Analisi statistiche delle prestazioni energetiche del. Torino

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1 Analisi statistiche delle prestazioni energetiche del parco edilizio della provincia di Torino, M. Serraino Dipartimento di Energetica Politecnico di Torino

2 Obbiettivi 1. Calcolare il consumo specifico medio di energia primaria per riscaldamento negli edifici residenziali della Provincia di Torino 2. Sviluppare un metodo per ricavare dai dati Istat (Censimento 2001) aggiornati al 2007 la distribuzione statistica degli edifici in relazione a tale indicatore 3. Mostrare alcuni esempi di impiego della distribuzione statistica degli edifici, quali: Valutazione interventi di riqualificazione energetica Adozione delle fonti rinnovabili (solare)

3 1 Calcolo del consumo specifico medio di energia primaria per riscaldamento negli edifici residenziali della Provincia di Torino

4 Consumo specifico medio di energia primaria per riscaldamento negli edifici A partire da: Dati ISTAT (Censimento 2001, [1]) su superficie abitazioni occupate Dati del bilancio energetico provinciale [9] si determinano i consumi globali (elettrici e termici) degli edifici residenziali. Riducendo i consumi termici delle quote, interpolate dai dati medi nazionali [2] di acqua calda sanitaria cottura cibi si ricava il consumo specifico di energia primaria per riscaldamento

5 Usi finali di energia in provincia di Torino (4.9 Mtep nel 2001) trasporti, 1338 terziario, 499 riscaldamento, 1173 residenziale, 1580 ACS, 129 industria, 1367 agricoltura, 54 cottura cibi, 66 elettricità, 212 Enea (2001) Stima autori

6 Bilancio di energia in Provincia di Torino (2001)- settore residenziale ktep kwh/m 2 Totale elettricità Usi termici ACS termica Cottura cibi riscaldamento circa 1.2 G /anno, 2.2 M abitanti, ovvero 545 /pers/anno

7 2 Sviluppo di un metodo per ricavare dai dati Istat (Censimento 2001) aggiornati al 2007 la distribuzione statistica degli edifici in relazione al consumo di energia primaria per riscaldamento

8 Principali passi del procedimento ISTAT Norme UNI Provincia Meteo Autori & letteratura # piani # appartam Area pav Edifici ad età # persone central/ind tecnologie U-values ACS Cottura cibi elettricità temperature Rad solare Altezza piano Lordo/netto ombregg % vetrata ACH rendimenti

9 Principali passi del procedimento S/V Um q t q v q i q s η u η g # piani # appartam Area pav Edifici ad età # persone central/ind tecnologie U-values ACS Cottura cibi elettricità temperature Rad solare Altezza piano Lordo/netto ombregg % vetrata ACH rendimenti

10 Caratteristiche del campione Dal punto di vista della forma (S/V) l intero parco edilizio è rappresentato da 216 edifici 4 categorie di numero di piani (1,2,3, 4) 6 categorie di numero appartamenti (1,2,3-4,5 4,5-8,9-15, 16) 3 categorie di epoche di costruzione (<1945, ,>1991) sulle 7 disponibili 3 categorie di contiguità (0,1,2 lati) Questi 216 edifici sono stati distribuiti su 27 classi climatiche di ampiezza pari a 100 GG, da 2500 a 5100 GG

11 Ipotesi degli autori Dato Valore medio funzione di Dev std Rendimento globale stagionale Fattore di ombreggiamento Altezza netta interna Coefficienti k S e k V Tasso di rinnovo aria area finestre/area pavimento Temperatura interna Trasmittanza media età e tipo impianto 0.7 età età e dimensioni edificio 0.3 età 20 C età e S/V ± 10% ± 30% + 10% ± 5% ± 50% ± 20% ± 1 C ± 10%

12 Distribuzione di frequenza degli edifici in base al fattore di forma S/V 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 100% 80% 60% 40% 20% 0% > <

13 Distribuzione di frequenza della popolazione in base ai GG GG convenzionali corretti per tener conto delle condizioni climatiche reali per l anno del Censimento (2001) Media pesata dei GG per la Provincia di Torino: 2715 GG 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% % 80% 60% 40% 20% 0%

14 Distribuzione di frequenza degli edifici in funzione del fabbisogno di energia utile e dell epoca di costruzione Frequenza 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 100% 80% 60% 40% 20% 0% Frequenza cumulata > < 1919 Fabbisogno specifico di energia termica utile [kwh/ m 2 ]

15 Rendimento stagionale impianto (η( g ) η = η η η η g e c d p η e : rendimento di emissione = 0.96 [da[ 3, tab17] η c : rendimento di regolazione [3, tab 20] η d : rendimento di distribuzione [3, tab 21] Tipo di impianto Tipo di impianto prima L 373/76 Rendimento di regolazione Tipo di regolazione Rendimento di distribuzione dopo L 373/76 Rendimento autonomo (58 %) Regolatore di zona 0.93 centralizzato (42 %) Sonda climatica esterna 0.88 dopo L10/91 autonomo (58 %) centralizzato (42%)

16 Rendimento medio di produzione (η( p ) Il censimento non riporta dati sui rendimenti di produzione degli impianti termici Questi dati sono raccolti in [7], un analisi statistica realizzata su 126 edifici in Piemonte Questi dati sono stati estrapolati a tutta la provincia di Torino, senza distinguere in base alle dimensioni o all età dell edificio, A questi sono stati aggiunti gli edifici teleriscaldati (8% del totale), che hanno un rendimento di produzione pari a 1.45 Frequency 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Seasonal production efficiency 100% 80% 60% 40% 20% 0% Cumulated frequency

17 Consumo di energia primaria per la produzione di calore da cogenerazione calore Q Perdite distr energia primaria E p Impianto di cogenerazione Calore utile Qu Elettricità W La domanda è: quale frazione di energia primaria deve essere attribuita alla produzione p termica? Il rapporto fra il calore utile (Q( u = η dh Q) ) e questa frazione (E( ph ) è una sorta di rendimento di produzione ( (η p = Q u /E ph ), e il suo inverso è un consumo specifico di combustibile

18 Tre metodologie Norma UNI EN European directive 2004/8/CE Metodo dell exergia (NEEDS)

19 Norma UNI EN Energia primaria E pe Impianto termoelettrico elettricità W E ph E p,chp = energia primaria totale consumata dall impianto cogenerativo E pe = energia primaria che sarebbe stata necessaria per produrre l elettricità W nel sistema elettrico nazionale nes = rendimento del sistema elettrico nazionale η nes = E p, CHP E pe = E p, CHP W η nes

20 European directive 2004/8/CE Energia primaria E ph caldaia (η h ) calore Q Energia primaria E pe PES = risparmio di energia primaria Il risparmio di energia primaria viene equamente ripartito fra calore ed elettricità prodotte Impianto termoelettrico PES = ' ' ( ) η E + E E P elettricità W pe ph P E ' pe + E ' ph ηh = 1 PES

21 Metodo dell exergia (approccio NEEDS) Calore Q Perdite calore Energia primaria E p Impianto di cogenerazione Exergia del calore Exergia dell elettricità E P, h = Ψ Ψ h h, u + Ψ e E p = T Q 1 dh T η 0 T Q 1 W T + 0 E P elettricità W

22 Confronto dei tre metodi ( ) 2007) Consumo specifico [kwh PE / kwh th ] 1,5 1,0 0,5 0,0-0, UNI EN /08/CE NEEDS In termini di consumo specifico: energia primaria necessaria per produrre 1 kwh di energia utile (= 1/η p ) Un valore negativo significa che l energia primaria viene di fatto prodotta invece che consumata. La norma UNI EN dice "In the case of heat and power cogeneration based on regenerative energies such as biogas negative primary energy factors may occur. These are set equal zero Nel seguito è stato usato il metodo exergetico

23 Distribuzione di frequenza degli edifici in funzione del consumo di energia primaria e dell epoca di costruzione Frequenza 25% 20% 15% 10% 5% 0% Media: 176 ± 24 kwh/m 2 100% 80% 60% 40% 20% 0% Frequenza cumulata > < 1919 Fabbisogno specifico di energia primaria [kwh/ m 2 ]

24 Distribuzione di frequenza degli edifici in funzione del consumo di energia primaria e dell epoca di costruzione aggiornati al 2008

25 3 Interventi di retrofit

26 Effetto di Energy retrofits Dipende da Consumo totale (E 0 ) Investimento (I) Tecnologia di retrofit più redditizia k [ktoe/m )] energy savings (Mtoe) k=1 k=0.75 k=0.5 k=0.25 Modello 1-parametro proposto Investment (billion ) E / E 0 = 1 1 ( k / E ) I con k = ( E) I I 0

27 Scenari al 2020 degli interventi di riqualificazione energetica 1. Fino a prima degli incentivi 55% gli interventi non hanno avuto alcun impatto misurabile 2. Nel 2007 (primo anno delle detrazioni 55%) gli interventi hanno interessato l 1% degli edifici, con un risparmio medio del 16%, e una riduzione del consumo globale annuo dello 0,016% (-0.18%( al 2020) 3. Nel 2008 gli interventi hanno interessato il 3% circa degli edifici: ici: assumendo lo stesso risparmio medio (16%), la riduzione del consumo globale è stimata pari al 0,048% annuo (-( 0.53 % al 2020) Intervento frazione % Isolamento di involucro (globale) 5% + sostituzione generatore Sostituzione del generatore e dei 11% serramenti Sostituzione dei serramenti 42% Sostituzione del generatore 42% Mix interventi 2007

28 Come raggiungere il 20% in meno Il limite da raggiungere al 2020 è il 20% in meno rispetto allo scenario tendenziale, il che equivale al 9% in meno rispetto al 2008, se si assume lo scenario tendenziale italiano (e il 20% in meno rispetto allo scenario tendenziale della Provincia di Torino) Questo obiettivo può essere raggiunto in diversi modi: 1. Ipotesi realista: : stesso mix di soluzioni adottate nel Ipotesi di elevata redditività: : 5 interventi diversi, ciascuno sul 20% degli edifici 3. Ipotesi di massima redditività: : valvole termostatiche su tutti gli edifici, poi caldaie a condensazione, fino a raggiungere l obiettivo del 9%

29 Quadro di sintesi interventi e stima risultati al 2020 Scenario Risparmio di energia primaria (TWh) Variazione % Investimenti (M ) 1. Ante detrazioni 55% 0 0% - 2. Trend come per detrazioni 55% nell anno % Trend come per detrazioni 55% nell anno % Strategia mix as usual 9% % Strategia min costo 9% %

30 Gli interventi e la loro redditività Risparmio [TWh] target 5 int/20% best retrofit Investimento [mld ] mix as usual

31 Miglioramento del rendimento di produzione legato all espansione della rete di teleriscaldamento

32 Conclusioni La distribuzione di frequenza del consumo specifico di energia si s può ricavare dai normali valori dei Censimenti disponibili sul sito s Istat In assenza di un catasto energetico completo la distribuzione di frequenza può permettere di conoscere in modo sintetico il parco edilizio e stimare gli effetti su di esso dei retrofit energetici La riduzione dei consumi di energia primaria prevista al 2020 è del 9%. Con l attuale trend al 2020 si avrebbe al massimo una riduzione dello 0.5% Per raggiungere il 9% occorrerebbe investire da 0.5 a 1.9 miliardi di in interventi di retrofit edilizio-impiantistici impiantistici o, in alternativa, dimezzare tali investimenti e raddoppiare il parco edilizio teleriscaldato (mantenendo lo stesso mix produttivo)

33 Riferimenti 1. Italian Population Census, Istat Enea, Rapporto Energia ed Ambiente,, Standard UNI/TS Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria 4. Standard UNI/TS Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell edificio per la climatizzazione estiva ed invernale 5. Law 30 April 1976, n Norme per il contenimento del consumo energetico per usi termici negli edifici 6. Law 10 January 1991, n. 10. Norme in materia di uso razionale dell energia,, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia 7. Corgnati S.P., Corrado V., Procedura per la stima della domanda energetica degli edifici (Filippi M., Rizzo G. Certificazione energetica e verifica ambientale degli edifici, Flaccovio,, Palermo, 2007) 8. Standard UNI Dati climatici, Bilancio energetico provincia di Torino, anni

34 Analisi statistiche delle prestazioni energetiche del parco edilizio della provincia di Torino GRAZIE PER L ATTENZIONEL Gian Vincenzo Fracastoro Politecnico di Torino Dipartimento di Energetica