PiattaFormAttiva Learning Platform Comune di GUSPINI RISPARMIO ENERGETICO. L energia (elettrica). Cos è, come si misura e come si risparmia. Relatore: Dott. Ing. Andrea Alessandro MUNTONI 1
GENERALITÀ sulle FONTI DI ENERGIA e il RISPARMIO ENERGETICO 2
Generalità Le norme vigenti, prima fra tutte la Legge 9 gennaio 1991, n. 10 recante "Norme per l'attuazione del Piano energetico nazionale in materia di uso razionale dell' energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia", favoriscono ed incentivano, in accordo con la politica energetica dell'unione Europea: l'uso razionale dell'energia, il contenimento dei consumi di energia nella produzione e nell'utilizzo di manufatti, l'utilizzazione delle fonti rinnovabili di energia, la riduzione dei consumi di energia nei processi produttivi, la sostituzione degli impianti "energivori". 3
Fonti rinnovabili di energia La Legge 9 gennaio 1991, n. 10 considera, quali fonti rinnovabili di energia, le seguenti: - il sole, - il vento, - l'energia idraulica, - le risorse geotermiche, - le maree, - il moto ondoso, - la trasformazione dei rifiuti organici o biomasse. 4
Produzione del mix medio nazionale utilizzato per la produzione di energia elettrica Fonti primarie utilizzate, anni di riferimento 2012 (consuntivo) - 2013, % (fonte: GSE, agg.to 29/07/2014) Fonti rinnovabili: 30,7% (2012) - 37,5% (2013) Carbone: 18,9% (2012) - 18,5% (2013) Gas naturale: 39,1% (2012) - 33,7% (2013) Prodotti petroliferi: 1,3% (2012) - 1,0% (2013) Nucleare: 4,2% (2012) - 4,7% (2013) Altre fonti: 5,8% (2012) - 37,5% (2013) 5
ENERGIA ELETTRICA Cos'è l'energia. Fonti di energia. Energia elettrica = Fonte di energia pregiata 6
Cos'è l'energia. <<Su cunzettu de Energhia podet esser ispiegadu in manera crara finzas pro chie no happat istudiadu Fisica in s iscola; bastat a tenner sa passienzia de sighiri custu arrejonu ajudandòsi cum s esperienzia d onnia die.>> (*) Il concetto di ENERGIA può essere spiegato anche a chi non abbia studiato fisica a scuola ; basta avere la pazienza di seguire il ragionamento che segue facendo anche tesoro della propria esperienza quotidiana. (*) Paulu Giuseppe Mura, Sa chistione mundiali de s Enertghia, CUEC, Cagliari, 1996
Cos'è l'energia. <<Candu s homini ndi pesat dae terra unu corpus grai finzas a unu metru de altesa tottus naramos ch issu hat fattu unu Trabagliu (unu Laore). Cantu prus mannu est su pesu et cantu prus manna est s altesa, prus mannu est su Trabagliu fattu dae s homini.>> Quando l uomo solleva da terra un corpo pesante sino a 1 m di altezza tutti diciamo che ha fatto un Lavoro. Quanto più grande è il peso (sollevato) e quanto più grande è l altezza da terra, tanto più grande è il Lavoro fatto dall uomo.
Cos'è l'energia. <<Pro chi s homini fatzat unu Trabagliu bisonzat ch issumatessi ponzat una forza F a pizzus de su corpus grai chi depet ampulari et pompiare custa forza applicada pro tottu su spostamentu S, dae su puntu A finzas a su puntu B.>> Affinché l uomo compia un Lavoro, bisogna che egli eserciti una forza F sulla sommità del corpo pesante e mantenga costantemente applicata tale forza per tutto lo spostamento S, dal punto A (a terra) siano al punto B (a 1 m di altezza) dal piano di riferimento.
Cos'è l'energia. Uffah, che fatica! F (forza applicata) F = - P (forza applicata) P (peso) S (spostamento)
Cos'è l'energia. <<Duncas, pro fagher unu Trabagliu serbit una forza F applicada a unu corpus pro tottu su spostamentu S; pro custu motivu benit s dea de mesurari su Trabagliu fattu L multiplicandu sa forza applicada F pro su spostamentu S fattu in sa derettura de samatessi forza.>> Lavoro = Forza x Spostamento [newton * metro] [N * m] L = F x S [Joule] [J] Dunque, per fare un Lavoro serve una forza F applicata a un corpo per tutta la durata dello spostamento S; per questo motivo viene l dea di misurare il lavoro fatto L moltiplicando la forza nella direzione della forza stessa.
Cos'è l'energia. <<Candu s homini faghet unu Trabagliu intendet sa sensazione crara ca est una coisa chi ndi li bessit dae su corpus sou; gai benit puru s idea chi su Trabagliu ainnantis de essere fattu subra de unu corpus esternu fit aintru de su corpus de s homini trabagliadorie.>> Quando l uomo compie un Lavoro ha la chiara sensazione che sia "qualcosa che viene dall interno del suo corpo"; si ha idea che il Lavoro, prima di essere fatto su un corpo esterno, sia all interno del corpo dell Uomo Lavoratore.
Cos'è l'energia. <<Duncas su corpus de s homini (o de su cuaddu) tenet a intru e sé su Trabagliu, o menzus sa possibilidadi de fagher su Trabagliu.>> Dunque il corpo dell uomo (o del cavallo, quando tira un aratro, per esempio) ha dento di sé il Lavoro o, quanto meno, ha la possibilità di compiere un Lavoro.
Cos'è l'energia. <<Cust idea de su Trabagliu a intru de unu corpus, est una cosa giai sentia dae sos antigos et beniat tradusia in limba grega gai: a intru = en, Trabagliu = ergon, esta-narrere: Trabagliu a intru = Energon = Energhia (dae sa limba grega antiga εµεργεία, chi pronunziamos energheia ).>> Quest idea del Lavoro dentro un corpo è una cosa già sentita dagli antichi e veniva tradotta in lingua greca come dentro = en e lavoro = ergon, da cui energon = energia o, in greco antico, εµεργεία (che si pronuncia energheia).
Cos'è l'energia. Esempio. Qual è il lavoro compiuto da un uomo lavoratore per sollevare a 1 metro (1 m) da terra un corpo di massa pari a 1 chilogrammo (1 kg)? Un corpo di massa pari a 1 kg subisce la forza di attrazione gravitazionale e pesa (sulla Terra) circa 10 newton (10 N); il lavoro L che è necessario compiere per sollevarlo da terra è uguale al prodotto dello sforzo F (perché si oppone alla forza di gravità da vincere, che si oppone al moto, P) per la distanza (spostamento verticale) S da compiere; in formule: L = F x S = 10 N x 1 m = 10 Nm = 10 J Il lavoro è uguale a 10 joule (misurati nel S.I.).
Cos'è l'energia. <<Su Trabagliu L po arziari de 10 metros unu corpus de massa m ugualli a 10 kg e dunquisi grai 100 newton (10 decanewton, 10 dan) contras a sa forza de gravidadi deretta caras a giossu lu podet fagher puru s abba de una spendula faghinde girare una roda cum palittas.>> Il Lavoro L necessario per sollevare di 10 m un corpo di massa m = 10 kg e pesante 100 N (ovverosia 10 dan, leggi 10 decanewton), vincendo la forza di gravità - diretta verso il basso - che lo trattiene a terra, può essere compiuto anche dall acqua di una sorgente alimentata da un bacino - che cade dall alto e fa girare una turbina idraulica. L = F x S = 100 N * 10 m = 1.000 N*m = 1.000 Joule
Cos'è l'energia. BACINO ARTIFICIALE F CASCATA Dislivello F = - P (forza) Corpo TURBINA IDRAULICA P = m * g (peso)
Cos'è l'energia. L uomo potrebbe trascinare un corpo di massa m uguale a 10 chilogrammi (il cui peso è di circa 100 Newton) per 1000 metri, facendo molta fatica per vincere la forza di attrito (ipotizzata uguale alla forza peso), compiendo un lavoro L di 100.000 newton * metro (= 100 N *1000 m = 100.000 N * m = 100.000 joule) Il cavallo potrebbe trascinare un peso 10 volte maggiore per quella stessa distanza (1000 m), compiendo un lavoro di 1.000.000 J! Il cavallo è 10 volte più forte dell uomo : il (povero) cavallo può (potenzialmente) compiere un Lavoro dieci volte maggiore di quello compiuto da un uomo perché è in grado di spostare, a parità di distanza, oggetti più pesanti!
Cos'è l'energia. L uomo, per trascinare un corpo di massa pari a 10 kg (che pesa 100 N) per 1000 m compie un lavoro di 100.000 Nm (= 100.000 J). Il cavallo per trascinare un corpo di massa pari a 10 kg (che pesa 100 N) per 1000 m compie un lavoro di 100.000 J. Dunque il lavoro che compiono è lo stesso!!! Ma allora, cosa distingue l uomo dal cavallo (oltre al fatto che il primo ha due gambe e il secondo quattro zampe)?
Cos'è l'energia. <<S esperienzia de onnia dia nos imparat chi non bastat a fagher unu datu Trabagliu ma bisonzat a lu fagher in d unu tempus disizadu.>> S homini e su cuaddu nci ponint u tempus diversu, poitta ca s unu e s atru non tenint sa misma forza L esperienza insegna che non è sufficiente fare un dato Lavoro; esso deve essere compiuto in un tempo prestabilito. L uomo e il cavallo impiegano un tempo diverso per svolgere lo stesso lavoro perché non hanno la stessa forza!
Cos'è l'energia. La POTENZA <<Cust idea chi benit de s esperienzia de sa vida podet essere menzus prezisada matematicamente dae sa Scienzia Fisica definendo sa Potenzia comente sa divisione de su Trabagliu fattu L pro su tempus postu pro lu fagher t.>> Quest idea, che deriva dall esperienza, può essere meglio precisata, in fisica, definendo la potenza (che si misura in watt, simbolo W), come il rapporto fra il lavoro compiuto L [J] e il tempo t [s] necessario a compierlo. Potenza = Lavoro / tempo [Joule/s] P = L / t [watt]
Cos'è l'energia. La POTENZA <<Infinis, sigumente su Trabagliu est sa mesura de s'energhia, podimos narre puru chi sa Potenzia est uguali a su rapportu tra s'energhia E liberada et su tempus in su cale est istatia liberada>>. Infine, siccome il Lavoro è la misura dell'energia, possiamo anche dire che la Potenza è uguale al rapporto fra l'energia E liberata e il tempo t durante il quale è stata liberata: Potenza = Energia / tempo [W]
Cos'è l'energia. La POTENZA L uomo impiega un tempo t pari a 600 secondi per trascinare (trascurando l attrito) un corpo che pesa 100 N per 1000 m; la potenza sviluppata è P = L / t = (100 * 1000) / 600 [N*m/s] P = 166,7 W Un cavallo impiega un tempo t pari a 60 secondi per trascinare (trascurando l attrito) un corpo che pesa 100 N per 1000 m; la potenza sviluppata è P = L / t = (100 * 1000) / 60 [J/s] P = 1.667 W Il cavallo è dieci volte più potente dell uomo perché svolge lo stesso lavoro in un decimo del tempo impiegato dall uomo!
Cos'è l'energia. La POTENZA L'energia E è data dal prodotto tra la Potenza P impegnata e il Tempo t durante il quale è avvenuto il consumo dell'energia prodotta: Energia = Potenza * Tempo E [joule] = P [joule/s] * t [s] E [joule] = P [watt] * t [s]
Cos'è l'energia. La POTENZA elettrica <<Calisisiat forma de Energhia podet essere convertìda in Energhia Elettica impreandu sa Macchina Elettrica elementari, formada dae sa calamida et dae su zircuitu de ramini bene postos impari>>. Qualsiasi forma di Energia può essere convertita i Energia Elettrica utilizzando la Macchina Elettrica elementare, costituita da una calamita e da un circuito (elettrico) con fili di rame funzionalmente collegati tra loro.
Cos'è l'energia. La POTENZA elettrica Macchina Elettrica elementari Macchina Elettrica elementare
Cos'è l'energia. La POTENZA elettrica <<Sa Potenzia meccanica si cunvertet in d una potenzia elettrica chi podimos calculre comente produttu de sa tensione elettrica V pro sa intensidade de sa currente elettrica I>>. La Potenza meccanica P [= Lavoro/Tempo] si converte in una Potenza elettrica P [watt] che possiamo calcolare come il prodotto della tensione V [volt] per l'intensità di corrente I [ampère]. [(Forza * Spostamento)/Tempo] = Tensione * Corrente Lavoro/Tempo = Tensione * Corrente (F * S)/t = V * I [W]
CONSUMI DOMESTICI Consumi elettrici in ambiente domestico Lettura della bollettazione. Applicazione delle tariffe. 28
Consumi elettrici in ambiente domestico I CONSUMI ELETTRICI domestici medio annui sono pari a circa 2750 kwh. 29
Cos'è l'energia. Energia elettrica L'energia (elettrica) E è data dal prodotto tra la Potenza P impegnata dall'utilizzatore (macchina o apparecchiatura elettrica) e il Tempo t durante il quale è avvenuto il consumo dell'energia elettrica stessa: Energia = Potenza * Tempo L'energia elettrica consumata da un'utenza viene misurata in kwh (leggi chilowattora). 1 kwh = 1000 W * 1 h = 1000 J/s * 3600 s = 3.600.000 J
Cos'è l'energia. ESEMPIO Quanta energia elettrica (E) consuma un sistema di riscaldamento (per es. un termoconvettore) di data potenza elettrica (P) - che sfrutta l'"effetto Joule" per produrre calore - allorquando funziona per un tempo (t) prefissato? Energia = Potenza * Tempo E = P * t [kwh] = [kw] * [h]
Cos'è l'energia. ESEMPIO Dati: - Potenza elettrica della stufa (P) = 1 kw (= 1000 W) - Tempo di funzionamento (t) = 1 h Quesito: A quanto ammonta l'energia (elettrica) (E) consumata nel tempo t? Soluzione: E [kwh] = P [kw] * t [h] E = 1 kw * 1 h = 1 kwh
Bolletta dell'energia elettrica 33
Bolletta dell'energia elettrica 34
Bolletta dell'energia elettrica FASCE ORARIE F1: dalle 8.00 alle 19.00, da lunedì a venerdì F2: dalle 19.00 alle 8.00, da lunedì a venerdì, sabato, domenica e festivi F3: dalle 19.00 alle 8.00, da lunedì a venerdì, sabato, domenica e festivi 35
Bolletta dell'energia elettrica Ma quanto costa, al di là dei "complicatissimi" calcoli effettuati in base ai consumi per fasce, compresi il dispacciamento e le perequazioni nonché l'iva (10%) un chilowattora (kwh) di energia elettrica? Costo unitario = Costo tot. / Consumo Costo unitario = 137,54 / 617 kwh = = 0,22 /kwh 36
Bolletta dell'energia elettrica Nel settore dell'energia elettrica il DISPACCIAMENTO è il servizio che copre in ogni istante l'equilibrio tra la domanda e l'offerta di energia elettrica. 37
EFFICIENZA DEGLI APPARECCHI ELETTRICI Razionalizzazione dei consumi per illuminazione Razionalizzazione dei consumi per gli elettrodomestici 38
Apparecchi elettrici per l'illuminazione (pregi e difetti) 39
Apparecchi elettrici per l'illuminazione (pregi e difetti) 40
Razionalizzazione dei consumi per gli elettrodomestici Occorre imparare a scegliere solo modelli ad alta efficienza energetica, di classe A o superiore, sulla base delle etichette energetiche obbligatorie per legge, come richiesto da UE. 41
Razionalizzazione dei consumi per gli elettrodomestici Le famiglie italiane spendono in media circa 600 all anno per il funzionamento degli elettrodomestici. 42
CERTIFICAZIONE ENERGETICA Obblighi normativi. Vocabolario. Prestazione energetica. Tecniche e professionisti abilitati. Rilevanza e possibili effetti di mercato. 43
Prestazione energetica, efficienza energetica ovvero rendimento di un edificio L'art. 2 del D.L. 04/06/2013, n. 63 così come modificato dall'allegato alla Legge 03/08/2013, n. 90 di conversione introduce ex novo il concetto di PRESTAZIONE ENERGETICA DI UN EDIFICIO e abroga quello di "prestazione energetica, efficienza energetica ovvero rendimento di un edificio". L'art. 18, D.L. 04.06.2013, n. 63 così come modificato dall'allegato alla L. 03/08/2013, n. 90 di conversione, ABROGA, inoltre, l'attestato di certificazione energetica o di rendimento energetico dell'edificio di cui all'art. 2, comma 1, lett. d) del D.Lgs. 192/2005. 44
Quadro sinottico delle modifiche e integrazioni Prestazione energetica, efficienza energetica ovvero rendimento di un edificio Prestazione energetica di un edificio Attestato di certificazione energetica o di rendimento energetico dell'edificio Attestato di Prestazione Energetica (APE) Ai sensi dell'art. 18, comma 3, del D.L. 04/06/2013, n. 63 con decorrenza dal 06/06/2013, nel decreto 192/2005 e s.m.i. le parole «attestato di certificazione energetica» sono - ovunque ricorrano - sostituite dalle parole «attestato di prestazione energetica». 45
Il nuovo "vocabolario" del risparmio energetico introdotto dal D.L. 04.06.2013, n. 63 e dalla Legge 03/08/2013, n. 90 ENERGIA PRIMARIA: energia, da fonti rinnovabili e non, che non ha subito alcun processo di conversione o trasformazione ENERGIA PRODOTTA IN SITU: energia prodotta o captata o prelevata all interno del confine del sistema FABBISOGNO ANNUALE GLOBALE DI ENERGIA PRIMARIA: quantità di energia primaria relativa a tutti i servizi considerati nella determinazione della prestazione energetica, erogata dai sistemi tecnici presenti all interno del confine del sistema, calcolata su un intervallo temporale di un anno 46
La prestazione energetica di un edificio è la quantità annua di energia primaria effettivamente consumata o che si prevede possa essere necessaria per soddisfare, con un uso standard dell immobile: - i vari bisogni energetici dell edificio, - la climatizzazione invernale e estiva, - la preparazione dell acqua calda per usi igienici sanitari (ACS), - la ventilazione, - l illuminazione, gli impianti ascensori e scale mobili (per il solo settore terziario). Prestazione energetica, efficienza energetica ovvero rendimento di un edificio 47
Prestazione energetica, efficienza energetica ovvero rendimento di un edificio La prestazione energetica di un edificio, in termini quantitativi, è espressa da uno o più descrittori che tengono conto del livello di isolamento dell edificio e delle caratteristiche tecniche e di installazione degli impianti tecnici. La prestazione energetica di un edificio può essere espressa nei seguenti modi: energia primaria non rinnovabile, rinnovabile, o totale (come somma delle precedenti). 48
Tecnico abilitato al rilascio dell'ape ai sensi del DPR n. 75 del 16/04/2013 Corso di formazione per il riconoscimento della figura di Tecnico abilitato al rilascio dell'ape 49
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