ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA FACOLTA’ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA GESTIONALE DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELLE COSTRUZIONI MECCANICHE, NUCLEARI, AERONAUTICHE E DI METTALLURGIA TESI DI LAUREA in SERVIZI GENERALI DI IMPIANTO ANALISI ENERGETICA ED ECONOMICA DEGLI EDIFICI IN FUNZIONE DELLA DIRETTIVA EUROPEA 2009/28/CE SULLE FONTI RINNOVABILI: DISAMINA DEL RECEPIMENTO DELLA REGIONE EMILIA-ROMAGNA CON LA DGR 1366/2011. CANDIDATO RELATORE: Chiar.mo Prof. MARCO CHIARINI EMILIO FERRARI Anno Accademico 2010/11 Sessione III 2 Il primo passo di ogni grande sapere è il sapere di non sapere. (Tiziano Terzani) 3 Sommario 1 INTRODUZIONE ................................................................................... 7 2 QUADRO NORMATIVO ...................................................................... 9 2.1 DIRETTIVA 2009/28/CE ................................................................... 9 2.2 PIANO NAZIONALE DI AZIONE ................................................. 11 2.2.1 STRATEGIA .......................................................................... 13 2.2.2 CONSUMI FINALI DI ENERGIA ........................................ 14 2.2.3 OBIETTIVI PER LE ENERGIE RINNOVABILI ................. 15 2.2.4 MISURE DI SOSTEGNO PER IL CONSEGUIMENTO DEGLI OBIETTIVI .............................................................................. 21 2.3 REGIMI DI INCENTIVAZIONE DELLE ENERGIE RINNOVABILI ......................................................................................... 22 2.3.1 QUARTO CONTO ENERGIA .............................................. 22 2.3.2 CLASSI E TIPOLOGIE DI IMPIANTO ............................... 24 2.3.3 PREMI - MAGGIORAZIONE DEGLI INCENTIVI ............ 25 2.3.4 TIPOLOGIE DI CONNESSIONE ALLA RETE ................... 25 2.3.5 TARIFFE INCENTIVANTI DEL QUARTO CONTO ENERGIA ............................................................................................. 26 2.4 DELIBERA REGIONALE 1366/2011 ............................................. 31 3 ENERGIE RINNOVABILI .................................................................. 37 3.1 BIOMASSE ....................................................................................... 37 3.2 EOLICO ............................................................................................ 40 3.3 SOLARE............................................................................................ 42 3.3.1 SOLARE TERMICO .............................................................. 43 3.3.2 FOTOVOLTAICO .................................................................. 46 3.4 ENERGIA AEROTERMICA, IDROTERMICA, GEOTERMICA ......................................................................................... 51 3.4.1 LA POMPA DI CALORE ...................................................... 51 3.4.2 EFFICIENZA DELLA POMPA DI CALORE ...................... 53 4 CALCOLI ENERGETICI ..................................................................... 55 4.1 CALCOLO DEL CONSUMO ENERGETICO DELL’EDIFICIO .. 55 4 4.2 COPERTURA DEL CONSUMO ENERGETICO DA FONTI RINNOVABILI ......................................................................................... 56 4.2.1 POMPA DI CALORE ............................................................. 57 4.2.2 SOLARE FOTOVOLTAICO .................................................. 58 4.2.3 SOLARE TERMICO ............................................................... 59 5 APPLICAZIONE DEI CALCOLI A CASI REALI .............................. 61 5.1 VILLETTA MONOFAMILIARE .................................................... 61 5.1.1 PROGETTO ............................................................................ 61 5.1.2 CALCOLO DEI CONSUMI ENERGETICI........................... 63 5.1.3 CALCOLO DELLA COPERTURA DEL CONSUMO CON FONTI RINNOVABILI ............................................................... 72 5.1.4 CONFRONTO ECONOMICO................................................ 96 5.1.5 EMISSIONE DI ANIDRIDE CARBONICA ........................ 107 5.2 ASILO NIDO INTERAZIENDALE .............................................. 109 5.2.1 CALCOLI ENERGETICI ..................................................... 111 5.2.2 CALCOLO DELLA COPERTURA DEL CONSUMO CON FONTI RINNOVABILI ............................................................. 116 5.2.3 CONFRONTO ECONOMICO.............................................. 121 5.2.4 EMISSIONE DI ANIDRIDE CARBONICA ........................ 127 6 CONCLUSIONE ................................................................................. 129 6.1 VILLETTA MONOFAMILIARE .................................................. 129 6.2 ASILO NIDO INTERAZIENDALE .............................................. 130 BIBLIOGRAFIA ......................................................................................... 132 SITI INTERNET .......................................................................................... 132 5 6 1 INTRODUZIONE Inutile ricordare, anche in questa sede quale sia stato l’interesse internazionale nei confronti della cosiddetta questione ambientale a partire già dagli anni ’70; tale interesse è stato attivato in particolare da due fattori: il primo di tipo sociale, legato al rispetto dell’ambiente e al mantenimento di un certo standard qualitativo di vita; il secondo legato principalmente all’aspetto economico. L’energia gioca, infatti, un ruolo fondamentale nel mercato mondiale ed è un settore strategico non solo per aziende private ma anche per i Paesi stessi. L’Unione Europea è stata la prima e principale istituzione ad occuparsi di energia in termini di impatto ambientale; negli ultimi anni ha emanato diverse direttive con lo scopo di diminuire l’impatto ambientale dei settori maggiormente inquinanti ovvero i processi industriali, il settore trasporti ed il settore del riscaldamento/raffrescamento degli edifici. Queste direttive favoriscono sia il risparmio energetico, sia l’utilizzo di fonti rinnovabili con lo scopo di diminuire l’impatto ambientale ma anche di rendere maggiormente indipendente gli stati europei dagli stati ricchi di riserve di combustibili fossili, dai quali viene acquistata la maggior parte dell’energia, con un conseguente svantaggio economico. In questa sede si analizzerà in particolare la direttiva 2009/28/CE sull’utilizzo delle fonti rinnovabili in ambito civile, relativamente al riscaldamento/raffrescamento degli edifici e al riscaldamento dell’acqua calda sanitaria. Questa tesi si propone di verificare l’effetto di tale direttiva, recepita dal Governo Italiano attraverso il D.Lgs 28/2011, sulla progettazione di nuovi edifici, i relativi impianti di riscaldamento/raffrescamento e l’installazione di impianti per la produzione di energia da fonti rinnovabili, quali impianti fotovoltaici, impianti solari termici e lo sfruttamento dell’energia aerotermica, così come quella idrotermica o geotermica fornita dalle pompa di calore. In sostanza verrà effettuato un bilancio economico degli investimenti iniziali, delle spese future e dei guadagni dovuti all’incentivazione nazionale della produzione di energia da fonti rinnovabili, di due edifici diversi, un’abitazione civile ed un asilo nido. Per quanto 7 riguarda l’abitazione verranno confrontati i bilanci economici di quattro diverse classi energetiche, dalla classe energetica C alla classe energetica A+. Per ciò che riguarda invece l’asilo verranno confrontati i bilanci di tre soluzioni impiantistiche differenti. Tutte queste soluzioni strutturali o impiantistiche avranno in comune il soddisfacimento degli obblighi previsti dalla delibera regionale Emilia Romagna n. 1366 del 2011, che recepisce il corrispettivo D.Lgs 28/2011, in particolare l’obbligo dell’utilizzo di fonti energetiche rinnovabili a copertura del 50% del consumo energetico previsto per il riscaldamento, il raffrescamento ed il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria. Un altro obiettivo di questa tesi è quello di verificare quale delle soluzioni strutturali o impiantistiche presenta la minor emissione di anidride carbonica nell’ambiente, ovvero il principale obiettivo delle direttive finora citate. Si verificherà quindi se il sistema di norme, direttive e incentivi favoriscono o meno soluzioni costruttive tali da ridurre al massimo le emissioni di gas serra in generale. Prima di effettuare queste verifiche, verrà descritto il quadro normativo che ci riguarda, relativo quindi alle Direttive europee, ai Decreti Legislativi del Governo Italiano, e alle Delibere Regionali della Regione Emilia-Romagna. In seguito verranno analizzate anche le tipologie di fonti energetiche rinnovabili, con particolare attenzione a quelle più utilizzate nel settore del riscaldamento degli edifici, come gli impianti solari in genere e le pompe di calore attraverso le energie aerotermiche, idrotermiche e geotermiche. 8 2 QUADRO NORMATIVO L’Unione Europea tramite la direttiva 2009/28 promuove l’utilizzo e lo sviluppo delle fonti rinnovabili imponendo agli Stati membri un limite minimo di produzione energetica da fonti rinnovabili entro il 2020. Come sarà dettagliato in seguito, ogni Stato membro avrà una propria percentuale di produzione minima di energia da fonti rinnovabili in funzione del consumo energetico del Paese per riscaldamento/raffrescamento residenziale, consumi industriali e consumi nei trasporti. Tale normativa ha imposto all’Italia di legiferare in tali termini per ottenere un trend di aumento della produzione di energia da fonti rinnovabili che portasse a superare il limite minimo imposto all’Italia. Il nostro paese ha così sviluppato una serie di normative sulle fonti rinnovabili e sul risparmio energetico tali da poter conseguire questo obiettivo. In particolare il Decreto Legislativo 28/2011 sulle fonti rinnovabili e che recepisce l’omologo europeo. Dato che in Italia, per quanto riguarda la normativa energetica in ambito edilizio, le Regioni possono legiferare, in termini più restrittivi, liberamente, valuteremo come la regione Emilia-Romagna si sia espressa in tali termini. La regione Emilia-Romagna infatti, attraverso la direttiva 1366 del 2011, impone dei limiti sul risparmio energetico in ambito edilizio ed impone anche un limite minimo di utilizzo di fonti rinnovabili, a copertura dei fabbisogni di energia, pari al 50% a partire dal 2015. In seguito vengono descritte in ordine: la direttiva europea, il Piano di Azione Nazionale posto in atto dall’Italia ed infine la normativa regionale dell’Emilia-Romagna. 2.1 DIRETTIVA 2009/28/CE La nuova direttiva sulle energia da fonti rinnovabili, che fa parte del pacchetto energia-clima, sorge nel quadro della lotta al cambiamento climatico, ma senza dimenticare il fondamento della sicurezza dell'approvvigionamento energetico. Infatti, il 23 gennaio 2008, la 9 Commissione Barroso ha proposto una direttiva che costringeva gli Stati membri a raggiungere complessivamente una quota del 20% di energia da fonti rinnovabile nel bilancio di energia finale. Nel dicembre 2008, in tempo record, il Consiglio dei ministri e il Parlamento europeo raggiunsero un accordo. Il 5 giugno 2009 fu pubblicata nella Gazzetta ufficiale dell'Unione europea la direttiva 2009/28 sulla promozione dell'uso delle energie da fonti rinnovabili. Se quello che è più noto nei riguardi di questa direttiva è l'obbligo di raggiungere il 20% entro il 2020 forse quello che veramente farà leva sulla produzione di energia da fonti rinnovabili sarà l'obbligo per ogni Stato membro di adottare un piano di azione nazionale per l'energia da fonti rinnovabili. I piani di azione nazionale, in linea con il principio di sussidiarietà, fissano gli obiettivi nazionali per gli Stati membri per la quota di energia da fonti rinnovabili consumate nel settore dei trasporti, dell'elettricità, del riscaldamento e del raffrescamento entro il 2020. In questo modo gli Stati membri sono costretti a riflettere sui sotto settori, già citati, permettendo loro di identificare le aree e le varie energie più idonee per raggiungere in un modo economico il proprio obiettivo nazionale. Se l'obiettivo globale dell'Unione europea è di raggiungere una quota del 20% di energia da fonti rinnovabili, la Commissione ha sviluppato una metodologia che mirava a fissare per ogni singolo Stato membro un proprio obiettivo. La situazione di partenza, le possibilità di sviluppo dell'energia da fonti rinnovabili ed il mix energetico variano da uno Stato membro all'altro, occorreva pertanto procedere ad un'allocazione giusta ed adeguata che tenesse conto della diversa situazione di partenza e delle possibilità degli Stati membri, come anche il livello attuale dell'energie da fonti rinnovabili. La Commissione ha anche tenuto conto della situazione economica di ogni Stato membro ponderando l'obiettivo secondo il PIL. Con questa metodologia l'Italia si è vista attribuire una quota del 17%. Le quote variano da un minimo del 10% per Malta ad un massimo del 49% per la Svezia. Per evitare che il raggiungimento degli obiettivi sia rimandato al 2020 la direttiva ha previsto una traiettoria "indicativa" con dei punti di verifica nel 2012, 2014, 2016, 2018. Come previsto dall'art. 4 della direttiva 2009/28/CE e sulla base dell’allegato VI di questa direttiva, la Commissione il 30 Giugno 2009 ha 10