Ricerca e formazione sull'efficenza energetica in edilizia - Paolo Baggio - INGEGNERIA PER L'ENERGIA
←
→
Trascrizione del contenuto della pagina
Se il tuo browser non visualizza correttamente la pagina, ti preghiamo di leggere il contenuto della pagina quaggiù
INGEGNERIA PER
L'ENERGIA
Ricerca e formazione sull'efficenza
energetica in edilizia
Paolo Baggio
ROVERETO (TN) - maggio 2012 1
Visione strategica
Parole chiave per il confronto con il territorio:
! Energie Rinnovabili Autosufficienza
Energetica
! Efficienza Energetica
Sviluppo
! Energia e Ambiente Sostenibile
ROVERETO (TN) - maggio 2012
2
Visione strategica
Il ruolo di Ingegneria:
! Ricerca Applicata
(Università e Industria leader nell'uso razionale
dell'energia nel contesto locale, italiano ed
europeo)
! Formazione
(Preparare ingegneri competenti, pronti ad
affrontare il problema delle risorse energetiche)
ROVERETO (TN) - maggio 2012
3
L'obiettivo: Zero Energy Building
"near zero energy building" «edificio a
energia quasi zero»: edificio ad altissima
prestazione energetica, ...... Il fabbisogno
energetico molto basso o quasi nullo
dovrebbe essere coperto in misura molto
significativa da energia da fonti
rinnovabili, compresa l’energia da fonti
rinnovabili prodotta in loco o nelle
vicinanze (dalla Direttiva 2010/31/UE )
ROVERETO (TN) - maggio 2012
4
L'obiettivo: Zero Energy Building
"near zero energy building" «edificio a
energia quasi zero»: edificio ad altissima
prestazione energetica, ...... Il fabbisogno
energetico molto basso o quasi nullo
dovrebbe essere coperto in misura molto
significativa da energia da fonti
rinnovabili, compresa l’energia da fonti
rinnovabili prodotta in loco o nelle
vicinanze (dalla Direttiva 2010/31/UE )
ROVERETO (TN) - maggio 2012
5
PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
Final energy consumption in Europe
(source: EU energy and transport in figures 2010 - © European Communities, 2010)
ROVERETO (TN) - maggio 2012
6
PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
! “ Gli edifici sono responsabili del 40 % del
consumo globale di energia nell’Unione. Il
settore è in espansione, e ciò è destinato ad
aumentarne il consumo energetico. Pertanto,
la riduzione del consumo energetico e l’utilizzo
di energia da fonti rinnovabili nel settore
dell’edilizia costituiscono misure importanti
necessarie per ridurre la dipendenza
energetica dell’Unione e le emissioni di gas a
effetto serra”(dalla Direttiva 2010/31/UE )
ROVERETO (TN) - maggio 2012
7
PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
intensità energetica in Europa
Data source: Eurostat and the European Commission's Ameco database.
ROVERETO (TN) - maggio 2012
8
PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
Household energy consumption, space heating per m2, climate corrected
Source: Energy and environment report 2008 - EEA
1 kgoe = 11,4 kWh
ROVERETO (TN) - maggio 2012
9
PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
! Malgrado i leggeri miglioramenti di
efficienza energetica nei nuovi edifici, il
miglioramento delle condizioni di vita ha
controbilanciato buona parte del
potenziale di risparmio energetico.
! Il consumo medio di energia per il
riscaldamento degli edifici in Europa si
aggira intorno a 150 – 160 kWh/ m2
ROVERETO (TN) - maggio 2012
10PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
! Non è difficile progettare e costruire un
edificio che richieda 40 - 60 kWh/ m2 per
anno per il riscaldamento (questo è il
minimo correntemente richiesto in molti
stati per gli edifici di nuova costruzione)
! i costi addizionali sono usualmente
trascurabili (meno del 2% senza
considerare il costo del terreno)
ROVERETO (TN) - maggio 2012
11PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
! Accettando costi iniziali più alti del 10 -15
% di quelli standard è possibile progettare
edifici che richiedano meno di 10-20
kWh/ m2 per anno (case passive)
! I costi addizionali sono facilmente
recuperabili in pochi anni con i risparmi
sui costi di esercizio
ROVERETO (TN) - maggio 2012
12PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
ROVERETO (TN) - maggio 2012
13PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
! Il potenziale di risparmio energetico
del settore edilizio è immenso,
probabilmente il maggiore in
assoluto.
! Come mai non è ancora stato
sfruttato ?
ROVERETO (TN) - maggio 2012
14PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
! E' difficile effettuare il retrofit degli edifici
esistenti (che sono la grande maggioranza).
! Il settore delle costruzioni è tradizionalista e
conservatore, e l'innovazione procede con un
passo molto lento.
! Vi sono studi che dimostrano che il settore è
affetto da inefficienze che portano a costi per
l'utente finale che sono significativamente più
alti di quelli ottimali (si potrebbero ridurre del
30-35 %)
ROVERETO (TN) - maggio 2012
15Gli Edifici sono sistemi complessi !
(vanno studiati e compresi)
Flussi di
energia in
un edificio
(da EN 15615)
ROVERETO (TN) - maggio 2012
16TOWARD “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
! Sia l'Europa che gli USA sono consci della
necessità di muoversi in questa direzione.
! In Europa è stata definitivamente approvata la
Direttiva 2010/31/UE (recast della direttiva
2002/91/CE)
! In the US, the Government’s Building America
programme is focused on research and promotion
of the drive towards zero energy buildings.
ROVERETO (TN) - maggio 2012
17Direttiva 2010/31/UE – 18 giugno 2010
(Energy Performance of Buildings - EPBD Recast)
Art. 1 – Oggetto
La presente direttiva promuove il miglioramento
della prestazione energetica degli edifici
all’interno dell’Unione, tenendo conto delle
condizioni locali e climatiche esterne, nonché
delle prescrizioni relative al clima degli ambienti
interni e all’efficacia sotto il profilo dei costi.
(omissis)
ROVERETO (TN) - maggio 2012
18Direttiva 2010/31/UE (EPBD Recast)
Le disposizioni della direttiva riguardano:
a) il quadro comune generale di una metodologia
per il calcolo della prestazione energetica
integrata degli edifici e delle unità immobiliari;
b) l’applicazione di requisiti minimi alla prestazione
energetica di edifici e unità immobiliari;
d) i piani nazionali destinati ad aumentare il
numero di edifici a energia quasi zero;
ROVERETO (TN) - maggio 2012
19Direttiva 2010/31/UE (EPBD Recast)
Articolo 9 - Edifici a energia quasi zero
1. Gli Stati membri provvedono affinché:
a) entro il 31 dicembre 2020 tutti gli edifici di
nuova costruzione siano edifici a energia
quasi zero; e
b) a partire dal 31 dicembre 2018 gli edifici di
nuova costruzione occupati da enti pubblici
e di proprietà di questi ultimi siano edifici a
energia quasi zero.
ROVERETO (TN) - maggio 2012
20California has committed to achieving zero net
energy for all residential construction by 2020
ROVERETO (TN) - maggio 2012
21Il contesto
! Nell “Euregio” e nelle zone limitrofe (distretto
industriale della termotecnica di Verona e
dell'alto Vicentino) vi è sia una elevata richiesta
di competenze che una forte interesse per la
ricerca nel settore energetico.
! Gli obiettivi della ricerca europea: energia tra i
settori chiave. Il prossimo programma europeo
Horizon 2020 prevede espressamente come una
delle 6 sfide sociali (societal challenges) da
affrontare quella: “Secure, clean and efficient
energy”
ROVERETO (TN) - maggio 2012
22Il contesto
! La Provincia Autonoma di Trento sta
promuovendo numerose iniziative nel settore
direttamente (Distretto Tecnologico, Habitech,
Oil Free Zone, prog. europeo BIOENEAREA) o
tramite i propri istituti di ricerca (FBK, Fond. E.
Mach)
! Il Trentino-Alto Adige è il territorio con la maggior
percentuale di imprese che investono in
tecnologie a maggior risparmio energetico e/o
minor impatto ambientale
ROVERETO (TN) - maggio 2012
23Il contesto
ROVERETO (TN) - maggio 2012
24SETTORI DI ATTIVITÀ
FORMAZIONE RICERCA
l Percorsi formativi Edifici a basso
orientati all'energia consumo
nei corsi di laurea
Energia eolica
Master di II livello Biomasse
l
IDEE
Idroelettrico
l Collaborazione con
Ordini professionali Materiali per l'energia
ed Associazione
Artigiani ROVERETO (TN) - maggio 2012
25RICERCA
La visione strategica deve deve essere allineata
con le sfide lanciate dal prossimo programma
Europeo HORIZON 2020:
Secure, clean and efficient energy
challenge
e con la Direttiva Europea 2010/31/UE Art. 9
Nearly zero-energy buildings a partire
dal 2020
ROVERETO (TN) - maggio 2012
26RICERCA
Coerentemente con le sfide da affrontare,
la ricerca va quindi focalizzata su due
obiettivi strategici:
l Generazione/conversione da fonti
rinnovabili
l Efficienza negli usi finali
ROVERETO (TN) - maggio 2012
27RICERCA
Linee di ricerca principali attive nel
settore generazione/conversione da
fonti rinnovabili
l Biomasse
l Energia eolica
ROVERETO (TN) - maggio 2012
28Biomasse
ROVERETO (TN) - maggio 2012
29Gasifying wood stove
n Commercial Gasification (staged combustion) wood stove
n Thermal output between 11 kW e 25,9 kW
n Maximum efficiency with ideal combustion is of 92%
ROVERETO (TN) - maggio 2012
30ROVERETO (TN) - maggio 2012
31Bench-scale batch reactor at adjustable pressure
Filter
Gas analysis
Pump
In collaborazione con
il prof. Paolo Tosi del
dip. di Fisica
Reactor
ROVERETO (TN) - maggio 2012
32Downdraft gasifier (SOFC power)
Reactor
Feeding
system
Steam generator Ash Collector
ROVERETO (TN) - maggio 2012
33Laboratori Biomasse
! Molte delle attività di ricerca relative alle biomasse sono
state svolte con sistemazioni precarie
! Finalmente, una parte delle attività ha trovato una
sistemazione definitivanel Laboratorio biomasse
TheBEL”(Thermochemical Biomass Energy
Laboratory), di recente attivato nell’area TRENTINO
SVILUPPO (BIC) di Rovereto all’interno di un progetto
comune tra aziende, Università di Trento e Fondazione
Università di Trento.
ROVERETO (TN) - maggio 2012
34Processi Biochimici
IMPIANTO
DI
BIOESSICCAZIONE
PILOTA
PER
LA
GENERAZIONE
DI
COMBUSTIBILI
SOLIDI
SECONDARI
DIGESTORI
ANAEROBICI
DA
LABORATORIO
PER
LA
GENERAZIONE
DI
METANO
ROVERETO (TN) - maggio 2012
35Energia eolica
Laboratorio di macchine
Campo Eolico Sperimentale di
Trento
ROVERETO (TN) - maggio 2012
36Energia eolica
CAMPO EOLICO SPERIMENTALE
nasce dalla collaborazione tra l’Università di Trento, l’Agenzia
Provinciale per l’Energia (APE) e Interbrennero S.p.A
ROVERETO (TN) - maggio 2012
37Energia eolica
Experimental test field of Trento
Wind energy exploitation in cold climates
______________________________________________________________
__________________RICERCA
Tra le linee di ricerca più importanti
relative all'efficienza negli sui finali
dell'energia vi è senz'altro lo studio
del sistema edificio-impianto
ROVERETO (TN) - maggio 2012
39Simulazioni edificio impianto
(andamenti annuali)
ROVERETO (TN) - maggio 2012
40Energy system simulation
Hot water
Energy modeling of systems: Room air
pellet stove model setup
(UA)stove-air (UA)envelope-water
Thermal Thermal
mass 1 mass 2
(UA)gas-mass 1 (UA)gas-mass 2
Tgas,02
Tgas,0 Tgas,1
Mass flow (gas)
Heat flow
• Fortran code converted to a TRNSYS type;
• Ongoing projects are the improvement of the code and the extension of
the model to traditional wood stoves.
ROVERETO (TN) - maggio 2012
41Energy system simulation
Energy modeling of systems: pellet stove
ROVERETO (TN) - maggio 2012
42Timber roof experimental analysis
Italian standards require massive buildings envelope
components, to satisfy summer mandatory provisions
(e.g. phase lag and decrement factor);
Satisfying Italian requirements can be difficult when
using timber envelope elements;
Experimental activity focuses on different techniques
to improve summer behavior of a light envelope
ROVERETO (TN) - maggio 2012
43Timber roof experimental analysis
Roof with RBS (Radiant Barrier Sheathing) - middle of the roof
side
70
Sensor 1 Sensor 2
Air Temperature Sensor 3
60
50
T [°C]
40
30
20
10
12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42
time [h]
ROVERETO (TN) - maggio 2012
4416
3. Weather Data
Parameters of the analysis
Unphysical jump in the junction
The last and first 8 data of each month were replaced by a smooth function:
a cubic interpolation of data was adopted.
32 July
data August
data Cubic
30
Temperature
[°C]
28
26
24
August
22 July
20
18
16
-‐8 -‐7 -‐6 -‐5 -‐4 -‐3 -‐2 -‐1 0 1 2 3 4 5 6 7
Hours
ROVERETO (TN) - maggio 2012
4517
3. Weather Data
Trento Reference Year
Temperature Solar irradiation
ROVERETO (TN) - maggio 2012
4617
Weather Data
Trento Reference Year
Relative humidity Wind velocity
ROVERETO (TN) - maggio 2012
47RICERCA
Nell'ateneo vi sono molte altre linee di ricerca
con le quali si possono costruire sinergie, tra
le quali:
Materiali per l'energia
l
Idroelettrico
l
Pianificazione energetica
l
Fisica dell'atmosfera
l
Smart grids
l
ROVERETO (TN) - maggio 2012
48Materiali per l'energia
l Materiali per produzione fotovoltaica a
basso costo ed alta affidabilità
l Materiali ceramici per celle a combustibile
l Materiali ad alte prestazioni per
turbomacchine (eoliche, turbogas, etc.)
ROVERETO (TN) - maggio 2012
49Idroelettrico
l Valutazione della risorsa (ancora) disponibile
l Valutazione e mitigazione dell'impatto ambientale
(deflusso minimo vitale, interrimento bacini)
l Ottimizzazione del gruppo turbina-alternatore
(massimizzazione del rendimento, funzionamento
a velocità variabile)
l Mini-Hydro
ROVERETO (TN) - maggio 2012
50Progetto Manifattura
Sono in corso anche alcune
attività di ricerca e monitoraggio
sugli edifici della ex manifattura
Tabacchi di Rovereto.
Ci auguriamo di incrementare
queste attività anche mediante
la realizzazione in loco di un
laboratorio per l'efficienza
energetica in edilizia.
ROVERETO (TN) - maggio 2012
51FORMAZIONE
l Nei corsi di laurea sono stati inseriti
insegnamenti orientati agli aspetti energetici
l Ingegneria civile: Tecnica del controllo
ambientale
l Ingegneria per l'ambiente e il territorio:
Energie Rinnovabili e Gestione delle Risorse
energetiche
l Ingegneria dei Materiali: Materiali per
l'Energia
ROVERETO (TN) - maggio 2012
52FORMAZIONE
La Facoltà di Ingegneria ha organizzato il:
Master universitario di II livello in
INTEGRATED DESIGN FOR ENERGY
EFFICIENCY
ROVERETO (TN) - maggio 2012
53MASTER IDEE
A. MODULO INTRODUTTIVO (20 CFU)
• normativa e legislazione
• mercato dell’energia
• fondamenti di energetica
• territorio, energia e ambiente
• prospettive future
1° edizione 2° edizione
B. EFFICIENZA ENERGETICA C. GENERAZIONE E MICROGENERAZIONE
NEGLI USI FINALI DELL’ENERGIA (30 CFU) DISTRIBUITA DELL’ENERGIA (30 CFU)
• bilancio energetico degli edifici
• certificazione energetica • sistemi per la cogenerazione e la trigenerazione
• materiali • teleriscaldamento
• architettura tecnica • fonti energetiche rinnovabili (sistemi eolici,
• produzione termica ed elettrica da fonti rinnovabili fotovoltaico, biomasse e mini-hydro)
• efficienza degli impianti elettrici • sistemi elettrici
• impianti industriali • materiali
• trattamenti reflui e gestione rifiuti • emissione e rilasci
ROVERETO (TN) - maggio 2012
54FORMAZIONE
E' ormai consolidata la collaborazione con
l'Ordine degli Ingegneri della Provincia di
Trento :
Per l'aggiornamento professionale
l
Per l'avviamento alla professione dei
l
giovani ingegneri
Alcune di queste attività sono condivise
anche con gli Ordini di Bolzano e Verona
ROVERETO (TN) - maggio 2012
55FORMAZIONE
Vi è una consolidata la collaborazione
anche con l'Associazione Artigiani e
Piccole Imprese della Provincia di Trento
che ha messo a punto numerosi progetti
finalizzati alla formazione ed
all'aggiornamento professionale dei propri
associati
ROVERETO (TN) - maggio 2012
56FORMAZIONE
Prospettive future:
l Corso di Laurea in Ingegneria Energetica
ROVERETO (TN) - maggio 2012
57Prospettive
! Anche nel contesto difficile in cui ci troviamo
occorre investire con intelligenza nel futuro.
! Le attività di ricerca costituiscono uno dei
presupposti fondamentali per migliorare
l'efficienza energetica degli edifici ed
incrementare il contributo delle energie
rinnovabili.
! Altrettanto importante è il ruolo della formazione a
tutti i livelli: comprendere a fondo la complessa
rete di flussi energetici che attraversano gli edifici
è il presuppostoROVERETO
per una corretta progettazione e
(TN) - maggio 2012
realizzazione degli stessi. 58Grazie per
l'attenzione !
______________________________________________________________
__________________
Pampeago - Fiemme Valley - ItalyPuoi anche leggere
