Provincia di Pisa Programma Energetico Provinciale

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1 INDICE: - INTRODUZIONE PAG. 3 - INQUADRAMENTO TERRITORIALE - INTRODUZIONE PAG. 5 - MORFOLOGIA PAG. 6 - CLIMA PAG. 7 - TEMPERATURE PAG. 8 - RADIAZIONE SOLARE PAG VELOCITA' DEL VENTO PAG IL SETTORE CIVILE - INTRODUZIONE PAG ABITAZIONI PAG COMMERCIO SUPERMERCATI E CASH&CARRY PAG COMMERCIO, GRANDI MAGAZZINI PAG RISULTATI PAG CONCLUSIONI PAG GRAFICI PAG IL SETTORE INDUSTRIALE - INTRODUZIONE PAG LA COGNERAZIONE PAG SFRUTTAMENTO DELL'ENERGIA IN CASCATA PAG CONSIDERAZIONI DI SINTESI PAG APPENDICI AL SETTORE PAG. 58 1

2 - IL SETTORE FONTI RINNOVABILI - ENERGIA SOLARE PAG SOLARE FOTOVOLTAICO PAG SOLARE TERMICO PAG ENERGIA EOLICA PAG ENERGIA IDROELETTRICA PAG ENERGIA BIOMASSE PAG.78 - ENERGIA GEOTERMICA PAG ANALISI DEI CONSUMI - PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA PAG ANALISI DELLE VENDITE PER SETTORE PAG BENZINE PAG GASOLI PAG OLIO COMBUSTIBILE PAG ENERGIA ELETTRICA PAG 94 - GAS NATURALE PAG.98 - MOBILITA' PAG STIMA DELLE EMISSIONI PAG APPENDICI - - I PROGRAMMA DI INTERVENTI SULLE FONTI RINNOVABILI AI SENSI DEL DECRETO LEGISLATIVO N 112/ PAG TAVOLE GRAFICHE PAG GLOSSARIO PAG.125 2

3 PROGRAMMA ENERGETICO DELLA PROVINCIA DI PISA Aggiornamento anno 2002 INTRODUZIONE Il programma energetico di un sistema è la stima dei flussi di energia che entrano ed escono, nell unità di tempo, dal sistema considerato. La sempre maggior possibilità di effettuare trasformazioni da un vettore all altro ha sviluppato un insieme di processi di produzione, trasformazione, trasporto e distribuzione di fonti di energia sempre più complesso, e, allo stesso modo, il mercato dell energia ha aumentato l articolazione dei meccanismi di scambio dei vettori. Questo testimonia come sia di pari livello cresciuta la problematica del reperimento dati. Nel complesso i sistemi oggetto dell analisi eco- del territorio possono essere schematizzati La concatenazione di riferimento per la redazione di un bilancio energetico si compone delle fonti energetiche primarie (rinnovabili od esauribili), dei vettori energetici (primari o secondari), dei settori di utilizzo e degli impieghi finali. A ciascun passaggio corrispondono trasformazioni energetiche specifiche, che possono essere studiate con riferimento non soltanto al loro rendimento ma anche al loro contributo in termini di emissioni nell ambiente di sostanze di scarto. Poiché, come si è detto, il mercato dell energia rappresenta il luogo in cui avviene la registrazione statistica della maggior parte dei flussi, la redazione dei bilanci energetici ha generalmente inizio dall analisi delle compravendite di energia. Tale analisi può essere sinteticamente trascritta da una matrice vettori/settori, che mette in rapporto i diversi beni energetici scambiati (offerta di energia) con i diversi ambiti socio-economici nei quali si verifica il loro impiego finale (domanda di energia). La contabilizzazione delle compravendite inserite in tale schema deve essere riportata al livello di disaggregazione e di dettaglio più approfondito possibile. Per quanto articolata, l'analisi dei dati, relativi alle compravendite di vettori energetici non appare di per sé stessa sufficiente a delineare in modo completo un vero e proprio eco - bilancio energetico relativo al sistema territoriale in esame. Tale obiettivo - di per sé ambizioso - può essere raggiunto soltanto attraverso ulteriori approfondimenti, da condurre sia sul lato dell'offerta che su quello della domanda. Per quanto concerne gli approfondimenti sul lato della domanda, è importante riconoscere innanzitutto come le compravendite di vettori energetici non rappresentino che un'approssimazione dei consumi effettivi nell'unità di tempo considerata, a causa sia delle variazioni di stock detenuti dagli utilizzatori finali, sia della possibilità che si verifichino sprechi a valle del mercato. In secondo luogo esistono alcune importanti differenze tra l'analisi delle vendite di energia, riferita a quantità definite sul piano merceologico, e l'analisi dei consumi energetici, in cui assumono rilevanza i parametri connessi al rendimento delle conversioni finali di energia ovvero al rapporto tra la quantità di energia acquistata sul mercato ed il servizio ottenuto per suo tramite. 3

4 Per quanto concerne gli approfondimenti sul lato dell'offerta, essi riguardano lo studio delle modalità attraverso le quali il settore energetico garantisce l'approvvigionamento dei diversi vettori sul mercato. Si tratta, in sintesi, di individuare il mix di fonti primarie utilizzate, di valutare l'efficienza di trasformazione degli impianti operanti a servizio dell'area considerata, di descrivere le reti di distribuzione stimando le perdite di trasmissione ad esse associate si veda, a proposito delle reti elettriche. Le metodologie e gli obiettivi sopra delineati corrispondono ad esigenze di completezza dell'analisi, che non sempre possono essere conciliate con le risorse disponibili (a solo titolo di esempio si osservi che il carattere aperto ed interdipendente degli attuali sistemi energetici impedisce di confinare gli approfondimenti relativi all'offerta di energia alle sole trasformazioni locali, ma impone viceversa di sviluppare analisi più complessive, adattate ai mix di vettori «importati» dall'area di studio). In questo contesto ci si limiterà ad analizzare i dati disponibili entro tempi ragionevoli. In generale i dati più facilmente reperibili sono quelli relativi ai trasferimenti di fonti energetiche alle utenze finali, mentre sono di più difficile reperibilità, ad un livello di dettaglio e di precisione ottimale, dati diretti sull'efficienza delle trasformazioni energetiche e sulla distribuzione dei vettori tra i diversi impieghi finali. Queste brevi considerazioni, relative alla complessità di un completo eco - bilancio energetico territoriale, sembrano sufficienti a dar conto delle limitazioni introdotte nel quadro del presente rapporto. Relativamente all'acquisizione dei dati si fa presente che i dati relativi ai consumi energetici( energia elettrica, gas metano, oli combustibile, gasoli e benzine) sono dati aggiornati al 2000 ed in qualche caso perfino al Avendo disponibilità fino allo scorso anno e volendo analizzare un trend di almeno dieci anni abbiamo considerato come anno di partenza per il BEP il Il Programma Energetico redatto quest'anno, quindi aggiornato per lo più ai consumi del 2001 non è altro che un aggiornamento del precedente programma redatto nel 1999: con opportune modifiche, aggiunte ed aggiornamenti si è così mantenuta quasi inalterata la medesima struttura in modo tale da poter utilizzare una chiave di lettura comune ed proseguire in modo logico ed cronologico l'analisi dei consumi, e come il precedente programma basa le sue considerazioni da estrapolazione fatte dal PER. Le analogie più evidenti sono nella presentazione dei consumi suddivisi per settori merceologici (civile, industria, ecc..).; si precisa che comunque tutte le considerazioni sono aggiornate dove,alla luce dei nuovi dati di consumo, e si è reso indispensabile. 4

5 Inquadramento territoriale La Provincia di Pisa risulta attualmente suddivisa in 39 Comuni con una superficie complessiva di 2448 km 2, circa 385 mila abitanti 1 ed una densità media di 157 ab./km 2. Oltre la metà della popolazione (55%) è concentrata in soli cinque Comuni (Pisa, Cascina, San Giuliano Terme, Pontedera, San Miniato) con oltre abitanti ed una densità media di 420 ab./km 2, in particolare nella città di Pisa (quasi 100 mila abitanti e nella restante piana dell Arno. Elevate densità abitative si riscontrano pure nei Comuni di Santa Croce sull Arno e Ponsacco. Popolazione residente nella Provincia di Pisa per comune Fonte: ISTAT 2001 Comuni Abitanti Superficie territoriale Densità km 2 ab./km 2 Bientina , Buti , Calci , Calcinaia Capannoli , Casale Marittimo ,33 64 Casciana Terme ,82 89 Cascina , Castelfranco di Sotto , Castellina Marittima ,72 40 Castelnuovo in Val di Cecina ,78 30 Chianni ,09 26 Crespina , Fauglia ,44 68 Guardistallo ,79 39 Lajatico ,50 20 Lari , Lorenzana ,42 53 Montecatini Val di Cecina ,38 14 Montescudaio ,91 69 Monteverdi Marittimo ,35 8 Montopoli in Val d'arno , Orciano Pisano ,64 49 Palaia ,82 60 Peccioli ,63 54 Pisa , Pomarance ,54 31 Ponsacco , Pontedera , Riparbella ,84 22 San Giuliano Terme , San Miniato , I dati sulla popolazione si riferiscono all ultimo censimento svolto dall ISTAT nel

6 Santa Croce Sull'Arno , Santa Luce ,72 22 Santa Maria a Monte , Terricciola ,43 88 Vecchiano , Vicopisano , Volterra ,85 51 Totale ,18 155,9 PIL pro capite, occupati e disoccupati nelle province toscane. Anno 2000 Morfologia! La Provincia di Pisa ha una superficie Territoriale sostanzialmente classificabile in due tipologie morfologiche, la pianura che comprende tutti quei comuni che sono ubicati intorno alla valle del fiume Arno, (Vecchiano,Pisa, San Giuliano Terme, Vicopisano, Calci, Cascina, Buti, Bientina, Fauglia, Crespina, Calcinaia, Pontedera Ponsacco, Capannoli, Montopoli in Val d'arno, Santa Maria a Monte, Castelfranco di Sotto e Santa Croce Sull'Arno) e la collina che comprende la restante parte del territorio. Considerando territorio pianeggiante tutti quei comuni al di sotto dei 100 metri slm la superficie provinciale risulta così divisa "#$ %" ( " $#" %& ' & & &#& %$ ( &# %$ $ #& %&" ) * & # $%$ $#" % & " $# &%,( " # %" +( %$ %$ "# %$ Superficie territoriale di pianura (sotto 100 m, slm) 830 Kmq 33.9 % Superficie territoriale di collina (sopra 100 m, slm) 1617 Kmq 66.1 % Il territorio della Provincia di Pisa non ha alture importanti. Le cime più alte si ritrovano nel complesso dei Monti Pisani situati tra i comuni di San Giuliano Terme, Calci, Buti e alcuni comuni della Provincia di Lucca. I Monti Pisani occupano un territorio di forma vagamente ovale allungata, estendendosi da S/E a N/O, per una lunghezza di 20 Km, con una larghezza di 10 Km.Nel gruppo distinguiamo per altezza : M. Faeta 831 m., Spuntone di S. Allago 870 m., M. Serra 917 m., M. Pruno 876 m., ed il M. Verruca 537 m., che si ergono a ventaglio, formando una vallata rivolta a sud, detta "Valgraziosa". 6

7 qq Clliima Il clima della Provincia di Pisa ha un clima prettamente mediterraneo. Il territorio anche quello collinare dei comuni più interni risente dell'influsso del mare che non dista mai più di qualche decina di chilometri, quindi caratterizzato da un clima temperato con estati non eccessivamente calde ed inverni non molto rigidi. Attraverso il monitoraggio di vari parametri meteorologici si è potuto definire i vari aspetti climatici di alcune zone della Provincia così da avere un quadro climatico abbastanza attendibile per tutto il territorio provinciale. I dati disponibili sono i seguenti: TMD RAD WIND DD Temperatura media mensile Radiazione media mensile Velocità media mensile del vento Gradi giorno I dati sono eleborati attraverso le stazioni meteorologiche della Provincia di Pisa I dati climatici espressi per una annualità sono stati calcolati considerando gli ultimi cinque anni di rilevamenti. Stazione meteorologica Temperature media [ C] Velocità media vento [m/s] I passi (Pisa) 15,1 0,62 Cascina 14,4 1,06 Santa Croce sull'arno 13,3 1,26 Dati salienti in base annuale. 7

8 q Temperature Secondo il DPR 412/93, il territorio nazionale è suddiviso nelle seguenti sei zone climatiche in funzione dei gradi-giorno 1, indipendentemente dalla ubicazione geografica: Zona A : comuni che presentano un numero di gradi - giorno non superiore a 600; Zona B : comuni che presentano un numero di gradi - giorno maggiore di 600 e non superiore a 900; Zona C : comuni che presentano un numero di gradi - giorno maggiore di 900 e non superiore a Zona D : comuni che presentano un numero di gradi - giorno maggiore di e non superiore a Zona E : comuni che presentano un numero di gradi - giorno maggiore di e non superiore a Zona F : comuni che presentano un numero di gradi - giorno maggiore di In relazione alla zona climatica di appartenenza è fissata la durata del periodo di riscaldamento. Tutti i Comuni della Provincia di Pisa ricadono nelle zone climatiche D e E Comune Quota [m. s.l.m.] Zona Climatica Gradi giorno Bientina 10 D 1856 Buti 85 D 1674 Calci 50 D 1628 Calcinaia 16 D 1864 Capannoli 51 D 1650 Casale Marittimo 214 D 1843 Casciana Terme 125 D 1747 Cascina 8 D 1853 Castelfranco di Sotto 16 D 1864 Castellina Marittima 375 D 2054 Castelnuovo di Val di Cecina 576 E 2144 Chianni 284 D 1955 Crespina 86 D 1696 Fauglia 91 D 1682 Guardistallo 278 D 1927 Lajatico 205 D 1831 Lari 130 D 1754 Lorenzana 127 E 1750 Montecatini Val di Cecina 416 D 2107 Montescudaio 242 D 1879 Monteverdi Marittimo 364 D 2039 Montopoli in Val d'arno 98 D 1714 Orciano Pisano 122 D 1743 Palaia 240 D 1877 Peccioli 144 D 1772 Pisa 4 D

9 Pomarance 370 D 1874 Ponsacco 24 D 1874 Pontedera 14 D 1861 Riparbella 216 D 1845 San Giuliano Terme 6 D 1696 San Miniato 140 D 1513 Santa Croce sull'arno 18 D 1866 Santa Luce 200 D 1824 Santa Maria a Monte 56 D 1916 Terricciola 180 D 1819 Vecchiano 5 D 1600 Vicopisano 12 D 1858 Volterra 531 E 2217 Si noti come le temperature medie non mostrino notevoli differenze tra le varie zone. L'escursione massima media annuale delle temperature, come si può vedere dalle tabelle che seguiranno è di circa 20 C. Temperatura media mensile [ C] Stazione di riferimento gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Cascina 4 8,4 11,7 12,4 16,8 21,3 23,1 22,6 18,5 17,6 10,8 5,2 I Passi (Pisa) 4,4 9,2 12,1 13,1 17,6 22,2 24,1 23,8 19,4 18,6 11,6 5,6 Santa Croce sull'arno 2,4 7,6 10,5 11, ,2 22, ,1 16,7 9,5 3,9 Med provinciale 3,6 8,4 11,4 12,2 16,8 21,2 23,3 22,8 18,3 17,6 10,6 4,9 Te mpe rature me die [ C] Cascina I Passi (Pisa) Santa Croce sull'arno med provinciale 5 0 gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic 9

10 q Radiazione solare La quantità annuale di radiazione solare diretta che raggiunge il suolo terrestre dipende da tre fattori principali, legati tra di loro,quali il clima a grande scale, la latitudine e la quota nominale. Per la provincia di Pisa sono di seguito riportati in tabella i valori medi mensili di irraggiamento per le tre stazioni meteorologiche prese in esame. Irraggiamento medio mensile [W/m 2 ] Stazione di riferimento gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Cascina 0, ,27 I Passi (Pisa) Santa Croce sull'arno Med provinciale La media annuale di radiazione solare che raggiunge il suolo della provincia di Pisa è di 3,74 KWh/m 2 Irraggiamento medio [W/mq] Cascina I Passi (Pisa) Santa Croce sull'arno med provinciale gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic 10

11 Irraggiamento medio [W/mq] Cascina I Passi (Pisa) Santa Croce sull'arno med provinciale gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic 11

12 q Velocità del vento Si riportano qui di seguito i dati anemologici relativi alle tre stazioni meteorologiche Velocità media del vento [m/s] Stazione di gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic riferimento Cascina 0,97 0,92 1,07 1,31 1,01 0,89 0,96 0,86 0,85 0,82 1,54 1,57 I Passi (Pisa) 0,5 0,35 0,48 0,8 0,68 0,67 0,62 0,55 0,67 0,22 0,82 1,03 Santa Croce 0,88 0,84 1,3 1,67 1,33 1,38 1,35 1,16 1,15 0,59 1,58 1,88 sull'arno med provinciale 0,78 0,70 0,95 1,26 1,01 0,98 0,98 0,86 0,89 0,54 1,31 1,49 La media provinciale del vento in base annuale ha valori piuttosto bassi ; 1,49 m/s che rende scarse le possibilità di utilizzo. Altre realtà presenti in alcune località della Provincia di Pisa sono attualmente allo studio e presentano dei dati più rilevanti. Qui di seguito si riportano i dati producibilità con vari aerogeneratori relativi alla zona di Volterra che presenta caratteristiche di ventosità interessanti. Dati più dettagliati relativi alla velocità e all'energia producibile dal vento sono riportati nel settore Fonti rinnovabili - settore eolico- dove sono riportati anche dati di altre stazioni meteorologiche così da avere una maggiore copertura territoriale. Rosa dei venti Freq u enza del v en to p er d irezio n alità [g g /anno] 120 N N W N E W 20 0 E C ascina I P assi (P isa) S anta C roce sull'a rno m ed provinciale S W S E S 12

13 Velocità del vento Velocità media del vento [m/s] 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 Cascina I Passi (Pisa) Santa Croce sull'arno med provinciale 0,6 0,4 0,2 0 gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic Velocità m edia del vento per direzionalità N 4,00 NW 3,00 2,00 NE 1,00 C ascina W 0,00 E I Passi (Pisa) Santa C roce sull'arno med provinciale SW SE S 13

14 q IL SETTORE CIVILE Introduzione L'acquisizione di dati sui consumi nel settore civile risulta alquanto complicata e di notevole vastità. Pertanto, in base a quanto fatto per il PER, si è pensato di evidenziare i fabbisogni energetici se e quando risultano da stima. q Analisi dei fabbisogni energetici Il campo di indagine sviluppato dal PER è molto vasto, comprendendo la valutazione del fabbisogno energetico per edifici di abitazione, sanitari, commerciali e terziario in genere. Tali fabbisogni sono dovuti a richieste molto differenziate, che comprendono il riscaldamento ed il condizionamento, l illuminazione, la produzione di acqua calda, la produzione di freddo per la conservazione degli alimenti. La richiesta per riscaldamento e condizionamento risente soprattutto delle tecniche di costruzione degli edifici e delle caratteristiche climatiche, mentre quella per produzione di acqua calda e cucina dipende più fortemente dalle abitudini degli utenti finali. Il consumo degli edifici per attività commerciali è sempre stato crescente, dato l incremento della grande distribuzione e della refrigerazione nella conservazione dei cibi ma negli ultimi anni presi in esame si è registrata una lieve flessione.. Le differenti utilizzazioni richiedono una qualità dell energia molto diversa, ma questa è strettamente connessa alle tecnologie utilizzate. Il riscaldamento degli ambienti richiede essenzialmente energia termica a bassa temperatura; l acqua ad uso sanitario richiede una temperatura leggermente più alta; ancora maggiore è il livello di temperatura necessario per la sterilizzazione e per l eventuale produzione di freddo con apparati che usano calore, mentre le pompe di calore od i frigoriferi classici a compressione di vapore richiedono lavoro, cioè energia della qualità più elevata, sia sotto forma di lavoro meccanico che di elettricità. I consumi energetici del settore pesano notevolmente sul bilancio energetico provinciale. Il settore si presta ad una razionalizzazione degli usi, ma a questo scopo è fondamentale conoscere l entità dei fabbisogni e la loro dislocazione territoriale. Con questo tipo di informazione è infatti possibile coordinare gli interventi, mirando ad un uso razionale dell energia, oltre al contenimento dei consumi con azioni che stimolino il risparmio della risorsa energia. Inoltre, solo un uso razionale, associato ad una riduzione dei consumi, può far decollare veramente l'uso delle fonti rinnovabili. La necessità del risparmio energetico e del riferimento territoriale è riconosciuta anche a livello legislativo, prevedendo piani di bacino (art. 5 Legge n. 10/91), e piani comunali (art. 5 Legge n.10/91), oltre ad imporre metodologie di limitazione dei consumi a livello del sistema edificio-impianto (Legge n.10/91 e DPR 412 del 26/8/1993 di applicazione). La stessa Legge n. 45 del 27 giugno 1997 della Regione Toscana fa riferimento all'uso razionale dell'energia ed ai bacini di richiesta (per una informazione più dettagliata sulla legislazione nazionale nel campo energetico-impiantistico. 14

15 A livello internazionale gli accordi sul controllo dei cambiamenti climatici richiedono la limitazione delle emissioni e fanno specifico riferimento ai consumi energetici nel settore civile ed alla pianificazione regionale (art deliberazione CIPE 28/12/93, Piano nazionale per lo sviluppo sostenibile in attuazione dell'agenda XXI, S.O.G.U. 26/2/'94). La programmazione regionale ha lo scopo di portare ad una maggiore integrazione tra gli usi industriali e civili dell'energia, favorendo la realizzazione di impianti integrati e la costruzione di reti di distribuzione che ne permettano l'uso razionale attraverso l'integrazione di una domanda diversificata nel tempo e nello spazio. In questo modo sarà possibile ridurre i consumi e quindi l inquinamento ambientale a parità di servizi resi, ma sarà anche possibile diffondere competenze tecniche capaci di generare iniziative economiche. q Obiettivi L'analisi dei consumi a livello settoriale, in questo caso il settore civile, ha lo scopo di inquadrare i fabbisogni energetici suddivise per latipologia della richiesta su base territoriale. Il riferimento considerato è il Comune, (dove possibile) come unità minima amministrativa che può essere chiamata dalla legge ad attuare interventi. Ovviamente tale livello territoriale non permette di passare immediatamente alla progettazione di impianti a rete, ma consente di valutare quali siano le località dove tali impianti possono rivelarsi interessanti. L'articolazione dei dati disponibili per il sistema informativo provenienti dal PER, ha limitato le possibilità di analisi ai seguenti settori: Abitazioni Case vacanza Appartamenti destinati ad uffici Centri commerciali e supermercati Grandi magazzini Ospedali Alberghi Scuole Per ciascuno dei settori il PER ha stimato e valutato i fabbisogni per il riscaldamento e solo per alcuni il fabbisogno per il condizionamento degli ambienti. Infatti ha ritenuto che gli impianti di condizionamento non debbano avere diffusione di massa nelle abitazioni, mentre ritiene che essi vadano considerati per alberghi ed uffici. A queste richieste di base si sono aggiunte quelle per cucina e acqua calda per le abitazioni, quelle per i servizi negli ospedali ed infine il fabbisogno di elettricità per alberghi, centri commerciali e grandi magazzini. In questi ultimi settori pesa, notevolmente, l'illuminazione dei locali e l'azionamento delle macchine frigorifere per le catene del freddo. Queste ultime potrebbero essere realizzate anche con tecnologie diverse da quelle attualmente diffuse, ma la stima dei fabbisogni non può che passare da valori diffusi dei consumi elettrici, data l'estrema variabilità delle strutture e dei prodotti. La conoscenza di questi dati permette di valutare le possibilità di integrazione e di individuare i settori con maggiori richieste energetiche, che possono rispondere con maggior efficacia agli interventi, anche a livello dei singoli impianti. 15

16 In particolare si può comprendere in quali settori effettuare interventi che permettano di ridurre la richiesta di energia elettrica per il condizionamento degli ambienti, richiesta che oggi tende a spostare il picco di domanda sulla rete elettrica al periodo estivo. L'incremento storico e prevedibile di condizionamento potrebbe quindi mettere in crisi il sistema elettrico, dato che il periodo estivo è anche quello con minor produzione di elettricità. N.B. L'obiettivo finale di questa tipo di attività è il raffronto dei fabbisogni energetici, suddivisi per sotto settori dove possibile, calcolati dal PER con il reale consumo di energia che si è registrato negli ultimi anni; in tal maniera si può immediatamente costatare quali è dove siano gli sprechi e quali le possibili soluzioni da proporre. Si ricorda che non sempre la suddivisione dei consumi permette di fare un raffronto esatto con le classificazioni fatte dal PER. q Metodologia Per il calcolo dei fabbisogni energetici ci si è basati sull'uso di indici parametrici legati ai pochi dati disponibili. Tali dati sono diversi per i differenti settori trattati e quindi sono diversi gli indici usati. In generale essi sono basati su di un consumo per unità di volume o di superficie, correlato ai dati climatici. Conseguentemente si è potuto stimare sia il fabbisogno invernale che quello estivo. Per quest'ultimo è importante notare che non si tratta dell'energia assorbita dall'impianto, che dipenderà dalla tipologia dello stesso, ma di quella che sarebbe opportuno sottrarre all'edificio per mantenervi condizioni accettabili. Essa sarà quindi nulla per tutte quelle località che presentino caratteristiche climatiche che non portino ad alti valori medi delle temperature estive. Ciò significa che in alcuni casi l impianto di condizionamento, pur utile in alcuni giorni, essendo usato per periodi molto limitati, non contribuirà significativamente alla richiesta totale di energia. 16

17 Abitazioni Per le abitazioni già la legge (DPR 412/93) fornisce il F.E.N., Fabbisogno Energetico Normalizzato, che correla il consumo di energia al volume ed ai Gradi Giorno (GG), parametro climatico riportato per tutti i Comuni dallo stesso DPR. Di conseguenza si è seguito questa procedura andando a stimare i volumi delle abitazioni a partire dai dati del Censimento ISTAT del 1991e del Da esso si possono ricavare le seguenti informazioni, che possono essere usate per valutazioni di tipo energetico: Tipo alloggio Stanze adibite ad abitazione e ad altro uso Destinazione d uso Superficie vasca da bagno e/o impianto di doccia Proprietario dell abitazione Totale numero di stanze Cucina; Numero famiglie nell abitazione Numero totale componenti Gabinetto all interno dell abitazione Riscaldamento Apparecchi singoli o fissi per consentire il riscaldamento Acqua calda per uso igienico sanitario Impianto comune o meno a quello di riscaldamento. Anno di ristrutturazione (successivo al 1982). Gli edifici sono stati suddivisi in 4 classi di età, invece delle 6 ISTAT, in relazione alle caratteristiche costruttive, suddivisione sviluppata per un campione statistico stratificato per epoca di costruzione degli edifici, ottenuto su un area urbana estesa di Firenze e pari a 153 edifici. Le classi considerate sono quindi: prima del 1946 dal 1946 al 1960 dal 1960 al 1981 dopo il 1981 A partire dai dati del censimento, è stata calcolata la superficie totale delle abitazioni per tipo di alloggio, per Comune e per classe di età. I valori delle altezze medie per classe di età di costruzione definite in letteratura, comparabili con quelle individuate sul campione statistico di edifici, sono: prima del 1946 = metri 3.50 dal 1946 al 1960 = metri 3.30 dal 1960 al 1981 = metri 3.15 dopo il 1981 = metri 3.10 Sono state considerate le abitazioni ad uso esclusivamente abitativo, separatamente da quelle occupate ma utilizzate per lavoro e/o studio, ed infine da quelle per vacanze. 17

18 q Calcolo del fabbisogno termico La metodologia impiegata parte dal concetto di FEN [kj/m 3 GG], fabbisogno energetico normalizzato per il riscaldamento, calcolato sul semplice fabbisogno dell edificio, diversamente da quanto previsto dalla legislazione, che include anche il rendimento dell impianto. Utilizzando le stime del FEN ottenute su un campione statistico di edifici per le 4 classi di età di costruzione, sono stati stimati i fabbisogni per il riscaldamento, moltiplicandoli per i gradi giorni di ciascun Comune e per il valore del volume totale delle abitazioni per classe di età e per tipologia (abitazioni a destinazione d uso residenziale e abitazioni a destinazione d uso lavoro e/o studio). Il valore del FEN medio su tutto il campione risulta pari a 234 [kj/m 3 GG], mentre per ciascuna classe di età abbiamo: prima del 1946 FEN = 237 [kj/m 3 GG] dal 1946 al 1960 FEN = 249 [kj/m 3 GG] dal 1960 al 1981 FEN = 209 [kj/m 3 GG] dopo il 1981 FEN = 137 [kj/m 3 GG] Per le abitazioni destinate a studio e lavoro, si è valutato un fabbisogno pari al 40% del totale giornaliero, tenendo conto dei ridotti tempi di occupazione e del diverso periodo d'uso, coincidente col periodo più caldo della giornata. Per le residenze sono stati valutati anche i consumi energetici per la produzione di acqua calda sanitaria e per la cucina. A questo scopo, utilizzando i dati dei consumi di gas forniti dalla SNAM per il sistema informativo del PER, è stata calcolata la media sui tre anni (1986, 1990 e 1995) dei consumi di gas( questo parametro è quello utilizzato per calcolare i fabbisogni e si ritiene valido anche alla luce dei consumi di gas odierni). Usando i dati relativi alle utenze dei tre anni indicati, oltre a quelli ISTAT, sono stati calcolati i due parametri seguenti: consumi per utente [Stm 3 /Utenza]; consumi per persona [Stm 3 /Persona]; Poiché si può generalmente ammettere un Potere Calorifico Inferiore (PCI) del metano pari a 34 MJ/Stm 3, il primo parametro è risultato pari a [MJ/Utenza anno], ed il secondo pari a 293 [MJ/Persona anno]. I dati ISTAT 91/ '01 forniscono il numero totale degli occupanti per ogni abitazione, per destinazione d uso e per classe di età in ogni Comune; conseguentemente si è potuto stimare direttamente i consumi di gas per acqua calda e per la cucina e il riscaldamento. Per quanto riguarda le case vacanze, i consumi considerati dal PER fanno riferimento al riscaldamento invernale per alcune località montane, ed ai consumi per acqua calda e cucina, riferiti ai presumibili periodi di utilizzazione, vale a dire 4 mesi estivi. (cfr. Archivio Dati, Energia Civile, Tabelle suddivise per provincia Fabbisogni abitazioni per vacanza e relativi grafici). 18

19 q Calcolo del fabbisogno di raffrescamento Per il fabbisogno per condizionamento non esistono al momento specifiche indicazioni normative; di conseguenza si è fatto diretto riferimento ai dati ed alle metodologie di letteratura. Un metodo presentato recentemente basa la valutazione del fabbisogno energetico estivo dell edificio su un espressione semplificata, verificata su edifici. L energia che è necessario portar via dall ambiente per garantire una temperatura definita è data da una specifica espressione. Il fabbisogno energetico per il condizionamento estivo dell edificio, viene quindi calcolato applicando a tutte le pareti l espressione sopra detta, stimando il flusso di energia legato alla portata media di aria esterna G di infiltrazione e di ventilazione e in riferimento a periodi τ di un mese. Quest ultima semplificazione consente di utilizzare i dati climatici medi disponibili sul territorio nazionale e di individuare i periodi in cui l edificio richiede apporti o sottrazioni di energia nell ipotesi di temperatura interna costante. Questo metodo è stato applicato a tutti gli edifici del campione statistico estratto sull area urbana di Firenze, considerando una temperatura interna costante di 25 C. Al fine di ottenere un metodo che potesse essere utilizzato per la stima del fabbisogno energetico per il condizionamento delle abitazioni dei Comuni della Regione Toscana, il valore del fabbisogno energetico per condizionamento per ciascun edificio del campione il PER lo ha riferito al volume e ai parametri climatici di Firenze. È stato così calcolato un Indice di Raffrescamento (cfr. Archivio Dati, Energia Civile, Tabelle dati climatici Indice di Raffrescamento ). I risultati che si ottengono con tale metodo sono probabilmente sottostimati rispetto ai valori normalmente attesi. Tuttavia è necessario considerare che i fabbisogni energetici per il condizionamento degli ambienti, sono molto ridotti rispetto a quelli per il riscaldamento, a causa del ridotto periodo di elevata richiesta. Se si considerano le potenze di raffrescamento richieste dalle strutture, i cui valori in letteratura vengono spesso considerati sovrastimati, esse sono confrontabili con quelle per il riscaldamento, ma la diversa durata di utilizzazione porta a valori di richiesta molto inferiori. Si ritiene che tali dati siano comunque utili per valutare le possibili interazioni tra i vari sistemi. 19

20 Commercio, Supermercati e Cash&Carry Nel caso di queste strutture commerciali della grande distribuzione, ha grande peso il consumo di elettricità, dovuto non solo agli impianti di condizionamento ed illuminazione, ma soprattutto alla refrigerazione degli alimenti; secondo l ENEA essa supera l 80% del fabbisogno. I dati relativi a diversi esercizi, da letteratura, danno valori leggermente più bassi, ma comunque molto elevati. Poiché, inoltre, sono disponibili solo le superfici di vendita dai dati delle Camere di Commercio, il PER ha ricavato degli indici di consumo per unità di superficie di vendita, riferendoli anche ai gradi giorno nel caso del riscaldamento. Gli indici prima citati sono: FES = 270 GJ t /GGm 2 FeeS = 1,5 GJ e /m 2 Per ogni Comune sono state calcolate le superfici di vendita totali e quindi, con i gradi giorno di legge, e valutati il fabbisogno per riscaldamento e quello di energia elettrica. Commercio, Grandi Magazzini Nel caso dei grandi magazzini sono assenti i sistemi di refrigerazione alimenti; di conseguenza, si è preferito valutare i fabbisogni in analogia a quanto fatto per le abitazioni, sfruttando per quanto possibile il dato legato al campione analizzato e tenendo conto dei diversi ricambi d aria e dei carichi termici per unità di superficie. Anche per questi esercizi commerciali è disponibile solo la superficie di vendita, per cui si è stimato il volume sulla base della letteratura citata. q Calcolo del fabbisogno termico Anche in questo caso, per il calcolo, si è fatto riferimento al FEN, depurandolo però del contributo dovuto ai ricambi d aria, quindi un FEN r. Infatti, nei Grandi Magazzini, il ricambio d aria deve essere pari ad almeno due volumi orari. Per questi esercizi commerciali è stata considerata una temperatura interna di 15 C, un FEN r = J/m 3 GG, ed un numero di ricambi orari pari a 3. q Calcolo del fabbisogno di raffrescamento Al fine di ottenere un parametro adatto alla stima del fabbisogno energetico per il condizionamento estivo, è stata seguita la procedura esposta per le abitazioni. In questo caso, al fine di tenere conto dei carichi termici dovuti alla presenza di persone ed apparati, è stata considerata una temperatura di riferimento interna pari a 20 C per il calcolo dei parametri climatici locali, che quindi hanno valori diversi rispetto a quelli usati per le abitazioni. 20

21 Calcolo del fabbisogno di elettricità Per questa valutazione è stata seguita la procedura illustrata per i supermercati, assumendo un indice di carico elettrico per l illuminazione, da letteratura, pari a 200 GJ e /m 2 anno. I consumi per condizionamento saranno legati alle diverse tipologie di impianto. Ospedali Per quanto riguarda gli ospedali, gli unici dati facilmente disponibili sono stati i posti letto. Utilizzando gli indici forniti dall ENEA ed in letteratura, è stata ricavata una correlazione tra i posti letto Pl ed il volume V, che ha permesso di stimare il volume degli ospedali per ogni Comune. q Calcolo del fabbisogno termico Per il calcolo del fabbisogno termico si è seguito la procedura esplicitata per i Grandi Magazzini, assumendo una temperatura interna pari a 20, per tenere conto dei carichi termici gratuiti. Infatti, la temperatura media da assumere per un ospedale dovrebbe essere pari a 22 C, tenendo conto della presenza di degenze, uffici, sale operatorie, ambulatori etc. che hanno temperature diverse. Per quanto riguarda i ricambi d aria si è scelto un valore medio giornaliero pari a 4 ricambi orari. Questa procedura fornisce il fabbisogno per riscaldamento, cui va aggiunto quello dei servizi tecnici, valutato sulla base di un indice per posto letto, assunto pari a 37 GJ t /Pl. Per il calcolo di questa richiesta si è fatto riferimento ad un numero di posti letto medio tra quelli disponibili e quelli effettivamente usati, definito fattore di utilizzazione. Questo perché i servizi tecnici richiederanno comunque un minimo di energia per il funzionamento che non potrà essere semplicemente proporzionale ai posti utilizzati. q Calcolo del fabbisogno di raffrescamento Anche in questo caso è stata seguita la stessa procedura utilizzata per i Grandi Magazzini, assumendo come temperatura interna di riferimento 20 C, tenuto conto che per il benessere degli utenti l eventuale condizionamento dovrà essere utilizzato più a lungo rispetto agli uffici od alle abitazioni e che sarà necessario un maggior controllo sui parametri di benessere ambientale. I ricambi d aria sono stati assunti pari sempre a 4 volumi orari. q Calcolo del fabbisogno di elettricità Il consumo di elettricità è stato stimato con un indice per posto letto pari a 10 GJ e /Pl, ancora una volta tenendo conto del fattore di utilizzazione. 21

22 Alberghi I dati sugli alberghi resi disponibili dalla Regione per il sistema informativo permettono, per ogni località, di risalire solo alla categoria, numero di stanze, posti letto, disponibilità annua dei posti letto, bagni e presenze annue. Tali dati non sono sufficienti per qualificare completamente dal punto di vista energetico le utenze, se non con larghissima approssimazione. Mancano infatti riferimenti alla presenza di sale congressi, piscine ed altre attrezzature sempre più frequenti negli esercizi anche di categoria intermedia. Tuttavia si possono sviluppare delle valutazioni usando le metodologie già viste per le abitazioni, dopo aver stimato i volumi con alcune ipotesi ed anche utilizzando i dati ENEA 1993, che sono però su base nazionale. q Calcolo del fabbisogno di elettricità Tale valutazione è stata eseguita sulla base dei citati dati ENEA, valutando il consumo annuo medio per stanza e per categoria ed utilizzandolo poi per il calcolo dei consumi medi degli esercizi a livello comunale. q Calcolo del fabbisogno termico Il fabbisogno termico è stato valutato sulla base del volume stimato a partire dal numero dei bagni e dei posti letto, utilizzando poi i parametri già esaminati nel caso delle abitazioni. Per valutare il volume si è basato sulle parametrizzazioni legate alle diverse categorie, riportate dal Manuale di Progettazione Edilizia. Per il riscaldamento è stato anche usato un fattore correttivo che tiene conto delle presenze in relazione ai posti letto disponibili. E stato considerato assente il riscaldamento nel caso di località marine con basso fattore di utilizzazione dei letti; tuttavia la maggior parte degli esercizi pare operare con continuità durante l arco dell anno. L uso di tale parametrizzazione si è resa necessaria non potendo conoscere il periodo di apertura degli esercizi. Per il fabbisogno di acqua calda, è stata stimata una richiesta di 50 litri per presenza ad una temperatura di 50 C. q Calcolo del fabbisogno di raffrescamento Anche in questo caso è stata seguita la stessa procedura utilizzata per gli uffici, Grandi Magazzini ed Ospedali, introducendo un fattore correttivo per tenere conto delle effettive presenze rispetto ai posti letto. 22

23 Scuole I dati sulle scuole comprendono i diversi gradi dalle materne alle superiori, includendo anche le scuole private. Con i dati disponibili si può stimare il fabbisogno per riscaldamento e non il condizionamento, dato che in genere il periodo più caldo corrisponde alle vacanze estive. La mancanza di dati specifici non permette di valutare l eventuale richiesta dovuta agli uffici. q Calcolo del fabbisogno termico Analogamente alle abitazioni, utilizzando quindi le stime del FEN ottenute sul campione statistico di edifici dell area urbana di Firenze per le 4 classi di età di costruzione, sono stati calcolati i fabbisogni per il riscaldamento, per tipologia e per classe di età. La stima è stata eseguita senza tenere conto del diverso orario di funzionamento e delle differenti richieste per ricambi orari, di cui al D.M. del 18/12/1975, non avendo indicazioni sul volume edificato di spazi a differente destinazione d uso come laboratori, palestre, sale di proiezione, uffici, etc.. Avendo solo i valori totali degli alunni per i diversi tipi di scuola e per ciascun Comune, dedotti da una banca dati separata, non si è potuto risalire ad una stima dei consumi di acqua calda. D altra parte a questo scopo sarebbero stati necessari anche i dati sugli impianti e sui servizi igienico sanitari per tipologia di scuola per ogni Comune. q Risultati Dalle elaborazioni che il PER ha sviluppato, si nota come il riscaldamento delle abitazioni sia la principale fonte di consumo energetico dal punto di vista termico. Subito dopo come peso risultano trovarsi le scuole e gli alberghi. I risultati sono riportati suddivisi per Provincia nell'archivio Dati del PER, Energia Civile, Tabelle Fabbisogno abitazioni e nei grafici collegati. I dati del PER sono stati poi integrati con dati più recenti reperiti da A.E.P. dalle aziende del gas relativamente alla sola Provincia di Pisa. Si può notare come i consumi più elevati competano ai comuni con più alta densità edilizia, in particolare Firenze. Per le abitazioni destinate ad uso uffici, il PER ha considerato anche il fabbisogno per raffrescamento, valutandolo al 60% dell abitazione equivalente, dato che la richiesta corrisponde al periodo più caldo della giornata. Gli ospedali rappresentano un forte soggetto di consumi, particolarmente interessante per la concentrazione ed il mix termico-elettrico. Anche in questo caso la distribuzione per Provincie rispecchia approssimativamente la distribuzione della popolazione. Anche la grande distribuzione presenta forti richieste, ma soprattutto di elettricità. Di conseguenza essa dovrà essere considerata prevalentemente in associazione con altre utenze. E importante considerare che i dati si riferiscono al 1996, per cui non risultano alcuni grandi insediamenti commerciali inaugurati successivamente. Analogamente agli Ospedali si presenta una corrispondenza con la popolazione. Infine, sempre nell'archivio Dati del PER, si riporta la stima dei fabbisogni degli alberghi, soggetta, come le altre, ai limiti suesposti. Il PER ritiene sia interessante la distribuzione provinciale per categorie, che mostra come Firenze e Prato siano più legate ad una clientela che si può permettere categorie più elevate, forse per censo, ma probabilmente anche per una più limitata permanenza. Le scuole presentano la domanda maggiore subito a ruota delle abitazioni. 23

24 I dati mostrano anche l elevato numero di scuole di cui si conosce solo la tipologia e la volumetria, cui il PER non ha potuto associare la classe di età con conseguente minore approssimazione del dato. Per alcuni Comuni non esistono dati. Tutti i dati sono stati forniti a livello del Comune ed aggregati per Provincia, così da poter collegare territorio e livelli amministrativi. I dati demografici e delle abitazioni sono ricavati dal Censimento 01 ISTAT, e tutti gli altri usati dal PER si riferiscono al 1996; tuttavia molti dati sono stati integrati con i nuovi dati reperiti fino al 2000 o al 2001 q Conclusioni Le analisi sviluppate dal PER permettono di intravedere alcuni settori di forte richiesta. Risulta immediatamente evidente che quelli a maggior concentrazione della domanda di energia sono gli ospedali e la grande distribuzione. Come detto precedentemente, la domanda più elevata è quella associata alle abitazioni, ma la densità della richiesta è più bassa, essendo distribuita su tutto il territorio. Conseguentemente il PER ritiene che nel caso delle abitazioni e degli alberghi siano necessari interventi di tipo normativo od incentivante che spingano i singoli utilizzatori ad intervenire migliorando le caratteristiche degli edifici e degli impianti. Tali interventi dovrebbero essere accompagnati da corsi di aggiornamento per gli operatori del settore edile ed impiantistico, arrivando infine alla formazioni di albi di qualità per aziende che presentino sufficienti livelli tecnologici ed applicativi. Nel caso di strutture ad elevata concentrazione della domanda, come gli Ospedali o la grande distribuzione, lo studio di specifiche soluzioni impiantistiche diviene preponderante. Anche in questo caso il PER ritiene utile agevolare la costituzione di società locali per la fornitura di energia, intesa sia come calore che energia elettrica e freddo, così da stimolare la sinergia tra strutture vicine e che possono trovare integrazioni tra le diverse domande di energia sia tra i diversi settori Civili, sia andando ad analizzare le possibili integrazioni col settore industriale. Ciò sarebbe tanto più interessante quando si riuscisse ad avere stime corrette della richiesta del settore terziario con elevate volumetrie ad uffici. Qui di seguito si riportano i fabbisogni energetici calcolati per i vari settori. Più avanti analizzeremo i fabbisogni con i reali consumi. 24

25 Fabbisogni termici nelle abitazioni della Provincia di Pisa Abitazioni - Fabbisogni termici provinciali [GJ] TOTALI DOPO IL 1981 Classi di età Fabbisogno per riscaldamento [GJ] Fabbisogno per acqua calda e cucina [GJ] PRIMA DEL A cura di - A.E.P. Abitazioni - Fabbisogni termici regionali [GJ] Siena Prato Pistoia Pisa Fabbisogno per riscaldamento abitazioni [GJ] Fabbisogni per acqua calda e cucina [GJ] Provincia Massa Lucca Livorno Grosseto Firenze Arezzo

26 Fabbisogni termici nelle abitazioni per vacanze Abitazioni vacanze - Fabbisogni termici regionali [GJ] DOPO IL 1981 Classi di età PRIMA DEL A cura di A.E.P. 26

27 Consumi termici delle abitazioni negli ultimi tre anni (1999,2000,2001) energia termica 1999 [GJ] 2000 [GJ] 2001[GJ] Abitazioni abitazioni adibite ad uffico Grafico di raffronto consumi termici abitazioni 2001[GJ] 2000 [GJ] abitazioni adibite ad uffico Abitazioni 1999 [GJ] Da i dati i nostro possesso non è possibile determinare i consumi termici per le case vacanza tuttavia siamo riusciti ad estrapolare i consumi delle abitazioni che servono come ufficio. Esaminando la tabella ed il relativo grafico si nota come il consumo reale per il riscaldamento,almeno negli ultimi tre anni, nel settore delle abitazione sia notevolmente inferiore al fabbisogno termico calcolato in base a quanto indicato dal PER. 27

28 INTEGRAZIONE AL SETTORE CIVILE Comuni per zona altimetrica e provincia - Censimento 2001 (valori assoluti e composizione percentuale di riga) - Regione Toscana PROVINCE COMUNI COMUNI ( COMPOSIZIONE % ) Montagna Collina Pianura Totale Montagna Collina Pianura Totale Regione Toscana Massa-Carrara Lucca Pistoia Firenze Prato Livorno Pisa Arezzo Siena Grosseto Totale ,5 23, ,4-28, ,8 68, ,9 77,3 6, ,9 57, ,8 28, ,6 56, ,3 91, ,4 75 3, ,2 63,1 8,7 100 Popolazione residente per zona altimetrica del comune e provincia - Censimento 2001 (valori assoluti e composizione percentuale di riga) - Regione Toscana PROVINCE POPOLAZIONE RESIDENTE IN COMUNI PERCENTUALE DI POPOLAZIONE DI RESIDENTE IN COMUNI DI Montagna Collina Pianura Totale Montagna Collina Pianura Totale Regione Toscana Massa-Carrara Lucca Pistoia Firenze Prato Livorno Pisa Arezzo Siena Grosseto Totale ,7 9, ,1-77, ,2 62, ,7 88,3 8, ,7 92, ,5 66, ,6 83, ,5 94, ,3 59,4 33, ,2 66,1 19,