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Torino, 28 Maggio 2012
La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Fossile o Rinnovabile?
Ing. Andrea Cagni
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Torino, 28 Maggio 2012
La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
La curva di Hubbert del petrolio
Ing. Andrea Cagni
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Torino, 28 Maggio 2012
La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
La curva di Hubbert del petrolio
L'era della pietra non e' finita per mancanza di pietre così l'era del petrolio non finirà per mancanza di petrolio ma perché nuove tecnologie competitive con il petrolio prenderanno il sopravvento…
Ing. Andrea Cagni
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Torino, 28 Maggio 2012
La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
La percezione dell’energia termica
La temperatura ideale è: 20 °C Ogni 1°C in più vuol dire consumare il 7% in più
L’energia che serve a scaldare di 1 °C un litro d’acqua è pari a quella che sarebbe necessaria per alzare lo stesso litro a 427 m di altezza!
Portarlo in cima a un palazzo di 140 Piani…!
Ing. Andrea Cagni
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Torino, 28 Maggio 2012
La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Fabbisogno di energia primaria abitazione tradizionale da 100 mq Combustione di metano (rend. 100%)
10’000 kWht = 1’043 mc CH4 = 0,86 TEP = 2,5 tCO2 Combustione di gasolio (rend. 100%)
10’000 kWht = 1’006 lt GASOLIO = 0,85 TEP = 3,0 tCO2 Utilizzo diretto energia elettrica (rend. produzione 39%)
10’000 kWht = 10’000 kWhe = 2,2 TEP = 5,75 tCO2 Pompa di calore (COP medio stagionale 2,56)
10’000 kWht = 3’909 kWhe = 0,86 TEP = 2,5 tCO2 Combustione diretta Biomassa
10’000 kWh BIOMASSA = 0,0 TEP ? = 0,0 tCO2 Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Il prezzo dell’energia
Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Costo del metano
+14% all’anno negli ultimi 3 anni
Fonte AEEG
Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Evoluzione degli impianti
Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
La PREISTORIA Generatori di calore (caldaie) - Combustione a più di 1000°C - Scarico fumi a 260°C - Fluido termovettore 90-30°C - Aria ambiente 20°C
1m3 CH4
CH4
Ș=75%
7,2 kWht
9,57 kWhCH
EFFICIENZA TOTALE
75% Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
IERI Generatori di calore a condensazione - Combustione a più di 1000°C - Scarico fumi a 40-80°C - Fluido termovettore 40-30°C - Aria ambiente 20°C
1m3 CH4
CH4
Ș=107%
10,2 kWht
9,57 kWhCH
EFFICIENZA TOTALE
107% Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Aria, acqua, terreno
OGGI
10,5 kWht
Pompa di calore
- Alimentazione ad energia elettrica (o altre fonti) - Sorgente termica ambientale (rinnovabile) - Nessuna emissione locale in atmosfera
Pompa di calore
Șe=40%
3,75 kWhe
1m3 CH4
CH4 9,57 kWhCH
Șt=98%
COP 3,8
14,3 kWht EFFICIENZA TOTALE
149% Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
DOMANI
27,7 kWht
Pompa di calore
- Alimentazione ad energia elettrica (o altre fonti) - Sorgente termica ambientale (rinnovabile) - Nessuna emissione locale in atmosfera
Pompa di calore
Șe=59%
5,53 kWhe
1m3 CH4
CH4
Șt=98%
9,57 kWhCH
EFFICIENZA TOTALE
375%
Aria, acqua, terreno
2,8 kWht
COP 6,0
33,2 kWht
Teleriscaldamento
Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
DOMANI Accumuli stagionali
Impianti Heat on demand
Phase change materials
Impianti Air on demand
Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Riqualificazione impiantistica: un esempio concreto Analisi dei fabbisogno in regime semi-dinamico
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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Torino, 28 Maggio 2012
La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Caratteristiche dell’edificio – Residenza per anziani 1)Superficie riscaldata: 3800 m2 2)Posti letto 56 3)Anno di costruzione successivo al a1991 (post L10/1991) 4)Classe Energetica D (53 kWh/m3 anno) 5)Impianto tradizionale a radiatori, con termostati per macro-zone e alcune valvole termostatiche 6)Centrale termica con caldaie alimentate a gas metano (405 kW + 180 kW), per riscaldamento ambienti e produzione Acqua Calda Sanitaria 7)Sistema di estrazione aria dai bagni con reimmissione a tutt’aria esterna mediante U.T.A. 8)Spesa annua per riscaldamento ambienti e produzione ACS: 31’400 € (gas metano agevolato)
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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Torino, 28 Maggio 2012
La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Simulazione energetica dell’edificio, passi operativi L’idea di un impianto IBRIDO (caldaia + ……?……) Il modello di calcolo per MESI della norma UNI TS 11300 non è adatto A partire dall’analisi delle bollette energetiche si sono ricostruiti i consumi mensili utili per: generare il modello energetico dell’edificio costruito sul comportamento reale dell’edificio (valutazione tailored rating) conformemente alle vigenti norme della serie UNI TS 11300 Sono stati corretti gli apporti energetici interni secondo la valutazione reale adattata all’utenza. Ad esempio a questo scopo si sono confrontati gli apporti interni delle apparecchiature con i consumi elettrici rilevati, in modo da valutare correttamente gli apporti interni di calore E’ stato stimato il fabbisogno annuo di ACS effettivamente richiesto, mediante l’analisi delle bollette estive.
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Il calcolo semi-dinamico del fabbisogno annuale (ora per ora) il modello dell’edificio è costruito tenendo conto degli scambi termici contenuti nelle seguenti equazioni:
Per i parametri dinamici sono stati considerati i fattori di utilizzazione degli apporti solari e interni, secondo UNI TS 11300-1, punto 15.1.1 Due livelli di temperatura: 23°C diurno, 20°C notturno Dati climatici orari: TORINO IWEC (anno tipo dell'EnergyPlus weather file)
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Simulazione del profilo di richiesta termica (ora per ora) Per ogni ora del giorno, e ogni giorno dell’anno, si tiene conto di una serie di parametri normalmente non considerati nel calcolo classico in regime stazionario a)Irraggiamento solare della località con dettaglio orario b)Temperatura esterna istantanea (con dettaglio orario) c)Temperatura di mandata del fluido termovettore in funzione della temperatura dell’aria esterna (regolazione climatica) d)Energia di ripresa della temperatura ambiente (secondo Norma UNIN12831:2006), intermittenza e attenuazione degli impianti e)Energia termica “dispersa” (non andata a buon fine) per inefficienze del sistema di regolazione f)Energia persa per inefficienza del sistema di emissione e di distribuzione dei fluidi termo vettori g)Energia termica per produzione ACS
Ing. Andrea Cagni
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Temperatura di mandata
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Potenza di ripresa
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Potenza persa per inefficienza della regolazione
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Potenza persa per inefficienza del sistema di emissione
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Potenza persa per dispersioni della rete di distribuzione
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Potenza per produzione di Acqua Calda Sanitaria
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Simulazione del profilo di richiesta termica (ora per ora) Per ogni ora del giorno, risulta quindi chiaro il fabbisogno di potenza per riscaldamento ambienti e produzione sanitaria.
a)Distribuzione delle potenze termiche orarie all'interno di un giorno campione (il piÚ freddo dell’anno) b)Distribuzione delle potenze termiche orarie all'interno di un giorno campione (con temperature moderate e basso irraggiamento) c)Distribuzione delle potenze termiche orarie all'interno di un giorno campione (temperature miti e molto soleggiato)
Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Profilo di richiesta di calore – giorno piÚ freddo
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Profilo di richiesta di calore – giorno medio invernale
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Profilo di richiesta di calore – coda di stagione
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Fattore di carico (distribuzione di frequenza cumulata)
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Riqualificazione impiantistica: un esempio concreto Proposta di riqualificazione: pompe di calore geotermichead assorbimento alimentate a gas metano
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Pompe di calore Acqua / Acqua ad assorbimento alimentata a gas Metano Caratteristiche del sistema di generazione del calore •
n°2 macchine acqua / acqua
•
Potenza massima erogabile @ 50°C: 78,4 kWt
•
Temperatura massima lato utenza 65°C
•
GUE nominale (sulle fonti primarie): 120% - 170% (indipendente dalle condizioni ambientali esterne, sottosuolo a temperatura costante, con campo sonde ben dimensionato
405 kW
39 kW
39 kW
180 kW
Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Pompe di calore Acqua / Acqua ad assorbimento alimentata a gas Metano Vantaggi •
Utilizzo diretto di una fonte primaria, nessuna trasformazione intermedia
•
Buona efficienza anche con alte temperature di mandata 65°C
•
Nel caso si versione ad aria, modesto peggioramento del rendimento per temperature esterne basse
•
Non si cambia la fonte di approvvigionamento
•
Non si sovraccarica la rete elettrica
Fonte Robur spa
Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Impianto geotermico a sonde verticali (circuito chiuso) Caratteristiche del campo sonde -
resa del sottosuolo 50 W/m
-
n째7 sonde geotermiche da 105 m ciascuna
-
scambio diretto terreno / acqua di evaporatore
Fonte Stiebel Eltron e e-Transfer
Ing. Andrea Cagni
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Contributo Caldaia e Pompa di calore
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Contributo Caldaia e Pompa di calore
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Contributo Caldaia e Pompa di calore 600000
Fabbisogni energetici per riscaldamento e ACS
] 500000 h W k [ ia ra 400000 m ir p a ig r e300000 n e o u n n a o200000 n g o s i b b a F 100000
ACS(quota caldaia) ACS(quota PdC) Riscaldamento (quota PdC) Riscaldamento (quota caldaia)
0
Caldaia ATTUALE
Imp. ibrido (PdC+caldaia)
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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Torino, 28 Maggio 2012
La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Indici economici utilizzati 1)Valore attuale netto (VAN) è la somma di tutti i flussi di cassa del periodo di durata dell'investimento, all'anno in cui si effettua la valutazione
2)Tempo di ritorno attualizzato (PBT) è il tempo per il quale si annulla il VAN
3)Tasso interno di rendimento (TIR) è il valore del tasso di sconto che annulla in VAN. Il TIR Può essere confrontato con il tasso offerto da un investimento a pari rischio
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
I numeri dell’intervento sull’impianto (soluzione cautelativa) 1)Costo del metano (case di riposo): 0,573 €/m3 (IVA compresa) 2)Costo di investimento chiavi in mano: 79’000 € 3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 30’000 €, quindi ben sfruttata 4).Tasso di finanziamento: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite impianti geotermici a bassa entalpia“ 5)Incremento annuo del costo dell’energia: 6% su base 2002-2012 6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e quella pompa di calore supera i 25) 7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 10 anni 8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 144’000 € 9)Tasso di rendimento interno - TIR: 11%
10).Classe Energetica “C” taylored (44 kWh/m3 anno) 11).Classe Energetica “B” asset rating Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
I numeri dell’intervento sull’impianto (soluzione su base 2009-2012) 1)Costo del metano (case di riposo): 0,573 €/m3 (IVA compresa) 2)Costo di investimento chiavi in mano: 79’000 € 3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 30’000 €, quindi ben sfruttata 4).Tasso di finanziamento: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite impianti geotermici a bassa entalpia“ 5)Incremento annuo del costo dell’energia: 14% su base 2009-2012 6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e quella pompa di calore supera i 25) 7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 8,4 anni 8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 584’000 € 9)Tasso di rendimento interno - TIR: 18%
10).Classe Energetica “C” taylored (44 kWh/m3 anno) 11).Classe Energetica “B” asset rating Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
I numeri dell’intervento sull’impianto (trasposizione al RESIDENZIALE) 1)Costo del metano: 0,879 €/m3 (IVA compresa) 2)Costo di investimento chiavi in mano: 79’000 € 3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 30’000 €, quindi ben sfruttata 4).Tasso di finanziamento: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite impianti geotermici a bassa entalpia“ 5)Incremento annuo del costo dell’energia: 14% su base 2009-2012 6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e quella pompa di calore supera i 25) 7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 6,8 anni 8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 922’000 € 9)Tasso di rendimento interno - TIR: 24% 10).Classe Energetica “C” taylored (33 kWh/m3 anno) 11).Classe Energetica “B” asset rating
Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Riqualificazione involucro + impianto: un esempio concreto Proposta di riqualificazione: - Isolamento estradosso solaio - Sostituzione solo vetri - Sostituzione UTA con versioni a recupero -Pompe di calore geotermiche ad assorbimento alimentate a gas metano - Riduzione delle temperature di mandata Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
Contributo Involucro + Caldaia e Pompa di calore
Fabbisogno annuo energia primaria [kWh]
600000
Fabbisogni energetici per riscaldamento e ACS
500000
ACS(quota caldaia)
400000
ACS(quota PdC) 300000
Riscaldamento (quota PdC) Riscaldamento (quota caldaia)
200000
100000
0
Caldaia ATTUALE
Imp. ibrido (PdC+caldaia)
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
I numeri dell’intervento GLOBALE (soluzione cautelativa) 1)Costo del metano (case di riposo): 0,573 €/m3 (IVA compresa) 2)Costo di investimento chiavi in mano: 202’000 € 3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 100’000 €, quindi ben sfruttata 4).Tasso di finanziamento misto: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite impianti geotermici a bassa entalpia“ e 8% sui restanti interventi 5)Incremento annuo del costo dell’energia: 6% su base 2002-2012 6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e quella pompa di calore supera i 25) 7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 8,8 anni 8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 291’000 € 9)Tasso di rendimento interno - TIR: 15%
10).Classe Energetica “B” taylored (26 kWh/m3 anno) 11).Classe Energetica “B” asset rating Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
I numeri dell’intervento (soluzione su base 2009-2012) 1)Costo del metano (case di riposo): 0,573 €/m3 (IVA compresa) 2)Costo di investimento chiavi in mano: 202’000 € 3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 100’000 €, quindi ben sfruttata 4).Tasso di finanziamento misto: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite impianti geotermici a bassa entalpia“ e 8% sui restanti interventi 5)Incremento annuo del costo dell’energia: 14% su base 2009-2012 6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e quella pompa di calore supera i 25) 7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 7,5 anni 8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 1’070’000 € 9)Tasso di rendimento interno - TIR: 23%
10).Classe Energetica “B” taylored (26 kWh/m3 anno) 11).Classe Energetica “B” asset rating Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City
I numeri dell’intervento (trasposizione al RESIDENZIALE) 1)Costo del metano: 0,879 €/m3 (IVA compresa) 2)Costo di investimento chiavi in mano: 202’000 € 3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 30’000 €, quindi ben sfruttata 4).Tasso di finanziamento: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite impianti geotermici a bassa entalpia“ 5)Incremento annuo del costo dell’energia: 14% su base 2009-2012 6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e quella pompa di calore supera i 25) 7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 5,8 anni 8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 1’700’000 € 9)Tasso di rendimento interno - TIR: 30% 10). Classe Energetica “B” taylored (26 kWh/m2 anno)
11).Classe Energetica “B” asset rating Ing. Andrea Cagni, Arch. Ing. Federico Andrea Cagni Cerutti
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GRAZIE per la vostra attenzione
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