Edifici a Energia Quasi Zero: Come Realizzarli Combinando Geotermia e Fotovoltaico



La recente direttiva 2010/31/UE sulle prestazioni energetiche nell’edilizia, definisce per la prima volta il concetto di “Edifici a energia quasi zero”, ovvero edifici ad altissime prestazioni energetiche, in cui il fabbisogno energetico molto basso o quasi nullo deve essere coperto in misura molto significativa da energia da fonti rinnovabili prodotta in loco o nelle vicinanze.

Presento la sintesi della tesi di laurea dell’architetto Tiziano Andrea Salamone, relatore Arch. Ph.D. Salvatore Pitruzzella, il cui scopo è stato quello di verificare e dimostrare la reale fattibilità di un “Edificio a energia quasi zero” così come previsto dalla predetta direttiva europea, combinando geotermia e fotovoltaico.

Edifici a Energia Quasi Zero: Come Realizzarli Attraverso la Gestione del Sistema Impiantistico


E’ stato assunto come base di partenza per tale verifica il progetto S.H.E. di Villa Fastiggi (Pesaro) riprogettandone l’aspetto energetico.

S.H.E. è l’acronimo di Sustainable Housing in Europe, un progetto finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del 5° Programma Quadro di Ricerca e Sviluppo, sottoprogramma “Energia, Ambiente e Sviluppo Sostenibile”.

Il tema della sostenibilità applicato al campo dell’architettura rappresenta un’importante strada da seguire per assicurare lo sviluppo nel rispetto di una sostenibilità economica ed ambientale. Ogni serio provvedimento in materia di contenimento dei consumi energetici, non può prescindere dal fatto che l’energia impiegata nel settore residenziale e nel terziario, rappresenta ben oltre il 40% del consumo finale di energia della Comunità Europea.

In Italia questi settori hanno fatto registrare, nell’ultimo anno, una percentuale totale del 48%.

Se si persegue la riduzione dei consumi energetici dell’edilizia residenziale si concorre, in buona parte, alla diminuzione del fabbisogno energetico globale con il vantaggio di un risparmio economico e la conseguente riduzione di emissioni nocive nell’atmosfera.

Vediamo di seguito tutti i dettagli:




Analisi del Risparmio Energetico ed Economico Grazie a una Corretta Gestione del Sistema Impiantistico

Analisi del Risparmio Energetico ed Economico di una Corretta Gestione del Sistema Impiantistico

Da un’attenta fase di analisi delle prestazioni energetiche dell’involucro, abbiamo rilevato un EPI di 61,5 kWh/m2 anno, attestandosi così in classe C ai fini della certificazione energetica, ed un fabbisogno annuo totale di 88.257 MJ per la stagione di riscaldamento e 60.780 MJ per la stagione di raffrescamento.

Per soddisfare tale fabbisogno abbiamo ipotizzato una centrale termica che sfruttasse le potenzialità di un impianto geotermico a sonde verticali (SGV) con pompa di calore a bassa entalpia e sistema di riscaldamento a pannelli radianti; combinandola poi con un impianto fotovoltaico idoneamente dimensionato al fine di soddisfare il residuo consumo elettrico richiesto dalla pompa di calore.

Sotto i nostri piedi abbiamo quindi una quantità di energia inesauribile, gratuita, rinnovabile, ecocompatibile e a disposizione 365 giorni l’anno. La geotermia a bassa entalpia sfrutta il calore presente nel sottosuolo per la climatizzazione degli edifici estraendolo tramite una sonda e cedendolo successivamente a una pompa di calore che, con un limitato consumo energetico (circa il 25% dell’energia totale prodotta), lo incrementa ulteriormente (sfruttando il principio di compressione ed evaporazione di un fluido per trasferire calore da un corpo freddo ad uno caldo).

Una volta raggiunta così la temperatura necessaria, viene distribuita all’edificio da riscaldare attraverso impianti a bassa temperatura (pannelli radianti a pavimento). Lo stesso processo, ma inverso, avviene durante il periodo estivo per raffrescare i locali.

L’evoluzione tecnologica degli ultimi anni ha reso disponibili sistemi impiantistici che da un lato migliorano sensibilmente il livello di comfort negli ambienti e dall’altro riducono i consumi energetici in maniera significativa.

La realizzazione di un impianto geotermico completo (riscaldamento + raffrescamento) è senz’altro la soluzione più conveniente, in quanto comporta un minor tempo di ammortamento del costo dell’impianto.

Comparazione dei Costi e dei Consumi Energetici

L’analisi costi comparata che abbiamo elaborato mostra chiaramente un costo specifico medio per unità di calore prodotto pari a 1/3 di quello di un impianto tradizionale con caldaia a gasolio e 1/2 di quello di un impianto tradizionale con caldaia a metano.

Analisi-costi-impianto-geotermico-caldaia-metano-e-gpl

Dalla valutazione economica si evidenzia inoltre un risparmio annuo con la geotermia del 68% rispetto al metano e del 80% rispetto al gpl.

Mentre dall’analisi pluriennale dei flussi di cassa si evince infine come il maggiore investimento iniziale da sostenere per un impianto geotermico così come ipotizzato è facilmente ammortizzabile in circa 13 anni rispetto al metano ed in circa 7 anni rispetto al gpl.

Confronto flussi di cassa geotermico e metano

Confronto flussi di cassa geotermico e gpl

Integrando tale impianto con il fotovoltaico si elimina totalmente il consumo elettrico e con l’incentivo statale previsto dall’ultimo conto energia si riducono ulteriormente i costi. Per l’impianto combinato otteniamo così un curva dei flussi di cassa discendente, i quali potrebbero trasformare l’impianto persino in una fonte di guadagno nel caso in cui si effettua un’analisi superiore a vent’anni.

Analisi pluriennale fotovoltaico - grafico

Analisi pluriennale fotovoltaico - tabella

Confronto flussi di cassa impianto combinato

Come e Quando è Possibile Realizzare un Edificio a Energia Quasi Zero

Tuttavia, nonostante i vantaggi sin qui mostrati, abbiamo rilevato che è impossibile ottenere i risultati richiesti dalla direttiva in quanto il profilo della produzione energetica dell’impianto ipotizzato coincide con il fabbisogno energetico dell’involucro solo nel caso di un bilancio totale sull’intero anno, ma non nei singoli mesi.

Il fabbisogno totale per la stagione di riscaldamento risulta essere inversamente proporzionale alla produzione energetica nello stesso periodo e viceversa avviene nella stagione di raffrescamento.

Confronto-fabbisogno-e-produzione-energia-small

Edificio a energia quasi zero - Fabbisogno e produzione energetica annua

Considerati tre mesi tipo: Gennaio, Maggio e Luglio è evidente come:

  1. nel primo caso la produzione sia inferiore al fabbisogno e dunque sia necessario prelevare energia dalla rete;
  2. nel secondo caso la produzione sia superiore al fabbisogno e dunque sia possibile cedere energia alla rete;
  3. nell’ultimo caso la produzione coincida con il fabbisogno e dunque entrate ed uscite si equivalgono.

Edifici a energia quasi zero - Sfasamento temporale fabbisogno e produzione energia

Si palesa un ulteriore problema dovuto allo sfasamento orario tra produzione e fabbisogno: se infatti nella stagione di raffrescamento si produrrà e consumerà energia nelle stesse fasce orarie, prevalentemente durante il giorno, nella stagione di riscaldamento invece si produrrà energia durante il giorno mentre verrà consumata prevalentemente la sera.

L’insieme dei risultati ottenuti ci ha portati ad affermare che un edificio “Zero energy” è fattibile e realizzabile – non solo sperimentalmente ma anche nella prassi comune – con costi di investimento relativamente bassi, in relazione ai benefici economici, ambientali e sociali, ma solo tramite un continuo backup con la rete.

Tesi di Laurea a cura di:
Laureando: Arch. Tiziano Pablo Andrea Salamone
Relatore: Arch. Ph.d. Salvatore Pitruzzella

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