Coppa per il clima delle Imprese Europee I Workshop per gli Agenti dell Energia SPES Consulting Srl Galleria Mazzini, 3/3 Genova Telefono + 39 (0)10 8682570 E-mail: eecc-italia@spesconsulting.com Novembre 2015
Nozioni di base sull energia SPES Consulting Srl Galleria Mazzini, 3/3 Genova Telefono + 39 (0)10 8682570 E-mail: eecc-italia@spesconsulting.com
IL SISTEMA INTERNAZIONALE L SI venne istituito nel 1960 dalla CGPM ed è usato universalmente dalla comunità scientifica. Le unità fondamentali sono il chilogrammo [kg], il metro [m] ed il secondo [s], l ampere [A], il radiante,. Le altre unità di misura si dicono derivate. Dal 1 gennaio 2000 è obbligatorio utilizzare in Italia le unità di misura del Sistema Internazionale (SI), previste dalla direttiva 80/181/CEE del 20 dicembre 1979
PREFISSI SI I prefissi moltiplicano le unità di misura per potenze di mille SIMBOLO NOME VALORE E Exa 10^18 P Peta 10^15 T Tera 10^12 G Giga 10^9 M Mega 10^6 K Chilo 10^3 - - 10^0 m Milli 10^-3 μ Micro 10^-6 n Nano 10^-9 p Pico 10^-12 f Femto 10^-15 a atto 10^-18
PREFISSI COMUNI Sono prefissi accettati ma non raccomandati i seguenti di uso comune: SIMBOLO NOME VALORE h Etto 10^2 da Deca 10^1 d Deci 10^-1 c centi 10^-2
Regole di scrittura per le unità di misura SI Nomi per esteso delle unità di misura sono nomi comuni e devono sempre essere scritti con lettera minuscola (newton e non Newton), privi di accenti o segni grafici (ampere e non Ampère). I nomi delle unità non hanno plurale, eccetto il metro, il kilogrammo, il secondo, la candela, il radiante e tutte le unità derivate, multipli e sottomultipli. I simboli delle unità di misura devono essere scritti in minuscolo, oppure, se deriva da un nome proprio di persona, con la prima o l'unica lettera maiuscola (si scrive: Pa per i pascal, N per i newton, m per i metri). I simboli non devono essere seguiti dal punto, salvo che si trovino a fine periodo. Quando l'unità di misura è scritta vicino ad un numero si deve usare il simbolo e questo va posto sempre dopo il valore numerico (si scrive: 12 kg e non 12 kilogrammi oppure kg 12). Il prodotto di due o più unità va indicato con un punto a metà altezza o con un piccolo spazio tra i simboli (si scrive: N m oppure N m).
Regole di scrittura per le unità di misura SI L'unità se non accompagna la relativa misura deve essere espressa con il suo nome e non con il simbolo, ad eccezione delle formule e degli elenchi di simboli (si scrive: "Il chilometro è una lunghezza" e non "Il km è una lunghezza"). Il simbolo di un multiplo o sottomultiplo si scrive facendo precedere il simbolo dell'unità da quello del prefisso, senza interposizione di un punto o di uno spazio (si scrive: MPa, kg, cm, kw). Nel caso dell'unità kilogrammo per formare multipli e sottomultipli si utilizza il grammo, non il kilogrammo. Es: 10-3 g = 1 mg; 10 +6 g = 1 Mg (ex tonnellata). Attenzione: la lettera k minuscola indica il prefisso di multiplo decimale kilo (= 1.000) mentre la lettera K maiuscola indica la temperatura in gradi Kelvin.
CONVERSIONI Temperatura: 0 C = 273,15 K = 32 F = 491,67 R Pressione: 100000 Pa =10N/cm² = 100 kpa = 0,98 atm = 1,02 kg/cm²= 1bar= 750mm Hg Forza-Energia: 1kWh=860kcal=3.600.000J= 3.600 kj=3.600.000nm Potenza 1kW=860kcal/h=1,36CV=1,35hp
I COMBUSTIBILI Il gas naturale, il gasolio, il BTZ, ecc. sono detti combustibili e sono utilizzati in tutti gli impianti ove si verifica una combustione. Il gas metano è commercializzato a standard metro cubo (Stm 3 ) cioè nelle condizioni di pressione 101325 Pa (1 atm) e temperatura 15 C. In certi casi ci si riferisce al normale metro cubo (Nm 3 ): in tal caso la temperatura di riferimento è 0 C. La densità del gas naturale è circa 0,7 kg/stm 3. Il gasolio è commercializzato a litri (la sua densità a 15 C è circa 820 kg/m 3 ). Il BTZ è commercializzato a kg (la sua densità a 15 C è circa 950 kg/m 3 ).
L ENERGIA DI UN COMBUSTIBILE Un combustibile è caratterizzato dal proprio potere calorifico cioè dalla quantità di calore che se ne può ricavare dalla combustione completa di un chilogrammo (o di un metro cubo). La combustione è un processo di ossidazione e perciò se il combustibile contiene idrogeno si forma vapor d acqua che contiene molta energia e viene smaltito al camino assieme agli altri prodotti della combustione (fumi).
L ENERGIA DEI COMBUSTIBILI Ad esempio bruciando metano la reazione è la seguente: CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O + energia termica Cioè 12+4 = 16 kg di metano bruciano con 2 x 32 = 64 kg di ossigeno per formare 12+32 = 44 kg di anidride carbonica e 2 x (2+16) = 36 kg di acqua. Ogni kg di metano bruciato produce 36/16 = 2,25 kg di vapor d acqua che contengono una elevata quantità di energia, detta calore latente di vaporizzazione. Le caldaie a condensazione permettono il recupero di questa energia.
IL POTERE CALORIFICO La maggior parte delle caldaie non è in grado di recuperare il calore di vaporizzazione. Pertanto in pratica si fa riferimento a due tipi di potere calorifico: potere calorifico superiore: è la quantità di calore che si può ricavare dalla combustione completa di un chilogrammo (o di un metro cubo) compreso il calore latente di vaporizzazione; potere calorifico inferiore: è la quantità di calore che si può ricavare dalla combustione completa di un chilogrammo (o di un metro cubo) escluso il calore latente di vaporizzazione.
IL POTERE CALORIFICO La tabella seguente riporta alcuni valori di densità, potere calorifico superiore e inferiore per i combustibili citati; occorre tener presente che i combustibili, essendo stati ottenuti dalla manifattura di prodotti provenienti da diverse parti del mondo, presentano caratteristiche che possono variare, sempre però nell ambito delle specifiche normative di prodotto (ad esempio il contenuto di zolfo del BTZ deve essere contenuto in ben definiti limiti) Pg.73 e 82 Guidelines EN/ pag. 108 e 117 Linee guida IT Combustibile Densità Potere Calorifico Superiore Potere Calorifico Inferiore Gas Naturale 0,7 kg/stm 3 10,7 kwh/stm 3 9,7 kwh/stm 3 Gasolio 820 kg/m 3 12,4 kwh/kg 11,9 kwh/kg BTZ 950 kg/m 3 12,0 kwh/kg 11,4 kwh/kg
IL TEP I grandi consumi energetici sono espressi: In tep cioè in tonnellate di petrolio equivalenti ; 1 tep è l energia connessa al potere calorifico superiore di una tonnellata di petrolio; In barili di petrolio (b o brl ) equivalenti ; 1 barile di petrolio è pari a 0,15898 m 3 ; la densità del petrolio dipende dal luogo di provenienza: per convertire il volume del barile in massa si usa convenzionalmente la densità 855 kg/m 3 Per le conversioni convenzionalmente si assume: 1 tep = 11.630 kwh
GRADI GIORNO Il grado-giorno è il parametro climatico originariamente utilizzato al fine di: valutare preventivamente l'ordine di grandezza dei consumi di combustibile, o energetici in generale, negli impianti di riscaldamento; definire il periodo convenzionale di accensione degli impianti stessi. Il valore dei gradi giorno è determinato sulla base dei rilevamenti sistematici della temperatura esterna delle località interessate. La legislazione nazionale sul risparmio energetico utilizza il grado-giorno come elemento fondamentale per il dimensionamento dell'edificio sotto il profilo termico, nonché per la individuazione delle zone climatiche.
Indicando con: GRADI GIORNO F a il fabbisogno totale di calore di un edificio durante un'intera stagione di riscaldamento; F g la quantità di calore dispersa in un giorno per ogni grado di differenza tra la temperatura interna, t i, e la temperatura esterna, t e ; (t i - t em ) la differenza tra la temperatura interna t i e la temperatura media esterna t em (calcolata su un elevato numero di anni) durante la stagione di riscaldamento; n il numero dei giorni di riscaldamento annui. Risulta: Si chiamano gradi giorno la grandezza: Da cui risulta: F a = F g (t i - t em ) n GG = (t i - t em ) n F a = F g GG
GRADI GIORNO GRADI GIORNO Il numero di gradi-giorno relativi all'intero periodo di riscaldamento si valuta nel modo seguente: si prendono in considerazione, per un adeguato numero di anni, i valori della temperatura media giornaliera che si sono verificati nella località considerata e, per ciascun mese, si calcola la temperatura media. Si costruisce il diagramma riportante in ascisse la successione cronologica dei mesi interessati al riscaldamento ed in ordinate il valore delle temperature medie mensili precedentemente calcolate, valore convenzionalmente assegnato al giorno 15 di ciascun mese. Si uniscono poi tutti i punti così ottenuti con una curva e si individuano i punti I ed F di inizio e fine del periodo di riscaldamento.
GRADI GIORNO
Si calcola così: GRADI GIORNO GRADI GIORNO j F j I 20 t j ove t j è la temperatura media convenzionale del giorno generico, ricavata dalla curva che rappresenta l'andamento della temperatura esterna media mensile nei mesi invernali per la località in esame. L Italia è suddivisa nelle seguenti zone. Ogni comune è caratterizzato da un determinato numero di gradigiorno e quindi appartiene a una ben determinata zona Zona A Zona B Zona C Zona D Zona E Zona F >= 600 601-900 901-1400 1401-2100 2101-3000 >3000
GRADI GIORNO In funzione della zona di appartenenza la normativa impone parametri gestionali e progettuali: la data di accensione e di spegnimento degli impianti, il numero di ore di accensione giornaliera, le caratteristiche di isolamento degli edifici di nuova costruzione o ristrutturati, ecc. Genova, ad esempio, ha 1435 gg ed è quindi collocata in zona D, mentre Enna ha 2248 gg e quindi si trova in zona E, Bari 1185 gg è in zona C come Lecce con 1153 gg, Catania invece con soli 855gg è in zona B
A cosa servono i gradi giorno? Oltre a determinare la differenza tra un comune ed un altro e quindi poter comparare i valori di consumo tra due differenti localizzazioni, servono principalmente a valutare il consumo di un ente/edificio in due anni differenti. LA COMPARAZIONE DEI VALORI DI SPESA O DI CONSUMO IN DUE ANNI DIFFERENTI PUO PORTARE AD ERRORI SIGNIFICATIVI DOVUTI AL CAMBIAMENTO DELLE TARIFFE O ALL ANDAMENTO DELLA STAGIONE CLIMATICA
Riscaldamento ηg = ηprod x ηdistr x ηemiss x ηreg Il rendimento globale medio stagionale dei sistemi di riscaldamento è dovuto alla produzione, distribuzione, emissione e regolazione del calore.
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