Atti del Seminario: "Certificazione e Risparmio Energetico in Architettura: criteri ed applicazioni - Il progetto Europeo EULEB" tenuto ing. Giuseppina Alcamo|Docente del Master ABITA presso l'Università degli Studi di Firenze

Le “fonti energetiche rinnovabili non fossili”  possono rappresentare un valido contributo alla produzione di energia. Il loro utilizzo contribuirebbe a diversificare le tecnologie di produzione, a ridurre il livello di dipendenza dalle fonti energetiche non rinnovabili ed, inoltre, a rispettare l’ambiente perchè le emissioni in molti casi sono praticamente nulle (precisiamo che per i rifiuti e le biomasse le emissioni possono essere controllate dalle moderne tecnologie di combustione e depurazione dei fumi).

Le fonti rinnovabili sole, vento, acqua, terra e biomasse e le relative tecnologie di produzione dell’energia saranno di volta in volta trattate attraverso approfondimenti separati.

La conversione dell’energia della radiazione solare in calore è senza dubbio il modo di gran lunga più conosciuto e utilizzato per sfruttare l’energia solare. Nella presente news-letter tratteremo, inizialmente, della fonte rinnovabile Sole e delle tecnologie Solare Termico e Solare Termico Combinato che, direttamente, sfruttano l’energia della radiazione solare.

Quando l’energia viene utilizzata per riscaldare acqua ad uso sanitario o aria ambiente (perchè il vettore  che scambia e trasporta calore è l’aria non l’acqua) parliamo di Solare Termico; invece, se viene prodotta acqua calda sia sanitaria che per il riscaldamento degli ambienti, trattasi di Solare Termico Combinato.

Il Solare Termico è costituito da collettori (pannelli metallici neri esposti a sud ed installati su superfici in grado di garantire una buona insolazione, un ancoraggio sicuro e un’adeguata manutenzione) per produrre acqua calda sanitaria o riscaldare ambienti.

Il dimensionamento. Una copertura pari al 60, massimo 80 % del fabbisogno (valori superiori all’80% farebbero aumentare il costo dell’impianto notevolmente) richiede una superficie collettori di 1,2 mq/persona per l’Italia Settentrionale, 1 mq/persona per l’Italia centrale e 0,8 mq/persona per l’Italia meridionale e un serbatoio di accumulo pari a 50 – 70 litri per ogni metro quadro di collettori solari (il dimensionamento dell’impianto varia a seconda dei fattori locali, la latitudine, l’utilizzo e il tipo di pannello).

I componenti. I componenti sono: il collettore solare ad assorbimento (costituito da una superficie assorbente, una rete di distribuzione in cui scorre il fluido termovettore, una copertura trasparente, un rivestimento isolante e da una struttura di contenimento che costituisce l’involucro esterno), il serbatoio di accumulo, il vaso di espansione e la pompa di circolazione se l’impianto è a circolazione forzata.

Le alternative tecnologiche. Esistono per tipo di impianto:

1. a circolazione naturale: l’acqua circola nel collettore per effetto termosifone e viene prelevata direttamente dal bollitore;

2. a circolazione forzata; nel collettore circola fluido termovettore che grazie ad una pompa va in circolo trasmettendo il calore all’acqua contenuta nel bollitore;

per tipo di collettore:

1. collettore piano vetrato - composto da una intelaiatura, termicamente isolata, coperta da un vetro protettivo che crea l’effetto serra. Una alternativa al vetro è il policarbonato alveolare, leggero, resistente ed economico; garantisce una minor perdita per convezione, ma è meno trasparente. All’interno del collettore risiede l’assorbitore di calore (una lastra metallica) sul quale sono saldati i tubi al cui interno circola il fluido termovettore; il fluido riceve il calore ceduto dall’assorbitore e provvede a trasportarlo nel serbatoio di accumulo.

I collettori piani possono essere: a superficie non selettiva se l’assorbitore è semplicemente verniciato di nero; a superficie selettiva se l’assorbitore è trattato in superficie con un prodotto che gli attribuisce un comportamento selettivo ovvero, che gli consente di assorbire in maniera consistente la radiazione solare incidente. Questi ultimi offrono un miglior rendimento, ma con un incremento di costo pari al 10%;

2. collettore a tubi sotto vuoto - composto da una batteria di tubi in vetro sottovuoto all’interno dei quali sono posti assorbitori a strisce che, captano l’energia solare per trasferirla al fluido termovettore. Le proprietà isolanti del sottovuoto garantiscono minime dispersioni di calore e la possibilità di produrre acqua calda fino a temperature di 115 - 120°C. È particolarmente adatto a località dalle temperature esterne basse o per utilizzi che richiedono temperature elevate.

I costi. Un kit compreso di bollitore, pannello ed accessori capace di soddisfare mediamente il 70 – 80 % del fabbisogno di acqua calda sanitaria per una famiglia di 2 – 4 persone ha un costo compreso fra i 2000 e i 4000 € (ricordiamo che ci sono variabili come la posizione dell’impianto, la latitudine e l’insolazione).

I benefici. Quelli a carattere economico si concretizzano con un tempo di ammortamento di spesa pari, approssimativamente, a circa 5 anni per un impianto adatto ad una famiglia di 4 persone. Tale previsione è, tra l’altro, anche funzione di possibili formule incentivanti. Quelli a carattere ambientale si traducono in una riduzione del consumo di combustibile tradizionale e del relativo contenimento delle emissioni in atmosfera di CO2.

Il tempo di vita. Mediamente, per un impianto di buona qualità, si attesta sui 20 anni.

Il Solare Termico combinato. Integra il sistema di riscaldamento degli ambienti interni e produce acqua calda sanitaria.  È costituito da collettori solari in cui circola un fluido che, riscaldato dal sole, passa in uno scambiatore dove cede calore all’acqua di un circuito secondario; l’acqua calda, accumulata nel boiler, sarà disponibile per gli usi preposti. All’interno dei collettori avviene una circolazione forzata del fluido termovettore grazie ad una pompa di circolazione. Esistono due tipi di impianto: a sistemi “aperti” in quanto il fluido termovettore che circola è l’acqua usata dall’utenza; a sistemi “chiusi” in cui il fluido termovettore e l’acqua da scaldare circolano in due circuiti separati. La densità di energia è bassa e, pertanto, risulta ideale per tecnologie di riscaldamento a basse temperature (radiatori a pavimento o a parete) come per un utilizzo di acqua calda sanitaria ad una temperatura tra 40° e 80°.

Il dimensionamento. Richiede una superficie di collettori dai 10 – 20 mq  in sù. È piuttosto complesso perché richiede parametri quali la zona climatica e il fabbisogno di acqua calda sanitaria (da calcolare in base al numero di persone, alla percentuale di riscaldamento da coprire con la fonte solare e al tipo di collettore).

I Componenti. Sono: collettori solari (proporzionati alla potenza termica richiesta), pompa di circolazione (che consente la circolazione del fluido termovettore nel circuito primario), valvola di non ritorno, centralina di controllo (che gestisce il funzionamento della pompa e i parametri di temperatura), vaso di espansione, scambiatore di calore (che consente lo scambio tra il fluido del circuito primario e l’acqua di quello secondario) e serbatoio di accumulo (coibentato dove si accumula l’acqua calda prodotta).

Le alternative tecnologiche. Esistono per tipo di collettore:

1. collettore piano vetrato selettivo o non selettivo come precedentemente descritto;

2. collettore a tubi sotto vuoto come precedentemente descritto;

3. collettore piano non vetrato, in materiale plastico di colore nero privo di scatola di contenimento, di copertura vetrata e di isolamento. È senza dubbio economico ma richiede temperature esterne elevate (20 °) e pertanto è indicato, prettamente, per riscaldare l’acqua delle piscine in estate;

4. collettore a tubi sotto vuoto heat pipe (tubo di calore), la superficie assorbente è saldata ad un tubo chiuso alle estremità contenente del fluido bassobollente (anche acqua) che, ricevendo calore dalla superficie irraggiata, evapora fino a condensarsi nella parte superiore (bulbo sede dello scambio termico); il tubo è refrigerato da un flusso d’acqua provocando la condensa del fluido, bassobollente, in esso contenuto. Il condensato rifluisce per gravità verso la zona evaporativa, lambendo la superficie interna del tubo. Questa tipologia di collettori può essere proposta per l’integrazione del riscaldamento, soprattutto, a basse temperature (riscaldamento a pavimento, parete, battiscopa). Ideale anche per la sola produzione di acqua calda sanitaria, ma, i prezzi di produzione e vendita risultano più elevati.

Gli Incentivi nazionali per gli impianti Solari Termici. Il D.P.R. 633 del 1972 nella Tabella “A” parte III, “Beni e Servizi soggetti all’aliquota IVA al 10%”, l’art. 127 quinques prevede per la realizzazione di impianti di produzione e reti di distribuzione calore – energia e di energia elettrica da fonte solare - fotovoltaica ed eolica sempre l’IVA al 10% su materiali, progettazione e installazione. Nel caso di sostituzione dell’impianto in un edificio esistente è possibile, anche, detrarre dalla dichiarazione dei redditi il 41% dell'importo complessivo, comprese le spese di progettazione; il recupero dell’IRPEF avviene con quote annuali di pari importo ripartire in cinque/dieci per un tetto massimo di spesa di 48.000 € (Legge 23 dicembre 2005 n. 266). Vedi news "Aggiornata al 2006 la Guida alle agevolazioni per le ristrutturazioni edilizie dell'ANCE".

Gli Incentivi regionali. Eventuali incentivi di tipo regionale sono da verificarsi caso per caso.

Si ricorda che nella sezione Approfondimenti Tecnici di BibLus è possibile consultare e scaricare un documento, curato dalla Facoltà di Ingegneria dell’Università di Reggio Calabria, che fornisce tutti gli elementi per procedere alla corretta progettazione dell’impianto Solare Termico.

Inoltre rendiamo disponibili in allegato i seguenti documenti di supporto da poter scaricare liberamente:

1.  "Solare Termico" della collana di documenti del progetto RES & RUE Dissemination presentato da Adiconsum come campagna informativa sull’uso efficiente dell’energia e delle fonti rinnovabili;

2.  Impianti solari termici – Manuale per la progettazione e costruzione – Cofinanziato dalla Commissione Europea, DG TREN nell’ambito del programma e realizzato nell’ambito del progetto ALTENER Europeo qualisol – Installer qualification on solar heating systems;

3.  “Solar Combisystems” - Schede tecniche di impianti realizzati – ALTENER e IEA International Energy Agency;

4.  Guida alla scelta e all’installazione degli impianti solari per uso termico – L’Abruzzo cattura il sole e ne fa energia. A cura della Regione Abruzzo, Assessorato Ambiennte Turismo Energia Territorio ed ARAEN Agenzia Regionale per l’Energia, all’interno del Programma Comunitario SAVE II approvato dalla Commissione EU;

5.  Indicazioni Tecniche per Impianti Solari Termici di grandi dimensioni” – Provincia di Torino.

IL SOLARE TERMODINAMICO
L'energia termica, calore, viene sfruttata indirettamente in cicli Termodinamici grazie ai quali viene prodotta elettricità da immettere nella rete.
La tecnologia si basa sull'utilizzo di semplici "specchi parabolici" per la concentrazione della radiazione diretta, al fine di convertire in modo efficiente l'energia solare in calore ad alta temperatura. Per superare il limite della variabilità solare dovuto al ciclo giorno/notte il sistema prevede che l'energia solare venga immagazzinata sotto forma di calore grazie all'impiego di sali fusi alla temperatura di 550° C (nuova miscela di sali in grado di trattenere a lungo il calore). L'accumulo termico avrà una capacità tale da erogare potenza in modo completamente indipendente dalla presenza dell'irraggiamento solare. Questa nuova tecnologia, ancora in fase di sperimentazione, qualora sviluppata su scala commerciale potrà costituire una nuova alternativa per la produzione di energia elettrica ad un costo tendenzialmente competitivo e ad emissioni inquinanti nulle.

IL SOLARE FOTOVOLTAICO
La tecnologia fotovoltaica si basa, invece, sulla proprietà di alcuni materiali (detti "semiconduttori" come il silicio arricchito con boro o fosforo) di rilasciare una corrente di elettroni se colpiti da una radiazione luminosa, convertendo direttamente l'energia solare in energia elettrica.

Le principali applicazioni
I sistemi fotovoltaici possono essere impiegati per:

I componenti
La soluzione impiantistica nota come "tetto fotovoltaico" è composta da:

• generatore fotovoltaico, modulo;

• inverter di collegamento fra i moduli e la rete che trasforma la corrente da continua in alternata compatibile con la rete;

• dispositivo di interfaccia con la rete elettrica;

• contatore, meter, interposto tra l'inverter e la rete che contabilizza l'energia prodotta dal generatore e quella assorbita dalla rete;

• quadri elettrici, cavi di collegamento;

• accumulatori di energia e regolatore di carica (solo per impianti isolati stand alone).

Il dimensionamento
Per un impianto connesso alla rete dipende da:

• area disponibile per il generatore fotovoltaico;

• potenza massima fornita per contratto dal distributore (kW);

• consumi medi di energia (kwh);

• capitale disponibile per l'investimento.

Il dimensionamento di un impianto fotovoltaico per impianti stand alone è più complesso, perchè deve essere in grado di soddisfare le utenze senza l'ausilio della rete elettrica. Vanno contemplati i seguenti parametri:

• energia giornaliera richiesta;

• potenza di picco;

• necessità di accumulo di energia;

• radiazione solare incidente;

• carichi/apparecchi da servire.

La prima valutazione è quella dei carichi: potenza e numero di ore giornaliere di funzionamento. Il passo successivo è quello del calcolo dell'energia giornaliera richiesta e della radiazione solare sul piano dei moduli; poi, in base a questi dati, si passa al dimensionamento del generatore fotovoltaico e dell'accumulo. L'inverter dovrà essere tale da soddisfare la potenza totale massima richiesta dall'utenza. Il dimensionamento degli altri componenti si effettua di conseguenza.

Dove può essere installato
I moduli fotovoltaici possono essere collocati su qualsiasi pertinenza dell'immobile di proprietà dell'utente purchè sussistano i seguenti requisiti:

• disponibilità dello spazio necessario di circa 8 - 10 m² netti per ogni kWp di potenza installata;

• corretta esposizione ed inclinazione della suddetta superficie: esposizione a Sud ed inclinazione di 30-35°;

• assenza di ostacoli, durante tutto l'anno, che potrebbero creare ombreggiamento.

Le principali soluzioni tecnico-architettoniche per l'installazione di un impianto sono:

1. posa "retrofitt" sopra il tetto;

2. posa integrata nella copertura;

3. posa su terrazzo;

4. posa integrata in facciata verticale.

Le alternative tecnologiche
Esistono per tipo di materiali captanti:

1. silicio monocristallino: ha un alto rendimento (fino al 15%) ma i costi sono, piuttosto, alti a causa del complesso processo di realizzazione;

2. silicio policristallino: di buona efficienza (rendimenti fino al 13%) e costi meno onerosi; tuttavia per raggiungere la stessa potenza di picco sono richieste superfici maggiori;

3. silicio amorfo: rendimenti ancora più bassi (fino al 7%) e costi decisamente inferiori, ma le superfici dovranno essere ulteriormente maggiorate;

4. silicio in film sottili: recente tecnologia che si proporrà, appena disponoibile, come la combinazione ideale dei vantaggi sia del prezzo basso del silicio amorfo che dell'alta efficienza e affidabilità di quello cristallino;

per tipo di installazione:

1. generatori standard;

2. generatori per integrazione architettonica, di forme e colori non standard, pensati per essere integrati nelle costruzioni e in altre strutture.

Quanta elettricità produce
La produzione elettrica annua di un tetto solare può essere stimata piuttosto accuratamente tenendo in considerazione:

• la radiazione solare annua del luogo;

• un fattore di correzione calcolato sulla base dell'orientamento, dell'angolo d'inclinazione dell'impianto e di eventuali ombre temporanee;

• le prestazioni tecniche dei moduli fotovoltaici, dell'inverter e degli altri componenti dell'impianto;

• le condizioni operative dei moduli (aumentando la temperatura di funzionamento diminuisce l'energia prodotta).

Da svariati studi sul tema è emerso che, considerando le migliori condizioni locali d'installazione (30°, SUD e assenza di ombreggiamenti), per un tetto solare fotovoltaico da 1 kWp^[1] (8-10 m² di moduli cristallini di silicio d'uso corrente) si stima una produzione elettrica annua di 1000 kWh per il Nord, di 1100 kWh per il Centro e di 1200-1300 kWh per il Sud e le isole.

I benefici
Economici, con l'incentivo "Conto Energia" studiato per garantire un'equa remunerazione dei costi di investimento e di esercizio (art. 7 comma 2 lettera "d" del DLgs. n. 387/2003). Infatti il contributo è previsto per 20 anni mentre il tempo di ritorno sull'investimento viene valutato in circa 12 anni al nord Italia e 10 al sud Italia.
Ambientali, in quanto la produzione di energia elettrica attraverso generatori fotovoltaici esclude l'utilizzo di qualsiasi combustibile, quindi, azzera le emissioni in atmosfera di gas a effetto serra e di altri inquinanti.

Il tempo di vita
Dipende dai suoi componenti, in genere si usa accreditare l'impianto di una vita complessiva di 20 anni. I moduli monocristallini e policristallini, attualmente più venduti, hanno una durata di vita superiore, da 25 a 30 anni con una diminuzione delle prestazioni energetiche inferiore al 20%. La garanzia fornita dai produttori sul mantenimento delle prestazioni energetiche originarie è di 10-12 anni. I moduli amorfi di silicio, meno costosi, hanno una perdita di rendimento del 30% nei primi mesi per poi stabilizzarsi gradualmente. Gli inverter hanno, altrettanto, una durata nel tempo piuttosto lunga.

In allegato è disponibile:

• Il Dossier "Solare Fotovoltaico" della collana di pubblicazioni ad alto contenuto tecnico del progetto RES & RUE Dissemination presentato da Adiconsum come campagna informativa sull'uso efficiente dell'energia e delle fonti rinnovabili

^[1] La potenza di picco di un tetto solare si esprime in kWp (chilowatt di picco), cioè la potenza teorica massima che il tetto può produrre nelle condizioni standard di insolazione e temperatura dei moduli (1000 W/m² e 25° C).

L’argomento “costi di costruzione” nell’ambito della Bioedilizia è senza alcun dubbio uno degli aspetti più sentiti di tutta la materia.

Fonti specializzate fanno rilevare che il maggior costo di costruzione di un edificio, in linea con i criteri della Bioedilizia e del risparmio energetico rispetto ad un di edilizia corrente, varia tra il 7 e il 15%.

Una stima di Legambiente Lazio valuta l’incremento dei costi di costruzione pari al 10-15% e la possibilità di ammortamento di questo sovracosto nell’arco di 5 anni.

Uno studio, fra i più recenti, estremamente accurato, parla di un 14,21% come differenza di costo dell’edificio in Bioedilizia rispetto a quello di edilizia corrente, sovracosto che può ridursi, ulteriormente, a seguito di interventi migliorativi volti al risparmio energetico. Questo è quanto emerge da: “COSti.Edificio.BIOedile” realizzato, su iniziativa della Provincia di Modena, da BIOECOLAB in collaborazione con l’Agenzia per l’Energia e lo Sviluppo Sostenibile di Modena e la cooperativa di abitazione ABITCOOP sempre della Provincia di Modena.

Si tratta di un lavoro di ricerca mirato a verificare i costi di costruzione di appalto, relativamente a tre tipologie di edifici residenziali realizzati nella provincia di Modena in aree PEEP.

La percentuale di maggior costo (14,21%), dedotta dalla comparazione dei costi unitari di costruzione d’appalto di un edificio in Bioedilizia e di un edificio in edilizia corrente, tende a ridursi nel caso in cui siano eseguiti (su entrambi gli edifici) interventi necessari per rispettare le disposizioni delle più recenti normative in materia di risparmio energetico (D.Lgs. 192/2005, Direttiva 2002/91/CE, etc.). Inoltre il lavoro di ricerca “COSti.Edificio.BIOedile” fornisce una serie di interessantissimi dati in merito alla previsione ammissibile di abbattimento del maggior costo d’investimento iniziale grazie ad un, conseguente, contenimento dei costi di gestione e manutenzione.

La ricerca “COSti.Edificio.BIOedile”, integralmente disponibile nella sezione Approfondimenti Tecnici di Biblus-Net, può fornire un indirizzo di metodo. Tuttavia per essere concretamente operativi, è necessario disporre di idonei supporti alla stima dei costi di un manufatto rispondente ai criteri della Bioedilizia.

Precisiamo, anzitutto, che non risulta esistere un tariffario organico che contempli tutti gli aspetti relativi alla realizzazione di un edificio “bioedile”.

Negli ultimi anni, comunque, si è registrata una maggiore sensibilità delle Pubbliche Amministrazioni anche verso questo particolare aspetto. Infatti la bioedilizia, oltre che in alcuni tariffari pubblicati da editori privati, trova spazio in altri realizzati da Pubbliche Amministrazioni. Segnaliamo, al riguardo:

• ”Aggiornamento Ecologico del Prezzario Opere Edili - 2004” della Provincia di Firenze;

• Prezzi di riferimento per Opere e Lavori Pubblici nella Regione Piemonte – ed. 2005;

• Prezzi Materiali da Costruzione ed Opere Edili 2005 – C.C.I.A.A. Reggio Emilia;

ai quali prossimamente si aggiungeranno i Tariffari della Regione Umbria, della Regione Veneto e della Basilicata.

Il citato tariffario della Regione Piemonte contiene un intera sezione dedicata alla “BioEdilizia” che si compone di 650 voci; la sezione relativa alla Bioedilizia è disponibile per il download (nel  formato standard DCF).

Nella sezione Prezzari-net del sito www.acca.it è disponibile per il download la versione integrale del Prezzario della Regione Piemonte.

Anche il tariffario della C.C.I.A.A. di Reggio Emilia dedica ampio spazio alla bioedilizia; esso è disponibile, gratuitamente in formato PriMus xpwe.

Entrambi i citati prezzari, unitamente a tutti quelli disponibili nella sezione prezzari-net del sito www.acca.it possono essere gestiti con PriMus-DCF.

Atti del seminario "Fotovoltaico in Architettura: inquadramento generale, progettazione e calcolo" tenuto dall'arch. Lucia Ceccherini Nelli