Interventi di Efficienza Energetica nei nuovi e vecchi edifici in proiezione della DIRETTIVA EUROPEA 2010/31/CE

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INTRODUZIONE 
 
La società odierna ha sempre piø bisogno di energia per soddisfare la sua 
domanda, quindi inizia ad incontrare dei limiti sempre piø evidenti tra i 
quali la scarsità di importanti risorse naturali (incluse molte che sono 
rinnovabili finchè il loro tasso di consumo non è troppo elevato) e la 
crescente difficoltà del pianeta nel ricevere gli scarti. Per affrontare tali 
problemi, l’uomo già da qualche tempo ha sviluppato e continua a 
sviluppare soluzioni tecnologiche rivolte a ridurre sensibilmente l’entità dei 
consumi, a parità di servizio reso. L’era dei combustibili fossili a basso 
costo, durata circa 100 anni, sta mostrando una serie di segnali di crisi. 
Purtroppo, in questi anni a causa della grande disponibilità di energia per 
alimentare impianti di climatizzazione invernale ed estiva, si è considerato 
poco il ruolo che l’involucro edilizio ha tradizionalmente rivestito nel 
raggiungimento degli obiettivi di confort e benessere. Un’utilizzazione 
efficace, accorta, razionale e sostenibile dell’energia riguarda, tra l’altro, i 
prodotti petroliferi, il gas naturale e i combustibili solidi, che, pur 
costituendo fonti essenziali di energia, sono anche le principali sorgenti 
delle emissioni di biossido di carbonio. 
E’ un dato di fatto che gli edifici sono responsabili del 40 % del 
consumo globale di energia nell’Unione, destinato a crescere negli anni. 
Pertanto, la riduzione del consumo energetico e l’utilizzo di energia da 
fonti rinnovabili nel settore dell’edilizia sono misure importanti e 
necessarie per ridurre la dipendenza energetica dell’Unione e le emissioni 
di gas a effetto serra. Per adeguarsi al Protocollo di Kyoto, oltre a un 
maggior utilizzo di energia da fonti rinnovabili, occorrono interventi mirati 
a ridurre il consumo di energia nell’Unione. La riduzione del consumo 
energetico e il maggior utilizzo di energia da fonti rinnovabili 
rappresentano inoltre strumenti importanti per promuovere la sicurezza 
dell’approvvigionamento energetico e gli sviluppi tecnologici e per creare 
posti di lavoro e sviluppo regionale, in particolare nelle zone rurali.
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Quindi, l’obiettivo del lavoro di questa tesi è stato il seguente: 
1. analizzare i consumi di energia nel mondo,   
2. classificare le fonti energetiche disponibili, sia fossili che rinnovabili, 
con i loro vantaggi, svantaggi e limiti, 
3. descrivere le strategie per ridurre il consumo energetico e per 
l’utilizzo di energia da fonti rinnovabili nel settore dell’edilizia, le 
quali costituiscono misure importanti necessarie per ridurre la 
dipendenza energetica dell’Unione e le emissioni di gas a effetto 
serra. 
 
Si è proceduto in un'ampia fase di ricerca documentale e di 
riorganizzazione della stessa, infatti le fonti utilizzate sono quindi in parte 
bibliografiche e in parte rappresentate da leggi, decreti e in particolare dalla 
“Direttiva 2010/31/CE”. Sulla base di questa documentazione molto 
specifica è stato creato uno schema della tesi suddivisa per capitoli dei quali 
adesso si darà una breve descrizione. 
La tesi è composta da 5 capitoli comprese le conclusioni: 
 
Gli obiettivi del capitolo 1 sono quelli di classificare le fonti energetiche 
disponibili sia fossili che rinnovabili evidenziando i pro e i contro di 
entrambi. Inoltre, saranno analizzati i problemi di approvvigionamento 
energetico delle fonti fossili e tutte le problematiche correlate che esse 
comportano per quanto riguarda gli aspetti socio economici e i problemi 
legati all’ambiente, quali le calamità naturali e il riscaldamento globale. Si 
vedrà come le Fonti Energetiche Rinnovabili possono essere una 
soluzione alle problematiche elencate. 
 
Gli obiettivi del capitolo 2 sono quelli di mettere in risalto attraverso il 
World Energy Outlook (WEO 2010) quale è lo scenario energetico 
mondiale, quali sono i consumi energetici sul ns. pianeta e gli obiettivi posti 
con il  Protocollo di Kyoto, il quale rappresenta un importante passo avanti
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nella lotta contro il riscaldamento planetario perchØ contiene obiettivi 
vincolanti e quantificati di limitazione e riduzione dei gas ad effetto serra. 
 
Gli obiettivi del capitolo 3 sono quelli di descrivere ed analizzare la 
Direttiva 2010/31/CE la quale promuove il miglioramento della 
prestazione energetica degli edifici all’interno dell’Unione, tenendo conto 
delle condizioni locali e climatiche esterne, nonchØ delle prescrizioni 
relative al clima degli ambienti interni e all’efficacia sotto il profilo dei 
costi.  
Gli Stati membri provvedono affinchØ:  
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. 
 
Gli obiettivi del capitolo 4 sono quelli di descrivere quali sono i 
meccanismi degli incentivi fiscali (detrazione 55%) per i lavori di 
riqualificazione energetica del sistema edificio-impianto. In particolar modo 
verranno descritte quali sono le possibili soluzioni di intervento di 
efficienza energetica nei vecchi e nei nuovo edifici.  
Verranno ampiamente descritte: 
- le tecniche attuali sull’isolamento termico dell’involucro edilizio per 
limitare le perdite di energia, facendo qualche esempio; 
- le tipologie di serramenti e infissi; 
- i vantaggi delle caldaie a condensazione e delle caldaie a biomassa; 
- i pannelli solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria; 
- gli impianti di riscaldamento e di raffrescamento con pompe di calore 
collegate a sonde geotermiche; 
- gli impianti domotici a servizio degli edifici in particolar modo nella 
gestione automatica degli impianti al fine di ottimizzare i consumi,
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- il rifasamento degli impianti elettrici per ridurre i costi dovuti alle penali 
applicate dall’ente distributore se si scende sotto un limite del fattore di 
potenza. 
Al fine di dimostrare l’utilità degli interventi di efficientamento proposti si 
riporta un caso pratico di riqualificazione energetica su una villetta 
residenziale sita in Caserta. 
 
CAPITOLO I: Fonti energetiche 
 
1.1 Classificazione delle fonti 
L’energia si presenta sotto varie forme: energia termica, energia radiante, 
energia cinetica, energia elettrica e così via. Le varie forme possono essere 
ottenute dalle diverse fonti che sono disponibili in natura. 
Abbiamo le fonti "primarie" il cui contenuto energetico viene usato 
direttamente e le fonti "secondarie" che possono essere ottenute 
trasformando le fonti primarie. Facendo un esempio, la fonte di energia 
primaria che alimenta una centrale elettrica può essere una o piø delle 
seguenti: il petrolio, il metano, il carbone, l’uranio, il vento (energia eolica), 
le correnti d’acqua (energia cinetica), il sole (energia solare). L’energia 
prodotta alla fine del processo è l’energia elettrica, quindi una energia 
secondaria. Il passaggio da fonti primarie a fonti secondarie provoca 
sempre delle perdite (sprechi) e quindi occorre ridurre al minimo 
impiegando sistemi di conversione ad alto rendimento. Le fonti energetiche 
vengono classificate in rinnovabili e non rinnovabili.  
Le fonti rinnovabili possono essere inesauribili, in grado di rigenerarsi con 
continuità o con una velocità simile a quella con le quali vengono 
consumate, mentre quelle non rinnovabili non si rigenerano con continuità, 
come ad esempio il petrolio che ha impiegato milioni di anni e per lo piø 
emette sostanze nocive per l’ambiente. 
 
Come fonti non rinnovabili abbiamo i combustibili fossili quali il petrolio, 
il carbone e il gas.
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• Il petrolio è una miscela naturale di idrocarburi (soprattutto carbonio e 
idrogeno) che viene estratta dai giacimenti che si trovano nella crosta 
terrestre a una profondità compresa tra poche decine e diverse migliaia 
di metri. Lo si trova sotto la superficie terrestre a causa della 
decomposizione di organismi marini e di  piante che crescono sui 
fondali oceanici. Una volta estratto viene raffinato e da esso si 
ottengono prodotti molto utili come la benzina, il cherosene, gli oli per 
motori diesel, gli oli per riscaldamento, i lubrificanti, etc.. 
 
• Il carbone fossile è noto come combustibile fino dall'antichità, ma è 
diventato una fonte primaria di energia, solo in seguito alla Rivoluzione 
Industriale avvenuta in Gran Bretagna, andando a sostituire il legno che 
prima era quello piø utilizzato. I carboni sono rocce sedimentarie che si 
sono formate dagli accumuli dei resti vegetali i quali sono stati 
modificati dalle pressioni e dalle temperature che si trovano in 
profondità nella crosta, e come nel caso del petrolio, anche il carbone 
nasce attraverso una progressiva eliminazione, dai resti vegetali, di 
componenti come idrogeno e ossigeno con un conseguente 
arricchimento indiretto di carbonio che lo portano a diverse litologie a 
seconda della percentuale di carbonio presente. 
 
• Mentre, il gas naturale è un tipo di gas che viene prodotto dalla 
decomposizione anaerobica di materiale organico. In natura lo troviamo 
allo stato fossile, insieme al petrolio, al carbone oppure lo troviamo da 
solo in giacimenti di gas naturale. Inoltre, viene anche prodotto nelle 
discariche, durante la digestione negli animali e in altri processi naturali, 
infine viene liberato nell'atmosfera anche dall'attività vulcanica. 
 
Mentre come fonti rinnovabili abbiamo: 
• Energia solare: l’energia elettromagnetica emessa dai processi di 
fusione dell’idrogeno contenuto nel sole, raggiunge la superficie 
terrestre e viene convertita in energia meccanica del vento e delle
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correnti marine e in energia chimica tramite la fotosintesi clorofilliana 
(biomasse). Lo spettro in frequenza è continuo e la massima emissione 
di energia avviene per lunghezze d’onda pari 0,5 μm, fig.1 . 
 
Fig. 1 
 
Gli impianti solari si distinguono in: 
impianti solari termici: convertono l’energia solare in energia termica 
per la produzione di acqua calda sanitaria (ACS) e per il riscaldamento 
degli ambienti (in bassa temperatura) ed in alta temperatura per il 
riscaldamento di vettori termici (olio diatermico e sali fusi) per l’utilizzo 
di calore in turbina per la produzione di energia elettrica; 
 
impianti solari fotovoltaici: convertono l’energia solare in energia 
elettrica sfruttando l’effetto fotovoltaico del silicio opportunamente 
drogato. Le tipologie di celle fotovoltaiche piø utilizzate sono in silicio 
monocristallino, policristallino e amorfo, anche se le piø promettenti 
saranno quelli a concentrazione solare, a multi-giunzione e a celle 
organiche con capacità produttive 10-100 volte maggiori di quelle a film 
sottile.
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• Energia eolica: è una fonte indiretta dell’energia solare, si basa sulla 
conversione dell’energia cinetica del vento in energia meccanica. 
L’energia meccanica disponibile all’asse della turbina eolica, viene 
convertita, tramite un generatore coassiale, in energia elettrica. La 
collocazione delle turbine è sia su terra ferma (la piø utilizzata) e sia off-
shore (in mare), e quelle maggiormente utilizzate sono ad asse 
orizzontale (HAWT) con tre pale. La tecnologia per tali impianti è 
ormai matura e cresce di anno in anno. 
 
• Energia idroelettrica: viene ricavata dal corso di fiumi e di laghi 
costruendo apposite dighe e condotte forzate. L'energia potenziale 
gravitazionale, posseduta da masse d'acqua in quota, viene convertita in 
energia cinetica, e grazie ad un alternatore accoppiato ad una turbina, in 
seguito viene convertita in energia elettrica. Nelle centrali a salto con 
diga, si sfruttano le grandi altezze di caduta che sono disponibili nelle 
regioni montane. Mentre, nelle centrali ad acqua fluente si utilizzano 
grandi masse di acqua fluviale che superano piccoli dislivelli; per far 
questo però il fiume deve avere una portata considerevole e un regime 
costante.  
 
• Biomasse: sono generate dalla fotosintesi clorofilliana con la 
conversione di energia solare in energia chimica. Esse provengono dal 
mondo vegetale o animale e da apposite colture per scopi energetici, tra 
le quali quelle oleoginose per la produzione di biodiesel, quelle 
alcoligene per la produzione di bioetanolo e additivi per benzine, 
quelle legno-cellulosiche per la produzione di energia termica per il 
riscaldamento, per l’acqua calda sanitaria e per la produzione di energia 
elettrica. Mentre, con i residui zootecnici, agricoli, agroindustriali e la 
frazione organico-biologica dei rifiuti solidi urbani si produce il biogas 
da cui si può estrarre l’idrogeno, e con la combustione si può produrre 
energia termica ed elettrica.
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• Energia geotermica: proviene dagli strati piø interni della terra e si 
manifesta in piø modi, ad esempio attraverso l’attività dei vulcani sia 
terrestri che marini, attraverso i gaiser, i fanghi termali, etc. L’energia 
geotermica è l’unica fonte rinnovabile che non deriva dal sole; è sempre 
presente anche di notte a differenza delle altre fonti rinnovabili. La 
temperatura aumenta man mano che si scende al centro della terra, fino 
ad arrivare ai 4000--5000 °C. In base alle temperature, l’energia 
geotermica può essere così suddivisa: 
 
Energia geotermica ad alta temperatura >180°C 
Serve a produrre energia elettrica.  
 
Energia geotermica a media temperatura (fra 100 e 180°C) 
Serve, con il riscaldamento di un fluido secondario piø volatile, a 
produrre energia elettrica. 
 
Energia geotermica a bassa temperatura (fra 30 e 100°C). 
Serve per impieghi industriali e per alimentare stabilimenti termali.  
 
Energia geotermica a temperatura molto bassa < 30°C. 
Le sue principali applicazioni riguardano il riscaldamento degli edifici e 
la produzione di ACS. 
 
• Energia del mare: tale energia proviene dalle onde, dalle correnti 
marine, dalle maree, dai gradienti termici del mare, dai gradienti salini e 
dalle biomasse marine. Tale energia non ha ancora un mercato vero e 
proprio perchØ le tecnologie sono troppe costose. La maggiore 
produzione di energia elettrica la si ricava dal moto ondoso con le 
seguenti tecnologie: attenuatori, assorbitori puntuali, OWC, 
overtopping. 
 
1.2 Problemi di approvvigionamento energetico
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Le analisi riportate dalle fonti piø autorevoli del nostro pianeta, evidenziano 
che entro un ventennio aumenteranno i consumi energetici globali del 50%, 
mentre quelli di energia elettrica aumenteranno del 100%. Questo fatto 
desta non poche preoccupazioni, quindi occorre pianificare delle strategie 
appropriate affinchØ vengano sempre piø utilizzate le fonti rinnovabili, si 
razionalizzi l’uso dei combustibili fossili e non da poco, si persegua la 
strada dell’incremento dell’efficienza energetica (raggiungere un 
determinato obiettivo con minori e migliori risorse).  
Purtroppo prima o poi i combustibili fossili tradizionali quali il petrolio e i 
suoi derivati, il gas e il carbone, si satureranno. Questo viene confermato 
dalla BP la quale ha accertato, nel 2010, che le riserve sono sufficienti a 
soddisfare la produzione globale ancora per
 1
:  
• altri 46,2 anni, per quanto riguarda il petrolio; 
• altri 58,6 anni, per quanto riguarda il gas naturale; 
• altri 118 anni, per quanto riguarda il carbone. 
 
Le figure seguenti riportano il “Reserve-to-production (R/P) ratios” per 
fonte fossile 
2
. 
 
                                                           
1 Fonte: BP Statistical Review of World Energy June 2011 (bp.com/statisticalreview) 
2 Fonte: BP Statistical Review of World Energy June 2011 (bp.com/statisticalreview)
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PETROLIO 
     GAS NATURALE
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1.3 Aspetti socio economici 
3
 
Come sappiano, l’Italia è il paese Europeo che ha una maggiore dipendenza 
dalle importazioni di combustibili fossili (petrolio e gas) provenienti dal 
Nord Africa, ma la recente crisi libica ha creato ulteriori incertezze sul 
futuro energetico della nostra nazione. Ma, nonostante sia aumentata 
l’importazione di gas e si siano ridotti i consumi petroliferi, il petrolio 
mantiene comunque il suo primato di principale fonte di energia primaria, 
infatti, in Italia nel 2010 sono stati utilizzati 73,2 milioni di tonnellate di 
petrolio, di cui il 93% importati dall’estero, che hanno soddisfatto oltre il 
40% di tutti i consumi energetici nazionali. Comunque, il petrolio e i suoi 
derivati anche se meno utilizzati per la generazione di energia elettrica, 
continuano ad essere insostituibili nel settore dei trasporti e sono 
                                                           
3 Fonte Enel  
               CARBONE