Search

L’Unione Europea mira ad orientare il mercato verso una crescente domanda di prodotti e servizi ecoefficienti ed eco-sostenibili. Le PMI, per essere competitive sul mercato, hanno la necessità di superare il gap tecnologico e di competenze che spesso le caratterizza ed avviare processi produttivi eco-orientati. In tale contesto nasce il Centro di Ricerca Italo-Maltese per la Sostenibilità Ambientale e le Fonti Rinnovabili (CRIM-SAFRI), che si propone di offrire una significativa opportunità di crescita e sviluppo per il tessuto produttivo dell’area del Mediterraneo, contribuire a ridurre i consumi energetici, le emissioni di gas serra e di altre sostanze inquinanti connessi ai processi produttivi e favorire la penetrazione nel mercato di prodotti e servizi a basso impatto energetico - ambientale. La Life Cycle Assessment sarà uno degli strumenti principali impiegati a supporto delle attività del Centro.

L’industria, il sistema dei trasporti e l’edilizia sono i tre principali macro settori economici che più determinano un consumo di energia: In Italia, in particolare, ben il 30% dell’energia elettrica e il 40% di quella termica vengono impiegate nel settore civile d’utenza [1]. La necessità di ridurre i consumi energetici, determinata da sempre più restrittivi vincoli di natura ambientale e dal crescente costo dell’energia, gioca un ruolo importante nel modificare i canoni di progettazione e le modalità di manutenzione energetica degli edifici. Da ciò discende anche la crescente attenzione della comunità scientifica internazionale verso il concetto di Edificio ad Energia Netta Zero (EENZ), generalmente definito come un edificio che produce tutta l’energia primaria di cui necessita nell’arco di un anno solare [2]. La decisione del Consiglio dell’UE che precisa gli obiettivi della direttiva sul rendimento energetico degli edifici (EPBD), prescrive che entro la fine del 2020 tutte le nuove costruzioni debbano essere " a bilancio energetico netto o quasi nullo"[3]. Il concetto di Edificio ad Energia Netta Zero costituisce il tema di ricerca del Programma dell’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) SHC Task 40/ECBS Annex 52 “Towards Net Zero Energy Solar Buildings (NZEB)”. In questo lavoro il gruppo di ricerca del Dipartimento dell’Energia dell’Università degli Studi di Palermo insieme al Gruppo Loccioni, società di Building Automation, si pone l’obiettivo di valutare le performance energetiche dell’edificio scelto come caso studio italiano in seno alla Sub Task B del programma dell’IEA. È stato proposto come caso studio italiano l’edificio chiamato Leaf House (LH), sito in Angeli di Rosora (Ancona) di proprietà della società partner del progetto di ricerca prima indicato.

Si propone un nuovo metodo che consente di utilizzare l’immagine fotografica di ostacoli ombreggianti per valutarne l’effetto oscurante nei confronti della radiazione solare diretta incidente su di una superficie. Il metodo proposto è simile a quello che prevede l’impiego del diagramma cilindrico dei percorsi solari, calcolati in funzione dell’azimuth e dell’altezza solare, e la sovrapposizione su di esso del poligono raffigurante l’oggetto ostruente costruito in base alle coordinate cilindriche dei suoi punti più significativi. La nuova procedura prevede invece la sovrapposizione sulla fotografia del percorso solare opportunamente trasformato secondo le regole della prospettiva. E’ così possibile tracciare direttamente sulla foto la posizione assunta dal sole agli orari richiesti per qualunque giorno dell’anno e località, utilizzando a tale scopo la conoscenza di un numero estremamente limitato di dati, peraltro facilmente reperibili. Le porzioni del percorso intercettate dal contorno degli ostacoli rappresentati nell’immagine fotografica indicano le fasce orarie durante le quali il punto della superficie ricevente risulta ombreggiato. Viceversa i restanti tratti del percorso solare evidenziano la presenza della componente diretta radiazione. Sono presentati, inoltre, i risultati del confronto tra i dati calcolati e quelli sperimentali condotti presso il Dipartimento di Ricerche Energetiche e Ambientali (DREAM) di Palermo.

La diffusione commerciale dei dispositivi fotovoltaici presenta negli ultimi anni un trend di crescita significativa a livello internazionale. Numerose ricerche sono state svolte al fine di incrementare l’efficienza di conversione elettrica dei pannelli fotovoltaici e tra le soluzioni indagate è stato sperimentato l’impiego di materiali a cambiamento di fase (MCF) per ridurre i picchi di temperatura di funzionamento. Nel lavoro è stato sviluppato un algoritmo di calcolo in grado di fornire l’andamento temporale della temperatura di un pannello fotovoltaico accoppiato a materiale a cambiamento di fase (Sistema PV-MCF). La determinazione della distribuzione di temperature che interessano un sistema PV-MCF è stata affrontata con il metodo delle differenze finite in geometria monodimensionale. Sono state definite le equazioni di conservazione dell’energia per ogni punto nodale in cui è stato discretizzato il sistema fisico, differenziandole per i nodi “interni” e per i nodi “superficiali”. Le equazioni alle differenze finite sono state formulate esplicitamente rispetto alla variabile temporale e sono state codificate in un apposito software. Il confronto con alcune soluzioni analitiche largamente impiegate nella bibliografia di settore ha permesso di verificare la correttezza e la validità dell’approccio sviluppato.

Allo scopo di valutare la possibilità di sfruttare l’energia eolica anche in zone fortemente urbanizzate recentemente la Comunità Europea ha posto tra le sue priorità scientifiche la redazione di atlanti eolici a piccola scala. Al fine di fornire dati che possano condurre ad una corretta valutazione eolica di centri urbani, nel seguente lavoro vengono analizzate le caratteristiche del regime anemometrico dell'area urbana di Palermo, registrate da un rete di monitoraggio automatica afferente al Dipartimento di Ricerche Energetiche ed Ambientali (DREAM) e composta da quattro stazioni meteo. Dopo un esame statistico preliminare, in cui le serie temporali della velocità del vento sono state divise e analizzate per andamenti stagionali, sono state impiegate le distribuzioni di densità di probabilità (PDF) Weibull e Gamma per descrivere la distribuzione frequenziale della velocità del vento rilevata. Per ogni centralina e per ogni periodo temporale sono state calcolate le distribuzioni, i parametri di scala e di forma e la loro stima è stata effettuata utilizzando gli stimatori di massima verosimiglianza. La bontà di adattamento ai dati reali delle funzioni di probabilità così desunte è stata valutata da due classici test statistici: Kolmogorov-Smirnov e Anderson-Darling. Infatti una corretta valutazione dei fattori di scala e di forma può consentire una accurata analisi energetica ed economica della risorsa microeolica.

Lo sfruttamento intensivo della risorsa solare può contribuire sensibilmente alla riduzione delle emissioni di gas clima alteranti. La crescita e la diffusione di impianti solari dipendono anche dalla capacità dell'industria di costruire e mettere in commercio collettori solari di nuova concezione ad alta efficienza energetica. Il presente lavoro descrive la realizzazione e la messa a punto di un circuito di prove sperimentali, presso il Dipartimento di Ricerche Energetiche ed Ambientali dell'Università di Palermo, relativo ad un impianto solare costituito da collettori solari parabolici lineari a debole concentrazione caratterizzati dal fatto di riunire in un’unica tecnologia chiamata CPVT (Concentrating Photovoltaic and Thermal) un collettore solare termico ed un pannello fotovoltaico, riducendo allo stesso tempo i costi di produzione rispetto ai normali collettori. Al fine di verificare le prestazioni energetiche dei concentratori solari gli autori stanno realizzando un banco prova costituito da strumentazione ed apposito circuito idraulico atti a rilevare le grandezze energetiche pertinenti il sistema e contemporaneamente i parametri ambientali. Si misureranno infatti: l’intensità della radiazione solare globale, temperatura del fluido termo vettore in ingresso ed in uscita dai concentratori, temperatura del fluido all'ingresso e all'uscita del serbatoio di accumulo, portata massica del fluido termovettore, temperatura dell'aria ambiente, velocità e direzione del vento nelle vicinanze dei concentratori solari. Poiché non esistono normative vigenti per la caratterizzazione dell'efficienza dei concentratori solari di tipo CPVT si è pensato di adattare le norme UNI EN 12975-2 per i collettori solari alle nostre esigenze.

Nel lavoro viene presentato un algoritmo basato sull’utilizzo dell’operatore Z-Trasformata per lo studio della trasmissione del calore all’interno di una singola zona termica costituita da pareti multistrato. L’algoritmo utilizzato è molto versatile e potrebbe venire utilizzato per il calcolo dei coefficienti delle funzioni di trasferimento nella simulazione del comportamento termico di un ambiente in free floating. Noti i coefficienti delle funzioni di trasferimento è possibile simulare in regime dinamico il profilo della temperatura di ciascuna superficie interna e dell’aria interna all’ambiente analizzato. L’algoritmo viene descritto in maniera completa in tutte le sue parti. Per valutare l’affidabilità dell’algoritmo è stato realizzato un confronto fra dati di simulazione ottenuti con esso e quelli ottenuti con il programma di simulazione termica denominato TRNSYS

Il lavoro ha affrontato differenti ambiti tipici della pianificazione energetica, dell’analisi di dati e dei modelli predittivi. Tutti i predetti temi sono coniugati al fine di studiare le caratteristiche dei sistemi energetici, i bilanci energetici a scala regionale e locale, di valutare gli indicatori di efficienza dei sistemi su macro area utilizzando metodi statistici e previsionali. A tal fine sono stati applicati modelli e software predittivi basati su metodi di regressione e/o Neural Network per la predisposizione di scenari energetici a breve, medio e lungo termine. Nel complesso, il lavoro ha riguardato l’implementazione ed analisi di modelli numerici, in grado di determinare in maniera predittiva e/o statistica i quantitativi di energia producibile da fonti non programmabili e di energia consumata per vettore e settore produttivo. Sono stati altresì implementati ulteriori casi studio che riguardano il mercato elettrico e i consumi in edifici con caratteristiche di ufficio siti in diversi stati europei. Dagli studi svolti possiamo affermare che per la predizione di indicatori energetici relativi a sistemi energetici su scala regionale, provinciale e locale, i modelli con serie storiche risultano superiori ai modelli Neural Network nel caso il DataSet sia costituito da un numero basso di dati. In tal senso la predizione assume più una veste di predizione del trend che del dato effettivo. Nel caso di DataSet ben organizzato i risultati per modelli Neural Network risultano essere più affidabili e precisi, fornendo indici di bontà quanto più elevati al crescere del numero di campioni del DataSet. Si deve anche evidenziare che al crescere del campione nel DataSet, quando questo non perde le caratteristiche di serie storica, gli indici di bontà del modello Neural Network e del modello serie storiche si eguagliano a causa di fattori di periodicità e stagionalità che caratterizzano i dati energetici di macro aree come comuni, provincie e regioni. Infine, è bene evidenziare come gli indicatori di input utilizzati nelle analisi condotte e relativi a condizioni sociali, economiche, geomorfologiche, climatiche ed impiantistiche rendono i modelli, predittivi sviluppati con approccio regressivo (Neural Network e regressione logaritimica) appropriati, nella maggior parte dei casi, alla predizione dei consumi energetici e della produzione da fonti energetiche rinnovabili su scala locale, provinciale e regionale.