Tecnologie Efficienza, risparmio, recupero

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1 Tecnologie Efficienza, risparmio, recupero 1. Principi 2. Tipologie a) settore residenziale b) settore terziario c) settore industriale d) trasporti XIII - 0

2 Principi mettere meno acqua nel secchio recuperare l acqua dispersa tappare i buchi XIII - 1

3 Chiarificazione semantica Efficientamento Risparmio Recupero ottenere gli stessi output con meno input ottenere la stessa qualità della vita con meno output, e quindi con meno input sostituire una parte dell input con una parte dell output XIII - 2

4 Esempi Efficientamento Risparmio Recupero Calore in casa migliorare l isolamento compartimentare la casa in modo da avere il calore giusto dove serve Automobile Luce Motori industriali fare più chilometri con un litro usare LED invece che lampadine a incandescenza sostituire il motore con uno più nuovo ed efficiente ridurre la velocità (perchè tanto si arriva lo stesso anche se ci si mette 10 minuti di più) concentrare la luce dove serve adattare le dimensioni alla potenza ottimale operare il motore nel regime di massima efficienza adattare il controllo alle caratteristiche del consumo mettere una caldaia a condensazione usare il KERS aumentare la vita della lampadina ridurre le lavorazioni recuperando materia prima seonda XIII - 3

5 Supply curve riduzione GHG nel 2030 McKinsey, 2007 XIII - 4

6 Residenziale Piano d Azione Italiano per l Efficienza Energetica 2011 Misura % risparmio previsto al 2016 sul totale Impiego di impianti di riscaldamento efficienti 45% Isolamento pareti 22% Sostituzione lampade ad incandescenza 8% Camini termici e caldaie a legna 6% Sosituzione scalda acqua elettrici 4% Sostituzione elettrodomestici (classe A+ e A++) 4% Consumi domestici 2010 fonte: XIII - 5

7 Caldaie a condensazione Combustione stechiometrica metano: CH 4 + 2O 2 + 7,52N 2 CO 2 + 2H 2 O + 7,52N 2 In realtà, per non avere incombusti, la combustione avviene con sovrasaturazione di aria, quindi con rapporto aria:metano di 10:1 e non 9.52:1, e con produzione limitata di NO x. Calore di reazione: -891 kj/mol PCI = 39,79 MJ/m 3 (9503,86 kcal/m 3 ) PCI = Potere Calorifico Inferiore (cioè con i gas prodotti ad alta lemperatura) Se si recupera il calore di evaporazione dell acqua (1.6 kg/m 3 di metano bruciato) si può ottenere una resa superiore al 100%. XIII - 6

8 Caldaie a condensazione CH 4 + 2O 2 + 7,52N 2 CO 2 + 2H 2 O + 7,52N 2 1 mole in condizioni normali: P (1 atm) n T (0 C) R V Calore di combustione Quantità per m 3 : la CO 2 disciolta in acqua forma acido carbonico (H 2 CO 3 ), quindi il condensato è acido (ph=3 5) Pa 1 mol K J/kg K m 3 /mol 891 kj/mol moli 44.3 mol/m 3 calore direttamente prodotto nella combustione 39.7 MJ/m 3 atomi CH 4 bruciati atomi/m 3 atomi H 2 O prodotti nella combustione atomi/m 3 moli H 2 O prodotte nella combustione 88.6 mol/m 3 kg H 2 O prodotta nella combustione 1.59 kg/m 3 (calore latente di evaporazione dell acqua calore latente liberabile se l acqua viene condensata 2.27 kj/kg) 3.6 MJ/m 3 Necessità di fare gli scambiatori di calore in acciaio (costo maggiore) 9% XIII - 7

9 1. Conduzione Trasmissione del calore T 0 Q 1 2 n T n l 1 l 2 l n 2. Convezione 3. Irraggiamento XIII - 8

10 Ponti termici Correzione dei ponti termici Cappotto in lana di roccia XIII - 9

11 Patrimonio edilizio in provincia di Ravenna Abitazioni in edifici ad uso abitativo per epoca di costruzione 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Consumo attuale del patrimonio edilizio della Provincia di Ravenna: da: 249 kwh/(m2*a) per le villette costruite prima del 1919 Alfonsine Bagnacavallo Bagnara di Romagna Brisighella Casola Valsenio Castel Bolognese Cervia Conselice Cotignola Faenza Fusignano Lugo Massa Lombarda Ravenna Riolo Terme Russi Sant'Agata sul Santerno Solarolo a: 81 kwh/(m2*a) per grandi condomini costruiti dopo il 1991 Dopo il 1991 Dal 1982 al 1991 Dal 1972 al 1981 Dal 1962 al 1971 Dal 1946 al 1961 Dal 1919 al 1945 Prima del 1919 XIII - 10

12 Risparmio ottenibile Confronto tra i consumi delle nuove abitazioni al 2011 e il risparmio ottenibile sull'esistente al Consumi nuove ab (classe C) 500 Risparmio su esistente con classe C 400 Milioni kwh/a 300 Risparmio globale: 50% 200 Provincia di Ravenna: 190,000 abitazioni Circa 19,000,000 m 2 Circa 300 /m 2 interventi Alfonsine Bagnacavallo Bagnara di Romagna Investimento totale: da 4 a 5,5 miliardi di euro Brisighella Casola Valsenio Castel Bolognese Cervia Conselice Cotignola Faenza Fusignano Lugo Massa Lombarda Ravenna Riolo Terme Russi Sant'Agata sul Santerno Solarolo XIII - 11

13 Scuole Faenza Tesi V. Crocetti, 2007 Telecontrollo del riscaldamento MEDIA STROCCHI 0,25 andamento annuo media anno 0,2 tco2/gg 0,15 0,1 0,05 0 applicazione telecontrollo minore consumo totale minori fluttuazioni 28/10/95 11/03/97 24/07/98 06/12/99 19/04/01 01/09/02 14/01/04 28/05/05 10/10/06 stagioni termiche XIII - 12

14 Lampadine La candela (cd - intensità luminosa) è una delle sette unità definite nel sistema internazionale delle unità di misura, il suo simbolo è cd ed è definita come l intensità luminosa di una sorgente emettente una radiazione monocromatica della lunghezza d onda pari a 555 nm e di intensità radiante di 1/683 di watt per steradiante. Il lumen lm - (flusso di luce) è definito come l intensità di una candela che fluisce in un angolo solido di un steradiante. Per luce a 555 nm emessa uniformemente nello spazio, 1 lm=4π cd. Per lunghezze d onda diverse, il lumen è pesato con la funzione di risposta degli occhi, che ha il massimo a 555 nm. Se si prende un emettitore di luce a 555 nm, che utilizza 4π W di potenza, il massimo flusso di luce ottenibile è di 1 W/sr = 683 cd = 683 lm/sr. La massima efficienza luminosa è quindi 683 lm/w a 555 nm. Per lunghezze d onda diverse, la massima efficienza luminosa cala. Alogene Incandescenza Fluorescenti compatte Fluorescenti 18 mm Fluorescenti 16 mm Efficienza Luminosa (dipende dal colore) lm/watt Durata (indicativa) Efficienza luminosa: è il rapporto tra il flusso luminoso emesso da una sorgente e la potenza elettrica assorbita espressa in lumen/watt. Temperatura di colore: indica la tonalità della luce e si misura in gradi Kelvin ( K). Più è alta la temperatura di colore e più si hanno tonalità fredde. Per temperature di colore maggiori ai K si hanno luci bianche e fredde, per temperature inferiori ai K, si ha una tonalità calda tipica delle lampade ad incandescenza. Indice di resa cromatica: varia tra 0 e 100, e indica come i colori percepiti sotto un'illuminazione artificiale, si accostino ai colori reali. Più è alto l IRC e più è elevata la resa cromatica. LED ore Temp. di Colore Kelvin IRC Alimentazione Watt XIII - 13

15 Elettrodomestici Direttiva Europea 2010/30/UE e integrazioni tecniche: frigoriferi, congelatori e loro combinazioni lavatrici, essiccatori e loro combinazioni lavastoviglie forni scaldacqua e serbatoi di acqua calda fonti di illuminazione condizionatori d'aria La classificazione è basata su un Indice di Efficienza Energetica (Energy Efficiency Index: EEI), che rappresenta il rapporto tra il consumo annuale dell apparecchio ed il consumo standard di un modello simile di riferimento. Ad esempio, a parità di volume interno, un frigorifero in classe A++ ha un IEE tra 22 e 33, mentre un frigorifero in classe A ha un IEE tra 42 e 55, quindi un consumo superiore di un fattore tra 1.3 e 2.5. XIII - 14

16 Terziario Piano d Azione Italiano per l Efficienza Energetica 2011 Misura % risparmio previsto al 2016 sul totale Riqualificazione energetica del parco edifici esistente 45% Isolamento pareti 20% Sostituzione lampade ad incandescenza e introduzione di sistemi di controllo 17% Condizionatori efficienti 10% Lampade efficienti e sistemi di regolazione del flusso luminoso (illuminazione pubblica) Si tratta fondamentalmente di interventi simili a quelli per le abitazioni 5% XIII - 15

17 Industria Piano d Azione Italiano per l Efficienza Energetica 2011 Misura % risparmio previsto al 2016 sul totale Refrigerazione. inverter su compressori. sostituzione caldaie. recupero cascami termici 48% Cogenerazione ad alto rendimento 31% Installazione di motori elettrici a più alta efficienza e rifasamento 13% Lampade efficienti e sistemi di controllo 7% recupero calore XIII - 16

18 Motori elettrici Il campo magnetico rotante generato in un motore asincrono trifase. Motori asincroni: statore = parte fissa rotore = parte rotante (il rotore è fatto da avvolgimenti nei quali viene indotta una corrente a causa del campo magnetico variabile dello statore; queste correnti producono campi magnetici che si oppongono ai campi dello statore e fanno muovere il rotore) n s = giri al minuto del campo = 60υ/p con p=numero di poli e υ=frequenza CA n r = giri al minuto del rotore interno allo statore < n s a causa del carico meccanico s = (n s -n r )/n s = rapporto di scorrimento (0<s<1) in questa zona, se n r diminuisce a causa del carico, la coppia T aumenta migliori materiali e disegno regolazione frequenza (inverter) Perdite: effetto Joule campi magnetici di fuga attriti nel moto bassa velocità di rotazione (carico morto addizionale) Nota: il costo totale legato al ciclo di vita del motore (tipicamente superiore a 10 anni), è composto per il 98% dal costo del consumo d energia elettrica, mentre circa solo il 2% è dato dal costo iniziale (acquisto più installazione) e dalla manutenzione. XIII - 17

19 Euro I Euro II Euro III Euro IV Euro V Euro VI limiti su emissioni, non su consumo Trasporti metano GPL ibride Monitoraggio delle emissioni di CO 2 prodotte dalle autovetture nuove nell UE: dati relativi al 2008, COM(2009)713 XIII - 18

20 Trasporti Emissioni di CO 2 per kg di combustibile: Benzina: 2 C 8 H O 2 --> 16 CO H 2 O + energia 2 mol C 8 H 18 (114 g/mol) producono 16 mol di CO 2 (44 g/mol) 2 114=228 g di C 8 H 18 producono 16 44=704 g di CO 2 1 kg di C 8 H 18 produce (704/228)=3.09 kg di CO 2 1 litro di C 8 H 18 produce =2.22 kg di CO 2 a 17 km/litro si producono 2220/17=131 g di CO 2 /km Gasolio: 4 C 12 H O 2 --> 48 CO H 2 O + energia 4 mol C 12 H 23 (167 g/mol) producono 48 mol di CO 2 (44 g/mol) 4 167=669 g di C 12 H 23 producono 48 44=2112 g di CO 2 1 kg di C 12 H 23 roduce (2112/669)=3.17 kg di CO 2 1 litro di C 12 H 23 produce =2.64 kg di CO 2 a 20 km/litro si producono 2640/20=132 g di CO 2 /km Metano: CH 4 + O 2 --> CO H 2 O + energia 1 mol CH 4 (16 g/mol) producono 1 mol di CO 2 (44 g/mol) 16 g di CH 4 producono 44 g di CO 2 1 kg di CH 4 produce (44/16)=2.75 kg di CO 2 a 21 km/kg si producono 2750/21=131 g di CO 2 /km Ibrida (Prius) 22 km/litro (100 g di CO 2 /km) 30% in meno a parità di potenza Fonte e calcolatore: XIII - 19

21 Ferrovia Principali interventi Recupero delle perdite di rete Reti DC: 15 to 20 % Reti AC: 3 to 5 % Recupero dell energia di frenata Fino al 30% per treni a breve percorrenza Oltre all uso di energia elettrica da fonti rinnovabili Fonte: European Rail Research Advisory Council, Towards 2030 Energy Roadmap for the European Railway sector XIII - 20

22 Confronti Passeggeri Mezzo di trasporto Automobile Treno Aereo Merci Mezzo di trasporto consumo specifico 44 gep/pkm 16 gep/pkm 50 gep/pkm consumo specifico ciclo extraurbano Camion Treno Aereo vkm = veicolo chilometro pkm = passeggero chilometro tkm = tonnellata chilometro 36 gep/tkm 16 gep/tkm 200 gep/tkm NOTA: 1 gep = cal = J Fonte: Amici della Terra e Ferrovie dello Stato, I costi ambientli e sociali della mobilità in Italia, 5 rapporto (2005) XIII - 21