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Edifici energicamente neutri
2.1 Introduzione
Gli edifici energeticamente neutri (o edifici a energia netta zero) sono rappresentati da un sistema di costruzione e progettazione che ha come obiettivo finale quello di creare un edificio efficiente dal punto di vista energetico collegato alla rete, in grado di generare la propria energia per compensare la domanda di energia che crea 5,6. Questo significa che gli edifici energeticamente neutri hanno un consumo netto di energia pari a zero, che si traduce in un consumo totale di energia su base annua quasi uguale alla quantità di energia rinnovabile generata in loco o nelle vicinanze.
Gli edifici energeticamente neutri fanno uso in modo efficiente della generazione di energia rinnovabile al fine di utilizzare quanta più energia può essere prodotta localmente. Anche se raggiungere un equilibrio completo tra la produzione e il consumo di energia è difficile, questo sta diventando un obiettivo sempre più raggiungibile che sta guadagnando sempre più attenzione in diverse parti del mondo7.
I proprietari di immobili commerciali privati stanno diventando sempre più interessati a stabilire edifici energeticamente neutri per soddisfare i loro obiettivi aziendali, mentre i governi si stanno muovendo verso obiettivi di edifici energeticamente neutri in risposta agli obblighi normativi6.
Anche se gli edifici energeticamente neutri sono più frequentemente associati agli edifici commerciali, qualsiasi struttura, comprese le abitazioni residenziali, può essere energeticamente neutra, poiché il principio è scalabile e applicabile a quasi ogni tipo di struttura, che si tratti di una grande struttura polivalente o di una piccola casa6,7. Il concetto può persino essere applicato alla realizzazione di città e istituzioni “net-zero”.
Fonte: https://www.energyintime.eu/nearly-zero-energy-standard-2050-eu-half-dream-half-reality/
2.2 Materiali di costruzione
La produzione di materiali e prodotti edili necessita di materie prime ed energia sotto forma di legname, pietra, minerali, prodotti chimici ed elettricità, petrolio, carbone, gas, rispettivamente 8. La produzione e il trasporto di materiali da costruzione sono strettamente correlati all’emissione di gas serra che, a loro volta, portano a conseguenze ambientali collegate 8,9.
Un utilizzo eccessivo di materiali ad alta intensità energetica e uno sfruttamento eccessivo possono esaurire sia le risorse energetiche che quelle materiali, oltre a causare danni all’ambiente. Inoltre, non è facile soddisfare la sempre crescente domanda di edifici unicamente con materiali e metodi di costruzione tradizionali ad alta efficienza energetica.
Per questo motivo c’è una richiesta di soluzioni edilizie che siano a lungo termine, rispettose dell’ambiente ed efficienti dal punto di vista energetico. Per raggiungere questi obiettivi, è necessario ricorrere all’uso più efficiente delle risorse energetiche e delle materie prime disponibili 8.
I seguenti elementi riguardano le alternative sostenibili alle tecnologie di costruzione 8:
- Conservazione dell’energia,
- Limitazione dei materiali che richiedono un alto input energetico,
- Riduzione al minimo del trasporto e aumento dell’uso di risorse e materiali locali,
- Utilizzo di competenze locali e produzione decentralizzata,
- Inclusione dei rifiuti industriali nel processo di produzione dei materiali da costruzione,
- Riutilizzo e riciclaggio dei rifiuti derivanti dalla costruzione,
- Uso di fonti di energia rinnovabili.
Di seguito sono riportati alcuni esempi di alternative a bassa emissione di carbonio per i materiali e le tecnologie edilizie. 8,9:
- Cementi miscelati,
- Blocchi di fango stabilizzato per muratura,
- Blocchi di cenere volatile compattati,
- Muri in terra battuta,
- Pavimenti e sistemi di copertura a bassa intensità energetica,
2.3 Flusso dell’aria
Gli edifici dotati di ventilazione naturale hanno il potenziale di risparmiare una quantità considerevole di energia elettrica per il raffreddamento e la ventilazione 10. Esistono due tipi di flusso d’aria in un edificio energeticamente neutro: la ventilazione naturale e la ventilazione meccanica.
La ventilazione naturale utilizza forze naturali come la temperatura e il vento per facilitare il flusso e lo scambio d’aria in un edificio. La ventilazione meccanica, d’altra parte, utilizza ventilatori elettrici per indirizzare e controllare il flusso d’aria in un edificio. La ventilazione meccanica è in grado di fornire un flusso d’aria e uno scambio d’aria costante, indipendentemente dalle condizioni atmosferiche, ma consuma energia elettrica e richiede un cambio periodico dei filtri di ventilazione, che sono una fonte di inquinamento. 10–12
Quando si parla di flusso d’aria e di ventilazione naturale in un edificio energeticamente neutro, ci sono due concetti principali di ventilazione 13:
- Garantire un’adeguata qualità dell’aria interna senza ricorrere all’elettricità per facilitare il ricambio d’aria,
- Incrementare la velocità dell’aria durante il giorno e gli alti tassi di ventilazione notturna per il comfort termico in estate.
Lo svantaggio principale riguarda il recupero del calore invernale dall’aria calda dell’interno. Tuttavia, il beneficio fondamentale è la capacità di raggiungere alti livelli di ventilazione per il raffreddamento in estate senza consumare elettricità, il che porta a un maggiore risparmio energetico 13.
2.4 Illuminazione
L’illuminazione naturale dovrebbe essere sfruttata nella progettazione di tutti gli edifici neutrali dal punto di vista energetico. Dopo aver ottimizzato e massimizzato il livello di illuminazione raggiunto dalla luce naturale, l’illuminazione di servizio deve essere aggiunta in aree come i banconi della cucina, i bagni, gli uffici ecc.
Gli edifici energeticamente neutri sfruttano il più possibile la luce naturale, posizionando strategicamente le finestre nelle aree abitative. Quando si tratta di illuminazione artificiale, si dovrebbero usare luci nuove ed efficienti dal punto di vista energetico che hanno il potenziale di ridurre il consumo di energia 14.
Questo rende i diodi emettitori di luce (LED) la scelta obbligata, in quanto sono le fonti di luce più efficienti e di più lunga durata disponibili 15,16.. Un altro vantaggio dei LED – oltre a risparmiare energia e ridurre i costi di illuminazione – è il vantaggio di eliminare l’esposizione al mercurio che si verifica quando si usano le lampadine fluorescenti 14.
Il funzionamento dei LED è diverso da quello delle altre tecnologie di illuminazione. In una lampada a incandescenza tradizionale, un filamento di tungsteno viene riscaldato dalla corrente elettrica fino a quando non si illumina ed emette luce 17. In una lampada fluorescente, una corrente elettrica spinge il gas a generare una radiazione ultravioletta (UV), che colpisce il rivestimento di fosforo all’interno del coperchio di vetro e lo porta a generare luce visibile 17.
Un LED, tuttavia, è un diodo semiconduttore, un dispositivo che permette alla corrente di fluire solo in una direzione, costruito da un materiale semiconduttore progettato per formare una struttura di giunzione positivo-negativo (P-N) 16,17. Una volta applicata una corrente sulla giunzione P-N, gli elettroni in eccesso (che sono caricati negativamente) si spostano sul lato positivo e le particelle in eccesso dal lato positivo (note come “buchi”) si spostano sul lato negativo. Alla giunzione P-N, i buchi e gli elettroni interagiscono, il che rilascia energia sotto forma di luce 17.
2.5 Pompa di calore
Le pompe di calore sono unità esterne che sono parte di un impianto di riscaldamento e raffreddamento. Sono in grado di riscaldare e raffreddare una casa. Una pompa di calore funziona assorbendo il calore dall’aria fredda esterna e lo trasferisce all’interno della casa in inverno, e in estate sottraendo il calore dall’interno della casa e trasferendolo all’esterno. Le pompe di calore funzionano a elettricità e – attraverso un agente refrigerante – trasmettono il calore per fornire il comfort 18. Inoltre, a differenza dei forni, non usano combustibili fossili per il riscaldamento, il che li rende ecologici e cruciali per edifici energeticamente neutri.
I sistemi a pompa di calore rappresentano un modo conveniente per recuperare il calore da varie fonti non solo nel settore residenziale, ma anche in quello commerciale e industriale 19. Con l’aumento dei costi energetici, le pompe di calore giocano un ruolo chiave nel risparmio energetico e nella riduzione dei costi.
Le progettazioni avanzate del ciclo sia per i sistemi azionati dal calore che dal lavoro, i componenti del ciclo migliorati (inclusa la scelta del fluido di lavoro), e la massimizzazione dell’utilizzo in una più ampia varietà di applicazioni sono stati al centro dei recenti progressi nei sistemi a pompa di calore19.
Rispetto al riscaldamento a resistenza elettrica, come i forni e i riscaldatori a battiscopa, la pompa di calore di oggi può ridurre i costi di riscaldamento fino al 50% 20. In estate, le pompe di calore ad alta efficienza deumidificano meglio dei tipici condizionatori d’aria centrali, con conseguente minor consumo di energia e maggior comfort.
Fonte: https://riverreporter.com/stories/the-heat-pump-basics,41466