Appunti di Progetto degli impianti tecnici degli edifici

Lezione 13/09

Argomenti del corso

In Italia l’energia è materia concorrente, cioè lo Stato fa delle leggi ma le Regioni

sono libere di inasprire quanto fatto dallo Stato.

Si parlerà di normativa europea, che implica la scrittura di direttive, anche in

materia di energia (EBPV).

Bisogna prima capire le normative per poter capire quale tecnologia applicare;

poi studieremo i sistemi che possono essere applicati. Il corso è abbastanza

spostato verso l’uso delle fonti di energia rinnovabili, ora questo tema diventa

ancora più cogente.

Non c’è più un sovrapprezzo sulle rinnovabili perché c’è solo un costo di

investimento, che è pianificabile, quindi è più conveniente. Le rinnovabili non

hanno un costo di utilizzo (la luce solare non costa).

Molte cose in futuro funzioneranno a energia elettrica (piano nazionale italiano:

PNIEC), gli obiettivi sono l’efficienza energetica in primo luogo e poi sostituire le

fossili con le rinnovabili. È più conveniente usare rinnovabili elettriche di

rinnovabili termiche secondo il governo italiano, per questo ci si sta spostando

verso un processo di elettrificazione del sistema energetico per decarbonizzare

(nel concreto significa togliere le caldaie e mettere pompe di calore)

Soluzioni tecnologiche che analizzeremo:

• Scambiatori di calore (studio di fisica della trasmissione del calore di

questo componente) conoscere la teoria e 2 metodi di calcolo per il



dimensionamento

• Soluzioni tecnologiche per la produzione di energia termica:

o Caldaie

o Caldaie a gas (come sono fatte, distinzione tra le categoria, a temperatura

costante, a temperatura scorrevole, a condensazione)

o Pompe di calore

o Pompe di calore ibride (forse) sono una soluzione tecnologica che



prevede l’accoppiamento di una caldaia con una pompa di calore (la

caldaia copre l’esigenza energetica a più alta temperatura). È una risposta

reale perché non sempre il sistema a pompa di calore funziona bene.

o Pompe di calore a gas

o Impianti solari termici, che hanno perso mercato ma hanno ancora un

senso per la produzione di acs e per gli impianti centralizzati

(introduzione sull’irradianza solare degli edifici, un paio di lezioni sul

funzionamento dei collettori, quali sono i fenomeni fisici, quali sono i

metodi di dimensionamento)

o Reti idroniche con approfondimento sulla differenza tra bilanciamento di

una rete e controllo, quali tecnologie si usano per il bilanciamento, metodi

di calcolo per il bilanciamento

o Impianti ad aria (3 lezioni) definizione del tipo di tecnologie che si



utilizzano, distinzione tra impianti a tutt’aria e impianti misti, diagramma

psicrometrico, definizione delle portate volumetriche, come parametro di

dimensionamento per canali, UTA

• Impianti fotovoltaici e dimensionamento(avere impianti sui tetti significa

avere meno strutture necessarie a portare energia in giro, fondamentali

per l’elettrificazione del sistema)

• Impianti di teleriscaldamento (quarta e quinta generazione, cioè

alimentato da fonti rinnovabili) 1 lezione il processo di

decarbonizzazione delle città passa per l’uso di energia negli edifici, e in

particolare il riscaldamento. Ridurre le emissioni di CO2 legate al

riscaldamento è fondamentale. Può essere più economicamente

conveniente usare impianti centralizzati per la generazione di energia

termica rispetto a impianti distribuiti soprattutto in zone densamente

abitate. La centralizzazione porta a dei vantaggi in termini di efficienza e

di uso delle rinnovabili, inoltre dà possibilità di recuperare l’energia

termica (utilizzo dell’energia dei centri di elaborazione dati, dove

l’energia di raffreddamento delle macchine non deve essere dispersa in

ambiente). Gli impianti solari termici sono usati solo per il

teleriscaldamento e per la produzione di acs.

• LCA (Life Cycle Assessments) metodi normati per la valutazione



dell’impatto ambientale di prodotti e servizi, che cominciano ad essere

applicati all’ambito immobiliare. Nei bandi si parla di 10 sfide (la sfida 1 e

la sfida 3 parlano di energia 0). A lezione si farà un inquadramento teorico

e un esempio di calcolo.

Esame:

prova orale (definizioni, metodi di dimensionamento, modo in cui funzionano,

analisi critica del funzionamento per accedere al voto più alto).

Se si aprono delle discussioni durante le lezioni si alleggerisce il carico della

valutazione finale.

Esercitatrice per esercizi sul solare termico e sulle reti idroniche.

L’esercitazione non c’è su tutti gli argomenti, per esempio sulle caldaie non c’è.

Caserini lezione sui cambiamenti climatici (forse)



Martedì: 9.15

Mercoledì: 8.30

No lezioni virtuali (solo in caso di problema specifico, contattare in caso di

necessità)

Lezione 20/09/2022

ENERGY UNION, EU ENERGY RELATED DIRECTORIES, ROADMAP 2050 AND ITALIAN

NPEC 2030

Podcast ZERO di Emanuele Compani sui temi della transizione

A differenza dell’Italia, la Germania ha messo a punto un piano di regole più sfidante,

più ambizioso di quello proposto dall’Unione Europea. Per questo motivo per quanto

riguarda l’Italia si studia quanto proposto dall’Europa poiché si è sempre solo adeguata

a questi obiettivi imposti. La Germania e la Danimarca hanno fatto autonomamente

scelte diverse. Principalmente per ragioni economiche: essere leader nella produzione

di energia, ad esempio, permette di esportare e di guadagnare.

Una parte della legge 10 restò inattuato (legato alla penetrazione delle rinnovabili) a

causa dell’assenza del decreto legislativo. Si vide l’applicazione dei decreti attuativi poco

tempo prima che la legge venisse abrogata. Questa condizione è emblematica per

definire la situazione italiana in campo legislativo.

Per l’Europa i vincoli sono fissati e i limiti di tempo imposti in modo chiaro; i

cambiamenti avvenuti in Italia sono avvenuti principalmente grazie alle direttive

europee, non grazie alle leggi italiane.

THE ENERGY UNION: STRUTTURE E OBIETTIVI

L’Unione energia è un progetto che è stato varato nel 2015; l’idea generale è che si crei

un contesto di norme e di regole tale per cui si assicuri ai cittadini dell’unione

l’approvvigionamento sicuro ed economicamente sostenibile delle risorse energetiche.

L’Unione Europea tendenzialmente importa vettori energetici; il gas a parte qualche

produzione autoctona era importato dalla Russia e dal Nord Africa e da Paesi in Medio

Oriente per il TAP. Lo sforzo per garantire la sicurezza è stato piuttosto fallace, come si

è visto dopo la guerra russa.

Accordo di Parigi: accordo internazionale per combattere i cambiamenti climatici,

quindi in prima battuta per ridurre le emissioni. È molto importante perché è la prima

volta che si trova un accordo firmato da quasi tutti i Paesi del Mondo. Durante le COP

(conferenze delle parti) si è trovato un accordo, mentre in passato i Paesi emergenti

accusavano i Paesi che erano già ricchi avendo sfruttato le risorse senza preoccuparsi

delle conseguenze. In occasione dell’accordo di Parigi si definì l’obiettivo comune: far sì

che la temperatura media dell’atmosfera non superi un determinato livello (se lo

superasse ci sarebbero dei disastri che non permetterebbero di tornare ad una

situazione vivibili). Quindi l’accordo prevede l’aumento di non più di 1,5°C entro una

certa data. L’obiettivo è quindi decarbonizzare entro il 2050: ovvero non emettere più

CO2 entro il 2050. La concentrazione di CO2 continua ad aumentare nel tempo, quindi

per far sì che si raggiunga l’obiettivo di contenimento della temperatura bisogna

limitare la concentrazione di CO2 entro il 2050. Oggi studi recenti suggeriscono di

essere ancora più rigidi perché è possibile, data l’accelerazione di certi fenomeni, di

evitare di emettere CO2 in atmosfera raggiungendo la neutralità carbonica ancora

prima.

5 DIMENSIONI DELL’UNIONE DELL’ENERGIA

Si tratta di 5 vincoli:

Sicurezza, solidarietà e affidabilità della fornitura: significa che l’energia è un

 bene primario e non ci possiamo trovare in condizioni in cui la gente non abbia

energia per vivere.

Un unico mercato dell’energia in tutta l’unione

 Efficienza energetica per la riduzione della domanda: l’unione si dà a questo

 motto: “energy efficiency first”, per cui prima di pensare di decarbonizzare

bisogna prima pensare a ridurre la domanda

Decarbonizzazione dell’economia (in tutte le sue dimensioni)

 Ricerca, innovazione e competitività: questa dimensione è sempre più

 interessante; in passato c’era molta meno attenzione a questo tema. Il settore

degli impianti sta cambiando in maniera così veloce che non ha senso parlare di

un’unica soluzione tecnologica. Questo non vale solo per gli impianti, ma anche

per le tecnologie costruttive relative alla costruzione di edifici.

ENERGY SECURITY, SOLIDARITY AND TRUST

L’obiettivo era diventare più indipendenti dalle fonti esterne e questo è il punto che è

fallito di più. Il fattore scatenante è stata la guerra in Ucraina. La guerra ha messo in

crisi l’idea della sicurezza del sistema, l’uso delle rinnovabili non ha solo la dimensione

della decarbonizzazione ma ha un impatto significativo anche sulla sicurezza del

sistema. L’impatto non è solo sull’approvvigionamento ma anche di tipo economico. Le

rinnovabili garantiscono la stabilità del prezzo: la parte più importante è il costo di

investimento dell’impianto, che viene ammortato nel corso degli anni. Questo costo,

considerando costante la radiazione solare, mi garantisce che l’energia prodotta è

sempre la stessa. Il problema attuale di aumento di costo delle bollette non ci sarebbe se

si usassero solo le rinnovabili, in cui il costo è quasi tutto costo di investimento e per

questo so che l’energia negli anni costa sempre uguale. La sicurezza di

approvvigionamento quindi è un valore. Essere in grado di stabilizzare il rischio

permette di stabilizzare la società ed i servizi forniti.

Tra i problemi legati a questo tema di sicurezza della fornitura c’è lo sviluppo di una

strategia sul gas liquido. Il gas arriva a destinazione mediante i gasdotti, quindi una

strategia per differenziare le fonti prevede la differenziazione del trasporto del gas (ad

esempio dagli USA arriva mediante gas liquido, attraverso le metaniere, ovvero delle

navi e all’arrivo deve essere rigassificato; questo processo aumenta il numero di

potenziali acquirenti e la sicurezza). In Italia i rigassificatori sono a Ravenna e in Liguria

a Porto Venere, inoltre ce ne sono in progetto altri 3, uno dei quali a Piombino e 2 mobili

(sono delle navi). Il gas in arrivo dalle navi deve essere scaldato perché il passaggio di

stato è garantito solo dalla fornitura di energia termica.

MERCATO DELL’ENERGIA COMPLETAMENTE INTEGRATO

Questo significa collegare mercati attraverso cooperazioni regionali, potenziando anche

le connessioni fisiche tra i Paesi dell’unione. È necessario inoltre un governo per il

mercato dell’elettricità europeo.

Il mercato italiano è molto influenzato dal mercato del gas, è una specie di asta ogni

quarto d’ora, chi offre il prezzo migliore entra nel mercato finchè non si satura la

domanda e poi si remunerano tutti al prezzo offerto dall’ultimo entrato nel mercato. Per

questo la remunerazione di tutti oggi avviene ad un prezzo molto alto, anche per chi non

si remunera a gas. Questa cosa è fortemente distorsiva dei valori economici del mercato

ed ha aperto il dibattito sul tema degli extra profitti di chi produce energia elettrica.

EFFICIENZA ENERGETICA

È il tema principale, uno dei pilastri dell’Unione: se dobbiamo investire facciamolo per

ridurre la domanda; questo perché permette di usare meno risorse.

L’obiettivo di questa dimensione dell’Unione è trattare le azioni che riguardano

l’efficienza energetica così come si trattano le fonti, concentrandosi sui due settori

principali, ovvero i trasporti e gli edifici. Il consumo energetico dei Paesi occidentali si

dividono in trasporti, edifici e industria (circa 1/3 ciascuno). Noi siamo interessati alla

categoria degli edifici, su cui c’è un potenziale più alto perché è più difficile far

risparmiare agli edifici. Il pezzo più grosso di investimenti nel processo di

decarbonizzazione è sui trasporti.

Gli edifici sono un pezzo facilmente attaccabile dal punto di vista degli investimenti.

L’UE si occupa di rivedere la EPBD (energy performance building directive), dei livelli di

classificazione energetica, di proporre un pacchetto di azioni sui trasporti e l’idea di

supportare lo sviluppo di strumenti finanziari che accelerino questa trasformazione.

DECARBONIZZAZIONE

L’azione su questa dimensione è far sì che l’Europa diventi la guida per le scelte

politiche, per la produzione di energia e per l’esportazione della stessa. Ergersi ad

essere la guida nel promuovere l’uso di certe tecnologie significa anche essere in grado

di produrre valore aggiunto.

Quindi è necessario un aumento significativo di investimenti su misure alternative, la

messa in campo di azioni sulla riduzione di emissioni di CO2 in una misura del 40% e la

revisione del Renewable Energy Directive

ETS: emission trading system, un sistema di diritti di emissione che si applica a tutti i

settori industriali che hanno un’incidenza molto forte sulla emissione. Alcuni sistemi

industriali molto energivori sono responsabili di parti significative di emissione

(produzione di acciai, cemento, di energia elettrica). Questi soggetti industriali devono

comprare dei certificati in funzione di quante emissioni rilasciano in atmosfera. Questo

meccanismo permette di creare una specie di tassa sul carbone, che viene poi

reinvestita per ridurre le emissioni; inoltre se aumenta il costo dei certificati la gente è

più stimolata a ridurre le emissioni. Stanno sotto ETS solo i sistemi più emissivi, non

tutta l’economia. Anche gli edifici staranno sotto ETS dal 1 gennaio 2026, anche gli

edifici avranno quindi una carbon tax. Nel percorso dell’Unione è prevista una revisione

del meccanismo ETS (che è già stata fatta) e una nuova regolamentazione su LULUCF,

ovvero sull’uso dei terreni di forestazione, sulla gestione dell’agricoltura (quante

emissioni vi sono collegate) e sulla gestione della forestazione per calcolare quante

emissioni sono assorbite dalla riforestazione di alcune aree.

RICERCA, INNOVAZIONE E COMPETITIVITA’

Riguarda soprattutto le università ma sta diventando molto importante anche a livello

industriale.

GOVERNANCE OF THE ENERGY UNION

Come è previsto che funzioni?

È necessario che il sistema sia organizzato, come prima cosa agli stati membri è stato

chiesto di scrivere gli NEPC. Il piano con tutte le azioni che prevedono tutti i livelli di

decarbonizzazione fino al 2030 è stato mandato a Bruxelles e fa parte della struttura del

governo dell’Unione.

L’Unione ha suddiviso gli obiettivi a tutti i Paesi membri (28), in base a come funziona il

sistema energetico, all’evoluzione economica ed ha chiesto di fare un piano per

raggiungere questi obiettivi. Queste azioni sono state fatte nel 2018 e sono entrate in

vigore nel 2021 (valide dal 2021 al 2030, anno in cui verranno raggiunti questi

obiettivi).

Saranno necessarie delle revisioni ai piani perché nel frattempo l’Unione ha inasprito gli

obiettivi (fit for fifty five). Quindi il rifacimento del piano diventa necessario nel

momento in cui si cambiano gli obiettivi.

31/12/2018: prima consegna del PNIEC (NEPC italiano)

31/12/2020: tutti gli Stati membri hanno consegnato il piano

obiettivi:

riduzione del 50% di emissioni entro il 2030 (primo piano, steso nel 2018)

 emissioni 0 nel 2050 (revisione del piano, ma meno dettagliato perché non si

 conoscono le tecnologie che saranno presenti nel 2050)

3 DIRETTIVE PRINCIPALI: RED, EED, EPBD

RED: Renew Energy Directive insiste sul raggiungimento degli obiettivi delle



rinnovabili

EED: Efficiency Energy Directive obiettivi di risparmio, derivano misure di



contenimento sui consumi all’utenza (sostituzione delle lampade a incandescenza con

lampade a basso consumo)

EPBD normativa che ha introdotto la certificazione energetica in Europa, ha espresso



il concetto di nzeb, l’idea della minimizzazione di consumo di energia da fossili. Una

serie di concetti che hanno accompagnato il settore dell’edilizia. Viene periodicamente

aggiornato

L’attuale obiettivo è in realtà il 55% (fit for fifty five)

Nel 2018 sono state fatte nuove versioni delle 3 direttive principali per aggiornarle. La

scelta della rivisitazione di queste direttive è legata al fatto che man mano si definisce

nuovamente l’obiettivo. In tutti gli esercizi di scenario la pietra angolare delle

costruzioni è sempre un piano di riqualificazione degli edifici massivo. Il futuro si dovrà

occupare di riqualificazione, senza dubbio, perché non ha molto senso agire solo sulle

rinnovabili senza prima riqualificare: richiederebbe degli investimenti troppo

importanti.

RED II

L’obiettivo in vigore è il 32%

Questi obiettivi sono vincolanti per tutti gli Stati membri, ci sono obiettivi vincolanti

anche sui trasporti (almeno il 14% entro il 2030). È prevista almeno una certa

penetrazione di biocombustibili.

Un tema centrale, quando guardiamo all’ev