Schede Architettura Sostenibile by Francesco Fulvi

SISTEMI PER L’EFFICIENZA ENERGETICA IMPIANTISTICA E L’ECOLOGIA

TIPOLOGIA ELABORATO:

RACCOLTA DI SCHEDE TECNICHE

COMFORT

DISCOMFORT

14°C 24°C 14°C

24°C

PROGETTO:

Francesco Fulvi architettura sostenibile www.francescofulvi.it B.go Riccio da Parma 29 43121 Parma PR Tel. 0521.233621 Cell. 349.4942157 info@francescofulvi.it P.za San Giovanni in Monte 6 40124 Bologna BO Tel. 051.6569052 bologna@francescofulvi.it ing. Francesco Fulvi ing. Simona Bernardoni arch. Silvia Fecci ing. Marco Mosconi con arch. Roberta Orefici arch. Federica De Gregorio arch. Farah Morvan arch. Michele Sbarsi

Documento a cura di: arch. Roberta Orefici 06 Luglio 2012 N° Documento: 002

STUDIO 4S FRANCESCO FULVI ARCHITETTURA SOSTENIBILE - www.francescofulvi.it Bologna - p.za San Giovanni in Monte 6 - 40124, (BO) Tel. 0516569052 Parma - b.go Riccio da Parma 29 - 43121, (PR) Tel. 0521233621 SISTEMI PER L’EFFICIENZA ENERGETICA IMPIANTISTICA E L’ECOLOGIA a cura di : arch. Roberta Orefici

INDICE

> Fonti Energetiche e Impianti per il Risparmio Energetico 1.

3.4. Il Teleriscaldamento 3.4.1. Teleraffrescamento 3.5. Le Caldaie a Biomassa 3.5.1. Caldaie per Legname Spezzato 3.5.2. Caldaie per Legno Cippato 3.5.3. Caldaie a Pallet 3.6. Il Solare Termico 3.6.1. Impianti a Circolazione Naturale 3.6.2. Impianti a Circolazione Forzata 3.6.3. Collettori Solari

I Combustibili 1.1. I Combustibili Fossili 1.1.1. Olio Combustibile 1.1.2. Gas Metano 1.1.3. Gas di petrolio liquefatto (GPL) 1.1.4. Carbon fossile 1.2. Le Biomasse 1.2.1. Legno 1.2.2. Altre Biomasse 1.3. I Biocombustibili 1.3.1. Biometano 1.3.2. Bioetanolo 1.3.3. Biodiesel 1.4. L’Olio di Colza 1.5. L’Idrogeno

I Sistemi di Distribuzione dell’Energia Termica 2.1. Il Riscaldamento a Radiatori 2.2. Il Riscaldamento a Pavimento 2.3. Il Riscaldamento a Parete e Soffitto 2.4. L’ Attivazione Termica delle Masse 2.5. Il Riscaldamento ad Aria 2.6. Il Raffrescamento con Sistemi a Superficie I Sistemi di Produzione e Trasmissione dell’Energia Termica 3.1. La Pompa di Calore 3.1.1. Pompa di Calore a Compressione 3.1.2. Pompa di Calore Reversibile 3.1.3. Pompa di Calore ad Assorbimento 3.2. Le Sorgenti di Energia Termica sfruttabili con le Pompe 3.2.1. Sorgente Aria 3.2.2. Sorgente Acqua 3.3. La Pompa di Calore Geotermica 3.3.1. Sonde Orizzontali a Prato 3.3.2. Sonde Verticali (Acqua-Glicole) 3.3.3. Pali Energetici

I Sistemi di Generazione dell’Energia Elettrica 4.1. Il Fotovoltaico 4.1.1. Celle Solari 4.1.2. Tipologie di Impianti Fotovoltaici 4.1.3. Fotovoltaico Colorato 4.1.4. Vetri Solari (Fotovoltaico Integrato) 4.2. Il Piccolo Idroelettrico 4.2.1. Minidroelettrico 4.3. Il Mini e Micro Eolico 4.3.1. Minieolico 4.3.2. Microeolico

5. I Sistemi di Generazione dell’Energia Elettrica, Produzione e Trasmissione dell’Energia Termica 5.1. La Cogenerazione 5.1.1. Tecnologie di Cogenerazione 5.1.2. Microcogenerazione 5.2. La Trigenerazione 6. di

Calore

I Sistemi di Raccolta e Riciclo delle Acque 6.1. La Gestione Sostenibilie delle Acque Meteoriche 6.1.1. Recupero ed Utilizzo delle Acque Meteoriche 6.1.2. Contenimento dei Flussi delle Acque Meteoriche 6.1.3. Infiltrazione delle Acque Meteoriche 6.1.4. Immissione delle Acque Meteoriche in Acque Superficiali 6.2. I Sistemi di Fitodepurazione delle Acque di Scarico

I Sistemi di Raccolta E Smaltimento dei Rifiuti 7.1. La Raccolta Differenziata dei Rifiuti 7.2. I Materiali Riciclabili 7.2.1. Alluminio e Metallo 7.2.2. Carta, Cartone e Cartoncino 7.2.3. Plastica 7.2.4. Vetro 7.2.5. Organico 7.3. I Materiali non Riciclabili 7.3.1. Secco non Riciclabile 7.3.2. Rifiuti Ingombranti 7.3.3. Rifiuti Domestici Pericolosi 7.4. Le Modalità di Raccolta Differenziata 7.5. Il Compostaggio

I Sistemi di Ventilazione 8.1. La Ventilazione Naturale 8.1.1. Sistemi di Ventilazione Naturale 8.2. La Ventilazione Controllata 8.2.1. Impianti di Ventilazione Controllata

La Domotica per il Controllo Energetico

I Combustibili

1.1. I Combustibili Fossili

02. Combustione di combustibili fossili

I Combustibili

01. Estrazione di combustibili fossili

Si definiscono fossili quei combustibili derivanti dalla trasformazione (carbogenesi), sviluppatasi in milioni di anni, di sostanze organiche, seppellitasi sottoterra nel corso delle ere geologiche, in forme molecolari via via più stabili e ricche di carbonio. Appartengono a questo campo: - il petrolio e i suoi derivati - il carbone - il gas naturale I combustibili fossili, detti anche idrocarburi, rappresentano oggi la principale fonte energetica dell’umanità. Queste sostanze sono infatti caratterizzate da un alto rapporto energia/volume, sono facilmente trasportabili e stoccabili e costano ancora relativamente poco. Per contro gli idrocarburi sono assai inquinanti e determinano un considerevole aumento di CO2 in atmosfera (una delle cause principali del surriscaldamento globale) . Infine bisogna sottilineare che i combustibili fossili sono fonti energetiche non rinnovabili, ed il loro utilizzo ai ritmi attuali ne pregiudica la disponibilità per le generazioni future. Questa caratteristica, alla luce dell’esauribilità dei giacimenti attuali e a fronte di una sempre maggiore richiesta energetica a livello globale, determina continui aumenti del loro prezzo (basta pensare che il prezzo del barile di petrolio è aumentato, dagli 11 dollari del 1998 gli attuali 80, di oltre il 700%).

Olio Combustibile

1.1.3.

Gas

Petrolio Liquefatto (GPL)

É un “distillato pesante” derivato dalla lavorazione del petrolio. La percentuale di olio combustibile che si ottiene dalla lavorazione del petrolio dipende dalla complessità della raffinazione e dal tipo di greggio utilizzato come materia prima. In Europa l’olio combustibile viene classificato in base al contenuto di zolfo: • percentuale < 1% zolfo, BTZ (bassa percentuale di zolfo); • percentuale > 1% di zolfo, ATZ (alta percentuale di zolfo).

É un sottoprodotto della raffinazione del petrolio, costituito da una miscela di idrocarburi alcani a basso peso specifico; è presente sottoforma di gas ma viene liquefatto tramite compressione per favorirne il trasporto. É un materiale molto infiammabile, in quanto essendo più pesante dell’aria atmosferica, tende a sostare in basso e a occupare cavità. Il GPL ha un’elevata resa energetica e calorifica; la sua combustione produce anidride carbonica, acqua e ossidi di azoto. É più inquinante del metano.

1.1.2.

1.1.4.

Gas Metano

É un idrocarburo semplice e un ottimo combustibile perchè produce il maggior quantitativo di calore per massa unitaria. Dal 60% al 80 % delle emissioni mondiali di metano è generata dall’uomo, in particolare da discariche, attività petrofilere, miniere di carbone ed agricoltura. La sua completa combustione produce anidride carbonica e acqua. Il metano è un gas serra presente nell’atmosfera terrestre in percentuali molto inferiori a quelle della CO2. É importante sottolineare che la sua concentrazione è aumentata del 150% negli ultimi mille anni. Il metano è responsabile del 20% dell’incremento dell’effetto serra.

Carbon

fossile

É un prodotto di estrazione dalla terra, derivato dalla decomposizione e fossilizzazione di materia organica; composto principalmente da carbonio, idrocarburi e tracce di zolfo e metalli pesanti, a seconda del luogo di estrazione. Durante la combustione rilascia in atmosfera sostanze inquinanti, quali anidride carbonica, anidride solforosa (responsabile delle piogge acide). Il carbone è una delle principali fonti di energia dell’umanità. Nel 2010 circa il 40% dell’energia elettrica mondiale è stata prodotta bruciando carbone, e le riserve accertate ammontavano ad almeno 300 anni di produzione. Dal carbone è possibile ottenere altri tipi di combustibile, più facilmente trasportabili e con un maggior rendimento, ma comunque inquinanti; i processi normalmente utilizzati per raffinarlo sono la gassificazione e la liquefazione.

I Combustibili

1.1.1.

1.2. Le Biomasse

03. Schema del ciclo delle biomasse

I Combustibili

Per biomassa s’intende ogni sostanza organica derivante direttamente o indirettamente dalla fotosintesi clorofilliana. Mediante questo processo le piante assorbono dall’ambiente circostante anidride carbonica (CO2) e acqua, che vengono trasformate, con l’apporto dell’energia solare e di sostanze nutrienti presenti nel terreno, in materiale organico utile alla crescita della pianta. In questo modo vengono fissate complessivamente circa 2×1011 tonnellate di carbonio all’anno, con un contenuto energetico equivalente a 70 miliardi di tonnellate di petrolio, circa 10 volte l’attuale fabbisogno energetico mondiale. Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali, di natura estremamente eterogenea. In forma generale, si può dire che è biomassa tutto ciò che ha matrice organica, con esclusione dei materiali fossili (es. petrolio e carbone che esulano dall’argomento in questione). Le più importanti tipologie di biomassa sono residui forestali, scarti dell’industria di trasformazione del legno (trucioli, segatura, etc.), scarti delle aziende zootecniche, gli scarti mercatali, alghe e colture acquatiche e i rifiuti solidi urbani. La biomassa è una fonte rinnovabile di energia, inoltre l’anidride carbonica che libera durante la combustione può essere riassorbita da altre piante nella fase di crescita, formando un ciclo a emissioni nulle.

della

Biomassa

Con l’aiuto dell’energia solare le piante producono sostanze organiche. L’energia solare, assieme all’acqua del sottosuolo, all’anidride carbonica (CO2) e a ulteriori minerali e sostanze estratte dal suolo, genera nelle piante una trasformazione naturale di energia, producendo sostanze organiche e liberando ossigeno. L’energia primaria “pianta” nata dall’energia solare presenta il vantaggio di essere “immagazzinabile” e rinnovabile. Questa energia accumulata può essere sfruttata in vari modi. Il corpo umano per esempio sfrutta quest’energia sotto forma di nutrizione. L’organismo umano “brucia” il cibo assimilato con l’aiuto di ossigeno assorbito con il respiro. Con l’espirazione viene liberata all’ambiente la CO2 come prodotto di combustione e il ciclo biologico del carbonio si chiude. Un’ulteriore processo naturale per chiudere il ciclo biologico è rappresentato dalla decomposizione della biomassa. La scomposizione della biomassa avviene attraverso il processo di putrefazione durante il quale viene nuovamente liberata la CO2. L’uomo può sfruttare questo ciclo biologico anche attraverso una combustione accelerata della biomassa e utilizzare l’energia liberata con l’aiuto di mezzi tecnici, per esempio per riscaldare un edificio. Attraverso la combustione della biomassa si ha la decomposizione accelerata con la liberazione della CO2, ma con l’effetto di utilizzo energetico ed il ciclo naturale si chiude ugualmente. Un argomento essenziale nello sfruttamento della biomassa è rappresentato dal fatto che non avviene nessun’ulteriore produzione di CO2. L’anidride carbonica liberata durante la combustione della biomassa corrisponde soltanto alla quantità della CO2 assorbita dall’atmosfera dagli alberi o dalle piante nel corso della loro crescita.

1.2.1.

Legno

Il legno ha rappresentato per secoli l’unico combustibile impiegato dall’uomo e solo negli ultimi 150 anni è stato sostituito sempre di più da risorse fossili come il carbone, il gas e il petrolio. Negli ultimi anni, però, questo combustibile vegetale sta riacquistando importanza, complici i continui rialzi di prezzo delle risorse fossili, come pure la progressiva riduzione della loro disponibilità. Un ritorno in auge favorito anche dal progresso tecnologico dei sistemi di riscaldamento, divenuti molto più efficienti e più pratici da utilizzare. La legna da ardere è disponibile sul mercato in varie forme – legname spezzato, cippato di legno o pellet – ciascuna delle quali si presta a specifici impianti di riscaldamento e soddisfa esigenze di comfort diverse. La legna da ardere permette uno sfruttamento energetico sostenibile: essa, infatti, garantisce un bilancio neutrale delle emissioni di CO2 e quindi non alimenta l’effetto serra. In sostanza, la quantità di anidride carbonica rilasciata dalla legna in fase di combustione viene compensata dalla quantità assorbita dagli alberi durante la crescita nel bosco. Va ricordato inoltre che la stessa quantità di CO2 verrebbe liberata comunque nell’atmosfera, anche lasciando il legno a marcire naturalmente nelle foreste. Il potere calorifico del legno dipende essenzialmente da due fattori: • il tenore idrico (quanta acqua contiene); • il peso specifico.

I Combustibili

> Il Ciclo

> Legname Spezzato

> Pellet

È un prodotto totalmente naturale derivato dalla seconda fase di lavorazione del legno (es. da falegnamerie). La composizione dei pellet è definita da normativa. È un materiale estremamente uniforme e con basso contenuto d’acqua (<12%), ottenuto da poche e semplici lavorazioni meccaniche, attraverso le quali la segatura di legno finemente lavorata viene fatta passare attraverso una filiera e quindi trasformata in piccoli cilindri di varie misure ad elevata densità. Il grado di automazione degli impianti è quasi comparabile alle caldaie a gas o gasolio: i pellet rappresentano quindi una validissima alternativa alle tradizionali fonti energetiche per il riscaldamento.

oggi è ancora il tipo di legno per la produzione di energia più utilizzato. Il legname spezzato, per la maggior parte proveniente dalla silvicoltura, è adatto per caldaie a “legname spezzato”, stufe, camini, cucine e può essere acquistato in diverse misure di lunghezza a seconda del tipo di apparecchio termico utilizzato. Il legname spezzato può essere bruciato in modo corretto soltanto se ben stagionato e essiccato all’aria per almeno un paio d’anni in modo da avere un contenuto idrico inferiore al 20%.

> Cippato

Legno

I Combustibili

Questa forma del legno è quella che più avvicina e mette in simbiosi il comparto agricolo-ambientale con quello energetico-tecnologico. Il cippato di legno altro non è che legno di derivazione agricola-forestale, non particolarmente selezionato, proveniente da diradamenti boschivi, siepi campestri, residui di potature, scarti di lavorazione, smaltimento di rifiuti legnosi e quant’altro. Il cippato viene bruciato in caldaie appositamente costruite, sotto forma di scaglie o chips, piccoli pezzetti di legno macinato con apposite macchine agricole già presenti nella meccanizzazione agricola (cippatrici). Adatto sia per usi residenziali (a partire da 18 kW) sia per usi industriali e centrali di teleriscaldamento (di potenza di 8 MW).

1.2.2.

Altre Biomasse

> Biogas

05. Estrazione di biogas da aziende zootecniche

I Combustibili

04. Estrazione di biogas da rifiuti urbani

Con il termine biogas si intende una miscela di vari tipi di gas prodotta dalla fermentazione batterica (in assenza di ossigeno) dei residui organici provenienti da rifiuti, vegetali in decomposizione, carcasse in putrescenza, liquami zootecnici, fanghi di depurazione, scarti dell’agro-industria, etc. L’intero processo vede la decomposizione del materiale organico da parte di alcuni tipi di batteri, producendo anidride carbonica, idrogeno molecolare e soprattuto metano (dal 50% al 80%). Il biogas si forma spontaneamente nelle discariche. Tale gas deve essere captato per evitarne la diffusione nell’ambiente e può essere utilizzato per la produzione di energia elettrica. A titolo di esempio, da una discarica di circa 1.000.000 metri3 che cresce di 60.000 m3 ogni anno, si possono estrarre quasi 5,5 milioni di metri3 di biogas all’anno (oltre 600 m3 ogni ora). Sono state sviluppate tecnologie ed impianti specifici che, tramite l’utilizzo di batteri in appositi fermentatori chiusi, sono in grado di estrarre grandi quantità di biogas dai rifiuti organici urbani (preferibilmente da raccolte differenziate) e dal letame prodotto dagli allevamenti intensivi, o anche dai fanghi di depurazione e dai residui dell’agro-industria. Il biogas prodotto in questo processo può essere quindi utilizzato per la combustione in caldaie da riscaldamento o per produrre energia elettrica e/o calore.

1.3. I Biocombustibili

1.3.2.

Appartine alla categoria dei combustibili alternativi quella classe di carburanti generalmente di origine vegetale, che potrebbero svincolarci dalla dipendenza dal petrolio e dai problemi ad esso connessi. Questi combustibili, per poter competere con altri prodotti, devono avere caratteristiche di reperibilità sul mercato, facilità di approvigionamento, costo ragionevole e compatibilità con i veicoli in circolazione e gli impianti per il riscaldamento. Lo svantaggio primario riconosciuto alla produzione di biocombustibili è quello di togliere grandi porzioni di terreno agricolo alla coltivazioni di alimenti per gli uomini e di mangime per gli animali. Di conseguenza il prezzo dei generi alimentari di prima necessità aumenterebbe esponenzialmente. Un secondo ordine di considerazione è che il rapporto tra energia necessaria per produrli e quella resasi disponibile non è sempre favorevole.

L’etanolo, o alcol etilico, è l’alcol che tutti conosciamo e che sta alla base delle bevande alcoliche. Il bioetanolo è prodotto mediante un processo di fermentazione delle biomasse, ovvero di prodotti agricoli ricchi di zucchero (glucidi) quali i cereali, le colture zuccherine, gli amidacei e le vinacce. Le materie prime agricole più utilizzate per la produzione di questo alccol sono: canna da zucchero, cellulosa, tronco della pianta (abete rosso). In campo energetico il bioetanolo può essere utilizzato come componente per benzine in percentuali fino al 40% senza modificare il motore, o anche puro nel Motore Flex. Inoltre è possibile utilizzare il bioetanolo come combustibile all’interno di biocamini, sfruttandone il potere calorifico per scaldare gli ambienti.

1.3.1.

1.3.3.

Il termine biometano si riferisce a un biogas che ha subito un processo di raffinazione per arrivare ad una concentrazione di metano del 95% ed è utilizzato come biocombustibile per veicoli a motore al pari del gas naturale (o metano fossile). Il biogas è prodotto attraverso la decomposizione biologica della sostanza organica in assenza di ossigeno. Come abbiamo già detto, il biogas grezzo può essere bruciato per produrre calore o elettricità dopo aver subito minimi trattamenti di filtrazione e depurazione. Le principali materie prime utilizzabili per la produzione di biometano sono: refluo di fogna, reflui zootecnici, rifiuti alimentari di origine commerciale o domestica, rifiuti da giardinaggio e gestione del verde, produzioni agricole dedicate. Il biometano può essere utilizzato negli stessi veicoli che impiegano comunemente il gas naturale o metano di origine fossile. In termini di emissioni dirette di CO2 il biometano emette il 20% in meno rispetto alla benzina e il 5% in meno rispetto al gasolio. Tuttavia, il vero vantaggio di questo biogas è evidente quando si considera l’intero ciclo di vita del combustibile e si prende atto che la CO2 emessa dalla combustione è rinnovabile.

Biodiesel

Contrariamente a quanto si crede comunemente, il biodiesel non è un olio vegetale puro e semplice, bensì il risultato di un processo chimico a partire da questi o altri componenti biologici. Si ottiene da semi di soia, girasole e colza per spremitura e transesterificazione con metanolo degli oli che si ottengono. I vantaggi che derivano dall’uso del biodiesel sono molteplici: riduzione significativa delle emissioni di monossido di carbonio, azzeramento delle emissioni di zolfo, eliminazione dai fumi di scarico di anidride solforosa, riduzione fino al 70% del particolato e di idrocarburi incombusti, apporto pressoché nullo al bilancio delle emissioni di CO2 in atmosfera.

I Combustibili

Biometano

Bioetanolo

1.4. L’Olio

Colza

L’olio di colza si estrae dai semi dell’omonima pianta (Brassica napus oleifera), che lo contengono in concentrazioni variabili dal 35 al 50%. L’olio di colza venne utilizzato intorno al 1200 per l’illuminazione delle strade nei paesi del nord Europa, mentre il suo uso alimentare si sviluppò nella metà del XIX secolo senza grandi successi a causa degli studi sugli effetti per la salute umana che non lo ritennero migliore di altri oli vegetali e lo relegarono a prodotto di qualità inferiore. Queste ricerche furono in seguito contestate.

06. Coltivazione di fiori di colza

Per quanto riguarda l’uso dell’olio di colza nei motori, l’argomento in questione è molto delicato ed esistono diversi schieramenti a riguardo. La premessa “criminosa” è la seguente: il motore Diesel, quando venne concepito alla fine dell’800 dal suo inventore, fu pensato per funzionare con olii vegetali (in seguito sostituiti dall’olio minerale detto gasolio), poiché erano gli unici combustibili disponibili sul mercato. E i motori di oggi? Da una parte c’è chi sostiene che la maggioranza dei motori diesel è capace di bruciare un qualsiasi olio vegetale. L’unico problema tecnico sarebbe che l’olio di colza è leggermente piu’ denso del gasolio, e quindi potrebbe dare dei problemi all’accensione. Alcuni studi ritengono addirittura che l’utilizzo di quest olio abbia una resa maggiore in confronto al diesel e che i motori durino più a lungo. Per contro i grandi produttori di gasolio e le case automobilistiche contestano queste teorie, affermendo che l’uso dell’olio di colza può causare danni notevoli e molto costosi alle autovetture. Ma non è tutto, lo Stato italiano considera tale utilizzo una truffa, cioe’ un reato: è una pratica illegale per evasione delle accise.

07. Fiore di colza

I Combustibili

Dal punto di vista dell’impatto ambientale, l’emissioni inquinanti dovute alla combustione di olio di colza sono praticamente pari a zero. Il bilancio del rilascio di CO2 in atmosfera è nullo poiché il quantitativo di anidride carbonica è lo stesso che la pianta ha assorbito per crescere. Le misurazioni del tasso di zolfo sono del tutto trascurabili e le polveri sottili risultano dimezzate rispetto al diesel petrolifero.

08. L’idrogeno: l’energia del futuro

È il primo elemento chimico ed un vettore di energia. L’idrogeno è l’elemento più leggero e più abbondante di tutto l’universo ma, sfortunatamente, non si trova allo stato puro sulla Terra, bensì è presente allo stato combinato con altri elementi chimici (es. acqua, idrocarburi etc.). Allo stato elementare, sulla Terra l’idrogeno si presenta come un gas incolore, inodore e altamente infiammabile. Attualmente l’idrogeno può essere prodotto nei seguenti modi: • dagli idrocarburi, ossia dalle fonti di energia fossili come il petrolio, il carbone e gas naturale; • dall’acqua tramite il processo di elettrolisi. In entrambi i casi è ottenuto separando gli atomi di idrogeno (H) dagli atomi di carbonio (C), nel caso degli idrocarburi, o dagli atomi di ossigeno (O), nel caso dell’acqua. La produzione dell’idrogeno dagli idrocarburi è la più economica ma anche quella più inquinante. La produzione dell’idrogeno tramite elettrolisi è più pulita, in quanto può essere realizzata utilizzando l’elettricità delle fonti d’energia rinnovabili, ma anche quella più costosa.

09. Schema di funzionamento delle celle a combustibile

Le principali applicazioni dell’idrogeno sono nell’industria chimica per produrre ammoniaca, per l’idrogenazione degli oli naturali e come carburante nel settore aerospaziale. Grazie alla sua leggerezza era utilizzato anche come gas nei dirigibili della prima metà del Novecento, ma essendo fortemente infiammabile l’uso dell’idrogeno nei palloni aerostatici fu ben presto abbandonato. Negli anni ‘90 l’idrogeno è tornato in auge come possibile carburante alternativo nel settore dell’autotrazione e della mobilità sostenibile. In questi ultimi anni, le industrie automoblistiche stanno investendo ingenti capitali su progetti di veicoli alimentati ad idrogeno. La macchina a idrogeno, in senso stretto, è la macchina che utilizza l’idrogeno come combustibile “diretto” (al posto della benzina). Ma lo svantaggio di questa soluzione è che, un motore termico alimentato ad idrogeno, ha dei rendimenti basissimi, intorno al 7,5%,. L’altra soluzione consiste nelle celle a combustibile. Le celle a combustibile sono dei trasformatori di energia chimica in energia elettrica. Questo processo di trasformazione, nelle attuali celle, può avere un rendimento anche del 60%. L’auto elettrica si potrebbe giovare dell’impiego delle celle a combustibile: attualmente si è riusciti a ottenere valori di potenza specifica interessanti (1 kW/kg), con celle che al posto dell’acqua in funzione di elettrolita utilizzano un polimero.

I Combustibili

1.5. L’Idrogeno

I problemi ancora da risolvere nell’alimentzione ad idrogeno sono essenzialmente due: • il basso rendimento energetico; • serbatoi in grado di contenere il gas ad un pressione di 250 bar (questo comporta problemi sia in termini di sicurezza, che in termini di peso e ingombro). Per quanto riguarda gli effetti sull’ambiente, dalla reazione di idrogeno con ossigeno risulta teoricamente solo acqua demineralizzata e anche la sua combustione in motori e in turbine a gas produce emissioni inquinanti in quantità minime e trascurabili. Con la temperatura di combustione aumentano le emissioni di NOx in modo esponenziale, ma queste possono essere controllate con un’adeguata regolazione della temperatura. Usando celle a combustibile che funzionano a bassa temperatura l’emissione di sostanze inquinanti è praticamente zero, ma anche le emissioni da celle a combustibile ad elevata temperatura sono fino a 100 volte minori rispetto a quelle prodotte da impianti convenzionali.

I Combustibili

Nonostante questa tecnologia sia ancora in fase di sperimentazione, l’idrogeno, che ricordiamo non è una fonte di energia bensì un mezzo per accumularla (un portatore di energia), potrà cambiare in futuro molti settori della nostra vita e, con la cella a combustibile, potrebbe rivoluzionare l’intero sistema energetico, sia come combustibile nel traffico che come fornitore di energia per produrre elettricità e calore. In tutti questi settori, l’idrogeno consente l’uso di fonti energetiche rinnovabili. Grazie all’idrogeno prodotto con il sole, in futuro sarà possibile cucinare o viaggiare con l’energia solare o eolica.

I Sistemi di Distribuzione dell’Energia Termica

La trasmissione del calore riguarda tutti quei processi fisici nei quali una certa quantità di energia termica è trasferita da un sistema ad un altro a causa di una differenza di temperatura. Tali processi avvengono secondo i principi della termodinamica: • l’energia termica ceduta da un sistema deve essere uguale a quella ricevuta dall’altro; • il calore passa dal corpo più caldo a quello più freddo. Il trasferiemnto del calore è un fenomeno spontaneo che avviene tra un corpo caldo e un corpo freddo, fino a che i due corpi raggiungono la stessa temperatura, cioè quella di equilibrio termico. Il corpo caldo trasferisce a quello freddo parte della sua energia termica e il trasferimento del calore può avvenire per conduzione, per convenzione o per irraggiamento.

> Irraggiamento 11. Confronto stratificazione del calore tra riscaldamento a radiatori e riscaldmaneto a pavimento

Con l’irraggiamento il calore viene scambiato mediante emissione e conseguente assorbimento di radiazione elettromagnetica. Il corpo caldo emette radiazioni elettromagnetiche che vengono assorbite dal corpo più freddo. Il calore scambiato in questo caso aumenta molto rapidamente con la differenza di temperatura. A differenza delle altre due modalità di scambio termico, l’irraggiamento non richiede la presenza di un mezzo perchè vi sia trasmissione di energia (può avvenire anche nel vuoto).

dell’Energia

La convezione si ha quando uno dei due corpi interessati dallo scambio termico è un fluido (liquido o gas) e la trasmissione del calore può essere associata ad un trasferimento di materia. In un fluido a temperatura non uniforme, per effetto combinato della differenza di temperatura e della velocità del fluido stesso, si generano continui movimenti delle particelle del fluido, con conseguente miscelazione, favorendo pertanto la trasmissione del calore dalle particelle più calde a quelle più fredde.

Distribuzione

> Convezione

Il trasferimento di calore per conduzione avviene tra corpi che vengono messi a contatto diretto. È causato dalla differenza di temperatura tra i due corpi, che fa si che il corpo caldo ceda energia a quello freddo aumentandone la temperatura fino al raggiungimento dell’equilibrio termico.

Termica

> Conduzione

I Sistemi

10. Trasmissione del colore per convezione, conduzione e irraggiamento

2.1. Il Riscaldamento

Radiatori

In questo tipo di impianti la trasmissione del calore dal radiatore all’ambiente avviene principalmente per convezione, e in minima parte per irraggiamento. Nel riscaldamento con radiatori il fluido riscaldante giunge ai corpi scaldanti attraverso la rete di distribuzione: quando la superficie dei radiatori si scalda il calore viene trasmesso all’aria immediatamente circostante. L’aria riscaldata tende a salire: il flusso verso l’alto parte dal radiatore, si sposta lungo le pareti e lungo il soffitto, per poi ridiscendere in una zona più fredda del locale.

I Sistemi

13. Radiatori

Distribuzione

dell’Energia

>> Svantaggi: • temperatura elevata del fluido riscaldante; • perdite termiche maggiori nella distribuzione del calore; • circolazione eccessiva dell’aria e stratificazione al soffitto; • trasporto di polveri sottili che possono creare problemi respiratori; • formazione di aloni scuri dietro ai radiatori (sempre a causa delle polveri).

Termica

12. Flusso dell’aria per convezione con riscaldamento a radiatori

>> Vantaggi: • superfici relativamente ridotte per la cessione del calore; • regolazione rapida della temperatura; • bassa inerzia termica; • costi globali abbastanza contenuti.

2.2. Il Riscaldamento

Pavimento

Nel riscaldmaneto a pavimento il fluido riscaldante (acqua) viene pompato in tubazioni collocate nel massetto del pavimento. Il massetto e la superficie del pavimento si scaldano cedendo così calore all’ambiente e alle persone. Ciò avviene prevalentemente per irraggiamento, la componenete convettiva è infatti trascurabile.

Termica I Sistemi

15. Stratificazione verticale delle temperature

Distribuzione

>> Svantaggi: • superfici ampie necessarie per trasmettere calore, quindi costi maggiori; • difficilmente utilizzabile in ambienti con elevati carichi termici (edifici storici o scarsamente isolati termicamente); • maggiore inerzia termica dell’impianto e minore flessibilità di regolazione.

dell’Energia

14. Riscaldamento a pavimento

>> Vantaggi: • calore trasmesso per irraggiamento; • profilo verticale delle temperature costante: la temperatura è più alta vicina al pavimento e diminuisce salendo verso il soffitto (questa stratificazione si avvicina alle condizioni ideali di benessere termico); • minori movimenti d’aria e quindi riduzione del trasporto di polveri; • flessibile utilizzo dello spazio e nessuna limitazione sull’arredamento; • possibilità d’impiego di tecnologie quali caldaie a condensazione, pompe di calore e energia solare termica, data la temperatura di mandata dell’acqua relativamente bassa.

2.3. Il Riscaldamento

Parete

e a

Soffitto

Oltre al pavimento si possono utilizzare anche altre superfici per il riscaldamento. Anche in questi casi la trasmissione di calore avviene sostanzialmente per irraggiamento. Valgono pertanto le stesse considerazioni fatte per il riscaldamento a pavimento.

Termica I Sistemi

17. Riscaldamento a soffitto

Distribuzione

dell’Energia

16. Riscaldamento a parete

>> Vantaggi: • frazione elevata del calore trasmesso per irraggiamento; • profilo verticale delle temperature costante; • minori movimenti d’aria e quindi riduzione del trasporto di polveri; • flessibile utilizzo dello spazio nel riscaldamento a soffitto e nessuna limitazione sull’arredamento; • possibilità d’impiego di tecnologie quali caldaie a condensazione, pompe di calore e energia solare termica, data la temperatura di mandata dell’acqua relativamente bassa.

2.4. L’Attivazione Termica

delle

Masse

18. Attivazione delle masse: tubazioni fissate all’armatura del solaio

dell’Energia

Distribuzione di

>> Svantaggi: • l’esecuzione deve essere coordinata con grande precisione; • inerzia termica dell’impianto e minore flessibilità di regolazione; • adatto solo alla copertura del carico termico base, necessita di un ulteriore sistema per i carichi di punta.

I Sistemi

>> Vantaggi: • frazione elevata del calore trasmesso per irraggiamento; • profilo verticale delle temperature costante; • minori movimenti d’aria e quindi riduzione del trasporto di polveri; • flessibile utilizzo dello spazio e nessuna limitazione sull’arredamento; • impiego di tecnologie quali caldaie a condensazione, pompe di calore e energia solare termica data la temperatura di mandata dell’acqua relativamente bassa; • costi favolrevoli in confronto ad altri sistemi di riscaldamento a superficie; • l’inerzia termica in raffrescamento consente un comportamento ottimale dell’edificio.

Termica

L’attivazione termica delle masse fa parte dei sistemi di riscaldamento a superficie. Anche in questo caso la trasmissione del calore avviene prevalentemente per irraggiamento, e possono essere fatte considerazioni analoghe a quelle del riscaldamento a pavimento. La differenza è che le tubazioni sono collocate direttamente all’interno della struttura in calcestruzzo. L’attivazione termica delle masse sfrutta, infatti, la soletta di calcestruzzo del solaio come scambiatore di calore: in estate viene raffreddato, in inverno riscaldato. Nelle tubazioni in estate circola acqua fredda che raffresca il solaio e quindi l’ambiente circostante; in inverno acqua calda (scaldata tramite un impianto di produzione del calore, come pannelli solari o pompe di calore) che riscalda l’ambiente. In estate il solaio viene raffrescato di notte e di giorno assorbe il calore presete nell’ambiente.

2.5. Il Riscaldamento

Aria

Gli impianti di condizionamento e riscaldamento ad aria sono sistemi volti a garantire il massimo comfort ambientale. Con l’impiego di questi impianti si ha la possibilità di controllare la temperatura, regolare l’umidità, filtrare l’aria e diffonderla uniformemente nel locale. Le condotte dell’aria possono essere rivestite con materiale termoisolante o realizzate con pannelli pre-isolati, senza limiti costruttivi.

dell’Energia

I Sistemi

19. Impianto di condizionamento e riscaldamento ad aria

Distribuzione

>> Svantaggi: • come sistema singolo è indicato solo per carichi termici bassi; • temperatura alta del fluido riscaldante; • utilizzo di grandi spazi per la distribuzione del calore; • volumi notevolmente più grandi per trasportare la stessa quantità di calore rispetto al riscaldamento ad acqua (1000 volte maggiori); • grandi movimenti d’aria e stratificazione dell’aria calda in prossimità del soffitto.

Termica

>> Vantaggi: • non sono necessarie superfici scaldanti; • bassa inerzia termica; • immissione nei locali di aria pulita grazie ai filtri; • controllo e regolazione di temperatura e umidità dell’aria; • possibile combinazione di aerazione controllata e riscaldamento.

2.6. Il Raffrescamento

con

Sistemi

Superficie

Utilizzando come fluido acqua refrigerata, tutti i sistemi di riscaldamento a superfici possono essere utilizzati per rinfrescare gli ambienti nei mesi estivi e mantenere così un clima gradevole anche in estate.

dell’Energia

Distribuzione di

I Sistemi

>> Svantaggi: • manca l’abbattimento del calore latente; • nessuna deumidificazione dell’aria (non è sufficientemente efficace per molte applicazioni e non è particolarmente adatto a zone umide); • costi di gestione più elevati.

Termica

>> Vantaggi: • utilizzo doppio di un singolo sistema, vantaggi nei costi d’installazione; • frazione elevata del freddo trasmesso per irraggiamento; • raffrescamento statico; • abbassamento della temperatura media radiante e perciò ottimo comfort; • profilo verticale delle temperature costante; • minori movimenti d’aria e quindi riduzione del trasporto di polveri; • flessibile utilizzo dello spazio e nessuna limitazione sull’arredamento; • raffrescamento libero possibile (con scambiatori d’aria nella notte e scambiatori d’aria nel terreno).

I Sistemi di Produzione e Trasmissione dell’Energia Termica

3.1. La Pompa

Calore

> Il Ciclo Frigorifero

21. Locale tecnico con pompa di calore e serbatoio di accumulo

>>Svantaggi: • ampi spazi necessari nel caso la sorgente termica sia il suolo; • calo di efficienza al diminuire della temperatura esterna nei sistemi che usano aria come sorgente di calore; • alti costi iniziali; • necessità di recuperare il refrigerante alla fine del ciclo di vita dell’impianto.

dll’Energia

Trasmissione e

Produzione

SERBATOIO DI ACCUMULO

POMPA DI CALORE

>>Vantaggi: • sistemi di tante misure, dal riscaldamento di una stanza a quello di più appartementi; • sistemi reversibili che possono essere usati sia per il riscaldamento che per il raffrescamento; • l’elettricità per il funzionamento può venire da fonti rinnovabili; • impiego di refrigeranti naturali che hanno un impatto ambientale nullo o molto basso; • sistemi a alta efficienza e a bassi costi di esercizio.

I Sistemi

20. Schema del ciclo frigorifero

La pompa di calore ha come obiettivo quello di sottrarre calore ad una sorgente a temperatura più bassa e trasferirlo ad un sistema a tempearatura più elevato usato per riscaldare un ambiente. Nella scelta della pompa di calore occorre considerare: • il coefficiente prestazionale (COP) definito dal rapporto tra energia termica prodotta e lavoro impiegato; • e caratteristiche climatiche del luogo dove viene installata; • le caratteristiche tipologiche dell’edificio; • le condizioni di impiego.

Termica

La pompa di calore è una macchina che funziona secondo i principi del ciclo frigorifero. Quest’ultimo è un ciclo termodinamico che, attraverso l’utilizzo di una forza motrice, traferisce energia termica da un fluido a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta. A seconda del tipo di motore utilizzato si può avere: • ciclo frigorifero a compressione (alimentato a energia elettrica, meccanica o termica); • ciclo frigorifero ad assorbimento (alimentato a bromuno di litio o ammoniaca).

dll’Energia

La pompa di calore a compressione può essere alimentata utilizzando un motore elettrico o un motore a combustione interna che produce energia meccanica. L’energia termica è assorbita dalla sorgente esterna attraverso l’evaporatore. Questo scambio termico comporta l’evaporazione del fluido frigorigeno. Successivamente il vapore è aspirato dal compressore, dove la sua pressione viene innalzata con ulteriore trasferimento di energia. Il vapore ad alta pressione entra nel condensatore, passa alla fase liquida e cede all’utenza l’energia prima ricevuta. Il circuito si chiude con la riduzione di pressione del fluido frigorigeno, che quindi è di nuovo disponibile per l’evaporazione. Con questo processo il calore disponibile all’utenza è pari alla somma tra l’energia termica assorbita presso la sorgente e l’energia meccanica fornita dal compressore. L’apporto energetico all’utenza è quindi ben superiore al consumo elettrico della macchina, che è destinato principalmente all’azionamento del compressore.

Termica

Compressione

Trasmissione

Calore

Produzione

22. Pompa di calore a compressione

Pompa

I Sistemi

3.1.1.

3.1.2.

Pompa

Calore Reversibile

La pompa di calore può essere anche di tipo “reversibile” e operare alternativamente in modalità di riscaldamento o raffrescamento. Questo è reso possibile da una valvola che inverte il ciclo e i ruoli assunti dagli scambiatori sopra descritti: presso la sorgente avviene la condensazione e lo smaltimento del calore, mentre presso lo scambiatore dell’utenza viene asportato il calore. Il funzionamento reversibile è ideale per lo scambio di calore con il terreno in quanto sfrutta l’inerzia termica del terreno stesso, ossia la sua elevata capacità di accumulare calore.

3,8

2,2

2,8

2,6

2,8

2,6

riscaldamento a radiatori o a termostrisce radianti a soffitto ventilconvettori riscaldamento ad aria ed aerotermi

> Raffrescamento

Le prestazioni della pompa di calore per il raffrescamento sono definite dal coefficiente EER (energy efficiency ratio), ossia dal rapporto tra l’Energia Frigorifera prodotta e l’Energia elettrica impiegata.

dll’Energia

da sonde geotermiche

Trasmissione

bassa temperatura

da acqua di falda

riscaldamento radiante a

dall’aria

Produzione

cessione del calore

assorbimento del calore

I Sistemi

Le prestazioni della pompa di calore per il riscaldamento sono definite dal coefficiente COP (coefficient of performance), ossia dal rapporto tra la quantità di Energia Termica prodotta e l’Energia elettrica impiegata. Minore è il valore di questo coefficiente, maggiore sarà la prestazione. Il coefficiente COP dipende dal salto termico che la pompa di calore deve superare e dalla sorgente di calore utilizzata per il riscaldamento.

Termica

> Riscaldamento

3.1.3.

Pompa

Calore

Assorbimento

dll’Energia

Trasmissione e

Produzione di

I Sistemi

23. Pompa di calore ad assorbimento

Termica

La pompa di calore ad assorbimento utilizza energia termica come forza motrice. Questa tipologia di macchina serve esclusivamente per il raffrescamento. Il sistema è basato su un “gioco” di concentrazioni, pressioni e temperature di soluzioni costituite dalla miscela di due liquidi. Esistono due cicli ad assorbimento, uno a bromuro di litio (per freddo fino a 5°C) l’altro ad ammoniaca (per freddo da 0°C a -60°C).

3.2. Le Sorgenti di Energia Termica sfruttabili con le Pompe di Calore

Termica

L’aria esterna è una fonte energetica illimitata e sempre disponibile: il suo impiego mediante una pompa di calore, oltre ad essere gratuito, non richiede nessun iter autorizzativo. Essa si presenta come una sorgente a temperatura variabile: si verificano infatti escursioni termiche giornaliere e, sul lungo periodo, variazioni di tipo stagionale. Nella progettazione di un impianto in pompa di calore è importante tener conto di queste variazioni, attingendo ai valori di temperatura normalizzati per ogni località geografica: temperatura minima e massima annuale, temperature medie mensili. Per sfruttare al meglio la sorgente aria esterna può essere vantaggioso articolare l’impianto termico in modo che la pompa di calore prelevi la portata d’aria di cui ha bisogno, non direttamente dall’esterno bensì da un ambiente termicamente più favorito. A tale scopo si prestano i cunicoli che circondano i piani interrati delle abitazioni o i vespai areati: in questi cavedi il riparo offerto dalle strutture e l’apporto termico dell’abitazione e del terreno circostante, mantengono una temperatura più alta in inverno e più bassa in estate rispetto all’ambiente esterno. La circolazione dell’aria attraverso questi spazi avviene per differenza di pressione ed è favorita anche dalla pompa di calore che lavora in aspirazione: come risultato si ottiene aria in ingresso alla pompa di calore preriscaldata in inverno e preraffrescata in estate, a vantaggio dell’efficienza dell’intero impianto.

I Sistemi

25. Sorgente aria con cunicolo

Produzione

Trasmissione

24. Sorgenti di energia termica sfruttabili con le pompe di calore

Sorgente Aria

dll’Energia

3.2.1.

>>Svantaggi: • le potenze specifiche possono essere elevate; • problemi di autorizzazione, • spesso problemi di insabbiamento; • necessario conoscere la profondità della falda, la direzione del flusso, la stabilità del livello e la qualità delle acque.

Produzione

> Acque Superficiali

Le acque superficiali (fiume, lago o bacino) presentano una maggiore instabilità termica rispetto alle acque di falda; ma grazie all’inerzia termica dell’acqua ed alle loro ingenti masse, sono comunque delle ottime sorgenti per pompe di calore di tipo acqua-acqua. Il mare costituisce la sorgente termica più diffusa. Nei mari che bagnano l’Italia la temperatura varia da un minimo di 10°C in inverno ad un massimo di 25°C in estate: lo sfruttamento di acque salate amplifica però i fenomeni di corrosione. Fiumi e laghi soffrono una instabilità più elevata con temperature che passano da un minimo di 4÷6°C in inverno ad un massimo di 25°C in estate. Con queste acque diminuiscono i problemi di corrosione ma aumentano quelli di filtraggio per via del contenuto di materiale in sospensione che deve essere intercettato prima che il fluido entri in contatto con la pompa di calore.

Termica

>>Vantaggi: • costo degli impianti relativamente limitato.

dll’Energia

Falda

Trasmissione

Le acque sotterranee sono una fonte di calore molto appropriata per le pompe di calore in quanto riescono a mantenere temperature costanti durante l’arco dell’anno: 10÷15°C in condizioni normali, 15÷25°C in zone adiacenti a località termali. La temperatura dell’acqua di falda si attesta, in prossimità della superficie terrestre, alla temperatura media dell’aria esterna e cresce con l’aumentare della profondità: se il punto di prelievo è ad una profondità adeguata le variazioni termiche annuali sono trascurabili. I sistemi in pompa di calore acqua-acqua possono essere a circuito aperto, sfruttando in modo diretto l’acqua di falda, oppure a circuito chiuso, con un fluido termovettore intermedio. Le applicazioni con circuito aperto richiedono la presenza di uno o più pozzi per la captazione dell’acqua e la sua restituzione in falda. Il prelievo di queste portate deve essere compatibile con i tempi di ricarica della falda e deve essere autorizzato dalle autorità locali. Particolare attenzione va prestata alla qualità delle acque prelevate per evitare imbrattamento e corrosione delle componenti della pompa di calore interessate dal transito. La valutazione preliminare delle acque non è solo di tipo quantitativo dunque, in quanto sono indispensabili delle analisi di tipo chimico-fisico. Maggiore affidabilità è garantita da impianti a scambio indiretto con uno scambiatore interposto tra la sorgente ed il circuito lato pompa di calore: si evitano in questo modo i problemi relativi alla qualità delle acque, ottenendo le stesse prestazioni di un circuito chiuso ma con un minore investimento iniziale.

Lo sfruttamento di acque superficiali può avvenire in modo diretto facendo passare attraverso uno scambiatore intermedio l’acqua della sorgente, oppure in modo indiretto sfruttando un circuito chiuso intermedio in cui circola un fluido termovettore. Nella maggior parte dei casi l’utilizzo è di tipo indiretto con il circuito chiuso in cui fluisce fluido glicolato che consente all’impianto di lavorare anche a temperature inferiori a 0°C. Anche l’utilizzo delle acque superficiali richiede una analisi della qualità delle acque ed una conseguente progettazione accurata dell’intero sistema nonchè il rispetto di un iter burocratico per l’ottenimento delle autorizzazioni necessarie.

26. Pompe di calore con sorgente acqua

> Acque

Sorgente Acqua

I Sistemi

3.2.2.

3.3. La Pompa

Calore Geotermica

27. Energia geotermica

dll’Energia

Trasmissione e

Calore Geotermica

Produzione

La pompa di calore geotermica sfrutta il terreno come “serbatoio termico”. Le applicazioni geotermiche di tipo tradizionale prevedono un sistema di scambiatori in cui fluisce un fluido termovettore: in inverno la terra cede calore al fluido che a sua volta lo trasferisce alla pompa di calore. Lo scambio termico prolungato con il fluido termovettore può produrre il raffreddamento del terreno: si può invertire questo processo con il funzionamento estivo, facendo circolare nel terreno un fluido più caldo derivante dai processi di raffrescamento. Il terreno viene usato in questo modo come serbatoio di stoccaggio in estate e serbatoio di prelievo in inverno. Per esigenze di raffrescamento non elevate, si può bypassare la pompa di calore, usando la sola differenza di temperatura del terreno per ottenere le condizioni di comfort richieste in ambiente: si parla in questo caso di free-cooling con il quale è possibile avere anche una significativa riduzione dei costi di gestione. Una prima classificazione degli impianti geotermici si basa sull’entalpia (energia termica immagazzinata in una determinata massa): • sistemi a bassa entalpia; • sistemi alta entalpia. In riferimento ad un impianto geotermico si parla di sistema a bassa entalpia per i campi geotermici con temperature inferiori a 100 °C; per temperature del fluido di lavoro superiori a 100 °C si parla invece di alta entalpia: l’utilizzo di un campo geotermico a bassa entalpia risulta molto più agevole per via delle basse profondità in gioco.

> Pompa

I Sistemi

L’energia geotermica è quella immagazzinata nella crosta terrestre e può essere estratta dalle pompe di calore attraverso dei sistemi di sonde. L’energia geotermica è la somma di due componenti principali: il calore proveniente dagli strati più profondi della terra ed il calore proveniente dall’ambiente esterno originato dal sole. La temperatura del nucleo della terra è pari a ca. 6000 °C, la temperatura della crosta terrestre (spessa tra i 5 e i 50 km) è di ca. 1200°C. Il decadimento continuo di isotopi radioattivi naturali presenti all’interno della terra, genera energia termica eliminando il rischio che si esaurisca. Il calore ambiente che si origina dal sole influenza solo lo strato più superficiale della crosta terrestre e perde di rilevanza già oltre i 20 m di profondità. Oltre questa profondità la temperatura della terra si attesta intorno ai 13÷15°C fino a circa 100 m: oltre questa profondità diviene influente il gradiente geotermico dovuto al calore proveniente dal centro della terra, con una crescita di temperatura di 30° C ogni 1000 m.

Termica

> La Sorgente Geotermica

>>Svantaggi: • alti costi di installazione; • è spesso necessario integrare con altri sistemi di generazione dell’energia elettrica per l’azionamento delle pompe di calore.

> Funzionamento

dll’Energia

Termica

La pompa di calore geotermica funziona come una normale pompa di calore, sfruttando il flusso di energia geotermica ca. 40 miliardi di kW (0,08 W/m2).

SONDE VERTICALI SONDE GEOTERMICHE PER SISTEMI A

SONDE ORIZZONTALI

Trasmissione

BASSA ENTALPIA PALI ENERGETICI

> Dimensionamento

>>Vantaggi • il terreno è fonte inesauribile di energia termica; • il sottosuolo mantiene, in ogni stagione, una temperatura pressochè costante; • la pompa di calore geotermica ha un coefficiente di effetto utile (COP) migliore di quelle che sfuttano l’aria esterna;

Produzione

Nelle migliori condizioni del sottosuolo e nella miglior situazione di coibentazione dell’involucro dell’edificio, una pompa di calore collegata ad una sonda geotermica inserita fino a circa 100 m di profondità estrae dal suolo una potenza termica sufficiente per riscaldare un’abitazione di circa 100 mq. Lo spazio occupato da una pompa di calore è come quello di un frigorifero; le dimensioni della macchina sono ridotte e può essere installata in qualsiasi locale di servizio.

28. Gradiente termico del terreno

Per sistemi geotermici ad “anello chiuso” si intendono le tipologie impiantistiche atte all’utilizzo del terreno come fonte rinnovabile d’energia termica a bassa entalpia (temperature del suolo medio basse), attraverso scambiatori di calore verticali o orizzontali inseriti direttamente nel suolo. È stato osservato come l’ampiezza della variazione stagionale di temperatura del suolo nei vari mesi dell’anno diminuisce con l’aumentare della profondità e, oltre una certa quota, l’ampiezza delle variazioni si annulla. Per un terreno medio già a 10 m di profondità si osserva che la temperatura varia di un solo grado nell’arco dell’anno, quindi ai fini impiantistici si può già considerare trascurabile. Scendendo ulteriormente fino a 15÷18 m tale variazione si annulla completamente e il terreno mantiene una temperatura assolutamente costante durante l’anno. Questa caratteristica del suolo consente una costanza della temperatura della sorgente termica della pompa di calore, la quale quindi mantiene costante durante l’intera stagione d’esercizio la sua efficienza energetica. Tale vantaggio è sfruttabile a pieno nel caso dei sistemi costituiti da scambiatori di calore verticali (sonde geotermiche) e, in misura minore e variabile in funzione della profondità raggiunta, anche dai campi geotermici orizzontali. Nei mesi invernali il calore viene trasferito in superficie, viceversa in estate il calore in eccesso presente negli edifici viene dato al terreno. Questa operazione è resa possibile dalle pompe di calore, motori che tutti noi conosciamo nella forma più diffusa, rappresentata dal frigorifero.

• possibilità di realizzare il “free cooling”, ossia il raffrescamento estivo, senza l’ausilio di macchine; • se installati correttamente, costi accettabili degli impianti e buon ammortamento (10÷25 anni); • impianti adatti ad edifici a basso consumo energetico; • buon bilancio ambientale; • le pompe di calore sono generalmente alimentate elettricamente.

I Sistemi

> Tipologie

3.3.1.

Sonde Orizzonatli

Prato

> Caratteristiche

29. Pompa di calore geotermica con sonde orizzontali a prato

Sonde:

Sonde in PP (DN 25 o DN 32): • solo riscaldamento: superficie di prato pari a 2÷2.5 volte l’area da riscaldare; • anche raffrescamento: superficie di prato pari a 3÷3,5 volte l’area da riscaldare se previsto raffrescamento. Sonde in strisce capillari per geotermia: • solo riscaldamento: superficie di prato pari a 1,3÷1,6 volte l’area netta da riscaldare; • anche raffrescamento: superficie di prato pari a 1,8÷2,2 volte l’area netta da riscaldare se previsto raffrescamento.

>>Vantaggi: • sistema chiuso; • pochi problemi a livello amministrativo; • risparmio tra il 60% e l’80% dei costi di esercizio rispetto all’impiego di fonti tradizionali; • utilizzo di energia pulita e rinnovabile; • ingombro limitato dell’impianto; • facilità di gestione; • impianto molto silenzioso; • eliminazione di pericoli di incendio o di emissioni gassose poiché non si ha a che fare con alcun tipo di combustibile (gas, petrolio o derivati). 30. Installazione sonde orizzontali a prato

>>Svantaggi: • costi d’installazione delle sonde molto elevati; • risente dell’andamento della temperatura esterna; • necessità di ampi spazi ed ombreggiamento.

Termica

Tipologia

20÷30 W/m2

dll’Energia

restituita:

coltivazione a prato del terreno soprastante

Trasmissione

Potenza

terreno:

Coltivazione

variabile in funzione del diametro (DN20-DN25)

Produzione

tubazioni:

1÷1,5 m (20 cm sotto il limite di gelo)

Distanza

di interramento:

I Sistemi

Profondità

3.3.2.

Sonde Verticali (Acqua-Glicole)

> Caratteristiche

restituita:

Rendimento:

DN32 - DN40 20÷70 W/m2 Sonde in PP: • solo riscaldamento: il rendimento di sonde a “doppia U” in PP in un terreno standard è pari a 5÷5,5 kW ogni 100 m di profondità; • anche raffrescamento: bisogna utilizzare sonde di lunghezza maggiore perché la capacità termica del suolo in raffrescamento (max W/m) è inferiore a quella di riscaldamento.

31. Schema funzionamento della pompa di calore geotermica con sonde verticali

(!) Prevedere sempre un’adeguata distanza da fondazioni e case nella trivellazione di sonde verticali, onde evitare cedimenti o “stiramenti” termici del terreno.

I Sistemi

>>Svantaggi: • costi di perforazione e d’installazione delle sonde molto elevati; • necessità di uno studio geologico specifico dell’area di progetto.

Termica

Potenza

usuale tubazioni:

dll’Energia

Diametro

8÷10 metri

Trasmissione

tra le sonde:

30÷300 metri

Distanza

di perforazione:

Produzione

Lunghezza

3.3.3.

Pali Energetici

> Cosa

32. Pali energetici

Struttura:

ogni palo contiene al suo interno un tubo o un fascio di tubi in polietilene (spesso a “U” doppi o quadrupli)

Funzionamento:

il fluido termoconduttore (generalmente acqua) passa in un circuito chiuso tra i pali e la pompa di calore, scambiando calore col terreno

Potenza

20÷100 W/m

restituita:

dll’Energia

Trasmissione

0,4÷1,5 metri

pali:

10÷30 metri

Produzione

Diametro

pali:

Lunghezza

I Sistemi

> Caratteristiche

Termica

sono

Questa tecnologia, ancora poco diffusa, prevede di installare delle sonde geotermiche verticali in corrispondenza dei pali di fondazione della struttura, ed è quindi applicabile solo ad edifici ancora da realizzare per cui sia stata espressamente prevista questa tipologia di impianto. La possibilità, di per sé interessante, è ancora poco sfruttata a causa dei costi di realizzazione dovuti ai materiali speciali da impiegare e al sovradimensionamento delle sonde, necessario in quanto, a differenza delle sonde verticali tradizionali, non è possibile intervenire in caso di guasto essendo queste annegate nel calcestruzzo di fondazione dell’edificio. I pali di fondazione in calcestruzzo armato hanno, generalmente, un diametro di 0.4÷1.5 m ed una lunghezza che può variare da qualche metro fino a più di 30 m. All’interno di questi pali è installato un tubo o un fascio di tubi in polietilene, spesso si tratta di U doppi o quadrupli, a seconda al diametro dei pali.Un fluido termoconduttore circola in un circuito chiuso tra i pali e la pompa di calore, al fine di poter scambiare calore con il terreno.

I Sistemi

Produzione

Trasmissione

dll’Energia

Termica

>>Svantaggi: • costi di perforazione e d’installazione delle sonde molto elevati; • necessità di uno studio geologico specifico dell’area di progetto.

3.4. Il Teleriscaldamento

34. Tubazioni del teleriscaldamento

(!) Il sistema è realmente conveniente, sia per il riscaldamento che per la produzione di acqua calda sanitaria, per i centri abitati i cui edifici sono poco distanti tra loro.

dll’Energia

Trasmissione e

Produzione

>>Svantaggi: • posa delle reti in zone già realizzate; • perdita di calore lungo le reti di distribuzione; • corretta definizione della tariffa di acquisto.

>>Vantaggi: • impiego di tecnologie evolute a basso impatto ambientale; • possibilità di utilizzare biomasse; • riduzione delle emissioni di CO2, grazie al monitoraggio continuo, controllo e filtraggio dei fumi; • maggior rendimento di produzione; • riduzione dei pericoli legati alla produzione del calore; • riduzione dei costi di manutenzione.

I Sistemi

33. Schematizzazione della rete del teleriscaldamento

Il teleriscaldamento è un sistema di riscaldamento che consiste essenzialmente nella distribuzione, attraverso una rete di tubazioni isolate e interrate, di acqua calda, acqua surriscaldata o vapore (detti fluidi termovettori), provenienti da una centrale di produzione, alle abitazioni, con successivo ritorno dei suddetti alla centrale stessa. Le centrali di produzione sono spesso alimentate a biomassa ma anche con combustibili fossili; oppure può essere utilizzato il calore proveniente dalla termovalorizzazione dei rifiuti solidi urbani. Nelle centrali a combustibili fossili o biomasse, l’impianto è dimensionato per produrre metà della potenza massima di picco e, in assenza di guasti, durante l’anno produce circa il 90% del calore totale prodotto. Ad essa è affiancata una centrale termica di supporto, in grado di coprire da sola l’intero carico di picco, che interviene quando la centrale di cogenerazione è guasta o non riesce a coprire da sola la domanda. In questo modo, si riescono a raggiungere elevate efficienze di sfruttamento dell’energia primaria, fino all’80%. Gli edifici vengono serviti da una stazione sotterranea, costituita da uno scambiatore di calore, che trasmette il calore all’impianto di riscaldamento. L’energia termica viene contabilizzata da contatori simili a quelli dell’energia elettrica, permettendo all’utente di pagare solamente il calore effettivamente consumato.

Termica

> Cos’è

3.4.1.

> Elementi Costitutivi • • • •

centrale di produzione di energia termica; sistema di tubazioni pre-isolate sotterranee; scambiatore di calore; strumento di misurazione dei consumi

Teleraffrescamento

Trigenerazione

Produzione

Trasmissione

dll’Energia

Nelle centrali di teleriscaldamento si possono utilizzare tecnologie molto evolute per produrre il calore, come la cogenerazione, ossia la produzione di energia elettrica e calore, o la trigenerazione, ossia la produzione di energia elettrica, calore e freddo per alimentare una rete di teleraffrescamento.Queste tecnologie permettono di impiegare i combustibili in modo molto più efficiente e quindi permettono di ridurre le emissioni di CO2. Le centrali possono essere alimentate a pellet, cippato o legname spezzato, quindi con una fonte energetica rinnovabile; sono spesso associate a una caldaia a gas che garantisce il funzionamento dell’impianto in caso di mancanza della fonte energetica principale. La grande dimensione delle centrali consente anche di utilizzare tecnologie molto efficaci per il filtraggio ed il trattenimento dei fumi: si riducono così al minimo le emissioni nocive ed anche il particolato.

36. Sistema di distribuzione “a quattro tubi” nel teleraffrescamento

> Cogenerazione

I Sistemi

35. Teleriscaldamento

>>Vantaggi e Svantaggi: I vantaggi sono gli stessi del teleriscaldamento, in più si evita l’installazione di elementi di climatizzazione sui fronti degli edifici e si limita il disturbo acustico dovuto agli stessi.

Termica

L’impianto di teleraffrescamento ha un funzionamento del tutto analogo al teleriscaldamento, solo che in questo caso nella centrale si produce acqua fredda che poi viene immessa nella rete di tubazioni per raffrescare gli edifici dei singoli utenti. Nelle zone alimentate da questi impianti si installa generalmente un sistema di distribuzione “a quattro tubi”, che permette di fornire parallelamente caldo e freddo (questo serve principalmente in estate per garantire, oltre al raffrescamento, la produzione di acqua calda sanitaria). È necessaria anche in questo caso una stazione di consegna per scambiare calore e contabilizzare l’energia di raffrescamento consumata.

3.5. Le Caldaie a Biomassa

Come già detto, Biomassa è un termine che riunisce una gran quantità di materiali di natura estremamente eterogenea. In forma generale, si può dire che è biomassa tutto ciò che ha matrice organica.

Caldaie

per

Legname Spezzato

37. Caldaia per legname spezzato

Produzione

>>Svantaggi: • fabbisogno di spazio per lo stoccaggio del combustibile; • alimentazione manuale dell’impianto; • lavoro di pulizia (rimozione cenere dalla camera di combustione)

>>Vantaggi: • basso costo del combustibile; • investimento iniziale di media entità; • bilancio emissioni CO2 pari a zero, perché rispettano il ciclo naturale dell’anidride carbonica; • sostengono l’economia locale.

I Sistemi

Negli ultimi anni la tecnologia delle caldaie per legname spezzato si è notevolmente evoluta, passando dai vecchi impianti caratterizzati da rese relativamente basse ed alti consumi, ad impianti con alte prestazioni e ben elaborati.

Caldaia per legname spezzato: 1. Vano di riempimento 2. Camera di combustione ad alta temperatura con turbolatori 3. Immissione dell’aria 4. Scambiatore termico 5. Ventilatore di tiraggio 6. Sonda Lamba 7. Comando e regolazione

Trasmissione

dll’Energia

3.5.1.

Termica

Le caldaie a biomassa sono quelle che producono energia termica per mezzo della combustione di legname che può essere: • legname spezzato • legno cippato • pellet

3.5.2.

Caldaie

per

Legno Cippato

I Sistemi

38. Caldaia per legno cippato e pellet

Produzione

Caldaia per legno cippato e pellet: 1. Scambiatore termico 2. Sistema di combustione 3. Saracinesca antincendio 4. Estrazione della cenere 5. Dispositivo di estrazione 6. Comando di regolazione 7. Coclea di alimentazione

dll’Energia

>>Svantaggi: • investimento iniziale elevato (per piccoli impianti); • fabbisogno di spazio per lo stoccaggio del combustibile; • lavoro di pulizia (rimozione cenere dalla camera di combustione); • occasionali problemi nel reperimento di legna asciutta; • possibili problemi di manutenzione per caldaie di piccole dimensioni (queste caldaie sono più adatte ad alimentare condomini o anche un piccolo sistema di teleriscaldamento).

Trasmissione

>>Vantaggi: • basso costo del combustibile; • bilancio emissioni CO2 pari a zero, perché rispettano il ciclo naturale dell’anidride carbonica; • sostengono l’economia locale.

Termica

Il cippato rappresenta un’altra possibilità di utilizzare il legno come combustibile. Questo materiale permette di automatizzare quasi totalmente il processo di caricamento del combustibile e il processo di combustione, fornendo quindi agli utenti una comodità nell’utilizzo paragonabile a quella delle caldaie a gas o a gasolio. Questo tipo di combustibile è particolarmente adatto per caldaie di grandi dimensioni come, per esempio, centrali di riscaldamento.

3.5.3.

Caldaie

Pellet

I Sistemi

39. Caldaia a pellet

Produzione

Caldaia a pellet: 1. Scambiatore termico 2. Sistema di combustione 3. Estrazione della cenere 4. Saracinesca antincendio 5. Dispositivo di estrazione 6. Comando e regolazione

dll’Energia

>>Svantaggi: • fabbisogno di spazio per il silo; • lavoro di pulizia (rimozione cenere dalla camera di combustione); • esigenza di pellet di buona qualità.

Trasmissione

Termica

Gli impianti di riscaldamento a pellet sono sostanzialmente analoghi a quelli per legno cippato. La differenza fondamentale risiede invece nel materiale combustibile stesso, che presenta un’uniformità più elevata della pezzatura, del tenore idrico e quindi anche del potere calorifico. Ciò comporta una migliore regolabilità, un minor pericolo di inceppamento del materiale combustibile e un trasporto più facile dal silo. Le caldaie a pellet sono reperibili sul mercato anche in taglie di potenza molto piccole e sono quindi adatte per servire anche una casa singola a basso consumo energetico.

3.6. Il Solare Termico

Gli impianti solari termici sono dispositivi che permettono di catturare l’energia solare, immagazzinarla e usarla per il riscaldamento dell’acqua sanitaria.

> Utilizzo

>>Svantaggi: • densità energetica ridotta (radiazione globale massima: circa 1000 W/m2); • disponibilità non prevedibile a causa della variabilità delle condizioni meteorologiche;

41. Collettore solare

I Sistemi

>>Vantaggi: • fonte di energia rinnovabile ed inesauribile; • sfruttabile su tutta la terra; • disponibile per tutti, non crea dipendenza.

Produzione

Nell’utilizzo del solare termico è fondamentale ricordare: • il corretto dimensionamento degli impianti solari; • il corretto orientamento dei pannelli solari; • la corretta inclinazione dei pannelli solari: - inclinazione < 30°: >> resa massima d’estate >> favorito l’utilizzo estivo dell’impianto - inclinazione = 60° >> resa massima invernale >> favorito l’utilizzo invernale; adatto anche per il riscaldamento; • che può essere utilizzato solo per la produzione di acqua calda sanitaria; • che può essere utilizzato per integrare il riscaldamento.

dll’Energia

40. Impianto solare termico

Trasmissione

L’energia solare riscalda l’acqua passante all’interno dei collettori esposti alla luce del sole. L’acqua viene poi pompata al boiler dell’acqua sanitaria a cui cede calore tramite uno scambiatore di calore. Nei periodi in cui il calore prodotto dai collettori non è sufficiente a riscaldare l’acqua alla temperatura richiesta, il boiler può essere alimentato anche da energia elettrica o da una caldaia. Questo ulteriore sistema di riscaldamento è molto importante poiché impedisce la formazione di legionelle (microrganismi responsabili dela cosiddetta “malattia del legionario”).

Termica

> Funzionamento

Impianti

Circolazione Naturale

>>Svantaggi: • non si ha la garanzia di produzione di acqua calda sanitaria durante tutto il corso dell’anno, a causa della mancanza di una caldaia di integrazione.

Produzione di

42. Impianto a circolazione naturale con serbatoio di accumolo sopra il pannello

>>Vantaggi: • meccanismo di funzionamento semplice; • non consumano energia ausiliaria; • sono adatti per casa di vacanza.

I Sistemi

Gli impianti a circolazione naturale sfruttano il moto convettivo del liquido contenuto nei collettori per consentirne la circolazione all’interno del sistema collettore-scambiatore di calore (l’acqua calda si dilata ed essendo più leggera dell’acqua fredda, in un circuito chiuso tende a salire). In questo caso il serbatoio di accumulo che contiene lo scambiatore di calore deve trovarsi più in alto del pannello. Questo meccanismo permette la limitazione di integrazione di altre fonti ausiliarie per la produzione di acqua calda. La resa dei collettori in questi impianti è inferiore rispetto agli impianti a circolazione forzata.

Trasmissione

dll’Energia

3.6.1.

Termica

• disponibilità dell’energia solare e necessità energetica in generale non seguono gli stessi andamenti temporali: per questo bisogna sempre prevedere degli accumuli; • impatto visivo ed estetica discutibili (può tuttavia essere migliorato in fase di progetto); • scarsa potenza installabile (non si possono concentrare grandi potenze, e al massimo la potenza installata è di circa 1kW/mq. Inoltre se non si ricorre a concentratori il fluido non arriva mai a temperature di 100°C)

3.6.2.

Impianti

Circolazione Forzata

I sistemi a circolazione forzata utilizzano una pompa che fa circolare il fluido all’interno degli scambiatori e dei collettori quando la temperatura del fluido all’interno del collettore è più alta di quella all’interno del serbatoio di accumulo, che, in questo caso, si trova più in basso dei collettori. Questa tecnologia combina il solare termico con una caldaia d’integrazione. Sono gli impainti più diffusi in quanto permettono di sfruttare al massimo l’energia ricavata dal sole.

43. Impianto a circolazione forzata con serbatoio di accumulo posto nel sottotetto

>>Svantaggi: • i costi di investimento iniziali sono maggiori di un impianto che produce acqua calda sanitaria solamente con la caldaia; • è richiesto maggior spazio per l’impianto di integrazione e per l’impianto del boiler; • la regolazione è più complessa.

dll’Energia

Trasmissione e

Produzione di

>>Vantaggi: • la caldaia di integrazione rimane spenta durante tutto il periodo estivo: si evitano regimi di funzionamento molto parzializzati e si crea un periodo in cui è possibile effettuare la pulizia ed eventuali manutenzioni straordinarie; • durante il periodo estivo l’acqua calda sanitaria viene prodotta esclusivamente con l’impianto solare termico; • nelle stagioni intermedie si può utilizzare la caldaia di integrazione solamente per brevi periodi; • con il sistema di riscaldamento a bassa temperatura (es. riscaldamento a pavimento) è possibile integrare il riscaldamento con l’impianto solare.

I Sistemi

Stagione estiva: • acqua calda sanitaria prodotta con impianto solare termico; • caldaia di integrazione spenta. Stagione invernale: • acqua calda sanitaria prodotta con combinazione dell’impianto solare termico e caldaia di integrazione; • caldaia di integrazione accesa per il riscaldamento ambientale. Stagioni intermedie: • acqua calda sanitaria prodotta con impianto solare termico in combinazione con la caldaia di integrazione; • riscaldamento ambientale effettuato grazie alla combinazione dell’impianto solare termico e della caldaia di integrazione.

Termica

> Funzionamento

3.6.3.

Collettori Solari

> Collettore Piano

I Sistemi

44. Collettore piano

Produzione

Trasmissione

dll’Energia

I collettori piani possono produrre acqua calda fino a 90÷95 °C, la resa diminuisce oltre i 65÷70 °C. Non richiedono soluzioni d’uso complesse, hanno un buon rendimento e costi relativamente bassi. Per tali motivi sono i pannelli maggiormenet utilizzati negli impianti civili.

Termica

Sono costituiti da: • una superficie di assorbimento metallica (in rame, alluminio o acciaio) che incorpora anche i tubi di passaggio del fluido vettore; • una lastra in vetro o in plastica con buona trasparenza alle radiazioni emesse dal sole ed elevata opacità a quelle riflesse dalla superficie di assorbimento; • un pannello di materiale isolante, posto sotto la superficie di assorbimento; • un involucro di contenimento per proteggere i componenti e limitare le dispersioni termiche del pannello.

Tubi Sottovuoto

Tappeto d’Assorbimento

Sono costituiti da un assorbitore realizzato in materiale plastico. Riescono a produrre acqua calda fino a 40÷45° C. Per questo sono utilizzati prevalentemente per riscaldare piscine. Il principale vantaggio di questi pannelli è il basso costo. Tra gli svantaggi c’è il basso rendimento con temperature esterne rigide e problemi di “invecchiamento” che dipendono sia dai materiali che dalla tecnologia utilizzata per produrli.

Produzione

Trasmissione

dll’Energia

Termica

Sono costituiti da una serie di tubi in vetro sottovuoto all’interno dei quali sono poste le superfici di assorbimento a strisce. È una tecnologia che consente di limitare le dispersioni termiche dei pannelli ed assicurare, pertanto, rendimenti più elevati. I pannelli con tubi sottovuoto possono produrre acqua calda fino a 115÷120 °C: queste temperature ne consentono un utilizzo anche in campo industriale, alimentare ed agricolo. I costi molto elevati sono il principale limite.

> Collettore

45. Collettore con tubi sottovuoto

46. Collettore a tappeto d’assorbimento

con

I Sistemi

> Collettore

> Dimensionamento

• Grado di copertura del fabbisogno energetico per acqua calda sanitaria = rapporto tra energia solare fornita dall’impianto solare ed energia necessaria per la produzione di acqua calda sanitaria; • Grado di utilizzo dell’impianto solare = rapporto tra energia solare fornita dall’impianto solare ed energia solare teoricamente disponibile.

I Sistemi

Produzione

Trasmissione

dll’Energia

Termica

È importante trovare un compromesso ottimizzato tra questi due valori.

I Sistemi di Generazione dell’Energia Elettrica

4.1. Il Fotovoltaico

> Cos’è

Il processo fotovoltaico consente di generare direttamente corrente elettrica dall’energia raggiante del sole. Per ottenere questo si utilizzano celle solari costituite da materiali semiconduttori: questi hanno la capacità, se colpiti da onde elettromagnetiche (come ad esempio la luce del sole) di produrre subito una determinata tensione elettrica tra la superficie irradiata e quella non esposta. Inoltre, con il modulo fotovoltaico si può trasformare in corrente elettrica non soltanto la radiazione solare diretta, ma anche parte della luce diffusa presente quando il cielo è coperto. Un sistema fotovoltaico è quindi schematizzabile come un blocco in cui entra la radiazione solare e da cui esce energia elettrica, secondo lo schema: Luce Solare - Fotovoltaico - Energia Elettrica - Utilizzatore

47. Campo solare

dell’Energia

L’impianto fotovoltaico fornisce un’energia quasi costante che viene immessa in maniera continua nella rete Enel finchè c’è il sole. Il circuito solare può essere considerato come un circuito a parte, poiché la corrente elettrica che occorre per l’abitazione viene prelevata direttamente dall’Enel: in questa maniera si ha a disposizione una potenza molto elevata (3 KW o più) ogni volta che se ne ha bisogno. Un circuito solare di 1.2 kWp può produrre energia sufficiente per coprire un’abitazione con un consumo annuale di circa 2.000 KWh, quindi un’abitazione di 3-4 persone con attenti consumi elettrici. Mentre per un’abitazione dove i consumi non sono proprio “oculati” si può pensare ad un impianto fotovoltaico da 2÷2.4 kWp, ma in linea di massima non è mai consigliato un impianto fotovoltaico da 3 kWp, in quanto in questo caso si rischierebbe di produrre inutilmente più energia di quanta ne è necessaria, e ad oggi l’Enel non la pagherebbe, ma la terrebbe in credito per l’anno successivo, con il rischio effettivamente di perderla.

Generazione

> Dimensionamento

campo fotovoltaico; regolatore di carica; accomulatori; invertitore; utenze

I Sistemi

• • • • •

Elettrica

> Componenti

potenza nominale 1 kWp 1 kWp 3 kWp 3 kWp

tipo di pannello silicio mono o policristallino silicio amorfo silicio mono o policristallino silicio amorfo

dimensione del pannello 8 mq 20 mq 24 mq 60 mq

Celle Solari

Responsabile della trasformazione diretta della luce solare in corrente elettrica è la cella solare (o cella fotovoltaica). Questo dispositivo è costituito da uno strato di materiale semiconduttore fotosensibile, che ha subito particolari e complessi trattamenti tecnologici per renderlo adatto a generare energia elettrica. Questi materiali hanno proprietà elettriche e fisiche a metà tra i conduttori (ad esempio metalli) e i non conduttori (come legno, materie plastiche e ceramica). Per ottenere un buon rendimento delle celle solari è molto importante utilizzare delle materie prime il più pure possibili, tramite processi di purificazione molto difficili e costosi (ciò determina l’elevato costo delle celle solari).

dell’Energia

Elettrica

Com’è facilmente notabile i pannelli di silicio mono o policristallino presentano un rendimento maggiore rispetto ai pannelli in silicio amorfo e sono perfetti per quei tetti o giardini laddove lo spazio è limitato. Se invece si ha a disposizione un tetto molto grande, si può prendere in considerazione anche un pannello in silicio amorfo, che si adatta più facilmente ad esigenze particolari. Per calcolare le dimensioni in base alla potenza nominale, una volta note le dimensioni del pannello riferito a 1 kWp basta moltiplicarlo per i kWp desiderati. Ad esempio, per calcolare le dimensioni di un impianto da 3 kWp bisogna semplicemente moltiplicare per tre il valore delle dimensioni del pannello attribuito a 1 kWp.

> Costi

Generazione

Gli impianti fotovoltaici normalmente vengono venduti in base ai kW che producono in condizioni di irraggiamento ideale. Un impianto base è quello da 1.2 kWp il quale produce, se installato nel nord Italia circa 1.300÷1.500 kWh/anno, mentre nel sud Italia 1.600÷2.000 kWh/ anno. Un impianto del genere costa circa 6.500 Euro iva, installazione e trasporto inclusi. Mentre un impianto da 2 kWp costa circa 9.000 Euro iva, installazione e trasporto inclusi. 48. Cella solare

Nello specifico, le dimensioni dell’impianto fotovoltaico vanno calcolate in base ai consumi elettrici attuali e previsti su base annua. Stimati i consumi e scelto il tipo di pannello fotovoltaico, è possibile avere un’idea dell’ingombro dell’impianto dalla tabella seguente:

4.1.1.

I Sistemi

produzione annuale in Italia Nord Italia 1.100 - 1.300 kWh/anno Sud Italia 1.300-1.800 kWh/anno

> Materiali

Per la costruzione delle celle solari si usano materiali diversi, più o meno sperimentati, che si distinguono per i costi di produzione e per il rendimento. Ad oggi il materiale semiconduttore maggiormente studiato è il silicio. Le sue qualità sono state provate a sufficienza e il suo costo non è troppo elevato. Il silicio può presentarsi in forma amorfa, monocristallina o policristallina, con rendimenti e costi diversi. Un altro materiale sperimentato negli ultimi tempi per questo scopo e già applicato è l’arseniuro di gallio. Esso vanta un elevato potere di assorbimento della luce solare; la cella fotovoltaica può quindi essere formata da uno strato sottilissimo. Altri materiali in fase di sperimentazione sono i composti di cadmio e selenio, di solfuro rameico e di solfuro di cadmio e altri semiconduttori.

materiale semiconduttore Silicio amorfo Silicio monocristallino Silicio policristallino Arseniuro di gallio Solfuro rameico - Solfuro di cadmio

52 - 53 - 54. Celle solari (da sinistra in silicio amorfo, silicio monocristallino e silicio policristallino)

dell’Energia

Generazione

La luce solare incide sulla cella solare e la corrente foto-generata va ad accendere la lampadina. I fotoni della radiazione solare colpiscono la superficie anteriore della cella e penetrano al suo interno. Qui essi danno luogo all’effetto fotoelettrico: il fotone cede tutta la sua energia ad un elettrone, che si libera dai legami chimici e inizia a muoversi all’interno del materiale negli spazi interstiziali tra gli atomi. Il posto lasciato vuoto dall’elettrone detto lacuna, si comporta come una carica positiva, per cui la scomparsa del fotone dà sempre luogo alla creazione di una coppia di cariche libere, elettrone e lacuna. Poiché all’interno della cella è presente un campo elettrico voltaico, le cariche vengono avviate subito agli elettrodi di raccolta. Nel circuito esterno scorre una corrente, che va ad alimentare un carico. In definitiva, il flusso luminoso che incide sulla faccia anteriore della cella si trasforma in una corrente elettrica che fluisce nei contatti metallici verso il carico. Non ci sono parti meccaniche in movimento o fluidi in scorrimento. Quindi nessun tipo di emissioni chimiche e di rumore: niente inquinamento. Annotiamo subito che la densità della corrente elettrica foto-generata è proporzionale alla densità della potenza della radiazione solare incidente.

> Funzionamento

Elettrica

55. Rendimento delle celle con diversi materiali semiconduttori

I Sistemi

49 - 50 - 51. Pannelli fotovoltaici (da sinistra in silicio amorfo, silicio monocristallino e silicio policristallino)

rendimento 5-7% 12 - 20 % 4 - 6% 25 - 30 % 5-9%

4.1.2.

Tipologie

di Impianti

Fotovoltaici

Parallelo

dell’Energia

Questi impianti vengono inseriti in parallelo alla rete elettrica pubblica. Quando l’impianto fotovoltaico produce più energia di quanta viene consumata dall’utenza, l’energia eccedente viene immessa nella rete pubblica, contabilizzandola. Quando invece l’impainto fotovoltaico non produce suffiecienti quantità di energia elettrica, questa viene prelevata dalla rete pubblica, di nuovo contabilizzandola. I principali componenti di un impianto fotovoltaico connesso alla rete sono: • campo fotovoltaico, deputato a raccogliere energia mediante moduli fotovoltaici disposti opportunamente a favore del sole;

Generazione

> Impianti

Questa famiglia è al servizio di quelle utenze elettriche isolate da altre fonti energetiche che si riforniscono da un impianto fotovoltaico elettricamente isolato e autosufficiente. Per garantire la disponibilità di energia elettrica anche nei periodi e negli orari dove non c’è il sole, devono essere previsti degli accumulatori di corrente adeguati (batterie). I principali componenti di un impianto fotovoltaico a isola sono generalmente: • campo fotovoltaico, deputato a raccogliere energia mediante moduli fotovoltaici disposti opportunamente a favore del sole; • regolatore di carica, deputato a stabilizzare l’energia raccolta e a gestirla all’interno del sistema; • batteria di accumulo, costituita da una o più batterie ricaricabili opportunamente connesse (serie/parallelo) deputate a conservare la carica elettrica fornita dai moduli in presenza di sufficiente irraggiamento solare per permetterne un utilizzo differito da parte degli apparecchi elettrici utilizzatori; • inverter, deputato a convertire la tensione continua (DC) in uscita dal pannello (solitamente 12 o 24 volt) in una tensione alternata (AC) più alta (in genere 110 o 230 volt per impianti fino a qualche kW, a 400 volt per impianti con potenze oltre i 5 kW).

57. Schema impianto fotovoltaico in parallelo

ad Isola

I Sistemi

56. Schema impianto fotovoltaico ad isola

> Impianti

Elettrica

Gli impianti fotovoltaici sono generalmente suddivisi in due grandi famiglie: • impianti “ad isola” (detti anche “stand-alone”): non sono connessi ad alcuna rete di distribuzione, per cui sfruttano direttamente sul posto l’energia elettrica prodotta; • impianti “in parallelo” (detti anche “grid-connect”): sono impianti connessi ad una rete di distribuzione esistente e gestita da terzi.

•

inverter,

deputato a stabilizzare l’energia raccolta, a convertirla in corrente alternata e ad iniettarla in rete; • quadristica di protezione e controllo, da situare in base alle normative vigenti tra l’inverter e la rete che questo alimenta; • cavi di connessione, che devono presentare un’adeguata resistenza ai raggi UV ed alle variazioni di temperatura.

> BIPV

I Sistemi

59. BIPV in un edificio di nuova costruzione

Generazione

dell’Energia

Elettrica

58. BIPV applicato al manto di copertura

Una menzione a parte va al cosiddetto BIPV, acronimo di Building Integrated PhotoVoltaics, ovvero sistemi fotovoltaici architettonicamente integrati. L’integrazione architettonica si ottiene posizionando il campo fotovoltaico dell’impianto all’interno del profilo stesso dell’edificio che lo accoglie. Le tecniche sono principalmente tre: • sostituzione locale del manto di copertura (es. tegole o coppi) con un rivestimento idoneo a cui si sovrappone il campo fotovoltaico, in modo che questo risulti affogato nel manto di copertura; • impiego di tecnologie idonee all’integrazione, come i film sottili; • impiego di moduli fotovoltaici strutturali, ovvero che integrano la funzione di infisso, con o senza vetrocamera. I costi per ottenere un impianto BIPV sono più alti rispetto a quello tradizionale, ma il risultato estetico è talmente pregevole che la normativa stessa del Conto energia li tutela e valorizza, riconoscendo una tariffa incentivante sensibilmente più elevata.

4.1.3.

Fotovoltaico Colorato

> Costi

I Sistemi

61 - 62. Installazioni di pannelli fotovoltaici colorati in copertura

Generazione

I costi sono abbastanza contenuti e i pannelli possono essere installati anche in zone non in pieno sole.

dell’Energia

60. Pannelli fotovoltaici colorati

Un’importante innovazione in questo settore è rappresentata dal fotovoltaico colorato. Una vera rivoluzione che coniuga il risparmio energetico con l’armonia delle linee architettoniche e del design. I pannelli fotovoltaici colorati sono il frutto di tecnologie sempre più all’avanguardia: vengono utilizzati coloranti organici, paste di biossido di titanio, nonché inchiostri con nanocristalli come il cadmio telluride che ha la caratteristica di assorbire al massimo la luce solare. Il blu, ovviamente, è un colore che è stato scelto perché capace di coniugare perfettamente rendimento, costi ed estetica, ma ora che il mercato è diventato sempre più esigente è bene avere una certa diversificazione. I colori disponibili spaziano dal verde al porpora, tonalità che non possono certo passare inosservate. Perfetti per gli edifici sia pubblici sia privati, i pannelli colorati rispondono al desiderio di coniugare perfettamente l’estetica con la funzionalità. Architettura e design diventano inscindibili e, attraverso l’uso di pannelli fotovoltaici colorati, si rispetta l’ambiente producendo energia pulita e si “arricchisce” la casa di un elemento piuttosto interessante. Queste nuove soluzioni sottolineano come il fotovoltaico stia continuando a sviluppare il settore della ricerca per garantire ai nuovi consumatori soluzioni innovative e anche divertenti.

Elettrica

> Cos’è

4.1.4.

> Cosa

Vetri Solari (Fotovoltaico Integrato)

sono

Altra importantissima innovazione in questo settore sono i vetri solari (o fotovoltaici). All’apparenza sembrano dei semplici vetri, ma in realtà sono in grado di catturare la luce del sole producendo energia pulita. Si tratta di veri e propri pannelli trasparenti perché utilizzano il vetro come base, lasciando così passare la luce e potendo ricoprire superfici vetrate come lucernari, tetti e facciate. L’edificio guadagnerà in risparmio energetico e in illuminazione naturale e diventerà produttore “in proprio” e in maniera autonoma di energia.

64. Grattacielo rivestito con vetri solari

> Costi

I costi sono abbastanaza contenuti e sono pari a circa la metà di quelli per i tradizionali pannelli fotovoltaici (si parla di circa 2 euro per watt).

dell’Energia

Generazione di

Inizialmente questi vetri non erano ritenuti adatti alle civili abitazioni perché non ancora perfettamente trasparenti, ma il progresso tecnologico ha permesso di eliminare l’opacità e di ottenere un prodotto utile ed estremamente competitivo. Inoltre, sebbene svolga la sua stessa funzione, un vetro fotovoltaico non ha l’aspetto di un pannello fotovoltaico e per questo motivo non è soggetto a limitazioni legate all’integrazione architettonica.

I Sistemi

63. Installazioni di vetri solari in un lucernario

I vetri fotovoltaici sono in grado di assorbire la luce grazie ad una speciale vernice trattata con gel di silicio amorfo che trasforma i pannelli in semiconduttori. Il gel può essere applicato sia in uno strato interno ai doppi vetri che superficialmente e funziona come ottimizzatore per l’assorbimento dei raggi, così da mantenere un grado di trasparenza del vetro del 30% e favorire così l’illuminamento naturale. Vediamo nel dettaglio le due possibili applicazioni: • Applicazione in intercapedine: quando il gel al silicio amorfo viene applicato nella vetrocamera, è in grado di trasformare l’energia solare in energia elettrica producendo fino a 300 watt/mq. Per trasformare un vetro doppio in un vetro fotovoltaico, deve essere smontato, l’intercapedine riempita di gel e poi dotato di due contatti elettrici, rimontato sulla finestra e connesso alla centralina. • Applicazione superficiale: in assenza di intercapedine tra i due vetri, al gel al silicio amorfo viene sostituito un spray analogo per componenti, che è in grado di generare fino a 100 watt/mq.

Elettrica

> Funzionamento

> Vetri Colorati

In linea con le sempre maggiori richieste di prodotti ed elementi tecnologici in grado di integrarsi perfettamente con le linee dell’architettura contemporanea, è stato sperimentato in Inghilterra il vetro solare colorato, che combina il colorante base delle celle fotovoltaiche a film sottile, con le applicazioni del vetro colorato foto sensibilizzato. Il vetro quindi è capace di produrre energia. A dare vita ai vetri fotovoltaici colorati sono stati i ricercatori dell’Univeristà di Oxford, che hanno messo a punto una soluzione innovativa di vetro solare da applicare alle facciate dei grattacieli, che permetterebbe di realizzare superfici colorate di ogni tipo venendo incontro alle esigenze estetiche dei costruttori, senza rinunciare alla produzione di energia solare. Per la creazione dei vetri solari i ricercatori hanno pensato di stampare gli ossidi metallici, il colorante ed i polimeri direttamente sul vetro. In questo modo la luce solare reagisce direttamente con il colorante, creando una forma di corrente elettrica che si raccoglie in due terminali, esattamente come accade per le batterie standard.

I Sistemi

Generazione

dell’Energia

Elettrica

65. Vetri solari colorati

4.2. Il Piccolo Idroelettrico

> Cos’è

66. Impianto piccolo idroelettrico

Per definire la potenza che verrà prodotta è necessario conoscere la portata massima del corso d’acqua, la velocità dell’acqua e il salto. Esempio: portata di 25 l/s, salto 30 m = potenza elettrica 3,8 kW.

dell’Energia

Generazione

> Dimensionamento

Le piccole centrali idroelettriche possono essere connesse alla distribuzione elettrica convenzionale come sorgenti di energia rinnovabile a basso costo per l’immissione in griglia. Alternativamente, piccoli progetti idroelettrici possono essere costruiti in aree isolate che potrebbe essere antieconomico servire con una linea elettrica ad alta tensione, oppure in aree dove non esiste una rete di distribuzione elettrica nazionale.

I Sistemi

A seconda della potenza prodotta dall’impianto, il piccolo idroelettrico può essere ulteriormente suddiviso in: • piccolo idroelettrico, per impianti da 1 MW a 10 MW; • mini idroelettrico, per impianti da 100 kW a 1 MW di potenza; • micro idroelettrico, impianti da 5 a 100 kW di potenza; • pico idroelettrico, impianti fino a 5 kW.

Elettrica

Il termine Piccolo Idroelettrico (dall’inglese “small hydro”) si riferisce a centrali elettriche, che oltre a sfruttare l’energia idroelettrica, sono caratterizzate dal fatto di avere una potenza installata ridotta, che comporta l’utilizzo di strutture di dimensioni molto minori rispetto ad una diga normale, più sicure, grazie al minore volume d’acqua nel bacino, e che inoltre hanno un basso impatto ambientale e paesaggistico. Non esiste un limite mondialmente accettato per cui una centrale idroelettrica venga definita piccolo idroelettrico. Secondo l’ESHA (European Small Hydropower Association) tale limite è considerato pari a 10 MW di potenza installata. Rispetto ai grandi impianti idroelettrici non è necessaria una presenza pubblica. Anche imprese private una volta ottenute le necessarie autorizzazioni possono avviare un’attività legata allo sfruttamento di un piccolo corso d’acqua per trarre energia elettrica da rivendere all’operatore della rete nazionale. Il sistema di business dell’energia distribuita tramite il minidroelettrico, infatti, è simile a quello del fotovoltaico.

>>Vantaggi: • investimenti iniziali contenuti e bassi costi di manutenzione; • ridotto impatto ambientale; • miglioramento delle condizioni idrogeologiche del territorio; • contribuisce alla riduzione dell’effetto serra, e quindi beneficia dei certificati verdi per la produzione di energia da fonti rinnovabili; • metodologie di approvigionamento costante di energia elettrica. >>Svantaggi: • rischi per flora e fauna (sono necessarie adeguate misure di protezione per le specie ittiche); • possibilità della diminuzione della risorsa idrica negli anni futuri; • lungo iter autorizzativo (per impianti oltre i 20 kW di potenza è necessario seguire un particolare iter autorizzativo, mentre al di sotto l’iter è semplificato ma diverso in ogni regione).

> Costi

Il costo per la realizzazione di un impianto oscilla dagli 800 euro ai 15000 euro, rimanendo quindi in una fascia ragionevole se si pensa al suo prodotto in termini energetici e in termini di basso impatto ambientale.

Minidroelettrico

67. Schema minidroelettrico

Generazione

Un impianto minidroelettrico ha bisogno per il suo funzionamento di un flusso d’acqua che sia abbastanza regolare e di un “salto d’acqua” anche di pochi metri. Questi impianti utilizzano opportuni manufatti come canali di adduzione, piccole vasche di carico, condotte forzate, tubazioni di raccordo e altro. L’impianto minidroelettrico preleva una porzione di acqua corrente che scendendo verso il basso fa girare una turbina in grado di produrre energia meccanica. Quest’ultima permette la rotazione di un generatore che trasforma tale energia in

> Funzionamento

I Sistemi

In particolare, il minidroelettrico è utilizzato per la produzione di una potenza idroelettrica adeguata alle necessità sia di utenze isolate (piccole comunità locali, fattorie, singole famiglie, aree montane non servite dalla rete nazionale, piccole imprese), che utenze collegate alla rete. Al momento in Italia questo tipo di impianti beneficia di incentivi per la produzione di energia, con il meccanismo della tariffa unica per gli impianti che non superano 1 MW di potenza installata e con il meccanismo dei certificati verdi per gli impianti più grandi.

dell’Energia

Elettrica

4.2.1.

energia elettrica. L’acqua dopo aver attraversato queste apparecchiature viene rimandata, più a valle, nel corso d’acqua da dove è stata prelevata. Le turbine presenti sul mercato sono di numerose tipologie e sono in grado di essere adattate ad ogni tipo di corso d’acqua, con il vantaggio di portare al massimo livello lo sfruttamento dell’energia idrica in relazione alla portata e al dislivello disponibili.

> Componenti

Per ogni centralina idroelettrica gli elementi costitutivi sono in linea di massima i seguenti: • componenti civili - opere di presa, di raccolta, di convogliamento e di restituzione dell’acqua; • turbina idraulica - converte l’energia potenziale e cinetica in energia meccanica; • generatore - dispositivo che permette la trasformazione dell’energia meccanica in elettrica; • trasformatore - macchina elettrica che alza la tensione in uscita dal generatore per renderlo compatibile con la rete elettrica pubblica; • sistemi di controllo - quadri elettrici, cablaggi, sistemi di comando e di telecontrollo.

Le turbine più utilizzate sono: • turbine Pelton: adatte per impianti con salto 20÷200 m e portate 0,5÷100 l/s, ad asse orizzontale o verticale. • turbina Banki (a flussi incrociati): salti da 30÷300 m.

Elettrica

> Turbine

I Sistemi

69. Turbine Banki

Generazione

dell’Energia

68. Turbine Pelton

4.3. Il Mini e Micro Eolico

> Cos’è

71. Schema impianto minieolico collegato alle rete elettrica pubblica

potenza elettrica erogata diametro rotore altezza palo applicazioni tipiche a velocità nominale

qualche centinaio di watt 1 - 2 m

2-6m

da 1 kW a 6 kW

2-5m

6-8m

da 6 kW a 60 kW

5 - 18 m

8 - 30 m

da 60 kW a 200kW

18 - 30 m

30 - 60 m

imbarcazioni, camper, piccole utenze isolate abitazioni, strutture commerciali e PMI, installazioni a terra o su tetto anche in ambito urbano, utenze isolate o connesse alla rete elettrica agriturismi, camping, villaggi, strutture commerciali, aziende agricole e PMI, per installazioni a terra e utenze connesse alla rete elettrica aziende agricole e PMI, per installazioni a terra e utenze connesse alla rete elettrica

dell’Energia

taglia

Generazione

La seguente tabella fornisce una prima indicazione delle diverse tipologie di turbine eoliche classificate per potenza elettrica nominale e per applicazione:

> Classificazione

I Sistemi

70. Utilizzo del minieolico

La scelta del punto ideale per l’installazione di un impianto eolico è senz’altro legata alla disponibilità del terreno e, naturalmente, alla sua esposizione al vento. É necessario collocare l’impianto in una zona in cui la presenza e la velocità del vento siano pressoché costanti nel tempo: è quindi opportuno effettuare uno studio anemometrico specifico o consultare l’Atlante eolico e, nella fase dell’installazione, occorre tenere conto della presenza di edifici, alberi e altri ostacoli che possano influenzare la distribuzione del vento. Le caratteristiche ottimali sono un terreno con pendenza compresa tra 6° e 16° e un vento di velocità maggiore di 5 m/s.

Elettrica

I sistemi eolici di piccola taglia, anche detti per semplicità minieolici, sfruttano la risorsa “vento” per produrre energia elettrica. Si dà a questi sistemi il nome di “mini” per differenziarli dai grandi impianti che costituiscono le centrali eoliche, le cosiddette wind farm. Proprio per effetto delle ridotte dimensioni e della semplicità di installazione si adattano molto bene all’inserimento presso insediamenti esistenti di privati e aziende.

> Tipologie

Oltre che per le dimensioni, è possibile fare una distinzione degli impianti in base alla tecnologia impiegata: • impianti ad asse orizzontale (bipala, tripala, multipala). Sono i più diffusi, derivati dalla tecnologia delle grandi centrali eoliche. Il rotore è disposto verticalmente e si orienta inseguendo la direzione del vento; • impianti ad asse verticale. Il rotore si presenta in svariate forme e geometrie sulla base della soluzione tecnica individuata dal singolo produttore. Hanno caratteristiche interessanti in termini di robustezza e silenziosità anche se in genere sono più costosi dei precedenti.

I Sistemi

74 - 75. Microeolico ad asse orizzontale e ad asse verticale

Generazione

dell’Energia

72 - 73. Minieolico ad asse orizzontale e ad asse verticale

>> Svantaggi: • occupazione del suolo. Gli aerogeneratori e le opere a supporto (strade, cabine elettriche) rappresentano solo il 2÷3% dello spazio necessario per installare un impianto eolico; • impatto visivo, anche se gli impianti minieolici hanno un impatto minore e possono essere sistemati teoricamente ovunque; • mancanza di un sistema incentivante e aspetti burocratici ed amministrativi non sempre incoraggianti.

Elettrica

>> Vantaggi: • fonte energetica inesauribile; • assenza di qualsiasi tipo d’emissione inquinante; • produzione costante di energia elettrica; • costi contenuti; • manutenzione ridotta.

4.3.2.

Microeolico

> Caratteristiche

> Componenti

Tali impianti, considerate le dimensioni, sono destinati all’alimentazione di utenze residenziali, agricole, industriali di piccole dimensioni. Un aspetto da valutare nell’istallazione è, sopratutto se si valuta l’installazione sul tetto dell’edificio, la eventuale rumorosità dell’impianto che potrebbe risultare fastidiosa.

I componenti di un sistema microeolico sono sostanzialmente gli stessi già visti per un impianto minieolico, di dimensioni ovviamente più contenute.

> Costi

Relativamente ai costi, per un impianto di 10÷20 kW, si aggirano introno ai 2.000÷3.000 Euro per kw installato. Gli incentivi dei quali può beneficiare un impianto microeolico sono: lo scambio sul posto, la tariffa omnicomprensiva, il ritiro dedicato.

Elettrica

> Componenti

dell’Energia

Un sistema minieolico connesso alla rete elettrica è costituito dai seguenti componenti: • sostegno, generalmente costituito da un palo in acciaio infisso nel terreno (direttamente o più spesso tramite fondazione in c.a.) o posto sulla sommità degli edifici. L’altezza del palo è correlato alla potenza dell’impianto e può variare da un minimo di 2 metri (piccoli sistemi da qualche centinaia di watt di potenza) a oltre 50 metri per sistemi da 200 kW di potenza; • turbina, costituita a sua volta dal rotore (le pale) e dalla navicella che contiene gli organi meccanici di trasmissione del moto impresso dal rotore e il generatore elettrico; • sistema di controllo del generatore e inverter, ovvero le apparecchiature elettroniche che gestiscono il funzionamento del sistema rotore-generatore in tutte le condizioni di vento e che consentono l’adeguamento dell’energia elettrica prodotta alle caratteristiche della rete elettrica.

Quando si parla di microeolico si fa riferimento ai micro generatori eolici di piccola taglia, aventi le seguenti caratteristiche: • turbine di taglia fino ai 20 kW; • impianti destinati esclusivamente all’autoconsumo; • generatori di altezza inferiore a 1,5 m; • diametro delle pale inferiore ai 0,5 m.

Generazione

Il cosiddetto minieolico fa riferimento ai seguenti valori: • turbine di taglia fino ai 200 kW; • connessione alla rete elettrica o applicazione isolata; • generatori di altezza inferiore ai 40 m; • diametro delle pale a partire da 0,5 m.

Minieolico

I Sistemi

4.3.1.

> Alimentazione

76. Sistemi tradizionali e cogenerazione a confronto

delle

Centrali

L’energia elettrica prodotta con il cogeneratore può essere ottenuta alimentando l’impianto con fonti fossili: • gas naturale • gasolio; • benzina. o con fonti rinnovabili: • biocarburanti liquidi (olio vegetale, biodiesel, bioetanolo); • biogas; • biomasse legnose (legna da ardere, pellet, cippato). I cogeneratori alimentati a fonti rinnovabili, oltre ad avere diritto agli incentivi e alle agevolazioni previste per il risparmio di energia ottenuto, possono accedere anche agli incentivi erogati per l’energia elettrica prodotta con fonti rinnovabili.

dell’Energia

Trasmissione e

Elettrica, Produzione

>> Svantaggi: • costi elevati per alcune applicazioni; • scarsa conoscenza delle tecnologie; • rischio di scarso utilizzo del calore in alcune applicazioni; • ostacoli burocratici e amministrativi.

dell’Energia

>> Vantaggi: • possibilità di scambiare energia con la rete pubblica nazionale; • risparmio energetico; • funzionamento automatizzato; • autonomia e sicurezza energetica.

Generazione

Per cogenerazione si intende la produzione congiunta e contemporanea di energia elettrica e calore, da un impianto che utilizza un’unica fonte energetica. La cogenerazione è una tecnologia che può dare un importante contributo in termini di benefici ambientali e di risparmio energetico. Rispetto alle centrali elettriche, la cogenerazione ha natura distribuita e si realizza mediante piccoli impianti. Si tratta quindi di impianti di dimensioni ridotte in grado di generare calore ed elettricità per grandi strutture (es. ospedali, alberghi, etc.) o piccoli centri urbani. La combustione nelle piccole centrali a cogenerazione raggiunge risparmi fino al 40% nell’utilizzo delle fonti primarie di energia.

> Cos’è

I Sistemi

5. I Sistemi di Generazione dell’Energia Elettrica, Produzione e Trasmissione dell’Energia Termica 5.1. La Cogenerazione

Termica

> Motori

Combustione Interna (MCI)

I motori a combustione interna rappresentano attualmente il sistema di cogenerazione più diffuso. Si tratta di motori simili a quelli utilizzati nelle automobili, ma adattati per un utilizzo stazionario e dotati di un sistema di recupero del calore. Sono disponibili in commercio in taglie che vanno da 1 kW fino a qualche MW di potenza elettrica. I motori a ciclo diesel utilizzano principalmente gasolio, biodiesel e olio vegetale, mentre quelli a ciclo otto funzionano soprattutto a gas naturale e biogas. >> Vantaggi: • elevata affidabilità; • costi di investimento limitati; • buoni rendimenti elettrici; • ideali per carichi variabili. 77. Motore a combustione interna

>> Svantaggi: • funzionamento rumoroso; • necessità di costante manutenzione; • vibrazioni.

dell’Energia

Trasmissione e

I sistemi più diffusi sono senza dubbio i motori a combustione interna, grazie alla semplicità impiantistica e ai prezzi d’acquisto inferiori rispetto alle altre tecnologie. La ricerca, però, è in continua evoluzione e molte altre opzioni tecnologiche stanno iniziando ad imporsi, guadagnando quote di mercato sempre più importanti. Come conseguenza, i prezzi delle tecnologie più innovative tendono ad abbassarsi; molte di queste, inoltre, presentano il vantaggio (economico ed ambientale) di poter utilizzare fonti o vettori rinnovabili di energia, come l’idrogeno, la luce solare, le biomasse derivate dal legno.

Elettrica, Produzione

Le diverse tecnologie di cogenerazione si distinguono in base al tipo di macchina o di motore utilizzato per la produzione di elettricità e calore; le principali sono: • motori a combustione interna; • motori stirling (a combustione esterna); • microturbine a gas; • celle a combustibile; • turbogeneratori.

dell’Energia

Cogenerazione

Generazione

Tecnologie

I Sistemi

5.1.1.

Termica

>> Vantaggi: • tecnologia con grandi potenzialità di sviluppo; • funzionamento silenzioso e privo di vibrazioni (adatto ad edifici residenziali); • lunga vita utile; • scarsa manutenzione.

>> Vantaggi: • buoni rendimenti elettrici; • buone prestazioni a carico parziale; • emissioni ridotte; • lunga vita utile; • manutenzione limitata.

>> Svantaggi: • costo elevato d’investimento; • dimensioni ingombranti.

>> Svantaggi: • costo elevato d’investimento; • prestazioni influenzate dalle condizioni ambientali.

Gas

Elettrica, Produzione

Le microturbine a gas sono degli innovativi sistemi di generazione di calore ed elettricità. Sono caratterizzate da una grande compattezza e da elevati rendimenti elettrici e ottimi rendimenti termici, grazie alle alte temperature dei gas di scarico. Rispetto ad esempio ai motori a combustione interna, le microturbine hanno il vantaggio di avere basse emissioni inquinanti, un funzionamento silenzioso e ridotte vibrazioni. Le taglie hanno una gamma commerciale che va dai 30 e i 250 kW elettrici. Risultano quindi particolarmente adatte alla microcogenerazione. Come indica il nome stesso, le microturbine a gas normalmente sono alimentate a gas metano; ma sempre più interessante risulta il ricorso a combustibili alternativi come il biogas, proveniente dalla digestione anearobica della biomassa.

79. Microturbine a gas

I Sistemi

78. Motore stirling

Generazione

dell’Energia

Questi motori, detti anche a combustione esterna, presentano caratteristiche tecniche uniche, che consentono di utilizzare qualsiasi fonte di calore o tipo di combustibile. A causa delle dimensioni relativamente ingombranti, la taglia massima di un motore stirling non supera di norma i 100 kW ed è quindi ideale per piccoli impianti. L’estrema silenziosità e l’assenza di vibrazioni fanno di questo motore uno dei candidati più promettenti per la diffusione su grande scala della microcogenerazione in ambito residenziale. I motori stirling presentano rendimenti complessivi (termico + elettrico) molto elevati, con valori attorno al 90%. Questo motore può essere alimentato con qualsiasi combustibile tradizionale, ma anche col calore derivante dalla combustione di biomasse o dalla luce solare concentrata attraverso uno specchio parabolico.

dell’Energia

> Microturbine

Trasmissione

> Motori Stirling

Termica

>> Vantaggi: • alta efficienza; • lunga durata; • elevata affidabilità; • bassa manutenzione; • funzionamento autonomo, senza operatore. >> Svantaggi: • costo elevato d’investimento.

dell’Energia

Generazione

dell’Energia

>> Svantaggi: • molte tecnologie ancora a livello pre-commerciale; • costo elevato d’investimento.

Trasmissione

>> Vantaggi: • funzionamento con diversi tipi di combustibile; • emissioni azzerate o comunque ridotte, in caso di utilizzo di idrogeno; • alti rendimenti anche per i piccoli impianti; • silenziosità e assenza di vibrazioni;

I turbogeneratori, conosciuti anche come cogeneratori a ciclo Rankine, sono macchine particolarmente efficienti. Presentano infatti rendimenti elettrici netti di circa il 18% e termici intorno all’80%, con un’efficienza complessiva vicina al 100%. Sono la soluzione ideale per produrre calore ed elettricità in impianti di piccola e media taglia alimentati a biomassa, in particolare a cippato. La taglia minima commerciale, attorno ai 200 kW, e le notevoli dimensioni non li rendono ancora adatti per applicazioni microcogenerative di piccolissima taglia. Il calore necessario ad alimentare i turbogeneratori viene di norma fornito da biomassa legnosa, in particolare cippato. In alternativa alla biomassa, è possibile prevedere collettori solari a concentrazione.

Le celle a combustibile (o fuel cells), possono essere considerate un’evoluzione delle comuni batterie, e sono una delle tecnologie più adatte alla cogenerazione di piccola taglia e alla microcogenerazione. Esse trasformano energia chimica direttamente in energia elettrica e calore, senza passare attraverso processi di combustione e senza utilizzare energia meccanica. Tutto il processo avviene senza alcun rumore o vibrazione; questo rende le celle a combustibile le macchine ideali per tutte le applicazioni, comprese quelle residenziali. Attualmente il principale combustibile utilizzato nelle fuel cells è l’idrogeno. Inoltre, attraverso particolari processi di reforming, combustibili come il gas naturale possono essere trasformati in gas ad alto contenuto di idrogeno e quindi utilizzati nelle celle a combustibile.

> Turbogeneratori

Elettrica, Produzione

Comustibile

80 - 81. Celle a combustibile

82. Turbogeneratori

I Sistemi

> Celle

Termica

Dal punto di vista della tecnologia utilizzata, i microcogeneratori sono riconducibili a quattro tipologie: • motori a combustione interna alimentati a gas; • motori stirling a combustione esterna; • microturbine a gas; • microcogeneratori con celle a combustile.

> Costi

83. Microcogenerazione domestica

Non è possibile fornire informazioni sui costi che siano valide per tutte le taglie e per le diverse tecnologie. In ogni caso, non si scende al di sotto dei 1.000 Euro/kW elettrico. Come per tutte le tecnologie avanzate, anche nel caso dei cogeneratori i costi specifici diminuiscono all’aumentare della taglia.

dell’Energia

Trasmissione e

Elettrica, Produzione

disponibili

Sul mercato sono disponibili diversi modelli di microcogeneratori, di taglia compresa tra 5 kW e 50 kW elettrici. Si tratta di macchine che presentano valori di rendimento elettrico compresi tipicamente tra il 22% e il 32%, e rendimenti complessivi (elettrico + termico) nell’ordine dell’85÷90%.

dell’Energia

> Tecnologie

Generazione

All’interno del grande settore della cogenerazione, è possibile individuare una “sottofamiglia” che identifica le macchine adatte alle applicazioni di piccolissima scala (ad esempio per il residenziale ma non solo): si tratta della microcogenerazione, cioè della cogenerazione realizzata con cogeneratori di potenza elettrica inferiore ai 50 kW. La configurazione più comune di un microcogeneratore consiste nell’abbinamento tra un motore a combustione interna alimentato a gas, la cui energia meccanica viene trasformata in energia elettrica, e un sistema di recupero del calore di scarto per la produzione di energia termica. I microcogeneratori sono apparecchi tecnologicamente avanzati che svolgono contemporaneamente due funzioni: • integrano o sostituiscono le caldaie per il riscaldamento; • soddisfano in tutto o in parte le necessità di autoconsumo elettrico.

Micro-Cogenerazione

I Sistemi

5.1.2.

Termica

Le utenze ideali di un impianto di trigenerazione sono quelle che presentano un fabbisogno di energia elettrica, termica e anche frigorifera. Le maggiori possibilità di applicazione ricadono soprattutto nel settore terziario, come ad esempio: uffici, ospedali, università, centri polisportivi. Nel settore residenziale, la trigenerazione è attualmente realizzabile soltanto in edifici di medie-grandi dimensioni. La trigenerazione trova applicazione anche nel settore industriale, specie nell’agro-alimentare.

> Micro-Trigenerazione

Così come si parla di “microcogenerazione” per cogeneratori di potenza elettrica inferiore ai 50 kW elettrici, allo stesso modo si può parlare di “microtrigenerazione” nel momento in cui a questi impianti viene affiancata una macchina frigorifera per la produzione di freddo.

> Vantaggi 84. Trigenerazione

energetici ed economici

Rispetto a una generazione separata di elettricità, calore e freddo, la trigenerazione offre grandi risparmi energetici, valutabili mediamente intorno al 60%. Si tratta di risparmi che hanno ricadute positive, oltre che sulle bollette, anche sull’intero sistema elettrico. In particolare il contributo della trigenerazione può essere fondamentale per ridurre la domanda elettrica estiva e conseguire importanti risultati in termini di risparmio energetico e riduzione dei consumi.

dell’Energia

Trasmissione e

Elettrica, Produzione

applicazioni

dell’Energia

> Principali

Generazione

La trigenerazione è un efficiente sistema di produzione combinata di elettricità, calore e freddo da un unico impianto. Un trigeneratore è un impianto di cogenerazione, a cui viene abbinata una macchina frigorifera, per produrre freddo sotto forma di acqua refrigerata, per il condizionamento degli edifici o per usi industriali. Rispetto alla sola produzione di calore ed elettricità, la trigenerazione consente di sfruttare pienamente le potenzialità dell’impianto anche in estate, quando viene meno l’esigenza di riscaldamento. Questo scongiura uno dei maggiori punti deboli della cogenerazione, in particolare nelle applicazioni residenziali, che sta proprio nella difficoltà o addirittura nell’impossibilità di sfruttare durante la stagione estiva tutto il calore prodotto.

> Cos’è

I Sistemi

5.2. La Trigenerazione

Termica

I Sistemi di Raccolta e Riciclo delle Acque

6.1. La Gestione Sostenibile

delle

Acque Meteoriche

delle

Riclo e

Raccolta

La gestione sostenibile comprende un insieme di possibili interventi dalla cui combinazione possono emergere scenari particolari di gestione. I principi chiave sono: 1. recupero ed utilizzo delle acque meteoriche; 2. contenimento dei deflussi delle acque meteoriche; 3. infiltrazione delle acque meteoriche; 4. immissione delle acque meteoriche in acque superficiali.

La gestione sostenibile delle acque meteoriche comporta evidenti vantaggi: • il ciclo naturale dell’acqua può essere mantenuto quasi inalterato oppure essere ristabilito; • la qualità di vita nelle zone urbanizzate può essere influenzata positivamente.

I Sistemi

L’impermeabilizzazione crescente del territorio dovuta all’urbanizzazione comporta i seguenti effetti negativi: • il regime dei corsi d’acqua viene alterato; • le fognature sono sovraccariche quando piove intensamente; • i corsi d’acqua vengono inquinati; • l’alimentazione della falda acquifera viene ridotta; • il microclima peggiora; • lo smaltimento delle acque meteoriche è molto costoso.

Acque

Di solito in natura solo una piccola parte dell’acqua meteorica defluisce superficialmente. La maggior parte dell’acqua evapora o viene assorbita dallo strato superficiale del suolo, da dove poi s’infiltra contribuendo all’alimentazione della falda acquifera. Questo insieme di fenomeni costituisce il ciclo dell’acqua in condizioni naturali. Si calcola che nel caso di superfici non pavimentate, con copertura vegetale, il deflusso superficiale è, di regola, compreso fra lo 0% ed il 20% del totale della precipitazione. Nel caso invece di superfici impermeabilizzate, come ad es. tetti, pavimentazioni in asfalto o calcestruzzo, defluisce superficialmente oltre il 90% della pioggia. Rimane dunque un’aliquota minima d’evaporazione e d’alimentazione della falda.

6.1.1.

Recupero

Utilizzo

delle

Acque Meteoriche

In Italia il consumo medio giornaliero d’acqua potabile è pari a ca. 150 litri per persona: • 45 litri per gli sciacquoni dei servizi igienici; • 45 litri per la cura del corpo; • 20 litri per cucinare e bere; • 15 litri per la lavatrice; • 10 litri per lavaggio stoviglie; • 12 litri per l’irrigazione d’orti e giardini; • 3 litri per lavori di pulizia. La raccolta e l’utilizzo dell’acqua meteorica consentono un risparmio d’acqua potabile pregiata. L’acqua meteorica è adatta soprattutto per innaffiare il verde e per gli sciacquoni dei servizi igienici. Inoltre è utilizzabile per la lavatrice, per la pulizia della casa o come acqua di raffreddamento. In questo modo sarebbe possibile utilizzare ca. 75 litri d’acqua meteorica per persona al giorno al posto d’altrettanta acqua potabile, arrivando ad un risparmio d’acqua potabile del 50%.

85. Impianto di recupero e riutilizzo delle acque meteoriche

Un impianto di riutilizzo dell’acqua meteorica è costituito dai seguenti componenti base: • tubazioni pluviali; • filtro per le tubazioni pluviali; • filtro per il recupero dell’acqua piovana; • serbatoio di raccolta; • centralina di pompaggio automatico per l’irrigazione e lo scarico sanitario; • tubo di aspirazione dal serbatorio; • vasca di calma per accesso in cisterna; • filtro sifone, valvola antiriflusso.

Acque

Acque Meteoriche

delle

Riclo

Riutilizzo

Raccolta

Recupero

di un Impianto di

Un adeguato sistema impiantistico permette di recuperare le acque meteoriche, filtrate e raccolte da un sorbatoio, per essere utilizzate in un secondo momento per l’irrigazione o per lo scarico dei sanitari. Per un recupero a basso costo può essere sufficiente un piccolo serbatoio, ma quest’applicazione è limitata all’utilizzo a scopo irriguo a causa della mancanza di filtro e pompa.

I Sistemi

> Componenti

> Funzionamento

• L’acqua meteorica proveniente dalla copertura, passa all’interno dei pluviali; • viene filtrata eliminando le foglie che vengono espulse attraverso un’apertura del filtro; • viene filtrata da un secondo filtro antecedente il serbatoio; • viene raccolta da un serbatoio, in cui un elemento sifone e una valvola antiriflusso controllano la quantità; • la presenza di una centralina di pompaggio automatico permette l’utilizzo dell’acqua raccolta per l’irrigazione e lo scarico sanitario.

> Pavimentazioni

dei

Flussi

delle

Acqua Meteoriche

permeabili

87. Tetto verde

verdi

I tetti verdi forniscono un utile contributo per mantenere il ciclo naturale dell’acqua. A seconda della stratigrafia del tetto verde si possono trattenere fra il 30% ed il 90% delle acque meteoriche. Considerato l’effetto depurativo del verde pensile, l’acqua meteorica in eccesso può essere immessa senza problemi in un impianto d’infiltrazione oppure in una canalizzazione.

I Sistemi

> Tetti

Raccolta

E’ possibile evitare o ridurre l’impermeabilizzazione del suolo impiegando pavimentazioni permeabili, soprattutto quando l’uso delle superfici non necessita di rivestimenti molto resistenti. Ormai sono disponibili per molti impieghi idonei materiali permeabili per la pavimentazione delle superfici. Deve però essere verificato che il sottofondo e il sottosuolo abbiano una permeabilità sufficiente.

Acque

Contenimento

delle

6.1.2.

Riclo

86. Pavimentazione permeabile

Acque Meteoriche

La progettazione degli impianti d’infiltrazione deve tener conto soprattutto delle condizioni locali e dell’eventuale inquinamento delle acque meteoriche. Il suolo deve avere una permeabilità sufficiente. Deve essere garantito uno spessore di filtrazione almeno pari a 1 m prima che le acque raggiungano il livello medio massimo della falda acquifera. Esistono diverse possibilità tecniche per realizzare impianti d’infiltrazione per acque meteoriche. Si distingue tra: • impianti d’infiltrazione superficiale; • impianti sotterranei d’infiltrazione.

> Infiltrazione

superficiale

> Infiltrazione

sotterranea

L’infiltrazione superficiale avviene tramite immissione superficiale delle acque meteoriche in superfici piane, in fossi o in bacini. In questi casi di regola l’infiltrazione avviene attraverso uno strato superficiale di terreno organico rinverdito che assicura una buona depurazione delle acque meteoriche. Per questo motivo dovrebbero essere impiegati, quanto possibile, sistemi d’infiltrazione superficiale attraverso terreno rinverdito.

Immissione

delle

Acque Meteoriche

Acque Superficiali

L’immissione delle acque meteoriche nelle acque superficiali dovrebbe, in linea generale, essere limitata al caso delle acque meteoriche con un grado d’inquinamento considerevole. In tutti gli altri casi, l’immissione in acque superficiali dovrebbe avvenire solamente in casi eccezionali e alle seguenti condizioni: • sono state considerate tutte le possibilità per contenere il deflusso di acque meteoriche; • non è possibile il recupero e l’utilizzo delle acque meteoriche (ad es. per le acque meteoriche stradali); • l’infiltrazione delle acque meteoriche non è realizzabile tecnicamente oppure non è sufficiente. Seguendo questi principi si può ottenere un carico idraulico sensibilmente inferiore sulle reti fognarie e nel caso di nuove reti possono essere sufficienti fognature di dimensioni più ridotte.

combinati

Inoltre possono essere realizzati sistemi combinati d’infiltrazione, accoppiando i sistemi d’infiltrazione superficiale ai sistemi sotterranei d’infiltrazione. Si possono ad esempio realizzare fossi di dispersione con sottostanti trincee d’infiltrazione.

I Sistemi

> Sistemi

Raccolta

Nei sistemi sotterranei d’infiltrazione l’acqua meteorica viene immessa in trincee d’infiltrazione o in pozzi perdenti. Questi sistemi hanno il vantaggio di avere un minore fabbisogno di superficie filtrante, però si perdono quasi tutti gli effetti depurativi perché non viene attraversato lo strato superficiale del terreno. Per questo motivo questi sistemi dovrebbero essere impiegati solamente per acque meteoriche poco inquinate, altrimenti dovrebbe essere previsto un pretrattamento delle stesse.

6.1.4.

Acque

delle

Infiltrazione

Riclo

6.1.3.

6.2. I Sistemi di Fitodepurazione delle Acque di Scarico

> Cos’è

La fitodepurazione è un sistema di depurazione delle acque reflue, sia domestiche che agro-industriali, che sfrutta un meccanismo naturale. Il principio è quello tipico degli ambienti acquatici e delle zone umide, caratterizzato da specifiche interazioni tra suolo, batteri e piante. L’acqua depurata viene poi utilizzata per l’irrigazione e lo scarico dei sanitari.

89. Impianto di fitodepurazione delle acque di scarico

delle

Riclo e

vasca Imhoff (per le acque nere); degrassatore (per le acque “saponose” o di cucina); filtro; vasca di depurazione; piante acquatiche; pozzetto campioni.

Raccolta

• • • • • •

> Elementi Costitutivi

I Sistemi

88. Sistema di fitodepurazione delle acque di scarico

La depurazione avviene mediante l’azione combinata tra substrato ghiaioso, piante, refluo e microrganismi presenti. Le acque reflue necessitano di un trattamento primario di sedimentazione, perciò vengono convogliate in un primo serbatoio (Imhoff); successivamente vengono indirizzate a una vasca di fitodepurazione, riempita di sabbia o ghiaia e coperta da piante acquatiche (macrofite). L’ossigenazione delle piante e la presenza di batteri costituiscono il meccanismo di depurazione. All’interno del letto di ghiaia, al passaggio delle acque reflue, si formano microrganismi che mettono in atto reazioni biochimiche di degradazione delle sostanze inquinanti. Il sistema funziona in assenza di energia aggiunta e quindi di parti elettromeccaniche. Ciò permette di definire l’impianto “ecocompatibile”. Gli impianti di fitodepurazione opportunamente dimensionati e realizzati consentono un abbattimento del carico organico del refluo in entrata superiore al 90%.

Acque

> Funzionamento

> Tipologie

delle di

91. Sistema a flusso sommerso orizzontale

Si dimensiona l’impianto in base alla quantità di refluo da depurare. Per calcolare la dimensione della vasca di depurazione è necessario calcolre il numero di “abitanti equivalenti”, definiti dal D.lgs. 152/2006 come “carico organico biodegradabile avente una richiesta di ossigeno a 5 giorni pari a 60 grammi di ossigeno al giorno” e sono distinti in base alla destinazione d’uso degli edifici. Per una residenza si considera il numero effettivo degli abitanti. La superficie della vasca di depurazione deve essere di circa 3,75÷4 mq per ogni abitante. Per una famiglia di 5 persone si installerà una vasca di 20 mq.

I Sistemi

> Dimensionamento

Raccolta

I sistemi di fitodepurazione per il trattamento delle acque reflue domestiche più comunemente utilizzati sono quelli con macrofite radicate emergenti e tra questi quelli a flusso sommerso sono quelli che hanno avuto il maggior sviluppo.

Riclo

90. Sistema a flusso superficiale

Questi ultimi sistemi possono subire una ulteriore classificazione dipendente dal percorso idraulico delle acque reflue: • Sistemi a Flusso Superficiale o Libero (FWS - Free Water Surface): riproducono una zona palustre naturale in cui l’acqua è a diretto contatto con l’atmosfera. Sono costituiti da bacini di forma allungata e bassa profondità. • Sistemi a Flusso Sub-Superficiale o Sommerso, a sua volta suddivisi in: - Flusso Sommerso Orizzontale (SFS-h o HF: Subsurface Flow System-horizontal): i reflui da trattare attraversano le vasche in direzione orizzontale dall’ingresso fino allo scarico collocato sul lato opposto. L’alimentazione è continua e il livello del liquido nel serbatoio è regolato dal sistema a sifone contenuto nel pozzetto di uscita. Il processo di depurazione è dovuto: all’azione diretta delle piante che sono in grado di mantenere ossigenato il substrato, assorbire sostanze nutrienti (nitriti, fosfati, etc.), fare da sostegno ai microrganismi ed avere funzione evapo-traspirante; all’azione dei batteri bio-demolitori che colonizzano le radici. Questo sistema non consente l’eliminazione delle sostanze azotate (ammoniaca). - Flusso Sommerso Verticale (SFS-v o VF: Subsurface Flow System-vertical): le acque di scarico da trattare fluiscono verticalmente nel letto assorbente e sono immesse nelle vasche con carico alternato irregolare (tramite pompe o sistemi a sifone). I reflui scorrono attraverso uno strato di ghiaia (zona insatura) e vengono stoccati sul fondo della vasca (zona satura) consentendo il processo di denitrificazione. Il livello dell’acqua nel serbatoio, anche in questo caso, è determinato dal sistema a sifone installato nel pozzetto di uscita.

Acque

Le tecniche di fitodepurazione possono essere classificate in base alla prevalente forma di vita delle piante acquatiche che vi vengono utilizzate in: • sistemi a microfite (alghe unicellulari); • sistemi con macrofite galleggianti (presenza di piante acquatiche); • sistemi con macrofite radicate sommerse; • sistemi con macrofite radicate emergenti.

> Costi

• Impianto • Impianto

a flusso orizzontale: a flusso verticale:

105,2 euro/mq escluse le fosse; 120,8 euro/mq escluse le fosse.

>> Vantaggi: • depurazione delle acque reflue in modo naturale; • assenza di cattivi odori; • bassi costi di gestione e manutenzione; • possibilità di riutilizzo delle acque di scarico (irrigazione); • impianti funzionanti anche per brevi periodi l’anno; • assenza di parti elettromeccaniche; • lunga durata. >> Svantaggi: • costi d’installazione.

I Sistemi

Raccolta

Riclo

delle

Acque

92. Sistema a flusso sommerso verticale

7. I Sistemi di Raccolta e Smaltimento dei Rifiuti 7.1. La Raccolta Differenziata dei Rifiuti

La nostra Terra è più piccola di quanto possiamo pensare, ogni nazione, ogni popolo, ogni persona deve porsi coscientemente un limite allo spreco delle risorse e all’inquinamento.

I Sistemi

93. Raccolta differenziata

Raccolta

Smaltimento

dei

Per riciclaggio dei rifiuti si intende l’insieme di strategie volte a recuperare materiali dai rifiuti per riutilizzarli invece di smaltirli. Possono essere riciclate materie prime, semilavorati, o materie di scarto derivanti da processi di lavorazione, da comunità di ogni genere (città, organizzazioni, villaggi turistici, etc.), o da altri enti che producono materie di scarto che andrebbero altrimenti sprecate o gettate come rifiuti. Il riciclaggio previene lo spreco di materiali potenzialmente utili, riduce il consumo di materie prime, e riduce l’utilizzo di energia, e conseguentemente l’emissione di gas serra.

Rifiuti

Per raccolta differenziata dei rifiuti si intende un sistema di raccolta dei rifiuti solidi urbani che prevede, per ogni tipologia di rifiuto, una prima selezione da parte dei cittadini. È necessario raccogliere i rifiuti in modo differenziato in quanto, i materiali immessi nelle discariche tradizionali sono spesso inquinanti (medicinali o pile esauste), fonte di materie prime (alluminio, carta, plastica e vetro), o utilizzabili per la produzione di humus (rifiuto organico).

7.2. I Materiali Riciclabili

Smaltire correttamente i rifiuti ci aiuta a proteggere l’ambiente e noi stessi: si diminuisce il ricorso alle discariche e agli inceneritori, non si inquina, si salvano gli alberi e si recuperano materiali e risorse. I materiali riciclabili sono tutti i rifiuti che possono venire riutilizzati per produrre nuovi oggetti uguali allo scarto (vetro, carta, plastica, alluminio) oppure utilizzati per produrre nuovi materiali (legno, tessuti). I materiali che possono essere riciclati sono: • alluminio e metallo; • carta, acartone e cartoncino; • plastica; • vetro; • organico (umido).

Alluminio

Metallo

94. Riciclaggio

>> Cosa Non Mettere: • oggetti in alluminio diversi dagli imballaggi; • posate e piccoli oggetti metallici; • imballaggi anche vuoti che hanno contenuto sostanze pericolose (vanno conferiti nei centri di raccolta dei rifiuti pericolosi).

Smaltimento e

Raccolta di

>> Cosa Mettere: • lattine in alluminio; • scatole e contenitori in latta per alimenti e prodotti per l’igiene personale; • tappi e coperchi metallici; • carta stagnola, vaschette e pellicole di alluminio; • bombolette spray esaurite; • buste e sacchetti di patatine e surgelati;

I Sistemi

Identificati dalla sigla “AL” per l’alluminio e “ACC” per l’acciaio, il riciclaggio di questi materiali consiste in un insieme di operazioni che vengono svolte sui rifiuti composti da alluminio e/o metallo per ottenere un nuovo materiale da reimmettere nei processi produttivi.

dei

Rifiuti

7.2.1.

>> Cosa Non Mettere: • imballaggi con residui di cibo o terra perché generano cattivi odori, problemi igienici e contaminano la carta riciclabile; • fazzoletti e tovaglioli di carta usati; • scontrini e ricevute delle carte di credito perché sono fatti con carte termiche i cui componenti reagiscono al calore, creando problemi di riciclo; • carta da forno e carta oleata (per esempio quella che contiene focacce, affettati e formaggi); • carta sporca di sostanze velenose, come vernici o solventi; • carta che è stata esposta all’acqua perché le sue fibre potrebbero essere state danneggiate.

>> Cosa Mettere: • bottiglie di acqua, bibite, olio, succhi di frutta e latte; • flaconi di detergenti per la casa e per la persona, detersivi e cosmetici; • imballaggi delle confezioni di carta igienica e asciugatutto da cucina e quelli utilizzati per raggruppare le bottiglie di acqua e bibite; • contenitori vari per alimenti per animali; • coperchi di plastica; • blister e contenitori rigidi e formati a sagoma come gusci delle pile, degli articoli di cancelleria e per il “fai da te” etc.; • vaschette e confezioni in plastica trasparente per alimenti freschi come affettati formaggi, pasta fresca, frutta e verdura; • contenitori per yogurt, creme di formaggio, gelati e dessert; • vaschette di plastica porta-uova; • rete per frutta e verdura; • vaschette per alimenti e piccoli imballaggi in polistirolo; • buste per il confezionamento dei capi di abbigliamento; • film d’imballaggio e film “a bolle” come quelli di elettrodomestici, mobili, confezioni regalo, articoli sportivi etc.; • vasi per piante e fiori; • cassette per prodotti ortofrutticoli e alimentari;

Rifiuti

Essendo molto usata per gli imballaggi, la plastica è uno dei principali componenti dei rifiuti solidi. Questo materiale non è biodegradabile, infatti il suolo ci mette più di mille anni per smaltirla; ed alcune tipologie di plastica quando bruciate sono tossiche: è dunque fondamentale riciclarla quanto più possibile. Teoricamente, tutti i tipi di plastica sono adatti al riciclaggio, a meno di contaminazioni che lo rendano sconveniente. Nei prodotti sicuramente riciclabili vi è comunque il simbolo caratteristico (tre frecce a formare un triangolo) con all’interno il numero “SPI” (Society of the Plastics Industry) identificativo del polimero specifico (PE polietilene; PET polietilene tereftalato; PVC polivinilcloruro; PP polipropilene; PS polistirene o polistirolo; ecc.). Alcuni tipi di plastica sono inadatti al riciclaggio diretto: un tubetto di dentifricio non può essere riciclato a causa della difficile rimozione interna del residuo di prodotto; e così alcuni giocattoli, attaccapanni, custodie di CD. Dal 1 Maggio 2012 in seguito a vari accordi internazionali, anche piatti e bicchieri di plastica, possono essere conferiti nella raccolta differenziata della plastica. In genere sono sicuramente differenziabili le resine termoplastiche, quali i contenitori per liquidi in plastica (contenitori di detersivi, bagnoschiuma e bottiglie) e tutti quelli definiti imballaggi.

dei

>> Cosa Mettere: • giornali, riviste, fumetti, depliant pubblicitari, sacchetti per gli alimenti, per il pane, per la frutta, sacchetti di carta con maniglie e fogli di carta di ogni tipo e dimensione; • imballaggi in cartone ondulato, come quelli di apparecchi televisivi o elettrodomestici, contenitori per frutta e verdura; • confezioni e imballaggi in cartoncino come cartoni della pasta, del riso, dei cereali, tutte le fascette che avvolgono yogurt e succhi di frutta, le scatole delle scarpe, scatole dei detersivi, dei medicinali etc;

Plastica

Smaltimento

Questi materiali sono contraddistinti dal simbolo “CA”. La carta è fatta di cellulosa che viene estratta dal legno e da altri vegetali. Nel caso di carta riciclata, la cellulosa viene invece ricavata dalla carta della raccolta differenziata. Nel riciclaggio della carta vi sono procedure per l’eliminazione dell’inchiostro (possibilmente non inquinanti o a bassissimo impatto ambientale) che devono essere applicate. Partendo dalla fibra del rifiuto cartaceo, circa il 95% viene trasformato in nuova carta. Il macero comporta quindi grandi risparmi energetici e idrici rispetto ad altre produzioni. La carta riciclata che non ha più la consistenza sufficiente per produrre altra carta, può essere ancora utilizzata come combustibile per produrre energia.

7.2.3.

Cartoncino

Raccolta

Carta, Cartone

I Sistemi

7.2.2.

7.2.4.

>> Cosa Non Mettere: • specchi; • soprammobili; • lampadine; • tubi al neon; • vetro in lastre come le finestre o i cristalli per autovetture; • vetro pirex; • occhiali.

Rifiuti dei

Smaltimento e

>> Cosa Mettere: • bottiglie di vetro di acqua, bibite, vino, latte, succhi di frutta, etc.; • vasetti di alimenti sott’olio, sott’aceti, confetture, etc.; • contenitori di vetro; • bicchieri e vasi di vetro.

Raccolta

Il rottame di vetro depurato è introdotto nel ciclo produttivo in una percentuale che va dal 10% del peso dell’impasto, fino a quasi sostituire le altre componenti primarie. Grazie alla sua natura può essere rifuso infinite volte, consentendo un significativo risparmio energetico e di materie prime. Affinché il vetro raccolto possa essere riciclato in vetreria è necessario sottoporlo a una preliminare operazione di selezione presso un impianto di trattamento specializzato. Il trattamento è composto di varie operazioni di cernita (manuale o meccanica), frantumazione e vagliatura. Dopo il trattamento, il vetro viene trasportato nell’impianto di produzione (vetreria) dove viene fuso e diventa un nuovo contenitore. Finita questa fase, l’imballaggio di vetro viene portato negli impianti di imbottigliamento, dove vengono riempiti e tornano quindi alla rete distributiva.

>> Cosa Non Mettere: • giocattoli; • custodie CD; • cartellette e portadocumenti; • canne per irrigazione; • grucce appendiabiti; • videocassette; • accessori per auto, bici e moto; • imballaggi per colle, vernici, solventi e sacchi per materiale edile; • piccoli elettrodomestici, articoli casalinghi e complementi d’arredo.

Identificato dalla sigla “VE”, il vetro può avere origine industriale, urbana o di altra natura. Tra i rifiuti industriali in vetro, suscettibili di riciclaggio, hanno una particolare collocazione giuridica gli scarti di produzione, cioè quei prodotti in vetro (o loro frammenti) che non sono giudicati idonei alla distribuzione e sono generalmente riciclati nella sede stessa che li ha prodotti. I rifiuti urbani in vetro (principalmente imballaggi) vengono normalmente separati dagli altri rifiuti solidi urbani mediante la raccolta differenziata del vetro, e cioè vengono conferiti in apposite campane dai cittadini, dalle attività commerciali e di ristorazione, o ritirati attraverso appositi servizi di raccolta porta a porta. I rifiuti in vetro di origine ospedaliera sono soggetti a particolari limitazioni e verifiche.

I Sistemi

• sacchetti e buste di plastica; • polistirolo da imballaggio.

Vetro

I rifiuti che non possono essere riciclati sono: • secco non riciclabile; • rifiuti domestici pericolosi; • rifiuti ingombranti.

Rifiuti dei

Smaltimento e

Per quanto riguarda i rifiuti che attualmente non sono riciclabili, bisogna innanzitutto osservare che essi rappresentano una minima percentuale rispetto al totale dei rifiuti prodotti. Se venissero applicati efficaci sistemi di raccolta differenziata il problema sarebbe notevolmente ridotto, tanto che è sempre più diffusa nell’opinione pubblica l’idea che gli inceneritori sarebbero inutili. Una valida alternativa ai sistemi di smaltimento (discariche e inceneritori) potrebbero essere i cosiddetti sistemi di Trattamento Meccanico Biologico (TMB). Si tratta di impianti che, utilizzando tecnologie diverse e complementari, intervengono sul residuo non differenziabile per arrivare a recuperare anche le ultime frazioni utili sui quantitativi. Il TMB è una tecnologia che, intervenendo sul residuo di una raccolta differenziata spinta, permette di ridurre ulteriormente quest’ultimo fino al 70% e ad oggi è già applicata con successo in Germania, in Australia, ma anche nel nord Italia sebbene parzialmente. Non si tratta di una alternativa alla raccolta differenziata, ma costituisce un completamento dei sistemi di riduzione della produzione dei rifiuti all’origine e fornisce un sostegno al sistema di recupero differenziato spinto. Un impianto TMB è in grado di estrarre frazioni riciclabili di vetro, plastiche dense, alluminio, acciaio, carta, cartone e pellicole di plastica. La frazione organica viene avviata a un trattamento anaerobico-aerobico, producendo biogas che alimenta l’impianto stesso, producendo calore ed energia elettrica. Il quadro di emissioni di CO2 evitate non ha confronti con altre modalità di trattamento e di smaltimento. In tal modo il materiale conferito in discarica è meno del 30% della frazione in ingresso all’impianto. Inoltre, l’eventuale collocazione in discarica di ciò che non è recuperabile dall’impianto riguarda rifiuti con potenzialità di percolazione ed emissione di odori molesti non paragonabili a discariche tradizionali. Infine, è impossibile paragonare la elevata pericolosità delle ceneri residue (volanti e solide), derivanti da un inceneritore e da avviare a discarica speciale, con il materiale residuo uscente da un TMB che verrebbe avviato in una discarica per rifiuti urbani.

Raccolta

Chiamato anche “umido”, l’organico è la frazione compostabile dei rifiuti domestici: • scarti alimentari di orgine organica (frutta, verdura, caffè, carne, uova, pesce, latticini, etc.); • erba tagliata e foglie. L’organico costituisce il 25%÷30% del totale dei rifiuti prodotti. Attualmente in Italia i residui organici sono smaltiti quasi totalmente in discarica. In discarica genera il cosiddetto biogas (metano) che talvolta è utilizzato come fonte energetica, e il percolato cioè il liquame che si raccoglie sul fondo della discarica. Le discariche hanno il fondo creato con fogli di PVC termosaldato che incanala il percolato verso il fondo dove viene raccolto e portato ad impianti di depurazione. L’alternativa a tale processo sarebbe il trattamento in impianti di compostaggio e impianti di produzione di biogas. Gli impianti di compostaggio possono “pretrattare” il rifiuto prima di disporlo in discarica recuperando il metano ed evitando così la formazione di percolato.

7.3. I Materiali non Riciclabili

Organico (Umido)

I Sistemi

7.2.5.

Rifiuti Domestici Pericolosi

Sono sostanze molto inquinanti, dannose sia per l’uomo che per l’ambiente ed è necessario raccoglierle separatamente dagli altri rifiuti. Spesso i raccoglitori per alcuni rifiuti pericolosi di origine domestica, come batterie esaurite e medicinali scaduti, si trovano vicino alle isole ecologiche o vicino a farmacie e rivenditori. Questi rifiuti comprendono: • medicinali scaduti; • pile e batterie esaurite; • oli esausti da motore o da frittura e i loro contenitori; • tubi al neon e lampade fluorescenti; • solventi, vernici, inchiostri e relativi contenitori; • acidi, rifiuti alcalini, prodotti fotochimici e relativi contenitori; • pesticidi e relativi contenitori; • bombolette spray che hanno contenuto sostanze pericolose.

dei

Rifiuti

7.3.3.

Smaltimento

>> Cosa Non Mettere: • ceramica, porcellana, terracotta e cristallo; • oggetti in plastica; • materiali riciclabili; • rifiuti pericolosi come oli, pile e farmaci; • beni durevoli; • elettrodomestici in genere; • calcinacci, sassi e materiali da demolizioni edili.

I rifiuti ingombranti devono essere necessariamente conferiti nelle piazzole ecologiche. Si suddividono in: • Riciclabili: oggetti voluminosi in metallo, specchi e lastre di vetro, ramaglie e oggetti in plastica; • Non Riciclabili: materassi, poltrone, divani e tappeti; • Beni durevoli: frigoriferi, surgelatori, congelatori, condizionatori d’aria e stufe, televisori e computer, lavatrici e lavastoviglie.

>> Cosa Mettere: • contenitori e sacchetti accoppiati per alimenti come il sacchetto del caffè; • piatti bicchieri e posate di plastica sporchi; • carta oleata o plastificata per affettati, formaggi e focacce; • carta da forno; • mozziconi di sigaretta; • pannolini e assorbenti; • lampadine; • tetrapak (nei comuni in cui non è ancora attiva la raccolta differenziata); • penne, pennarelli e biro; • sacchi per aspirapolvere; • giocattoli e soprammobili non in plastica; • cd, musicassette, videocassette e custodie; • oggetti, tubi e guanti in gomma; • spugne sintetiche; • spazzolini, collant, lamette, siringhe e rasoi; • abiti e scarpe non riutilizzabili; • cotton fioc e salviette per il trucco.

Rifiuti Ingombranti

Raccolta

Nel bidone del secco non riciclabile bisogna mettere tutti i rifiuti non pericolosi che non possono essere messi nella raccolta differenziata.

7.3.2.

Seccon Non Riciclabile

I Sistemi

7.3.1.

7.4. Le Modalità di Raccolta Differenziata

>> Raccolta

Strada

Quando la raccolta differenziata viene condotta in strada, i cittadini devono conferire i loro rifiuti in contenitori presenti sulla strada. Differenziando la tipologia dei rifiuti, sono necessari anche diversi tipi di contenitori.

>> Raccolta Porta

Porta

Nella raccolta differenziata porta a porta, non sono i cittadini a portare i rifiuti nei cassonetti, ma sono gli incaricati del servizio che passano a domicilio a ritirarli. Per facilitare le operazioni, vengono spesso forniti alle famiglie bidoni o bidoncini.

>> Raccolta Multimateriale

96. Contenitori per la raccolta differenziata porta a porta

dei

Smaltimento

A tutt’oggi non c’è una standardizzazione del colore per la raccolta differenziata, cosa che alcuni ritengono di ostacolo per una corretta pratica della raccolta differenziata. Uno schema diffuso in vari comuni italiani è il seguente: • verde: vetro; • verde scuro: vegetazione e potature; • blu: carta; • giallo: plastica, alluminio, metallo; • marrone: rifiuti organici (parte umida); • nero/grigio: rifiuti secchi non riciclabili.

Contenitori

Raccolta

dei

>> Colori

Rifiuti

La raccolta differenziata presuppone che in uno stesso contenitore o sacco vengano inseriti rifiuti omogenei (solo carta o solo plastica o solo vetro e così via). Tuttavia, per comodità degli utenti, è possibile abbinare prodotti facilmente separabili a valle (raccolta multimateriale): per esempio, vetro e metallo.

I Sistemi

95. Contenitori per la raccolta differenziata in strada

7.5. Il Compostaggio

> Cos’è

Il compost, detto anche terricciato o composta, è il risultato della decomposizione di sostanze organiche da parte di macro e microrganismi in condizioni particolari: presenza di ossigeno ed equilibrio tra gli elementi chimici della materia coinvolta nella trasformazione. Il compost ottenuto in 3/4 mesi (più tempo in inverno, meno in estate) può essere usato come fertilizzante per l’orto o il giardino: infatti il terriccio reperibile in commercio è prodotto con un compostaggio industriale, con rivoltamento meccanico, ma i procedimenti ed i risultati sono equivalenti. Il suo utilizzo, con l’apporto di sostanza organica migliora la struttura del suolo e la biodisponibilità di elementi nutritivi.

Rifiuti dei

Smaltimento e

Raccolta

I rifiuti organici che possono essere compostati si dividono in: Rifiuti Umidi: • scarti vegetali, di giardino; • avanzi di cucina; • alimenti avariati; • scarti di frutta e verdura; • fondi di caffè e filtri di the; • lettiere biodegradabili di animali erbivori; • salviette. Rifiuti Secchi: • ramaglie; • paglia; • foglie secche; • carta e cartoni non trattati; • tessuti 100% naturali (lana, cotone, etc.); • truciolo.

98. Compostaggio in cumulo

> Rifiuti Compostabili

I Sistemi

97. Compostaggio

Compostaggio Domestici

Il compostaggio domestico è una procedura utilizzata per gestire in proprio la frazione organica dei rifiuti solidi urbani. I sistemi più diffusi sono: • il Cumulo: adatto per chi possiede un giardino. Consiste nel fare un cumulo di materiale decomponibile. Garantisce una buona aerazione e facilità di rivoltamento. Il cumulo va utilizzato solo per gli scarti verdi perché quelli della cucina attirano gli animali. I problemi di questo metodo sono la dipendenza dalle condizioni atmosferiche e la visibilità del materiale. • la Cassa: anche questo metodo è adatto per coloro che possiedono un giardino. In questo caso le sostanze organiche vengono accumulate all’interno di una cassa che consente una buona aerazione e facilita il rivoltamento. Anche in questo caso bisogna prendere alcune precauzioni in caso di condizioni atomosferiche non ottimali e per limitare l’impatto visivo della cassa. • la Buca: come i due metodi precedenti, anche questo sistema è adatto per chi possiede un pezzo di terra all’aperto. Consiste nel sistemare il materiale decomponibile in buche del terreno. In questo caso i vantaggi sono che il materiale non si vede e non ci sono limiti di grandezza. Il problema è l’accumulo d’acqua sul fondo e lo scarso scambio di ossigeno con l’esterno: è più facile dunque che le porzioni inferiori del materiale depositato abbiano carenza di ossigeno, andando incontro a putrefazioni. • il Composter: è un contenitore studiato per fare il compostaggio in piccoli giardini o se ci sono animali domestici perchè nasconde e ripara il materiale. Esistono diverse soluzioni: dall’economico fai-da-te (spesso costruito con materiali di recupero), ai composter prodotti industrialmente. Questi contenitori favoriscono l’ossigenazione e conservano il calore durante l’inverno. Tra i vantaggi c’è sicuramente l’occultamento del materiale organico e l’indipendenza dalle condizioni atmosferiche, nonchè tempi di compostaggio ridotti. L’unico svantaggio è che occorre aerare mediante rivoltamenti.

Raccolta di

100. Compostaggio in buca

• raccolta differenziata dei rifiuti organici; • costituire due compostiere, di cui una sarà in uso e l’altra conterrà il compost a riposo per circa 6 mesi per ognuna; • accumulo della sostanza organica all’interno dei contenitori formando vari strati: dal fondo ramoscelli, foglie, carta, segatura, erba; • aggiunta acqua e azoto e successiva copertura del materiale organico; • quando il primo composter è pieno si lascia a riposo per 6 mesi in modo che si attivi il processo di decomposizione; • è necessario periodicamente mescolare il compost in modo da garantirne una buona aerazione ed ossigenazione, fondamentali per la decomposizione di tutta la sostanza; • bisogna assicurare un corretto isolamento dei sistemi di compostaggio dall’ambiente esterno (agenti atmosferici, temperature basse, etc.); • dopo circa 3/4 mesi il compost è pronto e può essere utilizzato come fertilizzante per orti e giardini.

I Sistemi

> Procedimento

Smaltimento

dei

99. Compostaggio in cassa

Rifiuti

> Sistemi

>> Vantaggi: • permette una significativa riduzione di peso e volume dei rifiuti solidi urbani che devono essere trasportati e smaltiti; • garantisce la fertilità del suolo fornendo un fertilizzante naturale, utilizzabile nell’orto, in giardino e per le piante in vaso; • consente un risparmio economico limitando l’acquisto di terricci, substrati e concimi organici; • previene la produzione di inquinanti atmosferici che si genererebbero dalla combusione di questi scarti; • permette di diminuire i costi di smaltimento, rallentare l’esaurimento delle discariche e ridurre gli odori e il percolato da esse prodotti. >> Svantaggi: • cattivi odori e impatto visivo dell’accumulo del materiale organico (bisogna prevedere soluzioni e specifiche operazioni per ovviare a questi problemi).

> Costi

I Sistemi

102 - 103. Compostiere della Bakker e della Verdemax

Raccolta

Smaltimento

dei

Rifiuti

101. Compostaggio in composter

il prezzo di una compostiera varia a seconda di materiale, forma, dimensione e ditta produttrice. Per fare un esempio: • compostiera della Bakker da 17 euro; • compostiera della Verdemax da 90 euro.

8. I Sistemi di Ventilazione 8.1. La Ventilazione Naturale

Per venitlazione naturale s’intende il ricambio d’aria di un ambiente effettuato aprendo le finestre. In genere, in un ambiente residenziale, il ricambio medio d’aria per mantenere il comfort ed il benessere abitativo, è compreso tra 0,4 ÷0,7 volumi all’ora. Da un punto di vista bioclimatico la ventilazione naturale soddisfa un obiettivo primario: il raffrescamento degli ambienti, sia nelle abitazioni che nei luoghi di lavoro, durante i mesi estivi. La prima soluzione che si adotta normalmente è quella di affidare ad un condizionatore il gravoso compito di mitigare la calura estiva, dimenticando che la ventilazione naturale è il miglior metodo per ottenere benefici ambientali senza compromettere la salute e senza investire grosse somme di denaro. Infatti, la ventilazione naturale attiva una refrigerazione notturna dell’edificio che migliora il comfort termico, olfattivo e respiratorio di coloro che vivono nell’edificio.

> Dimensionamento

Il D.M. 5 luglio 1975 definisce le superfici aeroilluminanti minime per garantire il sufficiente ricambio d’aria, ossia il dimensionamento minimo delle aperture esterne di un edificio. Per i locali abitabili (es. soggiorno, cucina, camere da letto) la superficie aeroilluminante minima deve essere almeno 1/8 della superficie pavimentata.

Ventilazione

> Costi

>> Svanatggi: • sistema discontinuo; • poco controllabile; • in inverno favorisce il raffreddamento degli ambienti aumentando il consumo energetico per il riscaldamento; • in generale consente l’ingresso di microorganismi e pollini.

I Sistemi

>> Vantaggi: • avviene spontaneamente attraverso l’apertura delle finestre; • diminuzione del consumo di risorse; • riduzione delle immissioni inquinanti.

104. Ricambi d’aria

Essendo un sistema naturale, i costi sono nulli.

8.1.1.

Sistemi

Ventilaizone Naturale

Affinché si generino flussi d’aria occorre che vi sia una differenza di pressione che può essere dovuta a due fattori: • differenza di temperatura tra interno ed esterno dell’edificio; • differenza di pressione esercitata dal vento sulle facciate dell’edificio.

105. Effetto camino con ventilazione naturale

> Sistemi

Gradiente

Temperatura

I sistemi che si affidano al gradiente di temperatura sfruttano il movimento naturale dell’aria all’interno di uno spazio chiuso, la quale riscaldandosi sale verso l’alto. In questo caso vengono predisposte aperture sia in basso che alla sommità, rispettivamente per l’immissione e l’estrazione d’aria, ossia per favorire l’efetto camino. Talvolta, al fine di favorire questo fenomeno ed avere un maggior tiraggio, si predispongono elementi edilizi o dispositivi tecnologici in grado di raffreddare l’aria proveniente dal basso (ad esempio, patii e zone d’ombra in genere, specchi d’acqua e vegetzaione come “serbatoi” di aria fresca), o piuttosto di riscaldare quella in uscita (ad esempio, camere d’aria atte alla captazione della radiazione solare, nel caso del “camino solare”).

Pressione

106. Messa in opera di sistema per la ventilazione naturale

I Sistemi

Naturalmente, è bene verificare che i due effetti (per temperatura e per pressione) non entrino in conflitto, ma piuttosto in sinergia. Occorrerà quindi disporre le bucature secondo le correnti d’aria dominanti per evitare che l’aria smaltita per effetto camino venga nuovamente spinta all’interno.

Ventilazione

Per il controllo della ventilazione derivante dalla pressione fisica del vento sull’involucro edilizio si dovranno invece considerare principalmente la disposizione delle aperture in pianta e in alzato, insieme alle loro dimensioni, la distribuzione interna degli spazi e i dispositivi di chiusura e regolazione dei flussi d’aria. La migliore distribuzione d’aria per tutto l’edificio si otterrà con aperture disposte diagonalmente e quando non vi siano troppi ostacoli negli alloggi.

8.2. La Ventilazione Controllata

È il ricambio d’aria di un ambiente effettuato meccanicamente attraverso l’utilizzo di ventilatori che estraggono l’aria esausta dall’ambiente interno, e immettono aria proveniente dall’esterno. Questo avviene senza l’apertura di finestre o porte, tramite condotte di ventilazione forzata, collegate con gli ambienti interni da aspiratori (per la rimozione dell’aria viziata o inquinata) e da diffusori (per l’immissione di aria nuova). La presenza di uno scambiatore di calore, inserito tra il flusso d’aria proveniente dall’esterno e quello che dall’interno fluisce verso l’esterno, permette il riscaldamento e il raffrescamento dell’aria in ingresso a seconda della stagione.

> Elementi Costitutivi

107. Impianto di ventilazione controllata

>> Svantaggi: • alto costo di investimento iniziale; • oneri di gestione alti, dovuti al ricambio dei filtri e al costo dell’energia elettrica per l’impianto.

I Sistemi

>> Vantaggi: • è controllabile; • mantiene un ricambio continuo; • in inverno non si raffresca l’ambiente interno perchè si riscalda l’aria in entrata; • in estate l’aria in ingresso si raffresca sfruttando il terreno come scambiatore di calore; • comfort igienico garantito sia dal ricambio continuo, che dalla presenza di filtri che evitano l’ingresso di pollini; • comfort acustico migliorato, in quanto non è necessario aprire le finestre; • risparmio energetico del 70% del fabbisogno energetico per il riscaldamento.

Ventilazione

I principali elementi di cui si compone un impianto di ventilazione controllata sono: • scambiatore di calore; • macchina di ventilazione; • tubazioni per lo scambio di aria dall’interno all’esterno e viceversa; • collettore di aspirazione.

> Dimensionamento

1. Canali d’aria: tubi di circa 6 cm di diametro dimensionati in base alla metratura e ai ricambi d’aria necessari; 2. Distribuzione dell’arria: • a Soffitto: più vantaggioso perchè in genere il soffitto è libero da altri impianti; è svantaggioso perchè è necessario controsoffittare. • a Pavimento: è vantaggioso perchè le tubazioni sono nascoste nel pacchetto di pavimentazione; è svantaggioso perchè il pacchetto di pavimentazione deve essere di almeno 18÷20 cm per consentire la sovrapposizione con altri impianti (riscaldamento, acqua calda sanitaria). Le riprese sono comunque poste a soffitto. • nel Solaio: l’impianto viene inserito nel pacchetto del solaio in fase di costruzione. 3. Immissione dell’aria: l’aria esterna viene immessa nei locali soggetti alla permanenza di persone nel tempo (ad es. camere da letto, salotto); l’aria viziata viene estratta dai locali (in particolare l’aria di cucine e bagni carica di odori e vapori). Si devono prevedere delle griglie di aerazione tra i locali per garantire il reflusso d’aria, che vanno progettate appositamente. 4. Collettore di aerazione: in genere posto nel terreno, è costituito da materiale plastico e liscio (lunghezza compresa tra i 25÷40 m e profondità di 1,5 m); è necessario scaricare la condensa, va collocato lontano da strade e in luogo ombreggiato. 5. Macchina di Ventilazione: recupera anche il calore dall’aria viziata per trasferirlo a quella in ingresso; i requisiti necessari sono: un recupero termico del 70÷90%, un filtro in aspirazione e ripresa, motori elettrici immersi nel flusso d’aria, ventilatori con basse emissioni acustiche, recuperatore termico escludibile nel funzionamento estivo, isolamento termico e regolazione personalizzata della macchina (in genere grande come un pensile da cucina).

Recupero Termico

all’interno degli Impianti

Ventilazione

Il recupero del calore negli impianti può avvenire con sistemi diversi: 1. Batterie di scambio termico ad acqua: sono caratterizzate da efficienze ridotte e devono essere previste dove non è ammissibile il ricircolo d’aria; 2. Scambiatori di calore: traferiscono calore tra flusso d’aria in aspirazione dall’interno al flusso d’aria di immissione: • scambio di calore in controflusso (per piccole portate e rese fino a 90%); • scambio a flussi incrociati (per rese del 50÷60%, con doppi scambiatori anche fino al 70%); 3. Recuperatori di calore: trasferiscono calore e umidità dal flusso d’aria in aspirazione al flusso d’aria di immissione: • scambio ad accumulo di tipo rotativo (effificienze intorno al 75%); • scambio ad accumulo di tipo statico con inversione dei flussi (recupero d’umidità fino al 65%, efficienza oltre il 90%).

> Sistemi

109. Recuperatore di calore: scambio ad accumulo di tipo rotativo e scambio ad accumulo di tipo statico con inversione dei flussi

Funzionamento

I Sistemi

108. Scambiatore di calore: scambio in controflusso e a flussi incrociati

> Sistemi

Distribuzione

> Sistemi

anti-Rumore

del

Calore

• batteria di post-riscaldamento; • riscaldamento elettrico diretto; • riscaldamento mediante pompa di calore.

• insonorizzazione macchina; • silenziatori nei canali d’aria; • silenziatori nei collegamenti dei canali tra un vano e l’altro.

> L’Umidificazione

L’umidità ideale dell’aria deve essere compresa tra il 40% e il 60%. In inverno l’umidità relativa scende, in ambienti chiusi e ventilati, fino al 20%, perciò è necessario installare un impianto di umidificazione. Esistono tre sistemi di umidificazione: • Adiabatica: l’acqua evapora e sottrae calore all’aria; un sistema ormai poco utilizzato per motivi igienici; • a Compressione: l’acqua viene vaporizzata ad alta pressione e spruzzata sottoforma di vapore; • a Vapore: un sistema igienicamente più salubre; l’acqua viene evaporata elettricamente e iniettatta sottoforma di calore nel flusso d’aria di mandata.

> La Deumidificazione

I Sistemi

Ventilazione

In estate, soprattutto in zone afose, con il raffrescamento dell’aria aumenta l’umidità relativa. La deumidificazione avviene: • per Raffrescamento dell’aria: portando la temperatura sotto il punto di rugiada, condensando quindi il vapore presente nel flusso. Dopo la deumidificazione l’aria deve essere di nuovo riscaldata per garantire il comfort termico. • ad Assorbimento: utilizzando sali igroscopici che assorbono l’acqua presente nel flusso d’aria.

8.2.1.

Impianti

Ventilazione Controllata

Esistono in commercio diverse macchine di ventilazione, che attraverso una gestione corretta, consentono un congruo risparmio rispetto agli impianti tradizionali. Gli impianti più diffusi sono: • impianti recuperativi; • impianti a raffrescamento adiabatico indiretto ed elevato grado di recupero invernale.

> Impianto Recuperativo

110. Esempio macchina di ventilazione con un recuperatore rotativo in grado di garantire un elevato recupero termico e dell’umidità

• funzionamento a compressore per il raffrescamento interno, con recupero di calore e umidità; • uso prevalentemente invernale; • recupero termico sensibile superiore al 90%; • recupero umidità superiore al 60%; • raffrescamento estivo con pompa di calore interna; • applicazioni: uffici, palestre con uso saltuario.

> Impianto

a raffrescamento

Adiabatico

con

Compressore Interno

funzionamento con elevato recupero termico ma senza recupero d’umidità; uso sia invernale che estivo; recupero termico sensibile superiore al 70%; recupero umidità pari a 0%; raffrescamento estivo dell’aria di mandata tramite umidificazione dell’aria espulsa con scambiatore di calore; • applicazioni: sala conferenze, teatri, cinema, etc.

I Sistemi

111. Esempio di uno scambiatore di calore ad elevato grado di recupero

Ventilazione

• • • • •

La Domotica per il Controllo Energetico

La domotica è la scienza interdisciplinare che si occupa dello studio delle tecnologie atte a migliorare la qualità della vita nella casa e più in generale negli ambienti antropizzati. Il termine domotica deriva dal latino domus che significa “casa”. Questa settore, fortemente interdisciplinare, richiede l’apporto di molte tecnologie e professionalità, tra le quali ingegneria edile, automazione, elettrotecnica, elettronica, telecomunicazioni ed informatica.

> Funzionamento

112. Applicazioni della domotica

Casa Intelligente

Con “casa intelligente” si indica un ambiente domestico, opportunamente progettato e tecnologicamente attrezzato, il quale mette a disposizione dell’utente tecnologie e sistemi che sono in grado di svolgere funzioni parzialmente autonome (secondo reazioni a parametri ambientali di natura fissa e prestabilita) o programmate dall’utente o, recentemente, completamente autonome (secondo reazioni a parametri ambientali dirette da programmi dinamici che cioè si creano o si migliorano in autoapprendimento). La casa intelligente può essere controllata dall’utilizzatore tramite opportune interfacce utente (come pulsanti, telecomando, touch screen, tastiere, riconoscimento vocale), che realizzano il contatto (invio di comandi e ricezione informazioni) con il sistema intelligente di controllo. Tra le principali applicazioni abbiamo: • termoregolazione; • controllo dell’illuminazione; • controllo avvolgibili; • controllo degli accessi; • comando vocale e riconoscimento facciale.

per il

La Domotica

> Applicazioni:

Controllo Energetico

I segnali digitali vengono trasmessi attraverso dei cavi per dati che permettono di ampliare e modificare il funzionamento del sistema. È importante che siano trasmessi in modo standardizzato, al fine di poter gestire e controllare apparecchi e macchinari di diverse case produttrici. Il segnale più diffuso e flessibile è il BUS EIB (adottato da più di 130 ditte produttrici). Questo sistema gestisce tutti gli impianti attraverso un sistema “telefonico” a fili. Sui cavi sono installati i dispositivi che controllano e gestiscono i diversi apparecchi. Il sistema viene programmato attraverso un software e può essere modificato o aggiornato in qualsiasi momento.

114. Esempio di interfaccia utente per il controllo del sistema domotico

per il

>> Svantaggi: • Costi iniziali leggermente più elevati: gli impianti domotici hanno ovviamente prezzi più alti rispetto quelli tradizionali. • Specializzazione dei tecnici: per quanto la domotica sia in rapida espansione, molti tecnici tra installatori e progettisti non conoscono sufficientemente la materia. • Disinformazione: non esiste ancora una cultura domotica radicata nell’opinione pubblica. Pertanto sarà compito del progettista o dell’installatore informare il cliente di queste nuove tecnologie.

La Domotica

113. Controlli remoti del sistema domotico

>> Vantaggi: • Flessibilità: il funzionamento di ogni singolo dispositivo domotico è determinato dalla propria configurazione e non dal cablaggio. Per questo motivo è possibile cambiare facilmente la configurazione del sistema sia in corso d’opera sia in un secondo momento. • Multifunzionalità: ogni dispositivo domotico può svolgere contemporaneamente più funzioni. Si viene così a ridurre il numero dei dispositivi che sarebbero necessari in un impianto tradizionale. • Cablaggio ridotto del 50%: i cavi sono limitati a prese e attuatori. Tutti gli altri collegamenti possono essere effettuati con cavi SELV o cavetti di piccola sezione. • Versatile: la separazione tra dispositivo di comando e dispositivo d’attuazione permette di posizionare i primi anche in zone non consentite con gli impianti tradizionali. • Modificabile: in un sistema domotico integrato, una ridefinizione del funzionamento non implica necessariamente il rifacimento del lavoro già eseguito. Per questo motivo i costi delle varianti in corso d’opera sono assai contenuti. • Maggiore sicurezza: la riduzione della complessità, del numero e della sezione del cablaggio riduce conseguentemente il carico infiammabile, con un miglioramento della sicurezza e una semplificazione delle misure antincendio. • Ideale per ogni soluzione: l’impianto domotico è adatto alle nuove costruzioni, alle ristrutturazione e anche alle vecchie costruzioni. È infatti possibile sfruttare il cablaggio esistente, modificandolo e integrandolo, per adattarlo alla funzione domotica. • Implementazione: in ogni momento, anche a impianto ultimato, si possono aggiungere facilmente nuove funzionalità, senza necessità di cambiare dispositivi o rifare il cablaggio. • Controllo remoto: un sistema domotico è facilmente gestibile a distanza. • Minori costi d’esercizio: ogni dispositivo utilizza le informazioni provenienti da altri dispositivi per autoregolarsi, economizzando al massimo i costi.

Controllo Energetico