Impianti solari per distretti / città Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti solari per distretti / città Autori: Paola Caputo Fonti: Conferenza ISES Strategie e modelli di efficienza energetica alla scala urbana Report 2 – Casi di Studio A cura del Dip. BEST del Politecnico di Milano SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Introduzione SUPSI Sommario: Obiettivi: Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Introduzione Sommario: L’applicazione delle tecnologie solari a scala di quartiere o di città presenta caratteristiche differenti rispetto a quella di edificio Si possono avere vantaggi e sinergie Occorrono però misure (normative, amministrative, strutturali …) ed investimenti di tipo diverso Tra le tecnologie solari, si ricordano: Solare passivo PV Solare termodinamico Solare termico (con stoccaggio di calore) Solar cooling Obiettivi: Comprendere le modalità di sfruttamento delle risorse locali, in particolare solari, a scala di distretto / città, facendo riferimento a sistemi passivi e attivi con diversi livelli di complessità SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Distretti solari passivi Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Distretti solari passivi Solarsiedlung am Schlierberg: Il concetto costruttivo del complesso abitativo solare di Schlierberg (Freiburg – D) si fonda sul percorso del sole, tutte le case terrazzate sono rivolte a sud e la distanza tra di loro garantisce il soleggiamento durante i mesi invernali. Inoltre la scelta dei materiali e l'uso dell'acqua e dell'energia offre hai suoi abitanti l’idea di energia rigenerativa. La produzione di calore richiesta da questa piccola comunità viene fornita dalla rete locale di energia solare. Il calore è generato da collettori d'acqua che si trovano sulla Sonnenschiff e da una centrale termica a legno che fornisce sia calore che elettricità; quindi l'energia è interamente rigenerativa. Gli impianti solari che si trovano sulla copertura della Sonnenschiff trasformano l'energia solare in elettricità. L’energia prodotta viene immessa nella rete pubblica SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Distretti solari passivi Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Distretti solari passivi Heerhugowaard Stad van de Zon: “City of the sun” è un’area residenziale a Heerhugowaard (NL), progettata per essere un quartiere a zero emissioni di CO2. Il sole è quindi il punto di partenza sia per le decisioni relative agli aspetti urbani che per quelle inerenti il design architettonico del progetto. Le caratteristiche principali di questo progetto sono: 3.75 MWp di impianti fotovoltaici 100 ettari di foresta (1 kmq) 3 turbine a vento, ognuna con una potenza di 2.3 MWp. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti per la produzione di elettricità PV Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti per la produzione di elettricità PV Strumenti di calcolo per la valutazione degli apporti solari SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti per la produzione di elettricità PV Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti per la produzione di elettricità PV Stabilimento ThyssenKrupp Stahl a Duisburg (D): Sede ThyseenKrupp Stahl a Duisburg-Beeckerwerth (D) Potenza: 51 kWp Sono stati utilizzati moduli della United Solar Ovonic combinati con pannelli in acciaio “ReflectionsOne” della ThyssenKrupp. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti per la produzione di elettricità PV Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti per la produzione di elettricità PV Centro Optic Technium: Sede Optic Technium a St. Asaph (UK) Potenza impianto: 85 kWp Si tratta della più larga installazione CIS europea (1000 mq) iniziata nel settembre 2003 e completata a gennaio 2004 (ca. 5 mesi), composta da 2400 moduli Shell CIS montati su una parete/tetto curva. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti per la produzione di elettricità solare termodinamica Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti per la produzione di elettricità solare termodinamica Nel solare termodinamico viene utilizzata l'energia solare per riscaldare un fluido e produrre vapore; il vapore potrà poi essere utilizzato per produrre energia elettrica tramite delle turbine seguendo il flusso comune a una normale centrale termoelettrica a combustibile fossile. L' energia elettrica rispetto al fotovoltaico è prodotta cosi per via indiretta. Analizzando i dati relativi al rendimento di conversione del solare termodinamico nei siti sperimentali esistenti, si può notare che il rendimento molto buono rappresentato dall'efficienza iniziale dovuta alla trasformazione dell'energia solare in energia termica, viene via via ridotto nelle successive fasi della lavorazione fino a raggiungere valori più bassi dei sistemi fotovoltaici se si considerano le produzioni medie annuali di energia elettrica. La complessità intrinseca di questi sistemi gioca un ruolo fondamentale sul  rendimento di conversione inoltre lo stesso è influenzato molto dal sito di installazione molto più del solare fotovoltaico, dato che nel termodinamico è sfruttabile solo la componente diretta dell'energia solare. Questo di fatto esclude la possibilità di poter utilizzare il termodinamico su scala globale dato che solo alcune zone del pianeta sarebbero utilizzabili. ( le zone aride e secche sono le più adatte ). SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianto solare termodinamico Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianto solare termodinamico Nevada Solar One La Nevada Solar One è la terza più grande centrale ad energia solare al mondo con una capacità nominale di 64 MW e una massima di 75 MW, a giugno 2007. Il progetto ha richiesto un investimento di 266 milioni di dollari e la produzione energetica stimata ammonta a 134 milioni di KWh all’anno. Nevada Solar One usa più di 180,000 specchi parabolici che concentrano i raggi solari su tubi che corrono lateralmente agli specchi e contengono un fluido facilmente riscaldabile (ricevitori solari). Questi speciali L’impianto è composto da 18,240 tubi rivestiti in vetro e acciaio lunghi 4 metri. Il fluido si riscalda fino a 390°C, il calore si trasferisce all’acqua che diventata vapore passa attraverso turbine. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianto solare termodinamico Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianto solare termodinamico Andasol 1: Andasol 1 è la prima centrale ad energia solare prodotta da 510’000 mq di specchi parabolici lineari (50 MW), vicino a Guadix, nella (Granada - Spagna - insolazione: 2000 kWh/mq annuo). Il calore generato nel campo solare sarà stoccato in una miscela fusa di nitrato di sodio al 60% e di potassio al 40% (entrambe le sostanze sono innocue). Durante il processo di pompaggio dal serbatoio freddo al serbatoio caldo, il sale fuso assorbe calore supplementare portandosi da una temperatura di ingresso di 280°C, ad una temperatura di uscita di circa 380°C. IL sistema di accumulo termico completamente caricato può mantenere la turbina in funzione per almeno 7.5 ore. L’impianto, costato 310 milioni di euro, copre la domanda energetica di circa 50,000 abitazioni. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti solari termici Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti solari termici Strumenti di calcolo per la valutazione degli apporti solari SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti solari termici Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti solari termici Strumenti di calcolo per la valutazione degli apporti solari SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti solari termici Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti solari termici Haus röher Höhe: Nuova casa per anziani – 76 appartamenti – a Stoccarda (Germania) Secondo il piano regolatore locale (risalente al 1970) in questa zona l’unica fonte energetica per il riscaldamento utilizzabile è l’energia elettrica. Concetto energetico: 161 mq di collettori solari termici Pompa di calore elettrica da 175 kWh con 28 sonde geotermiche (profondità di 100 metri) 3 accumulatori elettrici I collettori, orientati a sud, sono utilizzati per produrre acqua calda sanitaria durante l’estate, mentre in inverno viene preriscaldata il fluido termovettore del sistema di riscaldamento. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti solari termici Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti solari termici Piscines Picornell: Centro sportivo Picornell – pensilina per il parcheggio – Barcellona (Spagna) I 176 collettori solari formano una superficie di 334 mq, inclinata di 15° e orientata a sud. Il sistema consiste in 4 file di collettori solari in grado di scaldare 3’540 l/h di acqua, utilizzata per le docce della piscina e della palestra. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianto solare termico con stoccaggio Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianto solare termico con stoccaggio Heumatt - Zurigo SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti di solar cooling Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti di solar cooling Il principio generale è la produzione di freddo a partire da una sorgente di calore. In sintesi i passaggi che descrivono la produzione sono: la sorgente di calore sole irraggia energia che viene assorbita dai collettori solari; la produzione di freddo avviene per mezzo delle macchine frigorifere; il fluido freddo termovettore, acqua o aria, a seconda del tipo di macchina viene impiegato ai fini del condizionamento degli ambienti. Le installazioni di “raffrescamento da fonte solare” vengono per il momento realizzate in relazione ad attività industriali. Nella quasi totalità si tratta di impianti per il condizionamento degli ambienti, non legati, cioè, ad esigenze di processo o lavorazione. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti di solar cooling Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti di solar cooling SARANTIS: Tra i casi più interessanti segnaliamo l'azienda cosmetica SARANTIS (Atene - Grecia) che accoglie l'impianto di raffrescamento più grande del mondo, con 2700 mq di collettori piani e 2 macchine ad adsorbimento da 350 kW, preposti alla climatizzazione estiva ed invernale di un edificio di 22.000 mq. Strategia di controllo orientata al risparmio di energia elettrica attraverso il solar cooling. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Impianti di solar cooling Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Impianti di solar cooling Cantina di Banylus: Un rarissimo caso di supporto al processo, è rappresentato dalla Cantina di Banylus (Francia), dove un impianto esclusivamente alimentato ad energia solare è preposto al condizionamento della cantina di invecchiamento (130 mq di collettori a tubi evacuati, macchina ad assorbimento a acqua e bromuro di Litio da 52kW). Il sistema è sprovvisto di serbatoio sul primario, poiché il volano termico è costituito dai tre milioni di litri di vino presenti nella cantina. Si tratta di uno degli impianti più vecchi, in funzione da più di 13 anni senza problemi. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Considerazioni SUPSI Impianti a scala di quartiere / città Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Considerazioni Impianti a scala di quartiere / città Elettricità solare: Vantaggi Svantaggi Riscaldamento solare: Solar cooling: SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Riferimenti e risorse SUPSI Riferimenti / Risorse: Sistemi solari a scala di città/quartiere: modulo 5 _ lezione 3 Riferimenti e risorse Riferimenti / Risorse: Solare termico: stato dell’arte e applicazioni – Luca Colasuonno, Dip. Energia, Politecnico di Milano Soluzioni innovative per il condizionamento degli edifici “Il solar cooling” – FAST Federazione delle associazioni scientifiche e tecniche Conferenza ISES SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA