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Riuso e innovazione : applicazione della mini-cogenerazione a biomassa su edifici rurali abbandonati

Giuseppe Musumeci

Riuso e innovazione : applicazione della mini-cogenerazione a biomassa su edifici rurali abbandonati.

Rel. Daniela Bosia, Orio De Paoli, Guglielmina Mutani, Giuseppe Genon. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per La Sostenibilità, 2013

Abstract:

Concetti come il riuso degli edifici rurali abbandonati, la dipendenza energetica dall’estero, l'inquinamento, i cambiamenti climatici, le variazioni estreme nel prezzo del petrolio e l'utilizzo di tecnologie innovative, verranno abbondantemente trattati all’interno del seguente elaborato. Diventa, così, obbligatorio affrontare determinate tematiche all’interno di un progetto di recupero e riuso di edifìci rurali abbandonati, con lo scopo di poter puntare verso una sostenibilità globale del progetto.

La strada da percorre è quella del risparmio e del rinnovo di nuove fonti energetiche non solo alternative al petrolio, ma anche rinnovabili e sostenibili. A livello europeo sono stati presi, in questo senso, degli impegni importanti che impongono, entro il 2020, di raggiungere obiettivi piuttosto complessi. Non è ancora ben chiaro quali siano le tecniche e gli strumenti utili al raggiungimento di questi obiettivi.

Le possibilità offerte dalle nuove tecnologie per la mini cogenerazione a biomassa mi hanno spinto a scrivere questo elaborato, al fine di trasmettere le informazioni necessarie, sia metodologiche che attuative, per capire quali siano le ricadute sul territorio, sotto il punto di vista economico, sociale ed ambientale. Si ha quindi l’opportunità di raggiungere gli obiettivi di sostenibilità energetica fissati a livello comunitario accompagnandoli con una crescita economica e con effetti positivi sul territorio. In questo testo si cercherà di capire quale tipologie di riuso è meglio adottare per le cascine abbandonate e per quale motivo sia utile fare piccoli impianti di cogenerazione a biomassa distribuiti sul territorio. Il culmine del lavoro prevede l’applicazione delle ricerche scientifiche (architettoniche ed impiantistiche) all’interno di un caso studio reale, nella fattispecie la cascina Favetti situata a Gassino Torinese.

Nel capitolo 1, Sviluppo rurale sostenibile, si tratterà del recupero dell’architettura rurale affrontato come inversione intelligente di un processo di degrado in atto, facendo sempre attenzione a definire la compatibilità fra la volontà di conservare un volume-testimone e l’esigenza di trasformare le antiche strutture in organismi ancora economicamente autonomi e attivi. Il recupero svolge, in prima istanza, una funzione di tutela del patrimonio architettonico, ambientale e sociale per sottrarre la struttura dalla condizione di degrado e abbandono. Bisogna considerare che negli ambiti rurali, questo obiettivo può essere raggiunto solo mettendo il fabbricato in condizione di produrre ancora. Nessun agricoltore può permettersi il lusso di mantenere una struttura costosa, che risulti inutile o, ancor peggio, inutilizzabile. Nasce, cosi, la necessità di studiare la tipologia di riuso più adatta, distinguendola in agricola e non agricola.

L’agricoltura ricopre un ruolo importante all’interno di qualsiasi tipologia di scenario. Per questo motivo risulta doveroso, se non quasi imprescindibile, pensare al riuso di una cascina rurale abbandonata inserendo questa tematica.

Il nodo cruciale gira intorno alla tematica della quota maggiore di reddito, che differenzia una azienda agricola industriale (che ha al suo interno attività ricettive per ampliare il suo reddito) da un’agricoltura turistica dove il reddito predominante risulta essere quella ricettiva.

La complessità del tema risiede nel fatto che qualsiasi intervento di recupero che miri al promuovere la rifunzionalizzazione, deve confrontarsi con realtà economiche in continua trasformazione. Le soluzioni vanno ricercate facendo molta attenzione tanto alla fabbrica costruita quanto all’impresa agricola che deve utilizzarla. La modalità dovrebbe garantire una conservazione dinamica o una trasformazione rispettosa delle identità locali.

Nel capitolo 2, Sostenibilità ambientale ed energetica, si descriverà la necessità di ridurre l’impatto ambientale ed energetico prodotto dagli edifici, con lo scopo di raggiungere gli obiettivi del “20-20- 20” emanati dalla Comunità Europea.

L’obiettivo che oggigiorno ci si prefissa è comprendere gli aspetti di riduzione e uso razionale dell’energia, contenere il consumo delle risorse non rinnovabili e ridurre l’impatto ambientale dei sistemi energetici a servizio degli edifici. Per raggiungere tali mete occorre ragionare su due aspetti: il sistema edificio e il sistema impianto.

Per realizzare un sistema energicamente efficiente è necessario, quindi, massimizzare gli apporti energetici naturali e minimizzare le dispersioni termiche interne. Occorre cioè un involucro che reagisca in maniera flessibile alle sollecitazioni esterne minimizzando le dispersioni termiche nel periodo invernale limitando l’innalzamento della temperatura nel periodo estivo.

Per contro il sistema impianto dovrà essere modulato in maniera adeguata alle reali efficienze dell’involucro edilizio. Ovviamente progettare un involucro che massimizzi i guadagni di energia e minimizzi le perdite permette l’inutilizzo di sistemi impiantistici di elevata potenza.

In definitiva è logico affermare che una progettazione energeticamente efficiente deve prevedere sia una corretta coibentazione dell’involucro edilizio, sia un’adeguata scelta delle apparecchiature coinvolte nell’impianto di climatizzazione.

Si è passati così alla stesura del capitolo 3, Le fonti rinnovabili: la biomassa, con lo scopo di andare ad individuare quale risorsa rinnovabile sia più conveniente da sfruttare all’interno di scenari rurali. La scelta è ricaduta sulla biomassa solida, in quanto sono le più simili alle fonti fossili e possono essere accumulabili e utilizzate in modo programmato. Verrà illustrato il significato di biomassa, l’uso che se ne può fare ed il suo utilizzo a livello normativo.

Nel capitolo 4, La tecnologia, si cercherà di capire le motivazioni per la quale sia utile installare piccoli impianti cogenerativi a biomassa, distribuiti nel territorio, quanto più possibile vicini alle fonti e all’utenza. Approfondirò le tematiche inerenti agli impatti sul territorio, ai rischi e alle opportunità che le entità locali possono ricevere dalla loro realizzazione. Si valuteranno i principali inquinanti emessi durante i processi di combustione e i limiti normativi alla cogenerazione di questi inquinanti nelle emissioni atmosferiche. Si analizzeranno le fasi in cui si generano gli impatti ambientali e gli strumenti per valutarne, approfondendolo all’interno del caso studio esaminato.

Successivamente, sempre inerente alla tematica della tipologia di fonte rinnovabile utilizzata, si prenderà in esame il decreto rinnovabile 28/11, e verranno evidenziati i punti in cui si fa riferimento alla mini e micro cogenerazione a biomassa per quanto riguarda gli aspetti legati alla generazione sia elettrica sia termica.

Si passa cosi ad affrontare il tema della cogenerazione e si darà spazio alle tecnologie per la piccola taglia a biomassa, mettendo in risalto le sinergie che si possono innescare per sviluppo degli impianti distribuiti sul territorio.

Si parlerà di alcuni criteri da adottare nella progettazione di un impianto di cogenerazione a biomassa, partendo dalla caratterizzazione dell’utenza termica e sviluppando tutto il processo progettuale.

Il culmine del lavoro lo si ottiene con la stesura del capitolo 5, Il caso studio, andando a definire un progetto architettonico preliminare di riuso del fabbricato in esame, andando ad inserire delle funzioni tipiche del turismo rurale, con il fine di rivitalizzare l’intera area. Segue lo studio energetico e impiantistico con l'obiettivo di definire il bilancio energetico globale e di conseguenza la cassa energetica di appartenenza. Come ultimo elaborato, è stato svolto uno studio di impatto ambientale andando a confrontate lo scenario attuale con quello ipotetico, ottenendo così il bilancio energetico. Infine, nel capitolo 6, Conclusioni, verranno riportate le principali considerazioni sul lavoro svolto, evidenziando i pregi e le criticità derivanti dall'utilizzo del mini impianto a biomassa per produrre simultaneamente energia elettrica e termica.
Relatori: Daniela Bosia, Orio De Paoli, Guglielmina Mutani, Giuseppe Genon
Tipo di pubblicazione: A stampa
Soggetti: R Restauro > RA Restauro Artchitettonico
S Scienze e Scienze Applicate > SL Scienze
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Architettura Per La Sostenibilità
Classe di laurea: NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3097
Capitoli:

Capitolo 1- SVILUPPO RURALE SOSTENIBILE

1.1 Introduzione

1.2 L’ambito di riferimento

1.3 La problematica dell’abbandono

1.3.1 Unità abitative

1.3.2 Unità produttive

1.4 Limiti della sostenibilità

1.5 Metodologie di recupero

1.6 Il riuso

1.7 Scelta della nuova destinazione

1.8 Destinazione d’uso non agricolo

1.8.1 Qualità dell’abitare:rurale vs urbano

1.8.2 La residenza rurale

1.9 Destinazioni d’uso agricole

1.9.1 Aree rurali e configurazioni turistiche

1.9.2 Turismo rurale e turismo nelle aree rurali

1.9.2.1 Dalla campagna agricola alla campagna rurale

1.9.2.2 Il modello di sviluppo rurale neo endogeno e il turismo rurale

1.9.2.3 Il concetto di turismo rurale integrato

1.9.3 Il ruolo dell’azienda agricola

1.9.3.1 La transizione aziendale

1.9.3.2 Diversificazione: ostacoli vs successi

1.9.3.3 Azienda agricola turistica

1.9.1 Componenti del turismo rurale

1.9.4.1 La mobilità

1.9.4.2 II pernottamento

1.9.4.3 Educazione rurale

1.10 Esempi

Capitolo 2- SOSTENIBILITÀ’ AMBIENTALE ED ENERGETICA

2.1 Introduzione

2.2 Il problema ambientale

2.2.1 Inquinanti primari

2.2.1.1 Monossido di carbonio

2.2.1.2 Ossido di azoto

2.2.1.3 Ossido di zolfo

2.2.1.4 Composti organici volatili

2.2.1.5 Particelle sospese totali

2.2.2 Inquinanti secondari

2.2.3 La dipendenza fossile

2.2.4 Il picco di Hubbert

2.2.5 Analisi delle prestazioni ambientali

2.3 L’efficienza energetica

2.3.1 Efficienza energetica in Italia

2.3.2 Efficienza energetica in edilizia

2.3.2.1 Consumi energetici nel settore civile

2.3.2.2 Involucro edilizio

2.3.2.3 Progettazione di edifici a basso consumo energetico

2.3.3 Comportamento energetico dell’involucro edilizio

Capitolo 3- LE FONTI RINNOVABILI: LA BIOMASSA

3.1 Le fonti rinnovabili

3.1.1 Confronto europeo

3.1.2 Situazione italiana

3.2 Confronto qualitativo

3.2.1 II mercato dell’energie rinnovabili

3.2.2 Energia rinnovabile negli ambiti rurali

3.3 La bioenergia

3.4 La biomassa solida

3.4.1 Le forme in cui si presenta la biomassa

3.4.1.1 Il cippato e il pellet

3.4.2 Biomasse forestali e residui dell’industria del legno

3.4.3 Biomasse da colture energetiche dedicate

3.4.4 Biomasse agricole

3.4.5 Calcolo dell’energia elettrica producibile da biomassa .

Capitolo 4- LA TECNOLOGIA INNOVATIVA

4.1 La cogenerazione

4.1.1 Vantaggi e limiti della cogenerazione

4.1.2 La trigenerazione

4.2 La micro e mini cogenerazione a biomassa

4.2.1 Combustione esterna e recupero termoelettrico

4.2.1.1 Sistemi di combustione

4.2.1.2 La caldaia

4.2.1.3 Il motore cogenerativo

4.2.1.4 Confronto tra le tecnologie individuate

4.2.1 La gassificazione della biomassa

4.2.2 Verso il futuro: le fuel celi

4.3 Criteri per la progettazione

4.3.1 L’utenza termica

4.3.2 II limite inferiore della taglia

4.3.2 La fattibilità economica

4.4 Esempi

5.1 Inquadramento geografico

5.1.1 II sistema insediativo:le cascine

5.1.2 Destinazione d’uso

5.1.3 Le aree agricole

5.1.4 II verde

5.1.5 La rete stradale

5.1.6 La rete fluviale

5.1.7 Rischio idrogeologico ...Y.

5.2 Inquadramento climatico

5.3 Inquadramento storico

5.3.1 Prima parte: dal neolitico al ‘900 d.C

5.3.2 Seconda parte: dal ‘900 al 1300 d.C

5.3.3 Terza parte:dal 1300 al 1630 d.C

5.3.4 Quarta parte: dal 1630 a oggi

5.3.5 La cascina Favetti

5.4 Inquadramento PRGC

5.5 Stato di fatto

5.5.1 II rilievo

5.5.2 Ripresa fotografica

5.6 II progetto di valorizzazione

5.6.1 I nuovi circuiti

5.6.2 II progetto architettonico

5.6.3 II progetto impiantistico

5.6.4 Comportamento termico dell’edificio

5.6.4.1 Zona A

5.6.4.2 Zona B

5.6.4.3 Zona C

5.6.4.4 Totale delle tre zone: edifici A-B-C

5.6.5 Valutazione del fabbisogno energetico dell’edificio

5.6.6 Il progetto ambientale

6.1 Considerazioni finali

6.2 Ringraziamenti

6.3 Bibliografia

6.4 Riviste e pubblicazioni..

6.5 Webliografia

6.6 Seminari e conferenze...

6.7 Allegati

6.7.1 Cenni normativi riferiti al capitolo 1

6.7.1.1 Indirizzi internazionali

6.7.1.2 Indirizzi nazionali

6.7.1.3 Il piano di sviluppo della regione Piemonte

6.7.1.4 Norme Piemontesi a fini abitativi

6.7.1 Cenni normativi riferiti al capitolo 3

6.7.2 Cenni normativi riferiti al capitolo 4

6.7.3.1 Livello nazionale

6.7.3.2 Normativa riguardante la cogenerazione

6.7.3.3 Delibera per l’autorità dell’energia elettrica 42/02

6.7.3.4 Direttiva 11 febbraio 2004/08 e decreto legislativo dell’8 febbraio 2007/20

6.7.3.5 Norme sulla micro-mini cogenerazione

6.7.3.6 D.lgs n.24 del 3 Marzo 2011

6.7.3.7 D.lgs 3 Aprile n.192

6.7.4 D.gls 28/11

6.7.5 Associazione Nazionale Termotecnici e Areatori

6.7.6 CTI 09 Comitato Territorio Italiano

6.7.7 Stralci UNTS 11300-2/4

6.7.8 Stralci PRGC Gassino Torinese

6.7.9 Dati tecnici motori cogenerativi

6.7.10 Risultati Termolog

- Involucro

- Impianto

-Certificazione energetica

6.7.11 Tavole

Inquadramento geografico

Stato di fatto

Progetto architettonico
Bibliografia:

Gestore Dei servizi Energetici (a cura di), Rapporto statistico 2012: impianti a fonti rinnovabili, Roma, Enea, 2012, pp. 3-16, pp. 67-89 e pp. 105-108;

Luca Raimondo, Guglielmina Mutani, Chiara Massaia, La procedura di certificazione energetica: dal sopralluogo all’attestato: il sistema edificio impianto, le prestazioni energetiche, gli interventi di riqualificazione, gli oneri: schede, esempi modulistica, Santarcangelo di Romagna (RN), Maggioli Editore, 2012, pp. 79-97;

Alessandro Guercio, Mine e micro cogenerazione a biomassa: tecnologie e criteri progettuali, Palermo, Dario Flaccovio Editore, 2011, pp. 15-129;

Gianluca Toso, Fonti rinnovabili di energia Volume II: solare termico, geotermico, pompe di calore ad acqua di falda, biomassa, biogas, eolico, Torino, Levrotto & Bella, 2011, pp. 94-130 e pp. 131-197;

Fulvio Lanzarone, Progettare il recupero edilizio: le patologie e gli interventi più frequenti nella manutenzione straordinaria degli edifici, Palermo, Flaccovio Editore, 2010, pp. 3-15;

Sonia, Lupica Spagnolo, Guida alla certificazione energetica: leggi nazionali e regionali, norme tecniche UNITS 11300-1/2, Santarcangelo di Romagna (RN), Maggioli Editore, 2010, pp. 13-58 e pp. 206-220;

Vittorio Scialla (a cura di), La guida del sole 24 ore a efficienza energetica e fonti rinnovabili: 30 tecnologia per la sostenibilità energetica, Milano, Il sole 24 ore, 2010, pp. XV-XXI, pp. 63-76 e pp. 133 pp. 155-157;

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Daniela Cinti (a cura di), Turismo rurale e progetto di paesaggio: la Vaitiberina toscana per un turismo culturale e naturale sostenibile: atti del seminario di Firenze 13 maggio 2009, Firenze, Alinea, 2009, pp. 60-77;

Maria Cecilia, Roberta Luschi, Michele Cornietti e Angela Pintore (a cura di), Edilizia rurale e paesaggio agrario tra passato e futuro: atti della giornata di studi- Castiglion Fiorentino 15 maggio 2008, Firenze, Alinea, 2009, pp. 17-19, pp. 35-37, pp. 45-46, pp. 57-61 e pp. 97-120;

AA.VV., Sociologia urbana e rurale della regione Piemonte, Torino, Regione Piemonte, 2007.

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Macchi Ennio, La micro cogenerazione a gas naturale, Milano, Polipress, 2005, pp. 4-12, pp. 23-25 e pp. 229-244;

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M.Trascilungo, C.Ronchetta, L. Palmucci (a cura di), Elementi strutturali e tipici delle cascine di Torino , Firenze, Edifir, 1996, pp. 260-295.

Pietro Aragno, Cascine di Settimo Torinese: tra il Freidano e la Bealera Nuova, Torino, Musumeci, 1996, pp. 5-7, pp. 11-53, pp. 45-46 e pp. 293;

Giovanni Maddio, Notizie storiche del comune di Gassino Torinese, Torino, Edizione il Ponte, 1985, pp. 7-115.

6.4 Riviste e Pubblicazioni

G.Genon, D.Panepinto, (2012), Biomass Thermal Treatment: Energy Recovery, Environmental Compatibility and Determination of External Costs;

Matteo Cadozzi (a cura di), (2012), Know-how la marcia in più dell’Italia;

Ajcarr Journal, (novembre/dicembre 2011), Generazione distribuita: cogenerazione e incentivi, PES e IRE a confronto, rigenerazione negli edifici, condizionare mediante rotori deumidificati, sistemi di accumulo energetico, micro cogenerazione residenziale;

Franco Stefani, (2009), Dalla diversificazione un futuro per l’azienda agricola;

G.Genon, D.Panepinto, (2009), Combustione di biomasse: Recupero energetico e compatibilità ambientale;

Leilei Dong, Hao Liu , Saffa Riffat (2009), Development ofsmall-scale and micro-scale biomass-fuelled CHP systems - A literature review, Applied Thermal Engineering;

Viktor Dorer, Andreas Weber, (2009), Energy and C02 emissions performance assessment of residential micro-cogeneration systems with dynamic whole-building simulation programs, Energy Conversion and Management 50.

6.5 WEBLIOGRAFIA

http://www.qassino.it

www.itabia.it (Italian Biomass Association);

www.qse.it (Gestore Servizi Energetici);

www.enea.it (Agenzia Nazionale perle nuove tecnologie);

www.fire-italia.it (Federazione Italiana per l’uso Razionale dell’Energia);

www.nrel.com (National Renewable Energy LAboratiry usa);

www.nextvlle.it

www.piemonte.campagna.it

http://www.turboden.eu/it

http://www.inqeco-enr.it/
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