Casa in classe A+: come sfruttare le tecnologie rinnovabili

Introduzione alle nuove tecnologie adatte a sfruttare tutta l’energia del sole in una moderna abitazione con lo scopo di arrivare all’indipendenza energetica.

Lo scopo di questo articolo è quello di portare a conoscenza gli addetti ai lavori ed anche l’utente finale, le molteplici possibilità che oggi ci offrono le nuove tecnologie presenti sul mercato , che, se combinate tra loro nel modo corretto ci permetteranno di arrivare all’indipendenza energetica. L’articolo tratta vari argomenti in modo comprensibile , senza entrare molto nello specifico, così da rendere più comprensibile e fluida la lettura a tutti.
Gli argomenti che tratteremo ed i vari prodotti e tecnologie che mostreremo qui di seguito, sono frutto della nostra esperienza diretta maturata negli anni con il nostro lavoro, il monitoraggio degli impianti realizzati, i corsi di aggiornamento, lo studio,la frequentazione costante delle fiere di settore, il contatto diretto con le “case madri” costruttrici e la collaborazione di professionisti esterni , quindi non sono solo “teorie” ma risultati certi e concreti.

Le moderne abitazioni, costruite con i nuovi criteri a risparmio energetico imposti dalle vigenti normative, atti ad avere consumi energetici annui con coefficienti molto bassi, comporta l'adozione di un mix di nuove tecnologie che non hanno nulla a che vedere con gli impianti di vecchia generazione, composti da caldaia a metano e termosifoni.
L'obbiettivo di queste norme sono finalizzate ad abbassare il costo della bolletta energetica del paese (quindi anche la nostra) e contemporaneamente ridurre l'immissione nell'atmosfera di sostanze inquinanti.
Il sogno di vivere in una casa a costo energetico zero è oggi possibile ed è alla portata di tutti , grazie alle nuove tecnologie che preleveranno tutta l'energia che ci necessita da una fonte rinnovabile ed inesauribile qual'è il Sole!

Relatore : P.Ind. Stefano Pignotti : S.T.E. F.lli Pignotti

Collaboratori
Dr. Massimo Pignotti : S.T.E. F.lli Pignotti
Ing. Luca Emiliano : Daikin Rotex spa
Ing. Marco Bollero : Enerconv srl
Ing. Di Battista M. : Mitsubishi

Vediamo ora insieme, passo per passo, cosa fare per progettare una casa nuova a costo energetico zero, quali accorgimenti e tecnologie adottare per predisporre il progetto della struttura in modo da poter sfruttare al massimo l'energia prodotta dal sole.
Dal sole possiamo ricavare sia energia termica che energia elettrica, l'energia termica ci servirà per il riscaldamento invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria, questo si potrà ottenere con una pompa di calore, abbinata a dei pannelli solari termici. Per la produzione di energia elettrica ci occorrerà un impianto fotovoltaico della giusta dimensione.
Ultimo e non meno importante accorgimento è l'isolamento termico della nostra abitazione che ci consentirà di riscaldarla con potenze termiche molto basse. Quindi è importante in fase di progetto prevedere isolamenti idonei delle pareti del tetto e degli infissi, in base al tipo di isolamento realizzato la nostra abitazione avrà una classe energetica che potrà essere A oppure A+.

L'orientamento della falda del tetto rivolta a sud e sgombera, sia da canne fumarie, che lucernari è un accorgimento, dove sarà possibile realizzarlo molto importante, perché ci consentirà di ottenere il massimo rendimento dei nostri pannelli, sia fotovoltaici che termici. Altra cosa da prevedere su un'abitazione del genere è il locale tecnico dove installare tutta la tecnologia che adotteremo, bastano pochi metri quadri. Questi sono i presupposti di base essenziali per partire con il piede giusto
Passiamo ora alla descrizione di massima degli elementi che compongono la nostra casa a costo zero e in classe A/A+ , quindi senza bollette da pagare e che ci produrrà un piccolo reddito dovuto alla vendita di energia elettrica prodotta in surplus.

Tecnologie da adottare per realizzare la nostra nuova casa in classe A+


Ulteriori tecnologie per migliorare l'efficenza energetica e la vivibilità della casa:

Esempio di una casa con le tecnologie sopra elencate:

case in classe A

Impianto di ricambio d'aria con recupero di calore

Un'abitazione in classe energetica A ed A+ essendo coibentata in maniera efficiente ha bisogno di un sistema di ricambio d'aria (ventilazione) con recupero di calore per rendere vivibile l'ambiente ed evitare muffe e condense dovute appunto all'elevata coibentazione e la scarsa traspirazione dei muri.

Impianto di deumidificazione centralizzato

Quando in estate attiveremo l'impianto di climatizzazione in modalità di condizionamento avremo bisogno anche di un sistema di deumidificazione centralizzato per evitare condense sul pavimento, e questo sistema di deumidificazione verrà posto in serie al sistema di ricambio d'aria.
Occorre quindi prevedere un piccolo controsoffitto dove alloggiare il tutto compresi i canali ed i diffusori.

Sistema di accumulo energia per Fotovoltaico

Altro elemento importante per sfruttare al meglio l'energia prodotta dal nostro impianto fotovoltaico è dotarsi di un buon sistema di accumulo in modo da poter sfruttare al meglio tutta l'energia prodotta dal nostro impianto fotovoltaico anche in tempi differiti, tipo la sera e di notte.
Perché l'accumulo? Per un semplice motivo: l'impianto fotovoltaico produce solo quando cé insolazione cioè di giorno, la notte non produce e generalmente nelle ore centrali del giorno abbiamo la massima produzione di energia elettrica e spesso la casa è vuota , figli a scuola genitori al lavoro , poi alla sera quando la casa è pienamente abitata ed aumentano i consumi elettrici, l'impianto F.V. non produce più.
Generalmente senza accumulo si riesce ad auto consumare non più del 30-40% dell'energia prodotta, ed il resto viene immessa in rete con ricavi molto bassi, mentre con un sistema di accumulo si riesce a sfruttare oltre il 90% dell'energia prodotta. Vediamo sotto un grafico dove è evidenziato l'andamento giornaliero classico di produzione e consumi di una casa con un impianto fotovoltaico senza accumulo.



Come si vede dal grafico dobbiamo immagazzinare quella parte di energia che cediamo alla rete per pochi centesimi e riutilizzarla alla sera invece di acquistarla dalla rete a prezzi superiori , quindi sfrutteremo al massimo l'energia prodotta dal nostro impianto fotovoltaico aumentando di fatto la sua redditività. Se dimensioniamo bene l'impianto fotovoltaico ed il sistema di accumulo in base ai nostri consumi, tenendo conto delle variazioni di resa stagionali tipiche del fotovoltaico, potremmo renderci indipendenti energeticamente realizzando così l'obbiettivo di non pagare nessuna bolletta energetica , o quantomeno ridurle ai minimi termini.

Esempio di impianto fotovoltaico con accumulo:

sistema di accumulo energetico con ottimizzatore

Ottimizzatore energetico


Il sistema di accumulo si presenta come un armadio condimensioni di 80x60x140 cm. Nel suo interno si trovano sia la parte elettronica che le batterie.
L'ottimizzatore energetico oltre a svolgere la funzione di accumulo e riutilizzo dell'energia prodotta dal nostro impianto fotovoltaico non auto consumata di giorno , svolge altre tre funzioni importanti e sono: gruppo di continuità, soccorritore e stabilizzatore di rete. Gruppo di continuità,vuol dire che in caso di black out dovuto alla rete noi non rimarremo mai senza energia elettrica.
Soccorritore vuole dire che nell'ipotesi che noi durante la giornata consumiamo più energia di quella prodotta dal nostro impianto fotovoltaico la parte in eccedenza la preleviamo dal nostro sistema di accumulo anziché prelevarla dalla rete quindi avremo anche delle parziali riutilizzazioni dall'accumulo di giorno oltre che di notte aumentando di fatto la sua redditività.
Altro compito che svolge l'ottimizzatore è quello di stabilizzatore di tensione. Faccio un esempio concreto, se la nostra abitazione è in campagna su un fine linea dove spesso abbiamo la tensione bassa tipo 190 V. anziché 220 V, con frequenti sbalzi di tensione, con il nostro ottimizzatore non avremo più questi problemi in quanto ci fornirà una tensione sempre stabile e costante favorendo il buon funzionamento dei nostri elettrodomestici ed evitando guasti dovuti appunto alle variazioni di tensione.
Un impianto fotovoltaico senza accumulo, oggi che non ci sono più gli incentivi, è un lavoro fatto a metà, mentre con l'accumulo potremo arrivare all'autonomia totale, ma è molto importante il dimensionamento di tutti i componenti quindi un buon progetto energetico è alla base di tutto.

Il giusto dimensionamento è fondamentale


Dopo aver illustrato le varie tecnologie che adotteremo, andiamo adesso ad approfondire la logica del giusto dimensionamento dei vari elementi che installeremo , perché il costo finale è dato dalla somma dei vari impianti che avranno costi e consumi diversi a seconda della loro taglia quindi il giusto dimensionamento è la parte più importante del nostro progetto.

Quali sono gli elementi che dovremo dimensionare? Praticamente tutti. La classe di efficienza energetica della casa ed i metri quadri sono il punto di partenza per il giusto dimensionamento dell'impianto di riscaldamento, il numero delle persone che abitano la casa è il dato che ci serve per il dimensionamento dell'impianto di acqua calda sanitaria , mentre per il giusto dimensionamento dell'impianto fotovoltaico occorre tenere presente diversi fattori, quali i consumi elettrici annui previsti , la zona geografica l'esposizione della falda le variazioni di resa stagionali ed altro.

Indice Energetico



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L’indice energetico è un numero evidenziato sulla certificazione energetica della casa sulle nuove abitazioni, è obbligatoria e viene rilasciata da un tecnico abilitato, perito, o ingegnere, in base ai risultati dei calcoli determinati da vari fattori , del tipo : isolamento termico, struttura, infissi, zona climatica, altitudine, ecc.

Facciamo ora un esempio su una abitazione di 100 mt.2 in base agli indici energetici illustrati nella tabella di fianco e lo confrontiamo tra una casa passiva A+ ed una in classe C che corrisponde a case realizzate 20 anni fa’ circa.
Nel primo caso Classe A+ occorre una centrale termica che sviluppi solo 7.500 Kcal ,nel secondo caso classe C occorre una centrale termica che sviluppi 35.000 Kcal.
Nel calcolo della potenza necessaria per dimensionare la centrale termica è prevista anche la quota parte di energia per la produzione di acqua calda sanitaria che nel nostro esempio è aiutata da 2 pannelli solari termici che sviluppano una potenza termica di 2000 Kcal. che dovranno essere sottratti , quindi alla potenza reale della pompa di calore che sarà di sole 5.000 Kcal.

classe energeticaMa come si evince dalla tabella di classe di consumo la classe A+ è dai 15 Kw/m2a in giù, quindi quello illustrato è il valore massimo, ma la realtà è ancora migliore, perché i coefficienti reali di case in classe A+ vanno dai 10 in giù sino a valori di 3 ed anche meno. Quindi le potenze in gioco a volte sono addirittura sotto le 1000 Kcal, potenze talmente basse che non esistono in commercio pompe di calore così piccole. Infatti troviamo sul mercato pompe di calore da 4.000 Kcal in su.



Cos’è una pompa di calore Aria-Acqua?


Il cuore del nostro impianto di riscaldamento sarà dunque una pompa di calore aria-acqua. La pompa di calore è una macchina, ad alimentazione elettrica (cosa che ci tornerà utile in seguito), capace di sottrarre calore dall’aria esterna per trasferirlo all’interno dell’abitazione moltiplicata parecchie volte.

Esistono vari tipi di pompe di calore, nel nostro caso è una pompa di calore aria-acqua, cioè trasferisce il calore dell’aria esterna all’acqua tramite particolari scambiatori di calore e sono concepite per raggiungere temperature massime di 55° chiamate quindi a bassa temperatura e sono adatte per impianti di riscaldamento sotto pavimento che necessitano di soli 35° di temperatura dell’acqua in circolazione.

pompa di calore rotexOgni pompa di calore ha un suo coefficiente di resa, conosciuto come C.O.P. “coefficent off performance” ,una buona pompa di calore aria-acqua ha un C.O.P. pari a 3,5 o superiore. Un COP pari a 3.5 significa che la macchina ha un rapporto di 1 a 3,5 , tra energia elettrica assorbita ed energia termica generata. Quindi se consuma 1 Kw di energia elettrica vuol dire che genera 3.5 Kw di energia termica. Ciò è possibile perché la maggior parte del calore viene prelevato dall’aria esterna , per poi trasferirlo internamente in un’apposita unità interna. vediamo di fianco un esempio di come si presenta una pompa di calore aria acqua con l’unità esterna e l’unità interna che funge anche da serbatoio di accumulo per l’acqua sanitaria che avrà anche la predisposizione per il solare termico.

Un esempio grafico del rapporto resa consumi.



Come si vede la maggior parte dell’energia la prendiamo da fonti rinnovabili che in questo caso sarà il calore relativo dell’aria esterna che è inesauribile e gratuito. La rimanente energia la preleveremo dal nostro impianto fotovoltaico ed il risultato sarà una bolletta pari a zero!

Alcuni esempi di impianti radianti sotto pavimento

impianti radianti sottopavimento

Sotto vediamo la diffusione del calore e la logica di posa in opera di un impianto radiante sotto pavimento.



Come si evidenzia dall’immagine la maggior parte del calore viene percepita da chi abita la casa a differenza del riscaldamento prodotto dai termosifoni. Nel disegno sotto vediamo come il calore stratifica in alto con i radiatori, mentre con il sistema radiante sotto pavimento il calore viene sfruttato al massimo.

Solamente adottando queste soluzioni (cappotto esterno, pompa di calore, solare termico, impianto radiante sotto pavimento), siamo passati da una casa in classe C in una in classe A+ producendo un risparmio di oltre il 75% sulla bolletta energetica.
Per portare a zero i costi energetici ora ci basta installare un impianto fotovoltaico non particolarmente grande ed un sistema di accumulo per poter “spalmare” l’energia prodotta in tutte le fasce orarie del giorno.

Adottando queste tecnologie potremo fare a meno di allacciarci alla rete gas metano, o gpl,  in quanto la pompa di calore è una macchina elettrica.
Per cucinare adotteremo un piano cottura ad induzione magnetica che illustrerò in dettaglio di seguito , ed il gioco e fatto abbiamo tutto elettrico!
Quindi l’unico fornitore di energia sarà L’Enel o un’altra compagnia simile. Ora vi chiederete voi: con una casa completamente elettrica, che potenza di contatore dovremo adottare? Vediamolo insieme.

La casa elettrica


Quando si pensa al riscaldamento elettrico generalmente si pensa subito alla stufetta elettrica, quella che ci fa spesso scattare l’automatico che consuma tanto e non scalda nulla.
In realtà noi non usiamo una stufetta per riscaldarci, ma una pompa di calore. Vediamo qual’è la differenza di resa e consumi tra i due:

1. Stufetta elettrica: consumo 1 Kw a fronte di una resa termica di 800 calorie di. Il COP è quindi di 0,8.
2. Pompa di calore: consumo 1 Kw a fronte di una resa termica di 3.500 calorie.resa il COP è quindi di 3,5.
Da questo semplice calcolo matematico si capisce che la pompa di calore, pur essendo sempre alimentato da elettricità, ha una resa 4 volte superiore alle normali stufe elettriche. In realtà una pompa di calore con COP 3,5 è anche molto più conveniente del metano.

Vediamo un altro esempio:
1. Un metro cubo di metano costa, tasse incluse 1 € circa e produce 8.500 calorie al netto delle dispersioni.
2. Una pompa di calore che produce 8.500 calorie, con un COP pari a 3,5 consuma 2,42 Kw/h (8.500 diviso 3,5). Ipotizzando un costo medio dell’energia elettrica di 0,26 € al Kw/h otteniamo un costo totale di 0,65 €.
0,65 € è quello che spendiamo per produrre 8.500 calorie (come la caldaia). Quindi per produrre le stesse calorie con la pompa di calore spendiamo il 37% in meno di una caldaia a metano. Non male!

Ma non è tutto! Le moderne pompe di calore elettriche adottano una tecnologia di controllo chiamata INVERTER. L’inverter è una scheda di controllo che gestisce il numero dei giri del compressore in base alla temperatura impostate e quella raggiunta. In pratica quando la pompa di calore parte e deve riscaldare la casa il compressore, che è l’organo principale che consuma l’energia elettrica , parte al 100% dei giri man mano che la temperatura dell’acqua raggiunge quella impostata, il nr. dei giri del compressore si riduce sino ad arrivare ad un minimo del 30% e contemporaneamente alla diminuzione dei giri diminuisce anche l’assorbimento elettrico.

Se prendiamo come esempio la pompa di calore da 5.000 Kal, che abbiamo trattato nell’ esempio nella casa in classe A+, avremo un assorbimento massimo di partenza di 1,5 Kw ed un assorbimento, una volta che l’impianto avrà raggiunto la temperatura impostata, di soli 0,45 Kw ( 450 Watt.) praticamente l’assorbimento elettrico di un deumidificatore.


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Di fianco vediamo il grafico della variazione di assorbimento elettrico della pompa di calore che produce 5.000 Kcal/h. Come si vede dal grafico da 1,4 Kw passiamo a 0,45 Kw di impegno elettrico una volta raggiunta la temperatura impostata per mantenere tale temperatura avremo sempre un assorbimento di soli 0,45 Kw /h se consideriamo 8 ore di lavoro al giorno avremo un consumo totale di soli 3,6 Kw che corrispondono ad un costo di 0,94 € / giorno.
Con un impegno elettrico per il riscaldamento così contenuto, considerando che avremo elettrodomestici ad alta efficienza ed illuminazione a Led come potenza di contatore Enel basteranno 4,5 Kw con tariffe quindi più basse.

Ora il prossimo passo per continuare a dimensionare l’ultimo elemento che compone il nostro progetto di casa energetica in classe A e a costo zero, è l‘impianto fotovoltaico.
Questo calcolo di dimensionamento è abbastanza complesso in quanto dobbiamo tener conto di diversi fattori e molte variabili. Dobbiamo prima calcolare il fabbisogno elettrico annuo della nostra casa, valutare le differenze di consumo stagionali e stabilire la media minima di energia di cui abbiamo bisogno.
Generalmente il massimo consumo elettrico lo avremo in inverno e per calcolarlo dobbiamo sommare i consumi di tutte le utenze elettriche che compongono la nostra abitazione e queste utenze sono le seguenti: pompa di calore , elettrodomestici , illuminazione , nr. delle persone che compongono la famiglia.

Altro esempio
Facciamo un esempio sulla nostra casa trattata in precedenza con una famiglia composta da 4 persone, con tutti gli elettrodomestici in classe A+ ed illuminazione a Led.
Il risultato del calcolo che non sto qui a specificare nei dettagli porta un consumo giornaliero di almeno 18 Kw.
Ora per produrre 18 Kw al giorno nel mese di dicembre nel centro Italia, considerando il calo di resa dell’impianto dato dal calo dell’azimut e dalle poche ore di insolazione, occorre una potenza totale di impianto di almeno 9 Kw. Come ci siamo arrivati a questo risultato? Semplice, in inverno la resa dell’impianto fotovoltaico si riduce di 2/3 quindi un 9Kw in inverno produce come un 3 Kw d’estate ed avremo ( 18 Kw di produzione al giorno) poco più, o poco meno a seconda della giornata , e considerando l’esposizione a Sud dell’impianto fotovoltaico.
Questo impianto sarà composto da due impianti da 4,5 Kw monofase abbinati ad un sistema di accumulo a doppio ingresso in modo tale che avremo tutto in monofase 220 V. 50 Hz , che è la classica tenzione di rete domestica.

Quello che ho descritto sopra è il dimensionamento ideale per azzerare la bolletta energetica e produrre molta energia in surplus da vendere alla rete , producendo quindi un certo reddito annuo.
Ma questo comporta anche una certa spesa , nessuno ci vieta di scendere a compromessi e di dimensionare l’impianto fotovoltaico un po’ più piccolo che non ci coprirà tutti i consumi invernali ma ci produrrà comunque un reddito di vendita che azzererà comunque i costi sostenuti in inverno.
Potremo quindi anche installare un impianto fotovoltaico di 6 Kw o addirittura di 4,5 Kw riducendo l’investimento iniziale ed installare un sistema di accumulo con un solo ingresso.
La logica del dimensionamento ora avverrà in questo modo, la mia casa consumerà 4.000 Kw/anno, quindi installerò un impianto fotovoltaico che mi produrrà 4.000 Kw/anno, naturalmente non combaceranno i numeri di produzione con quelli di consumo, appunto per la variazione di resa stagionale, ma alla fine quello che pago in inverno lo incasserò in estate.

Questo sarà possibile perchè il nostro impianto fotovoltaico avrà un contratto con il gestore che si chiama scambio sul posto in pratica quando prelevo energia dalla rete la pago, mentre quando immetto energia nella rete vengo pagato.

Il problema di fondo è che non ci sono le stesse tariffe ed i stessi tempi di pagamento.
In pratica quando acquistiamo l’energia mediamente la paghiamo 0,26 Cent al Kw circa e lo dobbiamo fare entro 2 mesi dal consumo , mentre quando la vendiamo ci danno 0,7 cent al Kw e soprattutto ce li danno dopo un anno. Insomma due pesi e due misure.

Io rimango sempre un convinto che se il contatore non gira è meglio quindi mi servirà come ruota di scorta in caso di un eventuale guasto del mio impianto di produzione o altro.

Piano Cottura Ad Induzione Magnetica

piano cottura a induzione magneticaIl  piano cottura a induzione magnetica  è il frutto della ricerca aerospazione della Thomson francese degli anni 80. Questa tecnologia è stata poi riversata nel mercato degli elettrodomestici di cui la Thomson aveva una divisione , acquisita in seguito dal gruppo italiano Ocean San Giorgio. Negli anni le royalty del brevetto sono state acquisite dalla quasi totalità dei marchi di elettrodomestici presenti sul mercato. L'induzione magnetica, abbinata al vetroceramica e al "Touch Control", ha dato vita a un gioiello tecnologico che ha le seguenti caratteristiche:

Una volta installato il piano cottura a induzione e la pompa di calore elettrica aria/acqua, siamo completamente indipendenti dal gas. Non ci resta che telefonare al nostro gestore del metano e chiedergli di scollegare la nostra utenza, oppure se è un’abitazione nuova non si effettuerà l’allaccio del Gas.

Riepilogo

Riepilogando ,se il progetto è fatto bene dimensionato in maniera corretta in tutte le sue parti avremo una casa che funzionerà solo con energia elettrica per far funzionare tutto, avremo dei consumi annui contenuti perché abbiamo adottato tecnologie a basso consumo , saremo in grado di produrre in proprio tutta l’energia elettrica necessaria , risultato zero bollette.

Ultima e non meno importante accortezza da prevedere e dotarsi di illuminazione con lampade Led si trovano ora sul mercato una vasta gamma di lampade con attacchi compatibili alle vecchie lampade a filamento ed anche una vasta gamma di tubi led che sostituiranno i vecchi tubi al neon Con diverse gradazioni di tonalità colore della luce prodotta, se adotteremo queste nuove tecnologie ridurremo del 75% i consumi inerenti l’illuminazione della casa.

La nostra azienda è specializzata in tutte queste tecnologie ed è in grado di sviluppare progetti completi. I servizi che offriremo vanno dal solo progetto, al progetto e fornitura di prodotti, anche parziali , oppure progetto, fornitura e posa in opera. Contattateci e saremo ben lieti di collaborare con Voi.

Relatori e collaboratori alla stesura di questo articolo.

P.Ind. Stefano Pignotti : S.T.E. F.lli Pignotti
Dr. Massimo Pignotti : S.T.E. F.lli Pignotti
Ing. Luca Emiliano : Daikin Rotex spa
Ing. Marco Bollero : Enerconv srl

S.T.E. F.lli Pignotti vende e installa i propri prodotti in tutte le provincie della regione Marche: Ancona, Ascoli Piceno, Fermo, Macerata e Pesaro.
L'azienda ha sede a Civitanova Marche (MC) ed è specializzata nel settore della climatizzazione, pompe di calore ed energie rinnovabili.