Su questo argomento: Caldaie a condensazione, Caldaie a biomassa, Pompe di calore, Impianti di illuminazione, Interventi di ottimizzazione.

Con risparmio energetico sugli impianti si intendono tutti gli interventi finalizzati a ottimizzare lo sfruttamento delle risorse energetiche primarie attraverso l’utilizzo di attrezzature o macchinari a maggiore efficienza. Ovvero impianti che per soddisfare le proprie esigenze (illuminazione, riscaldamento, etc…) necessitano di un minore quantitativo di energia primaria.

In senso più allargato si fa riferimento al risparmio energetico anche quando gli impianti per assolvere al loro scopo utilizzano fonti di energia rinnovabile e quindi a impatto ambientale nullo o quasi come ad esempio gli impianti solari termici, fotovoltaici, geotermici ed eolici.

Per quanto riguarda il risparmio energetico sugli impianti ci concentreremo su alcune tipologie per le quali anche lo Stato italiano nella finanziaria 2007 ha stanziato dei finanziamenti in termini di defiscalizzazione.

Caldaie a condensazione

Le caldaie a condensazione sono le più moderne ed ecologiche oggi esistenti. Riescono ad ottenere rendimenti molto elevati e riduzioni delle emissioni dei vari ossidi di azoto e ossido di carbonio fino al 70% rispetto agli impianti tradizionali.

Le normali caldaie, anche quelle definite "ad alto rendimento", riescono infatti ad utilizzare solo una parte del calore sensibile infatti il loro rendimento è circa del 91-93%. In queste caldaie il vapore acqueo generato dal processo di combustione viene disperso in atmosfera attraverso il camino: la quantità di calore in esso contenuta, definito calore latente, rappresenta ben l'11% dell'energia liberata dalla combustione.

L'idea che sta alla base della caldaia a condensazione è quella di utilizzare il calore contenuto nei fumi grazie a tecniche che consentono di trasmetterlo all'acqua, riscaldandola.

Le caldaie a condensazione sono quindi in grado di utilizzare anche questo calore, raffreddando i fumi fino al "punto di rugiada". I fumi diventano quindi così freddi che è possibile utilizzare una tubazione di plastica come canna fumaria.

Una caldaia a condensazione permette quindi risparmi di combustibile superiori al 30%!

Se ora completiamo il sistema con l'integrazione di pannelli solari, ed aggiungiamo il risparmio che proviene dall'utilizzo dell'energia solare, notiamo che dalla combinazione di pannelli solari + caldaia a condensazione è possibile ottenere risparmi del 60% e più.

Nota Bene.
Ricordiamo che installare una caldaia a condensazione è considerato un intervento finalizzato al risparmio energetico e quindi gode della defiscalizzazione del 55% prevista dalla Finanziaria 2007. Per maggiori informazioni si consulti Agevolazioni fiscali e finanziarie.

Caldaie a biomassa

Le moderne caldaie a biocombustibili hanno rendimenti elevati, gestione automatizzata della combustione (controllo dell'aria comburente, sonde lambda) e in particolare, per i modelli a pellet (figura) e cippato, è possibile il caricamento automatizzato del combustibile. I modelli a legna da ardere richiedono generalmente il caricamento manuale, una o due volte al giorno.

Ciò che rende interessanti questi impianti è che sfruttano fonti di energia rinnovabili. Se bruciato correttamente, il legno emette la stessa quantità di anidride carbonica assorbita dalla pianta durante la sua formazione, quindi non altera l'equilibrio ambientale.

Essendo diffusamente disponibile, la biomassa rappresenta una importante risorsa locale. Questo tipo di riscaldamento consente quindi di realizzare una forte interconnessione con il territorio, riutilizzando materiali che altrimenti sarebbero considerati scarti.

Elementi da considerare prima di scegliere una caldaia a biomassa sono:

• Disponibilità locale del combustibile.
• Disponibilità di spazi adeguati per lo stoccaggio.
• Facilità di caricamento.

Nota Bene.
Ricordiamo che installare una caldaia a condensazione è considerato un intervento finalizzato all’utilizzo di fonti di energia rinnovabile e quindi gode della defiscalizzazione del 55% prevista dalla Finanziaria 2007. Per maggiori informazioni si veda Agevolazioni fiscali e finanziarie.

Pompe di calore  

La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta, utilizzando una quantità di energia elettrica minore di quella termica erogata.
I vantaggi della pompa di calore sono:

• coefficiente di prestazione (COP) vantaggioso (consuma 1 kWh elettrico per produrre fino a 4 kWh termici);
• non è necessario disporre di un locale caldaia;
• manutenzione annuale non obbligatoria;
• il sistema è reversibile, quindi in estate può raffreddare gli ambienti.

La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, percorso da uno speciale fluido (refrigerante) che, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore.
 
Il circuito chiuso è costituito da: un compressore, un condensatore, una valvola di espansione, un evaporatore. Il condensatore e l'evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè tubi posti a contatto con un fluido di servizio (che può essere acqua o aria) nei quali scorre il fluido refrigerante. Questo cede calore al condensatore e lo sottrae all'evaporatore.
Nel funzionamento il fluido refrigerante, all'interno del circuito, subisce le seguenti trasformazioni:

Compressione: il fluido refrigerante allo stato gassoso e a bassa pressione, proveniente dall'evaporatore, viene portato ad alta pressione; nella compressione si riscalda assorbendo una certa quantità di calore.
Condensazione: il fluido refrigerante, proveniente dal compressore, passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all'esterno.
Espansione: passando attraverso la valvola di espansione il fluido refrigerante liquido si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda.
Evaporazione: il fluido refrigerante assorbe calore dall'esterno ed evapora completamente.
L'insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo della pompa di calore: fornendo energia con il compressore, al fluido refrigerante, questo, nell'evaporatore, assorbe calore dal mezzo circostante e, tramite il condensatore, lo cede al mezzo da riscaldare.

Durante il funzionamento della pompa di calore si hanno: un consumo di energia elettrica nel compressore, un assorbimento di calore dall'ambiente circostante nell'evaporatore ed una cessione di calore all'ambiente da riscaldare nel condensatore. Il vantaggio dell'impiego della pompa di calore sta nel fatto che tale sistema consente di fornire più energia (sotto forma di calore, forma di energia poco pregiata) di quella elettrica (forma di energia pregiata) necessaria al funzionamento.

L'ambiente da cui si estrae calore è la sorgente fredda. Le principali sorgenti fredde sono aria, acqua e terreno. Il fluido vettore da scaldare è detto pozzo caldo; generalmente si tratta di acqua o aria. Nel condensatore il fluido refrigerante cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente che l'energia fornita dal compressore. Il calore può poi essere ceduto all'ambiente mediante normali radiatori. In base alla sorgente fredda e al pozzo caldo utilizzato le pompe di calore possono essere: aria - acqua, terra - acqua, acqua - acqua, aria - aria, acqua - aria.
Le prestazioni di una pompa di calore variano sensibilmente in funzione delle temperature di sorgente fredda e pozzo caldo. In particolare, più queste temperature sono vicine migliori sono le prestazioni, sia in termini di potenza fornita che in termini di rapporto tra energia termica fornita ed energia elettrica assorbita.

Le sorgenti di energia possono essere:

Aria - Per quanto riguarda le differenti sorgenti fredde l'aria ha il vantaggio di essere disponibile ovunque e di non necessitare di autorizzazioni per il prelievo, contrariamente all'esecuzione di uno scambiatore nel terreno, di un pozzo di presa d'acqua di falda o di L'aria è la sorgente ambientale più utilizzata, ma il suo svantaggio è la sua esigua capacità termica che richiede grandi quantità d'aria che devono essere fornite all'evaporatore. Per un fabbisogno di calore di 10 kW occorrono circa 4.000 m3/h. L'aria può essere quella esterna, quella del locale in cui è installata la pompa, oppure quella in uscita dal sistema di ventilazione. L'aria esterna ha però lo svantaggio di subire grandi variazioni di temperatura e spesso in inverno scende sotto zero. A questa temperatura, il COP diminuisce rapidamente e lo sfruttamento dell'aria è possibile solo in regime bivalente. Per questo motivo l'uso dell'aria interna (calda) è più vantaggioso.

Acqua - L'acqua di falda sotterranea, di lago o di un fiume ma anche l'acqua reflua costituisce anch’essa un'interessante sorgente termica. Il suo uso, tuttavia è limitato alle zone in cui è possibile estrarre l'acqua ad un costo interessante (vicino alla riva o in presenza di falde a debole profondità). La temperatura dell'acqua di falda e di un pozzo è più stabile e questo garantisce maggiori prestazioni da parte della pompa. La temperatura dell'acqua di falda varia durante l'anno al massimo di 8-10°C. Lo sfruttamento di questa sorgente consente un regime monovalente della pompa di calore e rende il COP abbastanza stabile.

Terra - La Terra è in grado di fornire dell'energia termica, da considerare  rinnovabile a tutti gli effetti. Infatti, sia le precipitazioni, sia le reazioni naturali che hanno luogo nel sottosuolo, sia il calore che fluisce dal centro della terra verso la superficie, mantengono il sottosuolo a temperature praticamente costanti durante tutto l'anno (a parte i primissimi metri, che subiscono l'influenza dell'inverno), complice anche l'enorme inerzia termica.

In questo caso possiamo differenziare tra sistemi a collettori e a pozzi. I collettori sono batterie di tubi interrati in cui circola un fluido che assorbe il calore della terra. 
 
Il sistema richiede ampie superfici di terreno non edificate e non ostruite. L'acqua fredda rilasciata dalla pompa di calore si riscalda sotto terra, ma la temperatura che assume dipende dalla lunghezza dei tubi. Per essere efficace il sistema richiede un'area da 2 a 3 volte superiore rispetto alla superficie dei locali da riscaldare. Il calore estratto dalla terra non deve superare quello fornito dal sole. Il limite è di circa 20-40 W/m2 e dipende dal tipo di terra. Estraendo troppo calore dalla terra, la stessa si raffredderebbe e non servirebbe più come sorgente energetica. Nel caso di impianti monovalenti occorre un collettore con una superficie corrispondente al 100-150% di quella che si vuole riscaldare. Un impianto bivalente elettrico ne richiede invece solo la metà. 
 
I pozzi sono invece tubi verticali che non richiedono elevate aree di terreno e possono raggiungere una profondità di centinaia di metri. Questi pozzi consentono un regime monovalente della pompa di calore con un COP quasi costante.  Da ciascun pozzo si può ottenere un guadagno di calore di 4-6 kW.
Le temperature del sottosuolo, fino a 100-200 m di profondità si aggirano sui 10-15 gradi circa (il gradiente termico superficiale da noi è di ca. 3°C/100m). La tecnica di estrazione del calore consiste nel praticare un foro verticale nel terreno per ca. 80-120 m e nell'inserirvi dei circuiti chiusi percorsi da una soluzione di acqua miscelata con antigelo. La soluzione viene portata alla pompa di calore che la utilizza come sorgente fredda. Grazie al fatto che il terreno è a temperatura costante durante tutto l'anno, la pompa di calore mantiene sempre un'efficienza elevata di lavoro.

Impianti di illuminazione

Interna

L’intervento di Risparmio Energetico razionalizzando sull’illuminazione, appartiene alla categoria del “good house keeping”, ossia un’azione generale possibile in qualunque tipologia di realtà.
L’ illuminazione è il primo settore dove intervenire, sia per le utenze domestiche che per quelle industriali. Funzionalità, costi di esercizio, efficienza ed affidabilità sono parametri dell’impianto di illuminazione che vanno ad incidere sulla bolletta energetica finale.
Per un risparmio efficace è necessario valutare la qualità energetica delle lampadine impiegate, misurata dal flusso luminoso (espresso in lumen e corrispondente ad un’intensità luminosa pari a una candela), prodotto per ogni Watt di potenza elettrica consumata.

Le lampade ad incandescenza sono il tipo più comune di sorgente luminosa usata per usi domestici, in negozi e in altri ambienti commerciali.
La luce viene generata grazie al passaggio della corrente elettrica in un filamento metallico che si accende ed emette calore e di conseguenza illuminazione.
L’impiego di queste lampadine comporta un’enorme spreco di energia elettrica che si trasforma in luce (ca 5 -10%) e in calore sottoforma di perdite per effetto Joule (ca 90-95%).
Queste lampade presentano bassi costi iniziali, un'ottima propagazione e direzione del fascio luminoso, ma anche una breve durata di vita e un consumo eccessivo di energia dovuto alla trasformazione della corrente elettrica in calore e solo una piccolissima percentuale in luce.
Una lampadina ad incandescenza mediamente ha una resa di circa 10 lumen per Watt. Le lampade ad incandescenza hanno una durata media di circa 1000 ore, prima che il filamento si assottigli troppo e superi la soglia di rottura.
Il vantaggio principale nell’utilizzare la lampada ad incandescenza è la mancanza assoluta di tremolio nell'emissione, oltre che la fornitura di una luce chiamata “calda”.

Le lampade alogene sono più efficienti delle normali lampadine ad incandescenza, in quanto emettono luce bianca e nitida, con minor dispendio di energia. Questo tipo di lampada è la più adatta, rispetto a quelle a fluorescenza, nei casi con frequenti cicli di accensione e spegnimento, per esempio nei luoghi di passaggio e quindi per brevi periodi di tempo inoltre garantiscono un migliore controllo del fascio luminoso consentendo di orientare la luce con maggiore precisione.
Le lampade alogene ad incandescenza hanno una resa migliore di circa 20 lumen per Watt, grazie all'elevata temperatura di emissione della luce, che consente di ottenere la tonalità bianca ed una migliore resa dei colori. Queste lampade hanno una durata media doppia rispetto alle normali lampade ad incandescenza pari a circa 2000 ore.

La luce delle lampade fluorescenti risulta più diffusa e meno diretta rispetto alle sorgenti puntiformi, come le lampade ad incandescenza ed alogene.
Per questo motivo sono ideali per l'illuminazione di ampi spazi, come uffici ed edifici commerciali, industriali e pubblici.
Producono una luce molto simile alla luce naturale. Queste lampade hanno un' ottima riproduzione del colore e una maggiore durata.

Le moderne lampade fluorescenti compatte o lampade di classe A pur avendo dimensioni ridotte, garantiscono minore consumo energetico, una durata notevolmente maggiore, e costi di manutenzione quasi nulli.
Le lampade fluorescenti compatte possono dunque sostituire le comuni lampadine incandescenti.
Nelle lampade fluorescenti, il vapore di mercurio viene eccitato da un campo elettrico tra gli elettrodi, emettendo radiazioni UV invisibili e le polveri fluorescenti poste sulla parete interna del vetro, trasformano le radiazioni UV in luce visibile.
A seconda delle combinazioni delle polveri è possibile ottenere tonalità di luce diverse.
Le lampade fluorescenti compatte sono più corte rispetto a quelle comuni, avendo il tubo della scarica ripiegato.
Hanno l'attacco a vite E27 ed E14, conosciuti anche come attacco Edison ed attacco Mignon in cui è incorporato anche il reattore elettronico.
Queste lampade sono indicate in ambienti interni ed esterni, per un uso prolungato con accensioni poco frequenti.

Il maggiore costo, anche 5 o 10 volte rispetto alle lampade tradizionali, viene compensato nel tempo dal risparmio energetico che si ottiene con l'uso e principalmente se si acquistano quelle classificate con la lettera A.
Una lampada fluorescente compatta dura 15 volte di più e consuma solo il 20% di energia elettrica a pari intensità luminosa.

Sostituendo le lampadine, ad esempio, una famiglia media di quattro persone può risparmiare fino all’80% sui consumi di energia elettrica.
Ovviamente si consiglia di sostituire le lampadine che si utilizzano di più, come quelle della cucina o degli ambienti di lavoro, del bagno, lasciando per ultime quelle della cantina e del garage.

Interventi di ottimizzazione

Nei vari settori industriali le politiche di intervento nell’area illuminazione, mancano di una cultura diffusa dedicata al risparmio energetico.

L’intervento più comune di risparmio è la sostituzione delle lampadine ad incandescenza con quelle a fluorescenza, che emettono una quantità di energia luminosa superiore alle prime a parità di consumi. L’intervento è tanto più efficace quanto più si necessita di un impiego per periodi prolungati e abbastanza lunghi. Le lampade alogene hanno un consumo da 25 a 50 volte superiore rispetto alle lampade a fluorescenza a basso consumo.

Alcuni esempi operativi di interventi in azienda sono:

• Sostituzione dei tubi fluorescenti da 38 mm con quelli a maggior flusso luminoso da 26 mm;
• Inserimento di un sistema di controllo dell’illuminazione, soprattutto in grandi ambienti, attraverso dei regolatori funzionanti in base all’intensità luminosa della luce naturale;
• Utilizzo di temporizzatori, in grado di rilevare la presenza o meno di persone in una certa area.