolamento termico

Resistenza termica e trasmittanza

Il coefficiente tiene conto degli effetti di scambio dell'aria sulle due facce ed ha il seguente valore (03) essendo alfa2 i coefficienti di adduzione dell'aria interna ed esterna.

[caption id="" align="aligncenter" width="630"]

Per PUR, il test di conducibilità termica si effettuerà 175 giorni dopo la produzione.
Per XPS:
- di spessore tra 20mm e 70mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 90 giorni dopo la produzione.
- di spessore tra 80mm e 120mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 50 giorni dopo la produzione.
- di spessore superiore a120mm, il test di conducibilità termica si effettuerà 30 giorni dopo la produzione.

[caption id="" align="aligncenter" width="630"]

Confronto tra valori di conducibilità termica di vari materiali[/caption]

Sfasamento e attenuazione termica

Per pareti verticali, non orientate a Nord, Nord/Ovest, Nord/Est, il progettista può scegliere se adottare strutture dotate di massa superficiale superiore ai 230 kg/m2 o strutture caratterizzate da un valore di trasmittanza termica periodica < 0.12 W/m2K.
Per pareti opache orizzontali ed inclinateè invece previsto il solo rispetto del limite della trasmittanza termica periodica < 0.20 W/m2K.

In sintesi:

In tutte quelle zone (le aree più fredde) che non superano il limite di irradianza di 290 W/m², posso costruire strutture pesanti o strutture leggere, senza tenere in alcuna considerazione il correttivo del valore di trasmittanza termica periodica su esposto; in altri termini l'unico valore di cui dovrò tenere conto nel calcolo progettuale è il valore limite 2010 della trasmittanza a seconda del tipo di struttura e della mia zona climatica.
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una parete pesante (cioè con massa superiore a 230 kg/m²), non devo tenere conto del correttivo del valore di trasmittanza termica periodica, ma solo del valore limite 2010 della trasmittanza termica (U) a seconda del tipo di struttura e della mia zona climatica.
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una parete leggera (cioè con massa inferiore a 230 kg/m²), allora devo tenere conto del correttivo della trasmittanza termica periodica, che deve essere < 0.12 W/m2K, oltre a rispettare il valore limite 2010 della trasmittanza termica (U).
Nelle aree con irradianza superiore a 290 W/m², se costruisco una copertura, leggera o pesante che sia, oltre a tenere in conto il valore limite 2010 della trasmittanza termica (U), devo anche applicare il correttivo della trasmittanza termica periodica, che dovrà essere < 0.20 W/m2K.

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