STUDIO DELL'IMPRONTA ECOLOGICA DELLA SCUOLA E PROPOSTE DI RISPARMIO ENERGETICO

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1 A.S.2010/2011 Prato STUDIO DELL'IMPRONTA ECOLOGICA DELLA SCUOLA E PROPOSTE DI RISPARMIO ENERGETICO XIX Concorso Immagini per la Terra sezione scuole superiori Green Cross Autori: Gruppo Ambiente Studentesco, classi 4Ds e 3Fs coordinati dalla prof.ssa M.Pirillo

2 PREMESSA Il Liceo Scientifico Copernico si occupa di educazione ambientale dal 1994 ed è passato da diversi tipi di approcci, tutti stimolanti e costruttivi: il rapporto uomo natura, la crisi energetica, i diversi contesti storici, le politiche ambientali nelle varie nazioni europee... ma anche ambiente, letteratura e arte, ecc. ecc. Fin dall'inizio però, nelle varie progettazioni congiunte, si richiedeva di partire dalle esperienze locali, del territorio e scolastiche, anche per conoscere meglio la situazione globale: in pratica non volevamo sapere tutto sul buco dell'ozono e poi non conoscere le problematiche ambientali della nostra città, come la raccolta dei rifiuti o la crisi della falda idrica, ritrovandosi ad agire in modo inconsapevole e scorretto proprio nel nostro quotidiano. Negli ultimi anni infatti i progetti hanno cercato di ricomporre la frattura tra tutto quello che sapevamo di corretta gestione ambientale e i comportamenti che teniamo: volevamo imparare a partecipare, agire in modo autonomo e responsabile come studenti e come cittadini, affrontando situazioni problematiche, definendo strategie e verificando i risultati. Ogni anno da allora singoli allievi volontari provenienti da più classi costituiscono il gruppo ambiente studentesco e formano commissioni di lavoro affinché tutte le classi con i loro docenti partecipino con attività sempre diverse, anche se non sempre di successo: ad es. la raccolta differenziata, la gestione corretta delle luci in classe, l'ordine e la pulizia, l'imbiancatura delle classi, l'uso della bicicletta per venire a scuola e così via. Questo anno, con piacere, abbiamo aderito all'iniziativa dedicata alle scuole superiori da parte di Green Cross: era infatti da molto tempo che cercavamo di monitorare l'impatto ambientale del nostro istituto e proporre iniziative concrete e fattibili per ridurre la nostra impronta ecologica. Il tempo è stato poco ( e tanti gli impegni scolastici curricolari!), non siamo certi che le nostre idee siano davvero efficaci, ma sicuramente abbiamo imparato molte cose: prima tra tutte che non c'è sviluppo sostenibile senza partecipazione.

3 ORGANIZZAZIONE DEL LAVORO Prima parte: come ci siamo suddivisi il lavoro Gli allievi della classe 4 Ds, cui appartengono molti membri del gruppo ambiente, hanno buone competenze di scienze ( sono sperimentale di scienze), stanno studiando fisica e alcuni di loro stanno conseguendo l'ecdl. Come prima operazione, abbiamo costituito cinque gruppi che da fine febbraio hanno cominciato a raccogliere dati, in provincia e direttamente, sulle cinque problematiche indicateci nelle linee guida da Green Cross: rifiuti, planimetria, posizionamento, riscaldamento e illuminazione. Dopo le vacanze di Pasqua e varie consultazioni tra di noi ed in Internet, abbiamo scelto di concentrare l'attenzione su consumi elettrici e di riscaldamento e di incrociarli con i dati relativi al posizionamento della scuola e delle finestre, oltre che ai dati sull'illuminazione dell'edificio. Per rendere più fruttuoso il lavoro dal punto di vista didattico abbiamo deciso di eseguire la ricerca come in una scheda di laboratorio: 1) problema da affrontare.. 2)raccolta delle informazioni,3)ipotesi di lavoro,4) misurazioni e raccolta dati,5)loro elaborazione, 6)eventuali proposte. Seconda parte: l'elaborazione dei dati e le proposte Dopo aver diffuso nel gruppo i dati raccolti, anche se provvisori, gli ultimi quindici giorni abbiamo lavorato febbrilmente alla elaborazione delle proposte, raccogliendo in parte lavori eseguiti in precedenza. A questo punto ha partecipato anche la classe 3 F (sperimentale PNI) con allievi più giovani, ma con una maggiore formazione di fisica e informatica, anche loro con molti appartenenti al gruppo ambiente. Molta discussione c'è stata su quali parametri usare, quali fonti erano più attendibili, quali esperienze a noi precedenti potevano essere prese in considerazione. Nel frattempo si elaboravano i dati raccolti, si chiedevano ancora informazioni e si facevano ancora misurazioni: moltissime si sono rivelate piste non percorribili. Terza parte: i prodotti del nostro lavoro proposta di miglioramento dell'efficienza del laboratorio di informatica e calcolo di risparmio energetico: con questo lavoro si è voluto proporre l'aggiornamento di alcune componenti, l'eliminazione di alcune parti non usate o sostituzione, con notevoli risparmi. progetto di costruzione di impianto fotovoltaico: con questo lavoro si è affrontato la proposta più seguita nel Comune di Prato per le scuole di primo grado. Ci siamo proposti di fare il calcolo per il tetto della biblioteca -palestre, ben esposto e ampio, per produzioni di un quarto del fabbisogno energetico in kwh a della scuola progetto e costruzione di un prototipo per produrre energia col passaggio degli studenti. Questo progetto era stato realizzato prima che avessimo i dati dell'impronta ecologica, ma logicamente va nella stessa direzione di risparmio energetico; ogni passaggio dal gradino produce 9 mw, ma pensate alla storia della scacchiera col chicco di riso persone dalle stesse scale, più volte al giorno per oltre 200 giorni all'anno... calcolo sul risparmio ottenuto con i corretti comportamenti: non avendo avuto tempo di fare un'analisi comparativa tra periodi di pari durata e situazione energetica, utilizziamo dati precedenti e presentiamo una modesta proposta, sempre nella linea del chicco di riso...e con una grande valenza educativa, legata all'assunzione di responsabilità e alla partecipazione di tutti. Calcolo sul consumo delle luci nei corridoi, anche esposti al sole: quanto si risparmia spegnendo le luci che invece stanno accese tutto il giorno. Calcolo su termoregolatori applicabili al termosifone

4 L'ISTITUTO E IL TERRITORIO Il nostro Liceo si trova a Prato, in Toscana. Prato è un comune di oltre abitanti, capoluogo dell'omonima provincia. È il secondo comune della regione per popolazione e il terzo dell'italia centrale; dal punto di vista socio-economico e culturale ha caratteristiche di città industriale, legata prevalentemente al settore tessile. Oggi vive una fase di sensibili cambiamenti, determinati sia dagli effetti della concorrenza globale sia dalla pressione di importanti processi migratori, nazionali e internazionali, che hanno visto formarsi di una delle più consistenti comunità cinesi all interno del distretto produttivo. L'edificio del nostro istituto è degli anni ''80, noi ci siamo trasferiti nel 2000, gli interventi di ristrutturazione e manutenzione straordinaria si sono succeduti fino ad oggi, le finestre in particolare sono state sostituite nel 2005 come pure recente è stata la ristrutturazione e l'isolamento di parte del tetto. La Provincia infatti ha da tempo attenzione al risparmio energetico e alla sostenibilità. Pur con i continui tagli alle risorse, abbiamo avuto consistenti aiuti da parte dell'asm (l'azienda municipale preposta) nella realizzazione sempre più efficiente di raccolta differenziata dei rifiuti, abbiamo tutte le lampade a risparmio energetico, abbiamo finestre con vetrocamera, diffusori per i rubinetti dell'acqua, automatici e non, porte esterne con molle di richiamo, collaboriamo con enti no profit per i rifiuti differenziati riciclabili ecc. La spesa per l'energia è comunque molto consistente e sicuramente ci sono aspetti che ancora possono essere migliorati. Il punto più critico sembra essere il consumo di gas metano: le misure per un uso razionale infatti sembrano non soddisfare né l'utenza, che lamenta sempre freddo o caldo, né la provincia che sostiene i costi. Per questo documento non abbiamo considerato la piccola succursale dell'istituto, posta accanto ma con consumi separati: la sede distaccata ospita sei classi (un decimo del totale) e se fosse possibile trovarne la collocazione all'interno dell'edificio principale, già questo sarebbe un bel risparmio a parità di allievi ( ma sarebbe opportuno rinunciare alle aule speciali?). L'edificio, a pianta quadrata e a forma di C, contiene al suo interno le palestre e la biblioteca (col tetto più basso) ed ha dimensioni 60m x 60m, consta di 4 piani non della stessa superficie ( sup. totale: 8980 m2 con il tetto palestre 646 m2 e tetto biblioteca 412m2,), ha un volume di quasi m3 (con altezza 15m, non da tutti i lati). L'utenza è mediamente di 60 classi (intorno a 1500 alunni), oltre 100 insegnanti e personale vario per circa altre 20 unità. (per un totale di utenti, scorporando la piccola succursale, pari a circa 1500). I materiali sono cemento armato e pannelli di cartongesso, non ci sono rivestimenti alle pareti esterne, nemmeno a nord. Il rivestimento delle pareti non è stato considerato nel progetto: infatti pensiamo che la vera dispersione di calore in una scuola si ha in quanto, anche di inverno, in classi fino a trenta persone, bisogna per forza aprire le finestre... non accludiamo i dati di una ricerca con gas analyzer portatile dell'anno precedente, ma abbiamo visto che la quantità di CO 2 in classe è molto alta, senza considerare altri aspetti meno scientifici e gentili...pensate cosa c'è in classe dopo due ore di ed. fisica e tanta umanità! Nella disposizione delle classi si nota che quelle con le finestre esposte a nord sono prevalenti, cosa che se da una parte nei mesi verso l'estate e a settembre assicura un migliore comfort, d'inverno crea dispersione del calore prodotto (le finestre sono molte e ampie, per la necessaria luce naturale)

5 SINTESI DELLA RACCOLTA ED ELABORAZIONE DATI SUI CONSUMI Il consumo medio annuo di energia elettrica (calcolo effettuato su tre anni ) risulta essere intorno a kwh, utilizzata prevalentemente per illuminazione (stime intorno al 70%, fonte Enea sulle scuole in generale, presumibilmente anche la nostra, ), ma anche per riscaldamentocondizionamento e funzionamento degli apparecchi elettrici (in particolare computer). Il consumo di metano (sempre su una media di tre anni) si aggira intorno a m3 e sembra in costante aumento. Abbiamo a scuola una sonda meteorologica computerizzata in comodato dal CNR e un allievo ha controllato le temperature di questo inverno in correlazione con il calendario e gli orari di accensione per i mesi di novembre e febbraio: abbiamo riscontrato congruità e assenza di sprechi. Abbiamo molto cercato e discusso i parametri più adatti per le conversioni kwh in kgco 2 e m3 metano (gas naturale) in kgco2, perché volevamo essere sicuri delle fonti e dei passaggi teorici che collegavano i vari modi e anche sapere come si giustificavano le differenze, quasi sempre modeste, tra le varie proposte di Enea, IPCC, Itaca, ecc. Alla fine abbiamo scelto comunque, anche perché a noi sarebbe interessata la differenza tra il prima e dopo la proposta e non il valore assoluto. Sarebbe interessante avere indicazioni per un unico criterio, così da poterci confrontare con altre scuole e altre province, ad es. usando il parametro kwha/ utente, che ci sembra il più significativo insieme a kwha/m2 di superficie, considerando tutte le variabili come posizione geografica o altro. I parametri usati da noi sono stati quindi: per consumi metano: 10,6 kwh / m3 fonte Wikipedia (Enea dà 11,6 e la norma UNI dà 9,59 ) e poi moltiplichiamo per 0,202 kg CO2 /kwh (fonte IPCC), arrivando quindi a circa kg CO2 in un anno (considerate la grande volumetria scolastica, però!) per consumi elettrici: 0,617 kg CO2 /kwh ( qui abbiamo considerato un mix elettrico per l'italia costituito prevalentemente di metano, ma ricordiamo che importiamo anche nucleare, la fonte utilizzata è la norma UNI EN 15603, per la regione Lombardia abbiamo visto usare in internet 0,59 kg CO2 /kwh e le linee guida di Assago del 2007 danno 0,72). Per questi valori noi non arriviamo a kg CO2 (circa kwh da termico) e quindi: IMPRONTA ECOLOGICA DELLA SCUOLA, RELATIVA AI CONSUMI ENERGETICI: kg CO2 in totale in un anno! Abbiamo sulla coscienza circa 130 kg di produzione annuale di CO2 a testa e ci sembra pure di essere una scuola attenta all'ambiente... senza considerare i trasporti, lo spreco di carta, di acqua imbottigliata e chissà quanto altro.

6 COME SIAMO MESSI? CHE POSSIAMO FARE? Considerando le indicazioni Enea sui principali interventi convenzionali, per molti versi siamo a buon punto, anche se a prima vista sembriamo un ecomostro Infatti, utilizzando i loro parametri siamo già al livello tra buono e sufficiente (vedi Guida scuola Enea per le individuazioni delle classi di merito dei consumi per il riscaldamento ed energetici: per una scuola dell'italia centrale, di una forma particolare, con determinati gradi-giorno ecc., si possono trovare gli Indicatori Energetici Normalizzati, detti IEN ). Potrebbero però essere considerati altri aspetti, perché le richieste di energia sono aumentate e nessuno vuole diminuire la qualità della vita e nemmeno stare in classe o peggio in laboratorio con i giubbotti... quindi non resta che migliorare l'efficienza del sistema (non solo delle singole apparecchiature) ed eventualmente snidare altri sprechi. Dalla scheda di laboratorio del gruppo che ha studiato le modalità di riscaldamento nella nostra scuola, citiamo la conclusione: Data l età dell impianto (installato nel 1994), riteniamo che sostituendolo con una pompa di calore aumenterebbe l efficienza energetica dell impianto di circa il 40% e nonostante il costo possa essere superiore anche due volte a una normale caldaia, esso verrebbe recuperato entro 5 anni dall installazione, con un aspettativa di vita di circa anni. Visto che non è conveniente dimensionare la pompa di calore per soddisfare tutte le richieste di energia termica dell edificio, sarebbe opportuno lasciare un sistema supplementare per le richieste occasionali (che può essere alimentato da pannelli solari). Un altro vantaggio delle pompe di calore è che possono essere utilizzate anche in estate data la loro capacità di fornire sia caldo che freddo. Dal punto di vista burocratico, anche il solo affidamento della gestione degli orari di accensione e spegnimento dell impianto termico alla scuola stessa, invece che alla Provincia, permetterebbe un sicuro risparmio, vista la maggior elasticità degli orari che potrebbe essere applicata. (Ma qui la Provincia si oppone: la loro esperienza dice il contrario, così ci hanno riferito, specie se chi paga non è quello che usufruisce...) Potremmo però introdurre l'uso corretto del ricambio di aria di inverno, ad es. pochi minuti per volta e soprattutto richiudere prima di uscire: secondo le linee guida di Assago già citate, può portare fino al 20% di risparmio (vedi all.n.4 dei progetti) Anche nella scheda di laboratorio del gruppo che ha consiglia di: studiato le modalità di illuminazione, si Effettuare una regolare manutenzione di pulizia delle lampade e dei corpi luminosi, contribuisce al miglior rendimento dell illuminazione poiché lo sporco accumulato può ridurre la luminosità prodotta. Evitare l illuminazione non necessaria, per esempio quando passiamo da un aula a un altra o all uscita dalla scuola ricordarsi di spegnere le luci della propria aula e utilizzare quando possibile la luce naturale. Infatti nella scuola è presente un gruppo ambiente formato dagli stessi studenti che hanno il compito di invitare le persone che frequentano l'istituto (alunni, docenti..) ad utilizzare le fonti di luci artificiali solo in caso di necessità senza andare incontro ad un utilizzo inutile. Impiegare i nuovi sistemi per la modulazione della luci che secondo alcuni studi migliorerebbe anche il rendimento degli studenti.

7 Tante ancora sarebbero le idee, come ad es. fare del tetto della biblioteca un bel giardino pensile, isolante e con assorbimento di CO2, bello da vedere passando nei corridoi del terzo piano, rinforzare l'uso delle biciclette, molto modesto, per venire a scuola (invece quasi tutti in motorino...), c'è un gruppo che sta studiando il mini eolico, chi semplicemente dice di portarsi una felpa in più da lasciare a scuola, chi vorrebbe le fontanelle pubbliche di acqua senza cloro per risparmiare le bottiglie di plastica, ecc. Siamo solo all'inizio! Intanto lasciamo la parola ai progetti allegati. Gruppo Ambiente Classe IV Ds Classe III Fs prof.ssa M.Pirillo Si allegano i seguenti progetti: all.n.1 Suggerimenti per ottimizzare i consumi di energia elettrica all.n2 Progetto di costruzione impianto fotovoltaico all.n.3 Relazione tecnica prototipo ( produrre energia divertendosi) all.n.4 Progetto comportamenti sll.n.5 Studio sull'illuminazione del corridoio del terzo piano all.n.6 progetto sull'installazione di apparecchi di termoregolazione sui termosifoni

8 All.n.1 SUGGERIMENTI PER OTTIMIZZARE I CONSUMI DI ENERGIA ELETTRICA In questo periodo di crisi economica sembra che molti si siano scordati che uno dei metodi migliori per superare appunto la crisi sia risparmiare, e perché no, giacché anche il nostro ambiente non se la passa troppo bene, meglio se facendolo può aiutare anche l ambiente. Poniamo l attenzione al laboratorio d informatica della scuola: abbiamo 20 PC, accesi in media 5 ore al giorno 200 giorni l anno; i progressi tecnologici degli ultimi anni permettono di migliorarne le prestazioni e il conseguente consumo energetico. Un computer Desktop per utenza domestica, configurato presumibilmente 5/7 anni fa, normalmente comprende: Alimentatore (PSU) Lettore CD-DVD Unità FLOPPY Disco fisso (HDD) Scheda Madre (MB) Processore (CPU) Moduli RAM Ciascun componente ha un consumo diverso di energia elettrica. Agendo sui singoli componenti si può ottimizzare il consumo elettrico con un sensibile risparmio economico. Analizziamo in dettaglio i computer presenti nel laboratorio scolastico. ALIMENTATORE E il componente che fornisce energia alle varie parti del PC al giusto voltaggio. Nonostante la loro funzione sia fondamentale, alimentatori hanno una scarsa efficienza, solo il 6070%, infatti circa il 30-40% dell energia che erogano viene dispersa in calore, dannoso per gli altri componenti del computer. Esiste un marchio, 80 Plus, che garantisce e certifica alimentatori il cui standard di efficienza è compreso fra 80% e 95% secondo vari livelli, con un dispendio di energia in calore non superiore al 20%. Questi alimentatori sono molto costosi: un alimentatore normale da 500 watt costa circa 30 contro i 90 di un alimentatore 80 Plus Bronze con efficienza minima dell 80%. Il costo della sostituzione degli attuali alimentatori con modelli certificati nell immediato non è compensato dal risparmio energetico, comunque potrebbe essere un buon investimento per il futuro. LETTORE CD-DVD E il componente che legge i supporti ottici per il computer. Un lettore consuma in media 20Wh. I DVD vengono ormai usati solo come supporti multimediali, superati, per facilità di utilizzo, trasporto e capienza, dalle chiavette USB. Quindi per uso scolastico il lettore DVD risulta superfluo. Eliminando questo componente dalla configurazione si può risparmiare corrente senza ulteriori spese. UNITA FLOPPY E il componente che legge i FLOPPY-Disk. Nonostante questo lettore sia obsoleto è comunque necessario per l utilizzo in ambito scolastico del programma TurboPascal. Il consumo elettrico di questo componente risulta trascurabile in confronto all eventuale lavoro di modifica necessario per eliminarlo senza cambiare software.

9 DISCO RIGIDO E l unità di memorizzazione principale del computer. Un HDD consuma tra 1Wh e 4Wh, in base al lavoro svolto. Esiste una nuova gamma di HDD chiamati EcoGreen della WesternDigital con consumi compresi fra 0,5Wh e 2Wh. Il prezzo di questi HDD è più elevato del 20-30% di quelli normali, quindi non risulta conveniente l aggiornamento. SCHEDA MADRE PROCESSORE La MB permette all interno dei computer il collegamento fra i diversi componenti. Il processore è l unità di calcolo centrale. I processori in uso nel laboratorio sono Intel Celeron D 336 e hanno un consumo medio di 125Wh con picchi tra 85Wh e 150Wh. Oggi disponiamo di prodotti che hanno consumi minori a parità di prestazioni. Il processore Intel Atom 330 riesce ad eguagliare, in certi ambiti anche a superare, il presente Celeron D vantando un consumo medio di 25Wh, con picchi tra 9Wh e 50Wh. Nonostante i processori Atom siano destinati ai portatili, ci sono alcuni modelli offerti per soluzioni integrate: il processore viene fornito già installato nella scheda madre. Adottando la soluzione con processore integrato Atom, si sostituisce processore e scheda madre contemporaneamente, considerando che una scheda madre più recente offre anche vantaggi nella migliore gestione dell energia elettrica con conseguente risparmio. Altro elemento fondamentale del computer è il monitor. I computer della scuola hanno monitor CRT a tubo catodico. Questo vecchio sistema è di difficile smaltimento oltre a richiedere circa 100Wh per il funzionamento. Sostituendo i vecchi schermi con nuovi monitor LCD otterremo un notevole risparmio energetico oltre ad adottare un sistema maggiormente ecologico, questi monitor consumano in media 30Wh. Analizziamo i dettagli dei consumi, del risparmio energetico ed economico e l impatto ecologico in relazione alle emissioni di CO2. DATI: 200 gg durata anno scolastico 5 h/g ore di utilizzo giornaliero dei computer 20 n dei computer del laboratorio scolastico 0,323 /kwh costo energia elettrica 0,617kgCO2/kWh fattore di conversione 0,7 fattore di dispersione di energia elettrica in calore di PSU 20Wh consumo medio lettore DVD 250Wh richiesta energia media 1 PC lab + (periferiche esterne) 100Wh richiesta energia media 1 PC con sistema integrato + ( ) 62 prezzo MB+CPU (AsRock A330GC) 100Wh consumo schermo CRT 30Wh consumo schermo LCD

10 75 prezzo medio schermo LCD 19 CALCOLI 250Wh : 0,7 = 360Wh consumo effettivo 1 PC lab 360Wh arrotondato a 350Wh per eventuali errori 350Wh x 5h/g x 200gg x 20 = 7000kWh consumo medio a.s. 20 PC lab. 7000kWh x 0,323 /kwh = 2261 costo energia a.s. 20 PC lab. 700kWh x 0,617KgCO2/kWh = 4319kg CO2 emissioni a.s. 20 PC lab. 100Wh : 0,7 = 140Wh consumo effettivo 1 PC Atom 140Wh arrotondato a 130Wh per eventuali errori 130Wh x 5h/g x 200gg x 20 = 2600kWh consumo medio a.s. 20 PC Atom 2600kWh x 0,323 /kwh = 839,8 costo energia a.s. 20 PC Atom 2600kWh x 0,617kgCO2/kWh = 1604,2 kg CO2 emissioni a.s. 20 PC Atom 20 x 62 = 1240 costo dell aggiornamento 20 PC = 1421 risparmio costo energia a.s. 4319kgCO2-1604kgCO2 = 2715kg CO2 Con l aggiornamento proposto si risparmiano 1421 ad anno scolastico, oltre ad evitare la produzione di 2715kg CO2, pari ad una riduzione del 63% = 181 Il risparmio di un anno scolastico è sufficiente a coprire le spese di aggiornamento dei PC con piattaforma Atom con un avanzo di Wh x 5h/g x 200gg x 20 = 400kWh consumo medio lettore DVD a.s. 20 PC 400kWh x 0,323 /kwh = 130 costo energia a.s. lettore DVD 20 PC 400kWh x 0,617kgCO2/kWh = 247kg CO2 emissioni a.s. lettore DVD 20 PC Eliminando i lettori DVD dai 20 computer diminuirebbe la spesa complessiva per l energia elettrica di 130 ad a.s. e di 247kg le emissioni di CO2. 100Wh x 5h/g x 200gg x 20 = 2000kWh consumo a.s. 20 monitor CRT 2000kWh x 0,323 /kwh = 646 costo energia a.s. 20 monitor CRT 2000kWh x 0,617kgCO2/kWh = 1234kg CO2 emissione a.s. 20 monitor CRT 30Wh x 5h/g x 200gg x 20 = 600kWh consumo a.s. 20 monitor LCD 600kWh x 0,323 /kwh = 194 costo energia a.s. 20 monitor LCD 600kWh x 0,617kgCO2/kWh = 370kg CO2 emissione a.s. 20 monitor LCD Sostituendo gli schermi con monitor LCD si avrebbe un risparmio di 452 ad a.s. e la riduzione di CO2 di 864 kg, pari al 30%. La spesa per i nuovi monitor sarebbe ammortizzata in circa 3 anni scolastici Altro elemento di risparmio potrebbe essere il calore prodotto dai computer. Tutti sappiamo quanto scaldano i PC, immaginatevi il calore prodotto da 20 computer accesi per 2 ore: lasciando la stanza praticamente invivibile, rendendo il riscaldamento inutile per le restanti tre ore. Per completezza consideriamo che i portatili sono molto più convenienti, dal punto di vista energetico, dei PC fissi: un NoteBook mediamente potente ha un consumo compreso tra 20Wh e

11 30Wh, considerando che i portatili hanno lo schermo integrato, il loro consumo è circa un sesto di quello di un PC di potenza equivalente. Purtroppo il prezzo dei portatili è assai superiore a quello di un computer fisso, un NoteBook si aggira intorno ai 450 di prezzo. FONTI I consumi dei componenti dei computer sono stati ricavati dai siti internet dei produttori: Intel ed AsRock; I consumi delle configurazioni considerate sono stati calcolati sul sito Extreme PSU Calcualtor; Le prestazioni dei processori sono state ricavate da vari benchmark presenti nel forum di Tom s Hardware; I prezzi sono ricavati dal sito TrovaPrezzi.it; Il costo dell energia elettrica (0,323 /kwh) fa riferimento ad approfondimenti di altri membri del gruppo ambiente; nota 1 Il fattore di conversione (0,617kgCO2/kWh) è stato ricavato dal sito internet dell ENEL. Filippo Scatizzi 3 Fs Nota n. 1 dell'insegnante Abbiamo saputo alla scadenza del concorso che la Provincia spende intorno a 0,19 per kwh, i calcoli illustrati sono un po' ottimistici per il risparmio in termini assoluti di euro, quindi per rientrare ad es della spesa per gli Atom ci vorrebbero due anni invece di uno, ciò non toglie il notevole risparmio di produzione di CO2.

12 All.n.2 Progetto di costruzione impianto fotovoltaico liceo Niccolò Copernico Consumo totale energia elettrica della scuola: ANNO/ME Media SE Gennaio ,00 Febbraio ,33 Marzo ,67 Aprile ,67 Maggio ,00 Giugno ,33 Luglio ,33 Agosto ,33 Settembre ,67 Ottobre ,67 Novembre ,67 Dicembre ,67 TOT kwh/anno kwh/anno kwh/anno kwh/anno Obiettivo: Produrre un quarto di energia elettrica per mezzo dell impianto fotovoltaico installato, dunque, in media, kwh/anno Informazioni necessarie: Irraggiamento annuo del sito (Prato) ricavato dalle tabelle: [http://www.energia-alternativa-rinnovabile.it/tabella-irraggiamento-solare-comuni-italiani.pdf)] : 1430 kwh/m2*anno Inclinazione ottimale del pannello: 33 [L'inclinazione dei pannelli deve essere aggiustata con angolo di inclinazione pari alla latitudine locale sottratta di 10 circa. Fonte Orientamento del pannello = 0 Sud [Vediamo comunque cosa dobbiamo valutare per scegliere l'inclinazione corretta per i nostri pannelli.. Il 21 di Dicembre è il giorno più corto dell'anno e il sole a mezzogiorno raggiunge l'altezza massima di circa 21 gradi; un pannello solare per essere perpendicolare al sole dovrebbe essere orientato a SUD ed avere un' inclinazione di 69 gradi. Il 21 di Giugno è il giorno più lungo dell'anno e il sole a mezzogiorno raggiunge l'altezza massima di circa 68 gradi; un pannello solare per essere perpendicolare al sole dovrebbe essere orientato a SUD ed avere un' inclinazione di 22 gradi... Risulta evidente che un'inclinazione più marcata tende a favorire il rendimento dei pannelli nelle stagioni invernali, mentre una leggera favorisce l'esposizione estiva. Fonte: Tipo di modulo scelto: Sharp 230 Wp [fonte

13 Caratteristiche SHARP 230Wp 60 celle in serie in silicio policristallino 156 x 156 mm Celle Lunghezza 1650 mm Larghezza 990 mm Spessore 40 mm Peso 20 kg 1,634 m2 Superficie Tipo di impianto: parzialmente integrato (sul tetto delle palestre) Dati e calcoli su un ipotesi di impianto [fonte principale: Grandezza in Unità Calcoli (lettere di richiamo) Valori esame misura Irraggiamento kwh/ m² B 1430 solare anno annuo Prato Coefficiente 33, 0 sud 1,12 correttivo Energia solare kwh/ m² D = B*C 1602 incidente utile anno Efficienza pannelli Efficienza impianto Efficienza complessiva unitaria E Media fra 10 e 12% [http://www.ecoage.it/energia-fotovoltaicaefficienza.htm] F Media fra 85 e 75% [http://www.ecoage.it/energia-fotovoltaicaefficienza.htm; voltaico.html] G = E*F 11% 80% 8,8% Energia elettrica unitaria kwh/ m² anno H = D*G 140,9 Superficie totale impianto Potenza massima m² L = A/H 286 Wp M 230

14 nominale Superficie m² unitaria modulo Numero moduli necessari Potenza di kwp picco Potenza picco kwh massima teorica/anno N 1,634 O = L /N 175 P picco= O*N 40,25 Ppicco max teorica = Ppicco *24h*365 d = % Energia utile dell impianto Pot. annua consumata / Ppicco max. teor. anno 40293/ =0,11 Ricordiamo che per i valori di coefficiente correttivo e potenza di picco ci siamo attenuti ai calcoli approssimati utilizzati dalla scuola di Varano Borghi, reperibili alla fonte citata precedentemente. Anno 2008 Anno 2009 Anno 2010 Media anno Calcolo delle emissioni di CO2 risparmiate: Energia da Emissioni Fattore Mix produrre annue energetico (kwh/anno evitate per l Italia ) (kg CO2/anno) (kg CO2/kWh) Durata impianto Emissioni totali evitate (kg CO2) ,58 30 anni Analisi dei costi e delle prospettive di guadagno: Aspetti analizzati Costi/guadagni Risparmio annuo in bolletta 0,23 /kwh * kwh = 9267,4 Ricavo dal Conto Energia annuo 0,323 /kwh * kwh = 13014,6 Guadagno totale annuo Emissioni annue CO2 evitate Kg CO2 Costo impianto (circa 7000 per 1 kwp 7000 * Ppicco= installazione + pannello) Payback (tempo di ritorno Circa 13 anni dell investimento)

15 [fonte costo energia elettrica: Dal momento che il nostro impianto rientra nella fascia di potenza fra 20 e 200 kwp, il valore attuale del Conto Energia è di 0,323 /kwh (con installazione dell impianto entro il 31 dicembre 2011). [fonte Poiché la durata dell impianto si aggira mediamente sui 30 anni [fonte: continueremmo ad ottenere vantaggi per gli altri 17: Per altri 7 anni, durata del Conto Energia, l impianto permetterà di ottenere un guadagno totale (Conto Energia + risparmio sulla bolletta) di Per i restanti 10 anni, l impianto ci farà risparmiare sulla bolletta un importo pari a Naturalmente questi calcoli sono validi nel caso di un investimento diretto. Nel caso in cui si scelga di prendere un finanziamento, supponendo un tasso di interesse all 8%, l importo che dovremmo compensare dovrebbe ammontare a Dividendo questo importo per il guadagno annuo totale otteniamo il valore di circa 14 anni. Per gli altri 6 anni del Conto Energia il guadagno ammonterà a , per i restanti 10 ancora Dario Mirossi Classe III Fs foto del tetto interno, biblioteca e palestre All.n.3

16 PRODURRE ENERGIA DIVERTENDOSI: REALIZZAZIONE DI UN DIMOSTRATORE PER LA CONVERSIONE DI ENERGIA MECCANICA IN LUMINOSA. Introduzione: Da molti anni, ormai, la nostra scuola si occupa anche di fornire agli studenti il coordinamento necessario per formare il cosiddetto Gruppo Ambiente, formato da un insieme di ragazzi accomunati dall interesse per la tutela della natura e dalla volontà di cercare strategie efficienti e concrete per divulgare il più possibile il concetto di sviluppo sostenibile. Ed è proprio in questo gruppo che è nata l idea di progettare qualcosa di funzionale e semplice che permettesse a tutti gli studenti della scuola, magari nell ora di buca o durante la fila al bar, di produrre energia in modo pulito e, al contempo, divertente. Cercando qualche ispirazione su Internet, ci siamo soffermati a leggere sul sito del Times inglese un articolo riguardante la metropolitana di Londra. Il giornalista, infatti, riportava che entro pochi anni il pavimento della Victoria Station sarebbe stato sostituito da uno high-tech che avrebbe permesso di sfruttare la pressione e le vibrazioni prodotte dal nostro stesso peso per fornire energia elettrica all intero impianto di illuminazione. Questa originale trovata ingegneristica ci ha colpito a tal punto da voler tentare di riprodurre qualcosa di simile anche nella nostra scuola. Ed ecco il perché del nostro scalino, progettato per essere posizionato davanti all entrata della scuola in modo da invogliare studenti e professori a salirci su prima di andare in classe. Materiale impiegato: Base costituita da quattro barre di ferro (0,3 cm, 5 cm ); Due barre in alluminio (1,5 cm, 4 cm); Quattro cilindri in alluminio (2,5 cm, 1,45 cm e 0,6cm, 10cm) Quattro cilindri in alluminio (1,4cm); Due dinamo a pressione (9mA per pressione); Un cavo di acciaio (10 cm); Gancio; Pedana (25cm, 40cm) in alluminio mandorlato; Foglietto in alluminio (25cm, 10cm); Quattro molle; Viti (0,6 cm); Fili elettrici (bipolari in rame); Batteria ricaricabile (4,5 V e 1500mA); Due lampadine a LED. Procedimento: Inizialmente abbiamo ricavato da un profilato in alluminio i quattro cilindri e li abbiamo passati nel tornio, in modo da ottenere da una parte l incavo necessario al posizionamento delle molle e, dall altra, il filetto per la vite. Abbiamo, poi, fissato i cilindri alla base, che avevamo ottenuto unendo le quattro barrette di metallo per mezzo di viti, inserite in fori ricavati con un trapano a colonna. In seguito, abbiamo proceduto all inserimento delle molle e al bloccaggio di altre due barre in alluminio in corrispondenza della metà dei lati più corti della base, sopra alle quali abbiamo posizionato le due dinamo. A questo punto abbiamo saldato sul lato inferiore della pedana superiore altri quattro profilati di ferro a sezione rettangolare per rinforzare la struttura. Agli angoli della pedana abbiamo praticato quattro larghi fori da utilizzare come guide, in modo tale da poter avvitare il più precisamente possibile i quattro cilindri più sottili da utilizzare come ammortizzatori. Successivamente abbiamo tagliato dalla lastra di alluminio rimasta un piccolo rettangolo da adagiare sulla parte superiore delle dinamo sul quale abbiamo praticato altri due fori per inserire due viti e che abbiamo vincolato alla base inferiore della pedana con un cavo d acciaio. Infine abbiamo infilato i cilindri più sottili in quelli forati, in modo da ottenere una struttura del genere:

17 Principio di funzionamento: Questo prototipo si serve unicamente della forza peso del nostro corpo per ricavare energia elettrica. La forza peso è, in parte, ammortizzata dalle molle che, comprimendosi, aumentano la loro energia elastica, in parte esercitata direttamente sulle dinamo che convertono energia meccanica in energia elettrica. Questa pressione permette di mettere in moto un albero che, a sua volta, mette in moto il rotore, il quale, essendo immerso in un campo magnetico costituito da due magneti fissi, determina un flusso netto di corrente. Quest ultimo viene poi convogliato, per mezzo dei cavi bipolari in rame, ad una batteria ricaricabile, che funge da accumulatore, e che permette di utilizzare l energia prodotta al bisogno. Dati sperimentali: Stima della massa media di uno studente: 70 kg. Compressione massima delle dinamo 1,5 cm. Corrente del LED 2mA. Potenza ricavata da ogni pressione 9 mw. Potenza di una persona che sale 10,3 watt. I LED con questa potenza rimangono accesi per 5 secondi. L'efficienza è più del 0,5%. Il basso valore di efficienza è causato da un mediocre accoppiamento con la dinamo per cui solo una parte dell'energia a nostra disposizione si trasforma in energia elettrica. Il circuito elettrico si basa su due ponti a diodi che convertono la tensione in alternata che forniscono le dinamo in una tensione continua. La frequenza della alternata è di 49 Hz. Ci sono due ponti a diodi collegati in serie che forniscono una tensione di 4, 6 v continui con una corrente di 150 ma. È stato montato un pacco di batterie in serie di tensione 4,5 v che accumula l energia prodotta. I LED si possono spegnere tramite un interruttore posto all uscita del ponte a diodi.

18 Schema della onda della tensione in uscita dalle dinamo. Schema del circuito. Board Conclusioni: Possiamo affermare che questo dimostratore ci ha permesso di capire come sfruttare una seppur piccola variazione dell energia potenziale per produrre corrente elettrica. Poiché l efficienza del nostro prototipo non è alta non possiamo alimentare altri utilizzatori che due LED. Comunque, nel caso in cui ottimizzassimo l accoppiamento pedana-dinamo, e aumentassimo il numero delle stesse, potremmo sicuramente ottenere un rendimento migliore. Inoltre, installando una serie di questi prototipi, ad esempio in corrispondenza della scala di una stazione o di una scuola, ricaveremmo un quantitativo di energia molto maggiore. Lapo Carraresi, Lorenzo Sensini, Dario Mirossi. Classe III F

19 All.n.4 PROGETTO PER IL RISPARMIO ENERGETICO RELATIVO AI COMPORTAMENTI. Nella settimana dell'educazione allo Sviluppo Sostenibile patrocinata dall'unesco nell'a.s. 2006/7, la nostra scuola partecipò con l'iniziativa Sei intervalli per il tuo ambiente in cui, oltre a varie attività di sensibilizzazione e produzione materiali, effettuammo un esperimento collettivo di spegnimento delle luci a fine mattinata, nelle classi. Il risparmio evidenziato fu solo di 2,7kWh, confrontando i consumi della settimana dal 6 al 12 novembre, rilevati giornalmente alla stessa ora, con le settimane precedenti e con l'anno precedente. C'è da dire però che quella settimana (non scelta da noi) fu l' iniziale delle attività pomeridiane, per cui le luci rimasero spente per poco tempo. Significativa fu invece l'adesione all'iniziativa: nei due controlli effettuati dal gruppo ambiente e dai bidelli alla fine delle lezioni della settimana in questione (54 su 61 classi osservate) l'87% aveva la luce spenta. Questo ovviamente ci fa ben sperare che si possa ancora intervenire sui comportamenti, ad es, per il controllo delle porte e finestre aperte di inverno, per la regolazione dei termosifoni, dello stand by degli apparecchi elettrici, ecc. Secondo le stime Enea, fino a un 15% di risparmio del combustibile solo gestendo bene l'apertura delle finestre in inverno! Potremmo quindi: iniziare con la diffusione di questo lavoro per Green Cross sensibilizzare i docenti proseguire con circolare della dirigenza scolastica incaricare due allievi del controllo della propria classe incaricare della verifica il personale che alla fine delle giornata chiude le strutture che ombreggiano valutare dopo un periodo se e quanto risparmio c'è stato pubblicizzare i risultati Applicando l'87% per cento di adesioni all'iniziativa, si dovrebbe raggiungere almeno il 10% di risparmio in combustibile all anno, stando alle stime Enea (cioè 4000 m3 circa!). Il gruppo ambiente degli anni passati e attuale.

20 All.n.5 PROGETTO ILLUMINAZIONE L'illuminazione è responsabile della maggior parte dei consumi elettrici (solitamente circa il 70%) di una scuola. Il costo dell'energia è in continuo aumento e le strategie per ridurre le emissioni di CO2 sono temi all'ordine del giorno per molte scuole. Analizziamo il consumo energetico nella nostra scuola, soffermandoci sull energia utilizzata per illuminare i corridoi. RACCOLTA INFORMAZIONI Il consumo energetico delle luci nei corridoi può essere stimato con questa formula: (Potenza in Watt x n h di uso giornaliero) / 1000 = Consumo elettrico giornaliero in kwh (kilowattora) Moltiplicando questo valore per il numero di giorni dell intero anno nei quali le luci vengono utilizzate, ottengo il consumo energetico annuale. Le ore di lezione in un giorno sono 6 dalle 8.00 alle 14.00, ma solitamente la scuola rimane aperta almeno fino alle sia per le pulizie dell edificio che per le attività e riunioni pomeridiane. Quindi la media delle ore giornaliere che la scuola rimane aperta e nella quale viene utilizzata l illuminazione, è di circa 8 ore, considerando qualche pomeriggio di chiusura ad es. il sabato. I giorni scolastici nell arco di un anno sono 200. Il consumo e il numero delle varie lampade nei corridoi è riportato nelle seguenti tabelle: Corridoi Corridoi Corridoi Corridoi Corridoi Piano terra Primo piano Secondo piano Terzo piano Piano 2 e3 terra 1 (P) 1 (F) Marca Beghelli Zumtobel Zumtobel Zumtobel Plafoniere Faretti Tipo flc flc flc flc Tot Luci Potenza 48W 58W 26W 36W Consumo totale (Watt) P = plafoniera F = faretto Flc = fluorescenti La produzione di anidride carbonica può essere calcolata con la seguente formula: 0,617 = kg CO2anno kwha.

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