Abitazioni ecosostenibili

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1 Abitazioni ecosostenibili Abitazione ecosostenibile perché si adatta e si integra perfettamente con l'ambiente circostanze, con l utilizzo di materiali che non sviluppano emissioni nocive

2 Sostenible o autosostenibile? Cosa si intende con il termine autosostenibilità? Con il termine di sistema autosostenuto, si intende un sistema che si alimenta di risorse prodotte al proprio interno. Tali risorse dovranno essere rinnovabili.

3 Principi fondamentali Riduzione e eliminazione di immissioni nocive (CO 2 ) Il Motto delle R Risparmiare sul costo di gestione e manutenzione dell abitazione, Recuperare energia da fonti rinnovabili Riciclare acqua (acqua piovana, depuratori), rifiuti e energia elettrica (onde elettromagnetiche) Riutilizzare acqua (per sanitari), compost, (bio-gas)

4 Le Fonti Rinnovabili Approvvigionamento energetico Prof. Falabella

5 FONTI RINNOVABILI Non provocano inquinamento Sono presenti in natura in quantità illimitate e rigenerabili Le uniche fonti di energia considerate rinnovabili sono: l'energia solare l'energia eolica l energia idroelettrica le biomasse la geotermica il moto delle onde. Generano energia pulita Recupero acque piovane

6 ENERGIA SOLARE L'energia solare è l'energia trasmessa dalle radiazione solare che rappresenta la fonte primaria di energia sulla Terra. Fotovoltaico Solare Termico

7 ENERGIA SOLARE VANTAGGI è inesauribile è una risorsa d'immediata reperibilità è pulita perché ci arriva attraverso i raggi del sole è conveniente in quanto la materia prima non costa nulla SVANTAGGI Il principale svantaggio è la discontinuità dovuta all'alternanza del giorno e della notte, al ciclo delle stagioni, nonostante la tecnologia abbia fatto enormi passi in avanti per far fronte a questo problema.

8 La captazione dell'energia solare Gli apparecchi per la captazione dell'energia solare, chiamati comunemente pannelli solari, sono attualmente di due tipi: a) pannelli termici (impianto solare termico), che trasmettono a un fluido (in genere acqua) il calore fornito dall'irraggiamento solare; b) pannelli foto elettrici (impianto fotovoltaico), che possono essere costituiti da fotocellule, che trasformano direttamente l'energia solare in energia elettrica, e da termo cellule, che raccolgono il calore dell'irraggiamento e lo trasformano direttamente in elettricità. 8

9 Solare Termico trasforma l energia solare in energia termica. E' composto da diversi elementi: 1. il pannello che cattura la radiazione solare e la trasforma in energia termica; 2. il serbatoio che accumula l acqua riscaldata generata. Esso è coibentato per mantenerla in autonomia per diverse ore. 3. altri accessori.

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14 L angolo di incidenza rispetto al piano di terra può essere calcolata aggiungerne ± 23 gradi alla latitudine del luogo 14

15 In Italia l orientamento ideale dei pannelli solari è a Sud. Tuttavia ci sono anche orientamenti diversi non del tutto penalizzanti: -con variazioni d orientamento di ±30 dal Sud, l energia solare annua ricevuta diminuisce solo del 2,5%; -con variazioni di ±45 diminuisce del 3 4%. - Con variazione di ± 90 (Est o Ovest )diminuzione del 30% Vista la nostra latitudine, i pannelli solari devono avere angoli di inclinazione: - α = per impianti a funzionamento estivo; - α = per impianti a funzionamento invernale; - α = per impianti a funzionamento annuo. 15

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17 la schermatura fissa delle finestre, se d estate riduce significativamente l apporto solare sulle finestre, d inverno (fortunatamente!) si comporta diversamente: infatti il minore angolo di incidenza del sole rispetto alla terra nel periodo invernale fa sì che l apporto solare, pur in presenza di schermatura, non si riduca.

18 SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI UN IMPIANTO A PANNELLI SOLARI RIFERITO AD UN ABITAZIONE

19 Il collettore solare Il serbatoio di accumulo I componenti del circuito solare Gli scambiatori di calore Le tubature La pompa Il vaso di espansione Le valvole Il regolatore Sensori di temperatura 19

20 Il dispositivo base: "il collettore solare" è costituito da un corpo nero assorbente entro il quale può scorrere un fluido (con la funzione di captare l'energia irradiata dal sole attraverso la superficie scura e trasferirla sotto forma di energia termica al fluido) e una copertura selettiva trasparente sulla parte esposta al sole (con la funzione di limitare le dispersioni per irraggiamento verso l'ambiente esterno), tutto racchiuso in un contenitore opportunamente isolato sulle pareti laterali e sulla parete opposta a quella di ricezione della radiazione. 20

21 È composto da: Lastra trasparente (vetro) Piastra captante (assorbitore) Strato di materiale isolante Contenitore 21

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23 Il collettore solare converte in calore la luce solare che penetra al suo interno attraverso la copertura trasparente. Una piastra metallica captante assorbe i raggi solari incidenti e li converte in calore. Tale piastra trasferisce il calore assorbito ad un sistema di canali contenenti il fluido vettore che si riscalda. 23

24 Un collettore è costituito da: Una lastra trasparente di vetro (se si tratta di pannelli vetrati), che fa passare le radiazioni in arrivo e blocca quelle in uscita Un assorbitore di rame, che è un buon conduttore di calore, in esso sono ricavati molti canali dove circola acqua o aria (nel caso del pannello piano vetrato ad aria). Il Sole scalda la piastra, che a sua volta scalda l'acqua o l'aria. Isolante termico, che impedisce la dispersione di calore.

25 SOLARE TERMICO Il fluido vettore trasferisce il suo calore ad un secondo fluido contenuto in un serbatoio di accumulo (2 circuiti). Il fluido vettore una volta raffreddato ritorna attraverso il circuito di ritorno al il collettore, mentre nel serbatoio l acqua più calda si sposta verso l alto. Il collegamento tra collettori solari e serbatoio di accumulo viene detto: "Circuito Solare. 25

26 SOLARE TERMICO L acqua del serbatoio stratifica in funzione della temperatura (più calda in alto più fredda in basso) per la diversa densità. Dalla parte alta del serbatoio viene prelevata l acqua per gli usi previsti. Nella parte bassa avviene l ingresso dell acqua di rete. Qualora nel serbatoio non si raggiunga la temperatura prevista, si procede al riscaldamento dell acqua con il sistema tradizionale: l acqua viene fatta passare attraverso la caldaia, che la porta in temperatura prima di essere impiegata. 26

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29 Nel caso della circolazione naturale, per far circolare il fluido vettore nel sistema solare, si sfrutta la convezione. Il liquido più caldo sale rispetto a quello più freddo spostandosi, quindi nello scambiatore posto più alto rispetto al pannello solare cede il suo calore all'acqua. Questa tipologia è più semplice di quella a circolazione forzata. Non esiste consumo elettrico dovuto alla pompa di circolazione e alla centralina solare differenziale presente nel sistema a circolazione forzata. Il fluido vettore usato nel circuito primario è antigelo miscelato con acqua in una percentuale tale da garantire un'adeguata resistenza al gelo. Un impianto a circolazione naturale con serbatoio esterno è adatto in regioni con temperature notturne non rigide

30 1 Classificazione in base al tipo di fluido vettore 2 Classificazione in base alla tipologia di movimentazione del fluido 3 classificazione in base all utilizzo 30

31 Acqua Fluidi antigelo Aria L acqua presenta i seguenti vantaggi: Ha elevata capacità termica Ha elevata conducibilità termica Ha bassa viscosità Non e infiammabile Non e tossica È economica ma è soggetta a congelamento ( 0 ) e ad evaporazione (100 ) raggiungibili in normali condizioni di funzionamento. 31

32 Se la temperatura esterna raggiunge valori inferiori allo zero devo prevedere l uso di fluidi antigelo per evitare la rottura di tubazioni e collettori. I fluidi antigelo sono classificati in: Fluidi a base d acqua (glicole etilenico, glicole propilenico, alcoli) Fluidi diatermici (oli minerali naturali) 32

33 Aria L aria ha caratteristiche fisiche diverse dall acqua. Nella tabella seguente vengono riassunte le principali differenze. Non dà problemi di corrosione, non presenta limiti legati alle temperature massima (evaporazione) e minima (congelamento). 33

34 Circolazione naturale Circolazione forzata La differenza principale tra le due tecniche di conversione sta principalmente nel fatto che nella prima (circolazione naturale) non ci sono elementi di movimentazione di tipo elettromeccanico: il motore della movimentazione del fluido è il calore stesso. Nella seconda tecnica il fluido è messo in moto da una pompa. 34

35 Produzione di acqua calda sanitaria (ACS) ad uso domestico, alberghiero e ospedaliero oppure riscaldamento dell'acqua delle docce (stabilimenti balneari, campeggi, ecc.); Riscaldamento degli ambienti Piscine Usi industriali : riscaldamento dell'acqua per processi a bassa temperatura; essiccatoi. 35

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37 FABBISOGNO ACS Il fabbisogno quotidiano per abitazione è generalmente stimato come prodotto del numero di persone presenti all interno dell abitazione per un valore di consumo medio pro capite: Basso consumo: litri/giorno a persona Medio consumo litri/giorno a persona Alto consumo litri/giorno a persona La temperatura media di utilizzo è generalmente considerata pari a 45 C 37

38 Fonte ENEL 38

39 Fonte ENEL 39

40 Fotovoltaico è un impianto elettrico costituito dall'assemblaggio di più moduli fotovoltaici, i quali sfruttano l'energia solare incidente per produrre energia elettrica mediante effetto fotovoltaico.

41 Un modulo fotovoltaico è composto da celle fotovoltaiche, in grado di convertire CELLE l'energia FOTOVOLTAICHE solare incidente in energia elettrica mediante effetto fotovoltaico, tipicamente impiegato come generatore di corrente in un impianto fotovoltaico. Può essere esteticamente simile al pannello solare termico, ma, pur avendo entrambi l'energia solare (radiazione solare) come fonte di energia primaria, hanno scopi e funzionamento differenti. La cella fotovoltaica, o cella solare, è l'elemento base nella costruzione di un modulo fotovoltaico. Essa è un dispositivo elettrico che converte l'energia della luce direttamente in elettricità tramite l'effetto fotovoltaico.

42 Impianti Grid-Connected (connesso alla rete) La corrente continua proveniente dai pannelli installati sul tetto, arriva all Inverter. L inverter è un apparecchiatura che ha il compito di trasformare la tensione e la corrente continua prodotte dall impianto fotovoltaico in alternata a 220 Volt, in modo da poter essere utilizzata per alimentare il computer, la televisione e tutti gli altri elettrodomestici. Dall inverter la corrente prende due direzioni: una verso gli apparecchi elettrodomestici e le lampade dell abitazione, l altra verso la rete ENEL. Passa però prima da un contatore bidirezionale che conteggia l energia in entrata ed in 42 uscita (da e verso l abitazione).

43 Impianti Stand-Alone (indipendente) Gli impianti fotovoltaici di tipo autonomo sono indicati in caso di assenza di collegamento alla rete elettrica (ad esempio in montagna, in aree agricole non servite dalla rete, ecc.). Gli impianti fotovoltaici isolati vanno sempre dimensionati sulla base dei seguenti fattori: la zona di installazione il periodo di utilizzo la tipologia di utenza (se in corrente continua o alternata) i carichi da collegare (es. luci, TV, radio, ecc.). 43

44 I pannelli si possono distinguere nei tipi: 1) pannelli solari piani; 2) pannelli solari a concentrazione; 3) pannelli solari a debole concentrazione. 44

45 Inseguitore solare Un inseguitore solare è un sistema meccanico in grado di modificare l'orientamento dei pannelli solari (fotovoltaici, termici o concentratori solari) per consentire di seguire il corso del sole nel cielo e ottenere la migliore inclinazione dei pannelli, aumentando l'efficienza dell'impianto solare. Lo scopo principale di un inseguitore è quello di massimizzare l'efficienza del dispositivo ospitato a bordo. Nel campo fotovoltaico i moduli montati a bordo di un inseguitore, vengono generalmente disposti geometricamente su un singolo pannello, pratica che evita l'impiego di un inseguitore per ogni singolo modulo. Se da un lato gli inseguitori solari consentono di ottenere un maggiore livello di efficienza, dall'altro sono esposti al rischio dell'usura e del guasto meccanico dovuto all'azione degli agenti atmosferici. Richiedono pertanto una maggiore manutenzione rispetto agli impianti solari tradizionali. Inoltre, ogni servomeccanismo elettrico consuma energia per svolgere il proprio lavoro, quindi al ricavo economico della maggiore produzione di energia dovrà essere sottratto il 45 costo della quantità di energia consumata dagli inseguitori. Questi ultimi due aspetti rendono

46 ENERGIA GEOTERMICA Questo tipo di energia rinnovabile si basa sullo sfruttamento del calore naturale della terra Per lo sfruttamento dell'energia geotermica vengono utilizzate sonde poste almeno a 100 m di profondità,

47 Geos = terra Thermos = calore Geotermia ad Alta Entalpia,contenuto termico (Larderello) A Bassa Entalpia Gradiente termico normale (3 C / 100 m) sonda geotermica / pompa di calore Entalpia = contenuto termico totale di un sistema

48 Larderello (Pisa) GEOTERMIA AD ALTA ENTALPIA

49 SCHEMA DI FUNZIONAMENTO DI UNA CENTRALE ELETTRICA GEOTERMICA E' stato a Larderello, in Toscana, che nel 1904 per la prima volta si è prodotta elettricità a partire dall'acqua calda di origine vulcanica. La centrale di Larderello è ancora oggi la più grande centrale mondiale di energia geotermoelettrica.

50 m SCHEMA DI IMPIANTO GEOTERMICO A BASSA ENTALPIA 1 Sonda Geotermica Verticale ACQUA SANITARI PAVIMENTO RADIANTE 2 Pompa di Calore POMPA DI CALORE ACCUMULO DI ACQUA 3 Accumulo SONDA GEOTERMICA

51 Alta entalpia GEOTERMIA A BASSA ENTALPIA

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53 RAFFRESCAMENTO RISCALDAMENTO

54 Sonda Geotermica Verticale Pompa di Calore Accumulo Compressore Evaporatore Condensatore Valvola di Espansione un evaporatore : L'energia termica è assorbita dalla sorgente esterna attraverso l'evaporatore. Questo scambio termico comporta l'evaporazione del fluido frigorigeno. un compressore : comprime il gas elevandone la temperatura T e la pressione P; un condensatore : la cui funzione è quella di riportare il fluido da vapore a liquido / cedendo calore una valvola di espansione : che abbassa la P e T del fluido refrigerante chiudendo così il ciclo.

55 La pompa di calore può essere anche di tipo "reversibile" e operare in modalità di riscaldamento o raffrescamento. Questo è reso possibile da una valvola che inverte il ciclo e i ruoli assunti dagli scambiatori sopra descritti: presso la sorgente avviene la condensazione e lo smaltimento del calore, mentre presso lo scambiatore dell'utenza viene asportato il calore. Una pompa di calore è composta da un circuito chiuso nel quale si realizzano le seguenti fasi: 1. L'energia termica è assorbita dalla sorgente esterna attraverso l'evaporatore. Questo scambio termico comporta l'evaporazione del fluido frigorigeno. 2. Il vapore è aspirato dal compressore, dove la sua pressione viene innalzata con ulteriore trasferimento di energia. 3. Il vapore ad alta pressione entra nel condensatore, passa alla fase liquida e cede all'utenza l'energia prima ricevuta. 4. Il circuito si chiude con la riduzione di pressione del fluido frigorigeno, che quindi è di nuovo disponibile per l'evaporazione. Con questo processo il calore disponibile all'utenza è pari alla somma tra l'energia termica assorbita presso la sorgente e l'energia meccanica fornita dal compressore. L'apporto energetico all'utenza è quindi ben superiore al consumo elettrico della macchina, che è destinato principalmente all'azionamento del compressore.

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59 LA POMPA DI CALORE acquistata 1 kwh di energia elettrica Pannelli fotovoltaici POMPA DI CALORE 5 kwh di calore 5 Kwtermici = 1 kwelettrico + 4 kwtermici SORGENTE DI CALORE p.e. acqua, terreno, aria 4 kwh di calore "gratuito"

60 Quidi il risparmio è: del 68% rispetto al GPL del 60% rispetto al Gasolio del 55% rispetto al Gas Metano Rendimenti confermati da molti organismi internazionali tra cui l EPA (ente americano per la protezione ambientale). Vantaggi economici Risparmio dato da un sistema geotermico nel ciclo di riscaldamento rispetto agli impianti tradizionali a combustione GEOTERMIA

61 ENERGIA GEOTERMICA Vantaggi: inesauribilità delle fonti consente di produrre calore non vi sono emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera Svantaggi: non in tutte le zone è possibile sfruttare l'energia geotermica dagli impianti si ha la fuoriuscita, oltre che dei vapori, di odori decisamente sgradevoli impatto paesaggistico

62 RECUPERO ACQUA PIOVANA L utilizzo dell acqua piovana costituisce un prezioso contributo alla riduzione degli sprechi di acqua potabile, ne favorisce un consumo più attento e consapevole e comporta un risparmio considerevole sui costi (fino al 50 %). L acqua piovana è particolarmente indicata nei seguenti impieghi: per la lavatrice e le pulizie della casa: l acqua piovana non favorisce la formazione di calcare riducendo i consumi dell anticalcare e, grazie alla migliore azione pulente dell acqua, si riduce anche l impiego di detersivo (circa il 50%); per il giardinaggio: l acqua piovana utilizzata per innaffiare le piante favorisce un assorbimento ottimale dei minerali; per il wc: l acqua piovana non favorisce la formazione di calcare.

63 .E con impianto L acqua meteorica è adatta soprattutto per innaffiare il verde e per gli sciacquoni dei servizi igienici. Inoltre è utilizzabile per la lavatrice, per la pulizia della casa o come acqua di raffreddamento. In questo modo sarebbe possibile utilizzare ca. 75 litri d acqua meteorica per persona al giorno al posto d altrettanta acqua potabile. Così si ha un risparmio d acqua potabile che può raggiungere il 50%. 63

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66 Il fabbisogno energetico La ventilazione La quantità di aria scambiata tra l ambiente interno e quello esterno può essere dovuta a: ventilazione naturale, infiltrazione, attraverso i serramenti impianti di ventilazione meccanica controllata (VMC)

67 SISTEMA DI VENTILAZIONE CONTROLLATA È un impianto che estrae l aria viziata degli ambienti immettendo aria pretrattata in modo controllato senza aprire le finestre, si risparmia così fino al 12% sulla bolletta del riscaldamento. Lo scambiatore di calore recupera l energia termica dell aria estratta e l aria nuova penetra nell alloggio tramite appositi ingressi di aria.

68 Sistemi a doppio flusso con recupero È un sistema che permette l estrazione dell aria viziata dai locali midi (es. cucina, lavanderia, ripostiglio) e che, contemporaneamente, prende l aria nuova all esterno e la immette nelle camere e nel soggiorno. L aria nuova immessa è filtrata e pretrattata naturalmente da uno scambiatore di calore che recupera l energia termica dell aria estratta.

69 VMC: Sistema che estrae l aria vizia degli ambienti immettendo aria pretrattata in modo controllato con uno scambiatore di calore che recupera l energia termica dell aria estratta

70 CAPPOTTO TERMICO E importante che la casa non disperda il calore del riscaldamento all esterno e l eventuale aria fresca del condizionatore in estate: per questo gli appartamenti sono dotati di un isolamento termico con pannelli coibenti (lana di vetro), un modo per risparmiare sulle bollette e non sprecare energia. I pannelli sono coperti da pietra a vista per non rovinare l estetica della costruzione.

71 Tipologia di cappotto termico: Polistirene espanso sintetizzato; fibra di legno; sughero; lana di roccia; lana di vetro; pannelli in idrato di silicato di calcio; fibra di canapa e calce. CAPPOTTO TERMICO

72 CAPPOTTO TERMICO

73 Panello realizzato con lana di vetro, questo sistema garantisce sia prestazioni di alto livello sia una soluzione che contribuisce al rispetto dell ambiente, infatti il pannello di lana di vetro è costituito dall 80% di materiale riciclato. La sua elevata elasticità gli conferisce, oltre a un notevole potere fonoisolante, anche un ottima resistenza agli urti occasionali e un eccellente versatilità d impiego su superfici irregolari. La soluzione più completa per l isolamento della facciata. λ = W/m K Isolamento termico Traspirabilità Sostenibilità ambientale Economicità Reazione al fuoco Isolamento acustico

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77 Considerazioni R l Come si vede, aumentando lo spessore, a parità di λ, aumenta il valore della resistenza termica [(m 2 K)/W] Mantenendo costante lo spessore s, la resistenza termica aumenta man mano che diminuisce λ, ovvero utilizzando materiali isolanti (λbasso)

78 Considerazioni U 1 rappresenta la conducibilità ter-mica dei materiali. Il suo valore varia da materiale a materiale. R l Rappresenta il valore dello spessore del materiale attraversato dal calore La lettera U rappresenta la trasmittanza termica di un materiale e definisce la quantità di calore che passa attraverso un materiale avente spessore s e conducibilità termica λ

79 37 cm 32 cm 21 cm

80 Il Lavoro di Domani non si realizza con la Tecnica del Passato Salvaguardiamo la Natura, imparando dalla Natura