7° Congresso Nazionale AIGE – Rende (Cosenza), 10-11 Giugno 2013

SOMMARIO Il rapido e consistente aumento demografico mondiale, accompagnato negli ultimi anni da un progressivo fenomeno di

inurbamento della popolazione, ha portato più del 50% della popolazione mondiale a vivere in aree urbane, dato destinato inevitabilmente a crescere, secondo le stime dell’Organizzazione delle Nazioni Unite, con oltre il 70% della popolazione complessiva residente entro il 2050 nelle città. Tale accentramento è altresì connesso alla crescita spropositata delle unità abitative, non congruente con la crescita demografica, determinata da scelte politiche tese a dare all’edilizia una funzione trainante per l’economia e non per le reali necessità abitative. In Europa, tra il 1998 e il 2007 gli investimenti in costruzioni sono aumentati del 25,3%, con punte superiori al 70% in Paesi quali l’Irlanda, la Grecia e la Spagna che di lì a poco avrebbero conosciuto una pesante crisi sistemica. L’effetto risultante è stata una progressiva degenerazione della periferia urbana sia da un punto di vista umano che strettamente territoriale, con la creazione di veri e propri “centri di consumo” di risorse naturali (prodotti agricoli, energia, acqua, ecc.), che sottopongono ad una enorme pressione la capacità dei governi e delle amministrazioni locali di fornire anche i soli servizi essenziali.

Uno degli strumenti necessari per la realizzazione di un modello di sviluppo sostenibile è sicuramente la pianificazione energetica del territorio; la capacità dello stesso di saper prevedere ed utilizzare correttamente i flussi di energia in ingresso al proprio ecosistema, trasformandoli in beni e servizi per la collettività. Ciò può essere attuato con idonei strumenti normativi e metodologie di pianificazione che consentano di individuare e/o definire specifici indicatori di sostenibilità energetica.

In tale lavoro gli autori intendono fornire una panoramica sugli strumenti tecnici e normativi attualmente disponibili sul territorio nazionale, che consentano di analizzare il “sistema energetico” dell’area territoriale in esame, mettendone in evidenza le criticità, le problematiche e i punti di debolezza su cui intervenire con una programmazione mirata. Verrà, inoltre presentato, come esempio di pianificazione energetica, un caso di studio eseguito su una realtà territoriale implementato all’interno del Sistema Informativo Territoriale (Geographic Information Systems - GIS).

STRUMENTI E METODOLOGIE PER LA PIANIFICAZIONE ENERGETICA TERRITORIALE

M. Dell’Isola, A. Frattolillo, A. Massimo

Dipartimento di Ingegneria Civile e Meccanica - Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale

a.massimo@unicas.it- tel. 0776 2993703 – fax 0776 2993393

1. INTRODUZIONE L'esigenza di conciliare crescita economica ed equa

distribuzione delle risorse in un nuovo modello di sviluppo si è evidenziata agli inizi degli anni ’70, in seguito all'avvenuta presa di coscienza che il concetto di sviluppo classico, legato esclusivamente alla crescita economica, avrebbe causato in un breve lasso di tempo il collasso dei sistemi naturali. Di fronte all’evidenza del costante deterioramento dello stato di salute del pianeta, della scarsità delle risorse disponibili insufficienti a fronte all’esponenziale incremento demografico e dell’inefficacia dei regimi di tutela nazionali nel porre rimedio ad un fenomeno che per sua natura non conosce confini geografici, un approccio concertato a livello internazionale era divenuto improcrastinabile. La Conferenza delle Nazioni Unite sull’ambiente umano (United Nations Conference on the Human Environment, UNCHE), tenutasi a Stoccolma nel 1972, ha rappresentato il primo tentativo in tal senso. Prima di allora le problematiche inerenti al degrado ambientale non erano percepite come prioritarie né dagli Stati Membri né dall’opinione pubblica internazionale. Lo sviluppo economico e industriale non aveva ancora mostrato il suo impatto sull’ambiente e i rapporti tra gli Stati erano improntati prioritariamente al rispetto della propria sovranità territoriale.

Il concetto di sostenibilità, nelle sua eccezione più ampia, è da intendersi non come uno stato o una visione immutabile,

ma piuttosto come un continuo processo dinamico, che richiama la necessità di coniugare congiunte dimensioni fondamentali dello sviluppo quali: l’Ambiente, l’Economia ed il Sociale.

Per sostenibilità ambientale si intende la capacità di preservare e valorizzare l’ambiente in quanto elemento distintivo del territorio, garantendo al contempo la tutela e il rinnovamento delle risorse naturali e del patrimonio. Per sostenibilità economica si intende la capacità di produrre e mantenere all’interno del territorio il massimo del valore aggiunto combinando efficacemente le risorse, al fine di valorizzare la specificità dei prodotti e dei servizi territoriali generando reddito e lavoro per il sostentamento delle popolazioni. In fine per sostenibilità sociale si intende la capacità di garantire condizioni di benessere umano (sicurezza, salute, istruzione) equamente distribuite per classi e per genere.

Trattare il tema dell’energia senza perdere di vista il territorio è indispensabile per la realizzazione di un modello di sviluppo energetico che rispetti le peculiarità e le vocazioni delle diverse entità territoriali coinvolte. È necessario, cioè, che il territorio non sia concepito come una base inerte su cui installare centrali per la produzione di energia, secondo logiche incentrate sulle caratteristiche fisiche e tecniche degli impianti e delle reti distributive, ma che si pensi a esso come a un “valore” da rispettare, potenziare, e di integrazione con

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esso al fine di implementare pianificazioni energetiche incisive.

2. RIFERIMENTI NORMATIVI

Gran parte dei dibattiti in corso, per quanto riguarda le città sostenibili, si concentrano principalmente sui problemi legati ai grandi agglomerati urbani. Tuttavia, piccoli insediamenti urbani stanno crescendo rapidamente e la maggior parte degli abitanti delle città oggi risiedono in centri urbani più piccoli.

Per garantire un adeguato sviluppo delle tecnologie in grado di utilizzare maggiormente le fonti di energia rinnovabili, di ridurre il contributo antropico ai cambiamenti climatici e, al contempo, assicurare un approvvigionamento energetico sicuro ed efficace, capace di sostenere livelli di crescita economico-sociale, le politiche energetiche e i meccanismi di incentivazione che da esse scaturiscono, si sono rivelati strumenti chiave indispensabili.

I Piani Energetici Territoriali sono gli strumenti attraverso i quali l'Ente governativo programma, indirizza ed armonizza nel proprio territorio gli interventi strategici in tema di energia. Si tratta di un documento tecnico nei suoi contenuti e politico nelle scelte e nelle priorità degli interventi. La predisposizione di adeguate politiche energetiche territoriali è imposta dalla sempre più attenta normativa nel settore energetico, alle esigenze del contenimento dei consumi e delle emissioni di gas serra a livello planetario.

Il primo tentativo internazionale di giungere a comuni accordi per la riduzione, in tempi e quantità definite, delle emissioni in atmosfera di gas serra, risale al 1997 con il Protocollo di Kyoto [1], redatto e sottoscritto da più di 160 Paesi ma entrato in vigore solo il 16 febbraio 2005, dopo la ratifica da parte della Russia. A causa della sua complessità e del suo carattere “rivoluzionario”, esso rappresenta il frutto di un laborioso processo di mediazione, durato più di 10 anni. Gli obiettivi prevedevano, rispetto ai dati del 1990, una riduzione del 5,2% per i Paesi industrializzati ed una politica di sviluppo industriale libera da vincoli normativi per i Paesi in via di sviluppo. Tali obblighi, specificamente assegnati per ogni singolo Stato firmatario, in realtà perseguivano obiettivi modesti rispetto alle esigenze imposte dai cambiamenti climatici e per di più prendevano a riferimento la base dei dati disponibili al 1990, anno in cui alcuni Paesi oggi fortemente energivori erano considerati alla stregua di Paesi in via di sviluppo (si pensi alla Cina o India). Ciò nonostante, esso rappresenta il primo tentativo a livello internazionale di generare comportamenti virtuosi in merito al contenimento delle emissioni di gas clima alteranti attraverso l'introduzione di tecnologie sempre più efficienti e/o di sistemi basati su fonti energetiche rinnovabili. Di minore risonanza, ma non certo di secondaria importanza, sono i progressi degli accordi internazionali per una ulteriore e radicale diminuzione delle emissioni acide in atmosfera (ossidi di azoto, anidride solforosa, particelle sospese) culminato nel 1999 con la stesura del Protocollo di Göteborg.

Per quanto riguarda strettamente le politiche di pianificazione energetica, il primo tentativo a livello comunitario, di realizzare un quadro legislativo in tale settore spetta probabilmente all'Italia, che già con le leggi 9-10 [2], [3], del 1991 poneva tra gli obiettivi primari il miglioramento dei processi di trasformazione dell'energia e la riduzione dei consumi energetici nei processi produttivi. Tali leggi, però, non hanno trovato concrete applicazioni per la mancanza di

decreti attuativi. Più recentemente l’Unione Europea ha iniziato a dotarsi di una strategia energetica a lungo termine dapprima con la redazione del "libro verde" [4], quindi con il "Pacchetto energia" meglio noto come Direttiva 20/20/20 [5], ed infine con l'ultima Direttiva 2009/28/CE [6] sulla promozione dell'uso dell'energia da fonti rinnovabili. Esse rappresentano gli indirizzi che la Comunità Europea detta per il raggiungimento degli obiettivi di Kyoto, sostenendo le azioni di sviluppo nazionali e regionali, scambio di "best practise" tra iniziative di sviluppo locali e regionali in materia di produzione di energia da fonti rinnovabili, nonché il decentramento della produzione energetica attraverso le "smart grids", ovvero unità produttive di piccole-medie dimensioni, distribuite omogeneamente sul territorio e collegate direttamente alle utenze e/o a reti a basso voltaggio.

A livello nazionale, meritano attenzione il decreto n. 28 del marzo 2011 in attuazione della direttiva 2009/28/CE e il più recente decreto "burden sharing" [7], un vero e proprio meccanismo di commissariamento energetico delle Regioni, attraverso il quale, sono fissati gli obiettivi vincolanti di ogni singola Regione, obbligate a monitorare annualmente i progressi conseguiti, ed imporre altresì progressive sanzioni economiche per le Regioni inadempienti. A tutt'oggi manca ancora la definizione dei criteri per il monitoraggio dei target stessi. Nel 2014 oltre ad un richiamo formale per le Regioni inadempienti, si passerà, dall'anno successivo ad un vero e proprio contraddittorio con lo Stato, per accertare se l’inadempienza è imputabile alle Regioni o ad altre cause. Nel caso di accertata inadempienza da parte della Regione, le amministrazioni avranno un tempo limite per rimediare, scaduto il quale, scatterà il commissariamento delle politiche energetiche.

Dopo l’adozione del Pacchetto europeo su clima ed energia nel 2008, la Commissione europea ha lanciato il “Patto dei Sindaci” [8] per sostenere gli sforzi compiuti dagli enti locali nell’attuazione di politiche nel campo dell’energia sostenibile. Il Patto prevede un impegno dei Sindaci direttamente con la Commissione europea, per raggiungere almeno una riduzione del 20% delle emissioni di CO2 entro il 2020. I governi locali, infatti, svolgono un ruolo decisivo nella lotta al cambiamento climatico, soprattutto se si considera che l’80% dei consumi energetici e le relative emissioni di CO2 sono associati alle attività urbane. Pertanto il Piano parte dalla conoscenza della situazione locale riguardo ai fattori energetici e alle emissioni di gas serra inclusi nell’Inventario di Base delle Emissioni (IBE) per poi descrivere le numerose azioni previste entro il 2020. Il Piano individua i settori di attività che sono maggiormente responsabili delle emissioni inquinanti, riferendosi a un anno rappresentativo (anno di baseline) e, sulla base dei risultati ottenuti, definisce le Azioni di Piano che concorrono al raggiungimento dell’obiettivo globale.

A livello regionale, lo strumento principale attraverso il quale si programmano e si indirizzano nel proprio territorio gli interventi strategici in tema di energia è rappresentato dal Piano Energetico Regionale (PER). I punti cardine del PER sono principalmente:

a) Bilancio energetico regionale L’analisi del sistema energetico è fatta valutando una sorta

di bilancio energetico tra domanda ed offerta di tutti i soggetti economici e produttivi che agiscono all’interno del territorio regionale. Tale bilancio rappresenta un quadro di sintesi del sistema energetico riferito ad un determinato periodo di tempo, solitamente un anno solare, dal quale è possibile

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dedurre la quantità e la tipologia di energia prodotta, reperita, trasformata e consumata nel territorio. Esso permette non solo di “fotografare” lo stato del sistema energetico (consumi, risorse, flussi, …) in vari istanti, ma anche di valutarne la "vulnerabilità energetica", fornendo indicazioni sull'evoluzione storica del territorio, sui possibili sviluppi futuri, sulle criticità e le potenzialità di risparmio dell'attuale e futura configurazione territoriale e settoriale, fornendo elementi mirati all’individuazione di azioni e politiche di intervento prioritarie.

b) Individuazione dei bacini energetici territoriali

Le Regioni hanno il compito di individuare i bacini omogenei di utenza che, in relazione a la tipologia del sistema insediativo e produttivo, le dimensioni, la disponibilità e/o la cantierabilità di impianti da fonti rinnovabili, e la preesistenza di vettori energetici, costituiscono obiettivi specifici di promozione dell’efficienza e della sostenibilità energetica sul territorio, garantendo il soddisfacimento della domanda energetica attuale e futura.

c) Individuazione delle politiche di intervento e delle risorse finanziarie

L'analisi del sistema energetico, di cui ai punti precedenti, deve consentire la redazione degli scenari programmatici di domanda/offerta energetica nel territorio, individuando gli obiettivi da perseguire in relazione all'abbattimento dei consumi, nonché le risorse finanziarie da destinare alla realizzazione di interventi per il risparmio energetico e per la realizzazione di impianti, sia pubblici che privati, atti alla produzione di energia da fonti rinnovabili o da cogenerazione nel territorio o nei territori confinanti.

Le linee guida dettate dal PER sono recepite, infine, a livello locale (Province e Comuni con popolazione superiore a cinquantamila abitanti) negli analoghi Piani Energetici Ambientali Provinciali (PEAP) e Comunali (PEC). Essi sono pertanto documenti analoghi al PER, finalizzati all'individuazione del bilancio energetico ed alla programmazione di interventi tesi al risparmio energetico ed all’uso delle fonti rinnovabili nel territorio di competenza, con conseguenti ripercussioni positive sulla tutela dell’ambiente. Essendo calati su una realtà territoriale ristretta, essi consentono una analisi di dettaglio:

- l’effettuazione e/o l’aggiornamento del censimento energetico degli edifici di proprietà comunale;

- l’effettuazione del bilancio energetico del territorio comunale suddiviso per settori (civile, agricolo, industriale, trasporti);

- l’individuazione delle azioni tese alla sensibilizzazione, l'informazione dei cittadini, attivando organismi e forme di incentivazione ad hoc;

- l’elaborazione di Capitolati d’Appalto tipo per la gestione energetica degli impianti e degli uffici contenenti forme innovative di risparmio energetico;

- la previsione di quanto altro necessario per rendere il Piano Territoriale uno strumento aggiornabile, modificabile ed adattabile alle esigenze future.

3.STRUMENTI PER UN BILANCIO ENERGETICO TERRITORIALE

Il bilancio energetico è uno strumento essenziale per una

corretta analisi energetica territoriale, che fornisce, per l'area di interesse, ed in maniera sintetica: la tipologia di energia utilizzata, nonché la produzione o l’eventuale sua acquisizione, la trasformazione ed il consumo della stessa. Sotto il profilo geografico, tale strumento riproduce l’immagine di un determinato territorio dal punto di vista energetico, fornendo informazioni sia di carattere quantitativo che qualitativo relative a un dato arco temporale, generalmente un anno; ne evidenzia i consumi complessivi, la relativa composizione e ripartizione tra i differenti settori economici, la capacità produttiva, l’eventuale dipendenza dall’estero. Tale strumento consente, quindi, la caratterizzazione della realtà territoriale in esame, di sviluppare indagini comparative con altre aree geografiche e di descrivere scenari futuri, fondamentali per elaborare ulteriori piani energetici efficaci. Tale screening consente alla amministrazioni locali di avere, sulla base di bilanci storici e di statistiche, una prima valutazione della tendenza evolutiva del territorio interessato o rispetto ad altre aree simili. Come tutti i bilanci, il bilancio energetico raccoglie informazioni sulle entrate e sulle uscita, analizzando, per un determinato intervallo temporale, i dati relativi a:

- le produzioni derivanti da fonti energetiche primarie (fonti fossili e rinnovabili);

- le trasformazioni energetiche (da fonti primarie a secondarie);

- i flussi energetici in ingresso ed in uscita dei diversi vettori energetici con gli altri territori;

- le quantità di energia consumate (ovvero la domanda di energia richiesta dagli utenti finali).

3.1 Le fonti energetiche primarie

La prima informazione contenuta nel Bilancio Energetico

Nazionale è la disponibilità di energia totale e la loro suddivisione per fonti. Questi dati indicano quanta energia viene messa a disposizione da un Paese o per essere consumata direttamente (e.g. l’energia elettrica importata o prodotta dalle centrali idroelettriche) o per essere trasformata in prodotti derivati, tali da essere inviati successivamente al mercato del consumo finale o per essere trasformato in energia elettrica (carbone, gas, elettrica).

Tra le fonti primarie di energia, quelle maggiormente utilizzate, sono le fonti fossili (carbone, petrolio e gas), quelle nucleari (uranio) e le fonti rinnovabili (solare, idraulica, eolica, geotermica).

Le fonti fossili incidono per oltre 70% nei consumi mondiali di energia, seguite a distanza dalle biomasse, dall’idroelettrico e dal nucleare. Esse oltre ad essere fonti non rinnovabili apportano un significativo impatto ambientale, principalmente per le loro emissioni di anidride carbonica in atmosfera causando l’aumento dell’effetto serra e quindi del riscaldamento globale. L’utilizzo sfrenato dei combustibili fossili deriva dal fatto che essi hanno un elevato rapporto energia/volume, sono facilmente trasportabili e stoccabili e costano ancora relativamente poco, anche se bisogna sottolineare l’aumento spropositato del prezzo del barile di petrolio negli ultimi anni. La caratteristica di avere un basso costo ha di molto rallentato lo sviluppo delle energie alternative anche a causa dello stretto legame tra interessi economici e politici di multinazionali e governi.

Si è deciso quindi di utilizzare alcuni degli elementi e dati storici forniti dai bilanci, sia nazionali che regionali, relativi

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all’energia elettrica per poter comprendere più a fondo il trend evolutivo in atto.

Se si osservano i dati storici dal 1963 al 2011, ci si rende conto che la popolazione residente, nell’arco temporale considerato è variata pochissimo, mentre sono cresciuti notevolmente il Prodotto Interno Lordo e i consumi interni di energia, constatazioni che, ancora una volta, confermano come energia disponibile e benessere di un paese siano strettamente legati in un connubio inscindibile. A seguito della crisi economica globale che ha investito l’intero pianeta, tra il 2007 e il 2008, il consumo interno lordo di energia, in Italia, è diminuito dell’1,1% per poi aumentare del 0.4% tra il 2010 e il 2011. Il consumo di energia elettrica è diminuito solo dello 0,3%, passando da 354.505 GWh a 353.560 GWh a causa della crisi economica ma con una ripresa dell’1,1% negli ultimi due anni.

Figura 1 - Dati Statistici sull’energia elettrica in Italia, Dati generali,

2011. Fonte: Terna.

È fondamentale notare che, se si analizzano nello specifico le componenti dell’indicatore in esame, si osserva che l’aumento ha coinvolto, principalmente, il consumo interno lordo di elettricità prodotta mediante energie rinnovabili (+7,8%) ed il saldo estero (+3,6%) mentre una diminuzione dell’utilizzo delle fonti fossili (-1,9%) tra il 2010 è il 2011.

3.2 Processi di conversione dell’energia

Parte dell'energia disponibile come fonte primaria, prima di poter essere immessa sul mercato e utilizzata dagli utenti finali, deve essere opportunamente trasformata per permetterne l’utilizzo e il trasporto. L’energia elettrica, ad esempio, rappresenta un’ottima forma di energia per il trasporto a lunga distanza ma non permette di immagazzinare grandi quantità di energia.

Nelle centrali termoelettriche l’energia chimica del combustibile è convertita prima in energia termica nella caldaia, successivamente in energia meccanica nella turbina di espansione e infine in energia elettrica nel generatore che immette una potenza elettrica in rete pronta per essere utilizzata ed eventualmente riconvertita in energia meccanica o termica.

Si evince quindi che ogni conversione energetica avrà un’efficienza di conversione dovuta alla quantità di energia persa durante il processo di conversione. Per caratterizzare l’impiego dell’energia in un impianto di conversione si può definire un rendimento energetico di primo principio per il ciclo termodinamico impiegato. Questo rendimento non è altro che il rapporto tra il lavoro netto prodotto e l’energia complessiva in ingresso.

L’analisi dell’impianto di conversione basata sul primo principio della termodinamica pone l’enfasi sul fatto di poter conservare l’energia, ovvero di evitare al massimo le perdite energetiche nel processo di conversione.

Da ciò risulta che più alto è il rendimento del ciclo e più basse sono le perdite di energia e perciò maggiore è il lavoro utile prodotto a partire dalla stessa quantità di combustibile. Visti quindi la ristrettezza delle risorse fossili, il loro impatto ambientale non trascurabile e la crescente domanda energetica mondiale (dovuta soprattutto a paesi con un tasso di crescita industriale elevatissimo come Cina e India), l’impiego razionale e con alta efficienza dei combustibili fossili diventa sotto molti aspetti una necessità imprescindibile.

3.3 Flussi energetici con altri territori

Il Bilancio Energetico Nazionale viene redatto ogni anno. In questo modo è possibile confrontare i consumi di energia nei diversi anni analizzando la diversa provenienza delle fonti (se importata o di produzione nazionale), la diversa composizione e l'andamento dei consumi nazionali (se crescono o diminuiscono).

Le informazioni che si possono trarre dal confronto dei consumi di energia nei diversi anni sono molto importanti. Ad esempio, confrontando il consumo primario di energia con i dati sulla produzione, è possibile vedere se, nel corso degli anni, un dato Paese é riuscito a utilizzare correttamente l'energia che ha a disposizione, impiegandone meno per produrre di più.

Si può altresì verificare se le fonti energetiche rinnovabili, o quelle il cui utilizzo provoca minori emissioni di inquinanti nell'aria, hanno progressivamente sostituito le fonti energetiche maggiormente inquinanti. Un'altra utile indicazione è la dipendenza di un Paese dalle importazioni di energia. In paesi come l'Italia, il fabbisogno nazionale lordo di energia viene coperto per il 74% attraverso centrali alimentate con combustibili fossili e solo una quota del 13% viene ottenuto da fonti rinnovabili (idroelettrica, geotermica, eolica e fotovoltaica); ciò comporta una dipendenza dalla fornitura energetica dei Paesi esteri prossima all’84%.

3.4 Energia consumata dagli utenti finali

L’utilizzo dell’energia disponibile a seguito di processi di

trasformazione, viene utilizzata dagli utenti finali raggruppati nei diversi settori: primario (agricoltura e giacimenti), secondario (industrie), terziario o dei servizi (compresi i trasporti).

Dal grafico sottostante si evince che i consumi di energia elettrica legati al settore terziario risultano tra i più rilevanti all’interno del bilancio energetico nazionale e paragonabili ai consumi relativi al settore secondario, pesando rispettivamente, il 53% e 45%. La restante parte è imputabile alle attività agricole ed estrattive.

2%

45%53%

Primario

Secondario

Terziario

Grafico 1 –Consumi nazionali di energia elettrica (2011) Fonte

Terna.

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Di seguito, invece, sono riassunti i totali di energia primaria connessi all'utilizzo di gas naturale sull'intero territorio nazionale. Dal grafico si evince che il 67% dei consumi di energia primaria sono legati al settore terziario ed in particolar modo all’edilizia residenziale, mentre il 33% è imputabile al settore industriale.

0%

33%

67%

Primario

Secondario

Terziario

Grafico 2 – Consumi nazionali di Gas Naturale (2011) Fonte

Ministero dello Sviluppo Economico.

A conferma di quanto riportato nel grafico, si evidenzia che negli ultimi anni il gas naturale, quale principale fonte energetica utilizzata, ha registrato un aumento del 5,0%. Tale incremento è imputabile in parte all’andamento climatico e in parte alla diffusione delle pompe di calore a gas naturale, utilizzate anche per la climatizzazione estiva. Studi statistici confermano che, mentre il consumo per metro quadro delle abitazioni italiane riscaldate è fra i più bassi tra i paesi sviluppati del mondo (ovviamente per la mitezza del clima), il consumo per mq e GG risulta tra i più alti. Ciò deriva senza dubbio da una gestione non ottimale del sistema edificio-impianto e, soprattutto, dalla bassa qualità costruttiva-manutentiva degli involucri. I consumi per l’acqua calda sanitaria (ACS) registrano un incremento negli ultimi anni pari a circa il 20% dei consumi totali giustificato dal fatto che quasi tutte le abitazioni italiane sono dotate di ACS. E’ giustamente molto diffuso lo scaldacqua a gas, ma sopravvive un alto numero di scaldacqua elettrici, che, pur se di facile gestione e manutenzione, rappresentano una tecnologia che produce efficienze energetiche molto basse. L’energia spesa in cucina è rimasta praticamente costante (10%), ma ciò è molto significativo se si pensa che nel medesimo intervallo di tempo il numero delle famiglie è aumentato del 30%, questo dato è interessante sotto il diverso “modus vivendi” delle famiglie.

4. MODELLI ENERGETICI TERRITORIALI

Gli ambiti urbani rappresentano dei sistemi energetici “estesi” costituiti da sottosistemi fortemente interconnessi, in cui flussi di materia e di energia connettono nodi di produzione, trasformazione e utilizzo dei flussi stessi. Lo scopo di un sistema energetico è quello di soddisfare la domanda di energia di una collettività.

Al fine di realizzare un processo di pianificazione secondo i principi di sviluppo sostenibile non è possibile prescindere dall’adozione di una analisi di sistema coadiuvata dalla elaborazione del modello di sistema energetico.

L'approccio modellistico appare infatti il più appropriato a trattare realtà affermate perché il modello, quantificando i flussi energetici ed i costi economici ed ambientali, dà una rappresentazione matematica semplificata del sistema reale.

L’elemento base alla costruzione del modello è l’elaborazione del Sistema Energetico di Riferimento (Reference Energy System-­‐ RES), ovvero la rappresentazione del sistema che si intende studiare, descrivendo

quantitativamente le tecnologie presenti e previste, con i relativi flussi di energia e materia in uscita ed in ingresso. Il RES è un reticolo di tecnologie (produzione, conversione, distribuzione e utilizzo dell’energia) e flussi energetici (gas naturale, carbone, elettricità, …) che soddisfa la domanda di servizi energetici.

In sintesi il RES esprime graficamente, ovvero attraverso diagrammi, le informazioni essenziali sulla disaggregazione della domanda e sui servizi energetici. L’elaborazione del RES è il punto di partenza per lo sviluppo e l’analisi del modello del sistema energetico - tecnologico reale, Il modello infatti traduce in termini matematici i flussi energetici ed i costi economici e ambientali del sistema e permette l’individuazione dei componenti deboli sui quali è opportuno intervenire.

Per analizzare scenari evolutivi della domanda, della disponibilità di risorse energetiche e/o dell’evoluzione tecnologica è possibile utilizzare modelli simulativi dei sistemi energetici come:

- modelli “ingegneristici” (anche definiti bottom up) [9] caratterizzati da una descrizione dettagliata delle componenti tecnologiche energetiche (commodities e tecnologie) nei diversi settori economici. In questi modelli la domanda energetica è generalmente una variabile esogena;

- modelli “economici” (anche definiti top down) caratterizzati da una formulazione prevalentemente economica mediante equazioni che governano le diverse variabili (in cui le variabili tecnologiche vengono descritte in modo semplificato).

Nei modelli bottom-up il sistema energetico territoriale (globale, nazionale, regionale, o locale) viene descritto mediante un modello matematico che descrive gli schemi logici di funzionamento degli elementi che lo compongono nonché le relazioni tra gli stessi. In tal modo (generalmente con tecniche di programmazione lineare) è possibile risolvere il problema dell’allocazione ottimale delle risorse energetiche limitate. MarkAl è un sistema di generazione di modelli bottom-up di “equilibrio economico parziale” basato sulla programmazione lineare, sviluppato nell’ambito dell’Energy Technology Systems Analysis Programme (ETSAP) dell’International Energy Agency (IEA). Il programma “costruisce” le traiettorie energetiche che soddisfano i requisiti della Funzione Obiettivo (costo totale del sistema) e dei vincoli imposti a partire da un anno assunto come riferimento sulla base di criteri definiti dall’operatore. In particolare esso consente di generare un modello di equilibrio economico parziale del sistema in esame e descrivere i diversi processi e vettori in termini tecnologici, economici e ambientali per analizzare l’evoluzione del sistema nel medio o lungo termine e consentire un allocazione ottimale di investimenti.

Il modelli top down hanno lo scopo di catturare l'impatto macroeconomico di grandi componenti economiche quali gli investimenti, distribuzione dei redditi e dei consumi ecc. Questi modelli tendono ad evitare i dettagli tecnologici descrivendo un mondo con comportamenti, istituzioni e tecnologie fisse. Usando informazioni storiche sulle interrelazioni tra sistema energetico e sistema economico cercano di prevedere l’evoluzione del mercato.

Esistono altresì dei sistemi dinamici per la modellazione energetica, che si basano sull'approccio system dynamics, sviluppato negli anni '60 presso il MIT (Massachusetts Institute of Technology).

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Questa metodologia si basa su equazioni differenziali e consente di modellare i fenomeni in funzione della variabile temporale. Suddividendo un generico sistema energetico in un certo numero di settori, individuati dall'analista tramite il RES (Sistema Energetico di Riferimento), il modello consente di ricavare i consumi energetici per settore e per fonte, nonché le emissioni di CO2 al variare del livello di attività e dell'intensità energetica di settore.

5. SISTEMI INFORMATIVI TERRITORIALI

La disponibilità di informazioni geografiche digitali a scale differenti (nazionale, regionale ed comunale) ha prodotto, negli anni recenti, una importante trasformazione nell’utilizzo del dato territoriale e localizzativo, con vantaggi importanti per le organizzazioni, le istituzioni, i governi (regionali e locali), gli operatori pubblici e privati nei diversi settori (industriale, residenziale, trasporti). Il dato geografico è di fatto utilizzato, esplicitamente o implicitamente, nella maggior parte delle attività e dalle organizzazioni pubbliche e private, intervenendo globalmente a tutti i livelli di interesse, dal processo decisionale alla realizzazione operativa. Lo strumento informatico che consente di trattare il dato geografico è il GIS (Geographical Information System).

Senza entrare in dettagli tecnici sugli strumenti GIS, può essere comunque utile illustrare brevemente le caratteristiche principali della tecnologia e le applicazioni principali che ne hanno caratterizzato lo sviluppo.

La tecnologia GIS consente di integrare le operazioni tipiche dei database, facilitando la lettura e l’interpretazione dei dati attraverso la visualizzazione e l'analisi geografica forniti dagli strumenti di disegno cartografico. La versatilità offerta da tale sistema innovativo, fa del GIS uno strumento indispensabile per la pianificazione territoriale e per tutte le operazioni di visualizzazione ed analisi relative alla gestione del territorio.

Da quanto sopra si evince che le applicazioni del GIS sono infinite, tanto quanto infinite possono essere le informazioni relative al territorio stesso. Il sistema viene utilizzato dalla quasi totalità degli utenti pubblici e da molti privati, sia nella gestione dati in tempo reale (urbanizzazione, reti tecnologiche, traffico, navigazione, ecc.), sia per lo studio di progetti, previsioni di scenari, definizione di strategie e di pianificazioni a lungo termine come i Piani Regolatori nei loro vari livelli (Nazionali, Regionali, Provinciali, Comunali, Energetici). Pertanto rispetto alla carta tradizionale il GIS è uno strumento dinamico in quanto può creare carte non limitate soltanto ad un certo momento temporale, ma estese a più momenti man mano che le informazioni aggiornate confluiscono nel GIS. La finalità fondamentale del GIS non è solamente rappresentata dalla acquisizione e gestione dei dati, ma attraverso questi è possibile creare nuove informazioni tramite relazioni tra i dati disponibili nel database.

Le applicazioni GIS maggiormente diffuse sono certamente quelle che più di altre sono relative o vicine alla produzione ed all’utilizzo della cartografia digitale, come il monitoraggio e la mappatura territoriale (tutela ambientale, geologia e idrologia), la pianificazione e la gestione urbanistica e ambientale, la progettazione ed il funzionamento delle reti viarie. Un secondo settore si riferisce ai servizi di emergenza, con applicazioni alla protezione civile, alle emergenze per calamità naturali o incendi ed alla redazione dei piani di emergenza legate al rischio ambientale, sismico o di disastro naturale.

Infine, iniziano a diffondersi nuove applicazioni: i sistemi di trasporto intelligenti basati sulle tecniche GIS/GPS (sistemi di navigazione e controllo satellitare, controllo e micro-regolazione del traffico, monitoraggio dell’incidentalità, ecc.); sistemi esperti per la valutazione ed il miglioramento delle infrastrutture; erogazione via WEB di servizi di informazione sulla rete viaria e sulle condizioni di traffico (utilizzando mappe tematiche dinamiche aggiornate in tempo reale).

Un altro settore che ha tratto grande beneficio dall’utilizzo dei GIS è quello delle utilities e dei servizi erogati su base territoriale (energia elettrica, gas, acqua, raccolta e smaltimento rifiuti, reti di telecomunicazioni) dove il dato geografico/spaziale pervade praticamente ogni attività (la progettazione ingegneristica, l’analisi delle reti, la gestione operativa e tecnica, il monitoraggio ed il telecontrollo, i servizi di supporto alla clientela e di manutenzione dei guasti).

A tal proposito numerosi studi sono stati effettuati; un esempio riguarda un lavoro presentato recentemente in Brasile [10] in cui viene descritto lo sviluppo di un sistema di gestione e pianificazione territoriale attraverso una piattaforma GIS destinata ad amministratori, progettisti e consulenti nel campo delle energie rinnovabili. Il prototipo dello strumento GIS è stato concepito per far fronte alla gestione dell’energia (biomassa, eolica, fotovoltaica) nelle regioni rurali del Brasile. Il sistema è stato sviluppato principalmente per i sistemi fotovoltaici per dare un supporto per le amministrazioni per la gestione e la pianificazione energetica.

6. CASO DI STUDIO

In questa parte verrà presentato un caso di studio eseguito all’interno del territorio comunale di Cassino (FR) evidenziando come il GIS possa essere un valido strumento di supporto per una corretta analisi di pianificazione energetica territoriale.

Nell’ottica di fornire, all’Amministrazione locale ma soprattutto all’intera cittadinanza, un valido servizio nel rispetto dell’ambiente e della riduzione dei consumi energetici, il gruppo di lavoro ha messo a punto una metodologia al fine di valutare la tipologia di classe energetica del particolare tessuto urbano del territorio comunale in esame. Conoscere il consumo energetico del proprio parco edilizio risulta molto importante al fine di valutare l’effettivo potenziale degli edifici e favorire, pertanto, la riqualificazione energetica. La metodologia proposta, opportunamente integrata nel GIS, sarà uno strumento utile per poter definire una scala di prestazione per la certificazione energetica, o per individuare misure obbligatorie e incentivi per la riqualificazione energetica degli edifici, valutando lo stato di avanzamento del Paese in conformità con gli obiettivi previsti dal protocollo di Kyoto. E’ opportuno precisare che gli autori hanno portato a termine un precedente lavoro [11], effettuato sempre sul territorio comunale di Cassino, valutando per ogni edificio e per uno specifico periodo temporale, il valore della radiazione solare totale espresso in Wh/m2, valutando le potenzialità energetiche delle coperture degli edifici stessi.

A partire da detto studio si è deciso di affinare ulteriormente il modello, valutando la classe energetica sia degli edifici residenziali che pubblici, georeferenziando la classe energetica in un sistema informativo territoriale.

La determinazione del fabbisogno energetico delle abitazioni di un qualsiasi comparto edilizio, in relazione alla loro epoca e alle caratteristiche costruttive e impiantistiche, ha

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consentito di valutare, energeticamente, una scala di priorità tra i diversi interventi di riqualificazione.

Il fabbisogno energetico di climatizzazione invernale di un edificio dipende da diversi fattori: dal clima, dalle caratteristiche architettoniche e termiche dell’involucro, dalla tipologia di impianto termico, dagli apporti gratuiti (solari ed interni) nonché da parametri imprevedibili come il comportamento più o meno virtuoso degli occupanti.

Data la vastità e la variabilità del patrimonio edilizio tipica di ogni città, appare chiara l’impossibilità di valutare analiticamente i consumi energetici di ogni singolo edificio, per cui l’obiettivo della presente lavoro è stato quello di stimare i fabbisogni energetici globali del settore residenziale, elaborando opportunamente i dati disponibili. Una volta ottenuti questi dati è stato possibile ottenere un fabbisogno energetico complessivo [12].

Il primo passo è stato quello di individuare dei quartieri residenziali, all’interno del centro urbano di Cassino, aventi le stesse caratteristiche costruttive e/o architettoniche, al fine di testare la metodologia elaborata a tutti gli edifici. Analizzando l’ortofoto della città è stato possibile individuare zone residenziali (Figura 2) aventi analoghe caratteristiche (tipologia edilizia, ubicazione territoriale, esposizione, densità edilizia,…).

Figura 2 - Quartiere residenziale oggetto di studio.

Rasa completamente a suolo dai bombardamenti della seconda guerra mondiale, la città di Cassino è stata dunque privata oltre che dei suoi edifici più significativi anche della sua più profonda identità. In assenza della sua struttura urbana e purtroppo anche di memoria storica, la città, spinta dell’emergenza, inizia faticosamente la ricostruzione realizzando edifici quasi spontaneamente, spesso sugli stessi luoghi e addirittura sulle macerie delle costruzioni distrutte. A conferma di quanto detto, effettuando un’analisi in situ, il quartiere in esame, risulta costruito con materiali di risulta del periodo post bellico (Figura 3). La metodologia di seguito riportata è stata applicata ad una sola delle 14 palazzine costituenti in quartiere residenziale oggetto di studio.

Figura 3 - Tipologia edilizia.

I dati riguardanti l’attuale parco edilizio della città di Cassino sono stati desunti dal Censimento ISTAT 2011 come pure i dati meteorologici (GG). Dai dati del censimento è stata dapprima ricavata la superficie media per ciascun appartamento, ipotizzata costante. A partire da tale dato e da quelli riguardanti il numero di abitazioni e di piani per edificio, nonché quello riguardante il numero di edifici per epoca di costruzione, sono state ricavate le superfici in pianta di gran parte gli edifici di Cassino divise per epoca di costruzione.

Uno studio delle caratteristiche morfologiche ha consentito di associare ad ogni edificio un fattore di forma e successivamente di calcolare le superfici disperdenti: verticali ed orizzontali, opache e trasparenti.

Una volta note tutte le caratteristiche geometriche dell’involucro edilizio, a ciascuna porzione di esso, è stata associata la trasmittanza termica in base all’epoca di costruzione, in conformità con quanto prescritto dalla UNI 6946 [13], per i componenti opachi, e la trasmittanza dei serramenti finestrati, in conformità con la UNI EN ISO 10077-1:2002 [14].

Tabella 1 - Valori di Trasmittanza calcolati per i componenti dell'involucro edilizio.

COMPONENTI INVOLUCRO U

[W/m2K] Componenti verticali trasparenti 5,70 Componenti verticali opachi 1,17 Solai di copertura 1,82 Pavimenti a terra 2,14 Tetto di copertura 5,10

Si è quindi proceduto al calcolo del fabbisogno energetico termico e frigorifero nonché dell’energia primaria necessaria per la climatizzazione [12]. Per calcolare l’indice di prestazione energetica (EPi) per la climatizzazione invernale, relativo alla palazzina in esame, è stato applicato il metodo semplificato riportato nella UNI/TS 11300-1 (2008).

A conferma della validità dell’approccio proposto, l’analisi è stata, altresì, ripetuta anche attraverso un sistema dinamico utilizzando il software EDILCLIMA, basandosi anche esso sulla UNI/TS 11300. Pertanto per la palazzina in esame si stima un valore di EPi pari a circa 120 kWh/m2a.

Successivamente determinata la zona climatica e i Gradi Giorno (GG) per la città di Cassino nonché il rapporto S/V relativo alla palazzina in esame, è possibile valutare l’indice di prestazione energetico limite (EPLim) in conformità con quanto prescritto dal Dlg n.192/2005 [15]. Il suddetto valore si attesta intorno a 47 kWh/m2a.

Figura 4 - Vista satellitare del quartiere oggetto di studio.

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Gli indici di prestazione energetica EPi per le restanti

palazzine sono stati stimati ipotizzando una diretta proporzionalità con l’equivalente Epi della palazzina oggetto di studio (Palazzina 3) in relazione al rapporto S/V. Al solo scopo di verificare l’attendibilità dei dati desunti sulla base di detta ipotesi, sono stati confrontati questi ultimi con gli Epi calcolati mediante la metodologia prevista dagli autori.

Nella vista satellitare (Figura 4), è assegnato, per ogni palazzina, un codice identificativo.

Tabella 2 - Valori di Epi stimati e calcolati.

S/V Epi [kWh/m2] EpiStimato [kWh/m2]

Palazzina 1 0,66 118 114 Palazzina 2 0,66 118 114 Palazzina 3 0,70 120 120 Palazzina 4 0,65 116 112 Palazzina 5 0,66 117 114 Palazzina 6 0,66 125 114 Palazzina 7 0,75 144 129 Palazzina 8 0,67 120 115 Palazzina 9 0,67 120 115 Palazzina 10 0,67 120 115 Palazzina 11 0,67 120 115 Palazzina 12 0,66 117 114 Palazzina 13 0,66 117 114 Palazzina 14 0,65 110 112

Dal confronto dei dati si evince uno scostamento

dell’EpiStimato rispetto a quello calcolato non particolarmente significativo. Tale variazione è giustificata dal fatto che non sono stati presi in considerazione fattori quali: la dimensione, l’esposizione dei componenti finestrati e le abitazioni non occupate delle restanti palazzine.

Pertanto, data la validità del modello, si può affermare che l’intero quartiere si trova in classe energetica G in conformità con quanto previsto dalla UNI EN 15217 (2007) [16], poiché gli indici di prestazione energetica non rispettano i limiti di legge.

Tutti i valori desunti sono stati successivamente catalogati all’intero del Sistema Informativo Territoriale in modo da essere facilmente consultabile dagli utenti e riportato, a titolo di esempio, nella figura sottostante.

Figura 5 – Classificazione energetica del quartiere oggetto di

studio.

7. CONCLUSIONI

Le complesse relazioni esistenti tra sistemi naturali e attività antropiche non sono ancora completamente note. Ciò che è certo è che i processi antropici e lo sfruttamento non adeguato delle risorse provocano una progressiva degradazione dell’ambiente. Il lavoro vuole fornire indicazioni di tutela ambientale e indirizzi per il governo del territorio, attraverso il suggerimento di interventi nei processi di produzione e gestione sostenibile dell’energia, pertanto la scelta di studiare contesti urbani è apparsa la più naturale ed appropriata per ricercare ed applicare soluzioni utili a ridurre l’impatto ambientale e diminuire le emissioni da gas serra.

Il presente lavoro non è sicuramente un punto di arrivo, ma solo una tappa intermedia di un lavoro a più ampio respiro. A tal proposito sono già previste ulteriori sperimentazioni con l’obiettivo di realizzare un supporto Web, veloce e dinamico, dedicato a tutti i cittadini in merito alle problematiche connesse alla pianificazione energetica territoriale. Lo scopo del presente lavoro è quello di realizzare un catasto energetico, già ampiamente sviluppato dalla regione Lombardia, in cui verranno raccolti gli attestati di certificazione energetica dell’intero parco comunale, permettendo così, di conoscere in maniera dettagliata il grado di efficienza dei diversi edifici. D’altro canto, la certificazione energetica è stata imposta per legge in tutta Italia, ma qualunque sia il risultato, nessuno potrà essere obbligato a migliorare la classe di appartenenza dell’edificio. Ciò significa che il legislatore non potrà imporre dei retrofit, ma potrà concedere incentivi e valutare l’impatto che le varie misure avranno su scala territoriale.

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

[1] Kyoto Protocol, Convention on Climate Change, United Nations 1998.

[2] Legge 9/91 - Norme per l'attuazione del Piano energetico nazionale: aspetti istituzionali, centrali idroelettriche ed elettrodotti, idrocarburi e geotermia, autoproduzione e disposizioni fiscali.

[3] Legge 10/91 - Norme per l'attuazione del Piano energetico nazionale in materia di uso razionale dell'energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia.

[4] Libro Verde 2006, "Una strategia europea per un'energia sostenibile, competitiva e sicura"

[5] EUROPA 2020, Una strategia per una crescita intelligente, sostenibile e inclusiva, Bruxelles, 2010.

[6] Direttiva 2009/28/CE, Promozione dell’uso dell’energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE.

[7] Decreto 15/03/2012, “Definizione e qualificazione degli obiettivi regionali in materia di fonti rinnovabili e definizione della modalità di gestione dei casi di mancato raggiungimento degli obiettivi da parte delle Regioni e delle Province autonome (c.d. Burden Sharing)”.

[8] Bertoldi et alii, Linee guida come sviluppare un piano di azione per l’energia sostenibile – Paes, JRC, Lussemburgo, 2010.

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[9] Rahul B. Hiremath, Bimlesh Kumar, P. Balachandra, N.H.Ravindranath, Bottom-up approach for decentralised energy planning: Case study of Tumkur district in India, Energy Policy 38 (2010) 862–874.

[10] C. Tiba, A.L.B. Candeias, N. Fraidenraich, E.M. de S. Barbosa, P.B. de Carvalho Neto, J.B. de Melo Filho, A GIS-based decision support tool for renewable energy management and planning in semi-arid rural environments of northeast of Brazil, Renewable Energy 35 (2010) 2921 – 2932.

[11] A. Massimo, N. Torrez, A. Frattolillo, A. Forni, Un esempio di pianificazione energetica su scala urbana, problematiche realizzative, punti di forza e di debolezza, AISRE XXXIII Conferenza Scientifica 13-15 Settembre 2012, Roma.

[12] UNI TS 11300 – Prestazioni energetiche degli edifici. Parte 1: Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale, 2008. Parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria, 2010.

[13] UNI EN ISO 6946:2008, Componenti ed elementi per edilizia - Resistenza termica e trasmittanza termica - Metodo di calcolo.

[14] UNI EN ISO 10077-1:2002, Prestazione termica di finestre, porte e chiusure - Calcolo della trasmittanza termica.

[15] Decreto legislativo 19 agosto 2005, n. 192 – Attuazione della direttiva 2002/91/CE relativa al rendimento energetico nell’edilizia.

[16] UNI EN 15217:2007 Prestazione energetica degli edifici - Metodi per esprimere la prestazione energetica e per la certificazione energetica degli edifici.

SUMMARY The rapid and substantial increase in world population,

accompanied in recent years by a progressive phenomenon of urbanization of the population, has led more than 50% of the world population living in urban areas. This data is inevitably destined to grow, according to estimates of the ONU (over 70% of the total population will live in cities by 2050). This centralization is also related to the disproportionate growth of housing units, not congruent with population growth, driven by policy choices that increase the economy and not the real needs of housing. In Europe, between 1998 and 2007, investment in construction rose by 25.3%, with peaks of over 70% in countries such as Ireland, Greece and Spain, soon after they met a heavy economic crisis . The effect was a progressive degeneration of the urban periphery with the creation of real "centers of consumption" of natural resources (agricultural, energy, water, etc) that engage local authorities to manage them.

One of the tools necessary for the realization of a sustainable development model is definitely the energy planning of the territory, his ability to be able to predict and use correctly the flows of energy, transforming them into goods and services for the community. This can be achieved by appropriate regulatory tools and planning methodologies which identify and / or define specific indicators of sustainable energy.

In this work the authors intend to provide an overview of the technical and regulatory instruments currently available in the country, making it possible to analyze the "energy system" of the land in question, highlighting the critical issues, problems and weaknesses on which intervene with targeted programming. Will also be presented as an example of energy planning, a case study performed on a territorial reality implemented within the Geographic Information System (GIS).