Ricerca e formazione sull'efficenza energetica in edilizia - Paolo Baggio - INGEGNERIA PER L'ENERGIA

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Ricerca e formazione sull'efficenza energetica in edilizia - Paolo Baggio - INGEGNERIA PER L'ENERGIA
INGEGNERIA PER
                            L'ENERGIA

Ricerca e formazione sull'efficenza
       energetica in edilizia
               Paolo Baggio
           ROVERETO (TN) - maggio 2012       1
Ricerca e formazione sull'efficenza energetica in edilizia - Paolo Baggio - INGEGNERIA PER L'ENERGIA
Visione strategica

Parole chiave per il confronto con il territorio:

!   Energie Rinnovabili                       Autosufficienza
                                              Energetica
!   Efficienza Energetica

                                              Sviluppo
!   Energia e Ambiente                        Sostenibile

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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)

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Ricerca e formazione sull'efficenza energetica in edilizia - Paolo Baggio - INGEGNERIA PER L'ENERGIA
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 )

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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 )

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PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?

      Final energy consumption in Europe
      (source: EU energy and transport in figures 2010 - © European Communities, 2010)
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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 )

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PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
     intensità energetica in Europa

     Data source: Eurostat and the European Commission's Ameco database.

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PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?
      Household energy consumption, space heating per m2, climate corrected
      Source: Energy and environment report 2008 - EEA

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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

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PERCHE' “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)

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PERCHE' “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

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PERCHE' “LOW ENERGY BUILDINGS” ?

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PERCHE' “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 ?

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PERCHE' “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 %)

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Gli Edifici sono sistemi complessi !
    (vanno studiati e compresi)
 Flussi di
energia in
un edificio

(da EN 15615)‫‏‬

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TOWARD “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.

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Direttiva 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)

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Direttiva 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;

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Direttiva 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.
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California has committed to achieving zero net
energy for all residential construction by 2020

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Il 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”
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Il 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
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Il contesto

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SETTORI 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
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RICERCA
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
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RICERCA
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

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RICERCA
Linee di ricerca principali attive nel
  settore generazione/conversione da
  fonti rinnovabili
l   Biomasse
l   Energia eolica

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Biomasse

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Gasifying 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%

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Bench-scale batch reactor at adjustable pressure
                              Filter

               Gas analysis

                                                 Pump

                                                 In collaborazione con
                                                 il prof. Paolo Tosi del
                                                 dip. di Fisica

                                       Reactor

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Downdraft gasifier (SOFC power)

                                                   Reactor
                                                                Feeding
                                                                system
Steam generator                                 Ash Collector

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Laboratori 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.

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Processi Biochimici

              IMPIANTO	
  DI	
  BIOESSICCAZIONE	
  PILOTA	
  	
  
              PER	
  	
  LA	
  GENERAZIONE	
  DI	
  	
  
              COMBUSTIBILI	
  SOLIDI	
  SECONDARI	
  

               DIGESTORI	
  ANAEROBICI	
  DA	
  LABORATORIO	
  
               PER	
  LA	
  GENERAZIONE	
  DI	
  METANO	
  

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Energia eolica

Laboratorio di macchine
Campo Eolico Sperimentale di
 Trento

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Energia eolica
CAMPO EOLICO SPERIMENTALE
nasce dalla collaborazione tra l’Università di Trento, l’Agenzia
  Provinciale per l’Energia (APE) e Interbrennero S.p.A

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Energia eolica

   Experimental test field of Trento

                                       Wind energy exploitation in cold climates

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      __________________
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

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Simulazioni edificio impianto

(andamenti annuali)

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Energy 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
                                                                                                    41
Energy system simulation

      Energy modeling of systems: pellet stove

               ROVERETO (TN) - maggio 2012
                                                 42
Timber 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
                                                             43
Timber 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
                                                                                                         44
16

     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
                                                                                                                                          45
17

     3. Weather Data
              Trento Reference Year

        Temperature                                 Solar irradiation

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                                                                        46
17

     Weather Data
                 Trento Reference Year

       Relative humidity                                 Wind velocity

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                                                                         47
RICERCA
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

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                                                   48
Materiali 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
                                                   49
Idroelettrico
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

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                                                         50
Progetto 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
                                             51
FORMAZIONE
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

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                                                         52
FORMAZIONE
La Facoltà di Ingegneria ha organizzato il:
Master universitario di II livello in
INTEGRATED DESIGN FOR ENERGY
  EFFICIENCY

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                                              53
MASTER 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
                                                                                                              54
FORMAZIONE

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
                                              55
FORMAZIONE

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
                                             56
FORMAZIONE
Prospettive future:
l   Corso di Laurea in Ingegneria Energetica

                ROVERETO (TN) - maggio 2012
                                                57
Prospettive
!   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.                             58
Grazie per
           l'attenzione !

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                Pampeago - Fiemme Valley - Italy
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