Diagnosi energetica e riqualificazione degli impianti termici

DIAGNOSI ENERGETICA E
RIQUALIFICAZIONE DEGLI
IMPIANTI TERMICI
Ordine degli Ingegneri di Cagliari
Commissione impianti
Dott. Ing. Gian Paolo Soddu
Cagliari 06.10.2014
1
Indice degli argomenti
1. STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
2. RIQUALIFICAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO
ESISTENTE
3. IMPIANTI TERMICI ED EFFICIENZA ENERGETICA
4. DIAGNOSI E VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
dott. ing. gian paolo soddu
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Secondo gli scenari degli analisti internazionali, nel
medio termine (fino al 2025) il fabbisogno
energetico crescerà con un tasso del 5% all’anno e
continuerà ad essere soddisfatto in maniera
prevalente dai combustibili fossili.
Il
petrolio
continua
ad
essere
la
fonte
predominante coprendo il 33% della domanda,
seguito dal carbone 27% e gas 21%.
Le fonti rinnovabili sono arrivate a coprire nel
2010, il 13% dell’offerta primaria
mentre il
nucleare copre il 6%.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Poiché l’uso di combustibili fossili è la
causa
primaria
delle
alterazioni
climatiche in atto nel nostro pianeta
come conseguenza dell’effetto serra
generato dalle emissioni di CO2 in
atmosfera, il tema dell’energia associato
alle alterazioni climatiche è diventato
dominante, per cui è imperativo ridurre
al più presto la produzione di anidride
carbonica da combustione.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
LA RIPARTIZIONE DEL BISOGNO DI ENERGIA IN ITALIA.
La ripartizione degli impieghi tra i diversi settori
è così
articolata:
•
•
•
usi civili : 34,4 %,
trasporti : 31,5 %
industria : 24,2%.
(fonte ENEA: UTEE - Unità Tecnica Efficienza Energetica )
La dipendenza del sistema energetico italiano dall’estero risulta di
carattere strutturale e si è stabilizzata al 85,6 %.
La media europea è prossima al 56 % e l’Italia si colloca tra i paesi a più
alta dipendenza energetica.
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DIAGNOSI E RIQUALIFICAZIONE
ENERGETICA
EDIFICI
STRATEGIE
PER UNO DEGLI
SVILUPPO
SOSTENIBILE
RIDURRE IL CONSUMO DI ENERGIA
PRODOTTA DA FONTI FOSSILI NON È PIÙ
UNA SCELTA, MA È UNA NECESSITÀ.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Per mantenere fede all’impegno del Protocollo di Kioto, il
trattato sottoscritto nel 1997 da più di 180 Paesi per il
contrasto al cambiamento climatico, la Comunità Europea
ha formulato il “pacchetto clima-energia 20-20-20”
(Direttiva 2009/28/UE del 18.12.2008), che ha fissato i
seguenti obiettivi ,da raggiungersi entro il 2020 :
1. ridurre del 20% i consumi energetici
2. ridurre del 20% le emissioni di CO2 rispetto al 1990
3. aumentare al 20% la quota di energia prodotta da
fonti rinnovabili
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Dato il peso del settore civile (residenziale e
terziario), l'azione europea si esprime
attraverso tre linee direttrici fondamentali:
1. Riduzione dei consumi energetici degli
edifici
2. Aumento dell'efficienza dei componenti
tecnologici impiantistici
3. Accrescere l'utilizzo delle fonti di energia
rinnovabili (FER)
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
La prima direttiva europea concernente il
rendimento energetico in edilizia è la Energy
Performance
Building
Directive
(EPBD)
2002/91/CE è stata recepita in Italia dal
DECRETO LEGISLATIVO n. 192 del 19 agosto
2005,
legge
rendimento
fondamentale
energetico
relativa
al
nell'edilizia,
successivamente integrata e corretto dal Dlgs
311/06,
che
introduce
la
Certificazione
energetica del sistema edificio-impianto.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Il D.Lgs. 28/2011 c.d. “Decreto Rinnovabili”, definisce in maniera compiuta i
criteri di dotazione degli edifici di impianti alimentati da fonti rinnovabili.
Dal 31 maggio 2012 è richiesta una copertura del 50%, del fabbisogno di
energia termica per la produzione di acqua calda sanitaria.
Per il riscaldamento ed il raffrescamento, la copertura con fonti rinnovabili
di una quantità di energia calcolata sul fabbisogno complessivo
dell'immobile, valgono le seguenti percentuali:
•
il 20% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal
31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013
•
il 35% , dal 1° gennaio 2014 al 31 dicembre 2016
•
il 50% , dal 1° gennaio 2017
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Energia elettrica da fonti rinnovabili:
Obbligo di installare impianti alimentati da fonti
rinnovabili la cui potenza (P) è proporzionata alla
superficie in pianta dell'edificio al livello del terreno
(S) mediante la relazione P = S/K. Dove:
•
K = 80, quando la richiesta del pertinente titolo edilizio
è presentata dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013
•
K = 65, quando la richiesta del pertinente titolo edilizio
è presentata dal 1° gennaio 2014 al 31 dicembre 2016
•
K = 50, quando la richiesta del pertinente titolo edilizio
è rilasciato dal 1° gennaio 2017
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
La direttiva del 2002 è stata integrata dalla nuova Direttiva
2010/31/UE , la quale ha introdotto i seguenti indirizzi per gli Stati
membri:
1. L'adozione di una comune metodologia di calcolo della
prestazione energetica
2. Il calcolo dei livelli ottimali in funzione dei costi per i requisiti
minimi di prestazione energetica.
3. "Edifici a energia quasi zero". Gli Stati membri provvedono
affinché entro il 31 dicembre 2020 tutti i nuovi edifici
costruzione siano “edifici a energia quasi zero” (NZEB);
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
4. La riqualificazione energetica immobili esistenti.
Requisiti minimi di efficienza per le ristrutturazioni per almeno
il 25% della superficie o del valore.
5. Il ruolo guida del settore pubblico.
Gli edifici pubblici aventi una metratura totale di oltre 500 mq
e aperti al pubblico dovranno esporre degli attestati di
certificazione energetica. Entro cinque anni la metratura sarà
ridotta a 250 mq.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
La Direttiva 2010/31/UE è stata recepita in Italia
con il DLgs 63/2013, convertito nella legge n. 90
del 3 agosto 2013, (GU n.181 del 3-8-2013)
Il decreto introduce numerose modifiche al testo
di riferimento: il Dlgs 192/2005.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Edifici NZEB e confine di sistema.
Uno dei punti qualificanti è quello degli Edifici a Energia Quasi
Zero, i c.d. NZEB (Near Zero Energy Buildings), ossia strutture
in grado di utilizzare pochissima energia per il loro
funzionamento.
Viene introdotto il concetto di “confine del sistema”, che
include tutte le aree di pertinenza dell’edificio, interne ed
esterne, dove l’energia è consumata o prodotta: la definizione
è importante perché da essa deriva il concetto di “energia
consegnata” e di “energia esportata”.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Viene introdotto il concetto di “edificio di riferimento
o target per un edificio sottoposto a verifica
progettuale, diagnosi, o altra valutazione energetica” .
Su di esso si basa il nuovo sistema di verifica di
conformità degli interventi edilizi: non più valori
L'edificio di riferimento
fissi riscontrabili su una scala predefinita, ma valori di
(reference building) è un
volta in volta definiti sulla base delle caratteristiche
edificio che ha la stessa
tipo-morfologiche e tecnologiche dell’edificio che si sta
progettando.
geometria, orientamento,
destinazione d'uso
dell'edificio di nuova
costruzione
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Gli edifici NZEB devono costituire lo standard costruttivo
generalizzato a partire dal 2020, con un'anticipazione al
2018 per gli edifici pubblici.
La logica è che per incrementare l'uso di energie rinnovabili
occorre intervenire su edifici intrinsecamente virtuosi da un
punto di vista del fabbisogno di energia primaria, che
richiedano cioè un'integrazione esterna molto bassa.
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
edifici a quasi zero energia (NZEB)
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Rilevante integrazione al DLgs 192/05: Art.8 , comma 1-bis. :
“…. in caso di edifici soggetti a ristrutturazione importante,
nell'ambito della relazione di cui al comma 1 (L.10/91) e'
prevista una valutazione della fattibilità tecnica, ambientale
ed economica per l'inserimento di sistemi alternativi ad alta
efficienza, tra i quali sistemi di fornitura di energia
rinnovabile,
cogenerazione,
teleriscaldamento e tele-
raffrescamento, pompe di calore e sistemi di monitoraggio e
controllo attivo dei consumi. La valutazione della fattibilità
tecnica di sistemi alternativi deve essere documentata e
disponibile a fini di verifica.”
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
In sintesi ..
Le possibili scelte sulle nuove costruzioni si riassumono così:
•
Progettazione Efficiente (esposizione, funzionalità, forma)‫‏‬
•
Rendimento energetico edificio con sistemi ad alta efficienza
(impianti a bassa temperatura, pompe di calore, caldaie a
condensazione)‫‏‬
•
Solare Termico per acqua sanitaria
•
Solare Fotovoltaico per usi elettrici
•
Elettrodomestici in classe A e superiore
•
Lampade a risparmio energetico
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STRATEGIE PER UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
… ma tutto questo non risolve il problema…
la sfida è la RIQUALIFICAZIONE
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
IL PATRIMONIO EDILIZIO IN ITALIA
Più del 90% delle abitazioni oggi esistenti
sono state costruite prima del 1991.
Il 55.4% delle abitazioni esistenti ha più
di 40 anni e non ha subito nel tempo
alcun tipo di intervento di riqualificazione
energetica, né per quanto riguarda
l’involucro
edilizio,
né
per
quanto
riguarda l’impianto di generazione e
distribuzione del calore.
( rapporto C.R.E.S.M.E. del 2011).
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STRATEGIE PER
UNO SVILUPPO DEL
SOSTENIBILE
RIQUALIFICAZIONE
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
IL PATRIMONIO EDILIZIO IN ITALIA
“PER COSA” CONSUMA IL SETTORE CIVILE?
La quota dei consumi energetici per usi civili
è così ripartita:
• il 68 % è dovuto al riscaldamento,
• il 16 % agli usi elettrici come
l’illuminazione e gli elettrodomestici,
• il 11 % alla produzione di acqua calda
sanitaria
• il rimanente 5 % agli usi cucina.
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
EFFICIENZA ENERGETICA E LEGISLAZIONE ITALIANA
DECRETO LEGISLATIVO 102/2014
Il 4 luglio 2014 è stato approvato il DLgs n. 102, in "attuazione
della direttiva 2012/27/UE”, nel quale si dettano norme
finalizzate a rimuovere gli ostacoli sul mercato dell'energia e a
superare le carenze che frenano l'efficienza negli usi finali
dell'energia.
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
EFFICIENZA ENERGETICA E LEGISLAZIONE ITALIANA
Termoregolazione e contabilizzatori del calore.
Tra le altre misure contenute nel DLgs 102/2014, con
l'articolo 9 comma 5 si stabilisce l'obbligo dell'installazione
negli immobili condominiali di sistemi di termoregolazione
e contabilizzazione dei consumi e la suddivisione delle
spese in base ai consumi effettivi di ciascun centro di
consumo individuale, entro il 31 dicembre 2016.
Si intende così favorire il contenimento dei consumi
energetici
riducendo
gli
sprechi
e
attraverso
la
responsabilizzazione degli utilizzatori .
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE
ENERGETICA
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
La normativa italiana definisce il termine efficienza
energetica come: "Rapporto o altra relazione quantitativa
tra i risultati in termini di prestazioni, servizi, beni, energia
e l’immissione di energia“ (decreto 115 del 30/5/2008 ).
Infatti, di tutta l'energia consumata nel riscaldamento, una
buona parte viene dispersa attraverso l'involucro edilizio (muri,
tetti, finestre), una parte per il ricambio d'aria ed un’altra
dall'impianto termico stesso.
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
Ein
Conversione e trasferimento
Eout
Il concetto non è dissimile da quello di rendimento
definito in fisica o nell’ingegneria.
In un processo di utilizzo o trasformazione energetica
l'efficienza è il rapporto tra l’energia utile netta e l’energia
assorbita dal processo:
Efficienza = (Eout / E in) < 1
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
L’incremento dell’efficienza del solo sistema di riscaldamento
permetterebbe di ridurre i consumi di almeno il 30%.
Limitando le dispersioni di calore e utilizzando apparecchi e
tecnologie ad alta efficienza ogni famiglia potrebbe risparmiare il
40-50% delle spese per riscaldamento e produzione di ACS.
E' dimostrabile che gli investimenti in interventi di efficienza
energetica nelle nostre abitazioni assicurano (anche in assenza di
incentivi) un ritorno economico positivo sotto forma di risparmio
nelle bollette di luce e gas.
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
Un sistema edificio/impianto
è caratterizzato dalla sua
“prestazione energetica” Ep,
cioè fabbisogno di energia
primaria all’ingresso del
sistema edificio/impianto.
PRESTAZIONE
ENERGETICA
Si misura in kWh/m² di
EP
energia primaria.
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
Il riferimento del vettore energetico per l’energia primaria è il
combustibile fossile (energia non rinnovabile) resa disponibile
all’impianto
Ep = Qh x f
Dove
Qh = energia consegnata dal vettore energetico (consumata)
f= fattore di conversione in energia primaria non rinnovabile
Fattori di conversione vettori energetici in energia :
– Energia elettrica: 2,17 (rendimento di produzione alla
fonte del 46%)
– Combustibile fossili: 1
– Biomasse: 0,3 (il 70% è considerata energia rinnovabile)
– Fonti rinnovabili: 0
(Fonte : racc. CTI 14- 2013)
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
L’indice di prestazione energetica globale gli edifici (EPgl è così definito :
EPg= EPi + EPacs + EPe + EPill [kWh/(m2·anno)]
Dove:
- EPi = indice di p.e. per la climatizzazione invernale,
- EPacs = indice di p.e. per la produzione di acqua calda sanitaria,
- EPe = indice di p.e. per la climatizzazione estiva (non ancora richiesto)
- EPill = indice di p.e. per illuminazione artificiale (non ancora richiesto)
Attualmente la formula utilizzata è solamente:
Epg=EPi + Epacs
L'indice di prestazione energetica è l'energia totale consumata
dall'edificio climatizzato, per metro quadro di superficie, ogni anno.
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
INDICE DI PRESTAZIONE ENERGETICA
In base all’Epg sono definite varie classi energetiche, ognuna individuata da una
lettera dalla A alla G.
In Italia le abitazioni esistenti
consumano mediamente oltre i
150 kWh/mq/anno (circa 12,7 kg
di gasolio/mq/anno), mentre una
casa efficiente, realizzata secondo
i criteri attuali, ne consuma meno
di 50 kWh/mq/anno (circa 4,2 kg
di gasolio/mq/anno).
La classificazione energetica varia in base alla zona
climatica di appartenenza.
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(PCI = 11,9 kWh/kg)
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RIQUALIFICAZIONE DEL
PATRIMONIO EDILIZIO ESISTENTE
RIQUALIFICAZIONE
ENERGETICA
AREA
INVOLUCRO
Caratteristiche
Sup. opache
Caratteristiche
infissi
AREA
IMPIANTO
Apporti solari
passivi
Generatore
di Calore
Rend. Produz.
.
Rendimento
Emissione
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Rendimento di
Regolazione
.
Rendimento di
Distribuzione
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IMPIANTI TERMICI ED
EFFICIENZA ENERGETICA
IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
Coerentemente con il concetto di efficienza, un
impianto
termico
e’
caratterizzato
dal
suo
RENDIMENTO globale g , inteso come rapporto fra
energia utile fornita ed energia consumata
g = Eout/Ein < 1
I rendimenti interessanti ai fini del risparmio energetico
sono i medi stagionali, dai quali dipende il consumo di
energia primaria (combustibile).
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36
IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
L’impianto di riscaldamento
L ’ impianto di riscaldamento , destinato a soddisfare il bilancio
termico invernale degli ambienti e all’eventuale produzione di
acqua calda per usi igienico-sanitari, è costituito da:
1.
sistema di produzione (generatore di calore)
2.
sistemi di distribuzione (rete di tubazioni)
3.
utilizzazione del calore (radiatori, pannelli radianti, etc.)
4.
organi di regolazione e controllo (regolazione climatica,
di zona e d’ambiente).
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
Il rendimento globale g di un impianto termico è dato dal prodotto
di quattro rendimenti relativi ad altrettanti sotto-sistemi :
g = e x d x  p x r
e Rendimento di emissione
d Rendimento di distribuzione
p Rendimento di produzione
r Rendimento di regolazione
dott. ing. gian paolo soddu
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
Il miglioramento delle prestazioni termiche degli impianti
di riscaldamento non può prescindere da un’attenta
analisi dei sotto-sistemi che li compongono e dei relativi
livelli di efficienza..
I quattro rendimenti
sono ricollegabili alla tecnica
impiantistica,
come
intesa
sistema
tecnologico,
diversificato per tipologia d’impianto e dai relativi
componenti che la caratterizzano.
dott. ing. gian paolo soddu
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
d
e
r
p
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40
IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
Il DLgs. 192/05 stabilisce che il valore limite minimo del rendimento
globale medio stagionale di un impianto sotto i 1000,00 kW debba
esse non inferiore a :
ηg = (75 + 3 log Pn) / 100
dove log Pn è il logaritmo in base 10 della potenza utile nominale del
generatore al servizio del singolo impianto termico, espressa in kW.
Pertanto se Pn = 100,00 Kw, il valore limite è ηg = 81%
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE
Valori tipici di Rendimento globale
1. Impianto a radiatori, con regolazione di sola zona, con caldaia a
basamento di almeno 6 anni, bruciatore ad aria soffiata, ed
impianto di distribuzione mediamente isolato
……Rendimento globale = 0,92x0,94x0,96x0,85 = 0,7
2. Impianto a pannelli radianti, con regolazione solo di zona, caldaia
a condensazione, medesimo impianto di distribuzione
….. Rendimento globale = 0,97x0,92x0,96x0,98 = 0,84
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI EMISSIONE
Sottosistema di emissione
Il sottosistema di emissione riguarda il trasferimento di calore in
ambiente è ed relativo a tutte le tipologie di terminali.
•
Il rendimento di emissione tipico dei radiatori è il 92% (UNI TS
11300 per edifici a carico termico medio annuo >10 W/mc)
•
Il rendimento di emissione tipico dei ventilconvettori è il 94%
(UNI TS 11300 per edifici a carico termico medio annuo >10 W/mc)
•
Il rendimento di emissione tipico dei pannelli radianti è il 97%
(UNI TS 11300 per edifici a carico termico medio annuo >10 W/mc)
dott. ing. gian paolo soddu
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI EMISSIONE
94%
92%
97%
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI EMISSIONE
Ripartizione percentuale fra le tipologie di impianto
esistenti in Italia :
•
radiatori : 87%
•
radiatori con valvole termostatiche 4%
•
termoconvettori o ventiloonvettori ( ad aria) : 4%
•
impianti radianti a soffitto e a pavimento : 5%
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI EMISSIONE
COME SI PUÒ MIGLIORARE IL RENDIMENTO DI EMISSIONE ?
•
bassa temperatura media di progetto del fluido termovettore
(fan-coils a bassa temperatura, pannelli radianti);
•
buon isolamento termico e strato riflettente nella parete
retrostante il corpo scaldante;
•
ed inoltre, negli ambienti industriali o locali di grande altezza,
installazione di sistemi di destratificazione di temperatura.
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI DISTRIBUZIONE
Sottosistema di distribuzione
Riguarda il trasferimento del calore nell’edificio ed é strettamente
legato al grado i isolamento delle tubazioni che trasportano il fluido
termovettore ed alla temperatura di quest’ultimo.
Per un isolamento medio il rendimento è del 96% (UNI/TS 11300-2).
La loro determinazione può essere effettuata analiticamente, oppure
mediante il ricorso a dati pre-calcolati indicati dalle Norme UNI, ricavati
in base alle principali caratteristiche del sottosistema.
L’isolamento minimo delle tubazioni è imposto per Legge (DPR412/93).
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI DISTRIBUZIONE
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
Sottosistema di generazione
Riguarda la produzione di calore.
Il rendimento di produzione medio stagionale è dovuto al fatto che non
tutta l’energia fornita viene trasferita all’acqua, a causa delle perdite.
Tali perdite dipendono sono fortemente influenzate anche dalle
modalità di inserimento del generatore nell'impianto.
Inoltre, in particolare, dal suo dimensionamento rispetto al fabbisogno
dell'edificio, dalle modalità di installazione e dalla temperatura
dell'acqua (media e/o di ritorno al generatore) nelle condizioni di
esercizio (medie mensili).
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
Il rendimento medio stagionale di caldaia differisce quindi dai
rendimenti a pieno carico ed a carico parziale ottenuti con prove
di laboratorio secondo le norme di riferimento.
•
Generatori con bruciatori ad aria soffiata difficilmente
superano l‘85%.
•
Le caldaie a condensazione possono raggiungere valori medi
del 98% .
•
Valori ancora migliori, si ottengono con pompe di calore, in
particolare quelle geotermiche (COP >4,0).
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50
IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
Le dispersioni principali generate dalla
trasformazione dell’energia primaria in
caldaia hanno origine da:
• calore contenuto nei gas di scarico
(dispersioni QA),
• dispersioni dal mantello della caldaia
durante il funzionamento del bruciatore
(QS) e a bruciatore spento (QB).
Qu = ( QF – QA – QS)
Qu
Qf
QA
QS
=‫‏‬potenza‫‏‬utile‫‏‬resa‫‏‬all’acqua
= potenza al focolare
= dispersioni per gas di scarico
= dispersioni per irraggiamento
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
Rendimento e “Fattore di Carico”.
Il dimensionamento di una caldaia
avviene in modo tale che sia garantito il
fabbisogno termico alla temperatura
esterna più bassa.
Le temperature esterne di progetto
vengono però raggiunte solo raramente
durante la stagione di riscaldamento,
per cui la caldaia solo in questo periodo
deve funzionare a temperature elevate.
Nel restante periodo sono necessarie
soltanto frazioni della potenzialità
massima per cui la caldaia è stata
dimensionata.
Si definisce “fattore di carico”, il rapporto
tra le ore di attività del bruciatore ed il
tempo di funzionamento dell’impianto:
ϕ = Ta / Tf <1
Ta : tempo di funzionamento del
bruciatore, necessario all’apporto
della quantità di calore utile
Tf : intero tempo di funzionamento
dell’impianto
il fattore di carico medio delle caldaie
osservato nell'arco di tutto l'anno è
minore del 40%
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
Da una semplice analisi dei rendimenti descritti in precedenza si
vede che il rendimento che ha più peso nel calcolo globale é senza
dubbio il rendimento di produzione.
Aria soffiata
Condensazione
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Pompa di calore
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
Oggi l’impiego si sistemi a bassa temperatura (pannelli radianti e
fan-coils) alimentati con caldaie a condensazione e pompe di
calore, vanno imponendosi sul mercato per oggettivi vantaggi in
termini di efficienza, comfort ed economia di gestione.
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI PRODUZIONE
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
Sottosistema di regolazione
Decidere quando, dove e quanto calore emettere in ambiente.
Il regolatore teorico perfetto è quello in grado di ridurre
immediatamente l’emissione del corpo scaldante in presenza di un
apporto termico proveniente da fonte diversa dall’impianto di
riscaldamento.
La sola regolazione centrale, anche climatica, non è sufficiente per
garantire un elevato rendimento di regolazione, in quanto non
consente un soddisfacente recupero degli apporti gratuiti.
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
La regolazione centralizzata dell’impianto‫‏‬può‫‏‬seguire‫‏‬
due principi:
•
a punto fisso, cioè con temperatura di mandata è
fissata una volta per tutte in funzione delle condizioni
di temperatura esterna più severe;
•
climatica, cioè con adeguamento continuo della
temperatura di mandata alla temperatura esterna
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
Regolazione climatica di centrale
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
Regolazione di zona
Regolazione d’ambiente
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
Secondo la Norma UNI/TS 11300-2, in presenza di solo termostato
ambiente, il rendimento di regolazione vale:
•
Radiatori, convettori, ventilconvettori, strisce radianti ed aria
calda : circa il 94% .
•
Pannelli radianti annegati nelle strutture : 92%
E’ inevitabile che a causa dell’alta inerzia termica il rendimento di
regolazione dei pannelli radianti sia inferiore a quello dei radiatori.
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
IL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
Termoregolazione e contabilizzazione individuale.
Si è visto che il Decreto legislativo 102/2014 stabilisce per gli
edifici condominiali l'obbligo dell'installazione di sistemi di
termoregolazione
e
contabilizzazione
del
consumi
individuali, entro il 31 dicembre 2016.
La termoregolazione si realizza con “Valvole termostatiche”.
Due sono le possibilità di termoregolazione, a seconda degli
schemi impiantistici:
• Contabilizzazione diretta
• Contabilizzazione indiretta
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
Contabilizzazione diretta
La contabilizzazione diretta è facilmente
utilizzabile negli impianti caratterizzati da
un unico circuito di alimentazione per ogni
unità immobiliare.
Risulta quindi particolarmente adatta per:
•
•
Distribuzione orizzontale
(Nuove costruzioni)
nuovi edifici con impianti a
distribuzione orizzontale;
trasformazione di impianti autonomi
esistenti in nuovi impianti con
produzione centralizzata del calore.
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
Contabilizzazione diretta
meccanici
Collettore
ultrasuoni
Distribuzione
orizzontale
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
Contabilizzazione indiretta
La
contabilizzazione
utilizzata
indiretta
principalmente
è
negli
impianti a “distribuzione verticale” a
colonne montanti, installando un
ripartitore su ogni corpo scaldante.
In questi impianti la contabilizzazione
diretta sarebbe infatti improponibile
per l’impossibilità di identificare un
Distribuzione verticale
(Edifici esistenti)
circuito relativo all’unità immobiliare.
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
Contabilizzazione indiretta
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
Ripartitore a doppio sensore, in radiofrequenza
Il ripartitore trasmette informazioni ad un ricevitore sulla
quantità di energia erogata dal corpo scaldante.
Il principio di funzionamento si basa sulla conoscenza della
potenza termica nominale del corpo scaldante e sulla misura
delle sue condizioni di funzionamento (differenza fra
temperatura media superficiale e temperatura ambiente)
dalle quali dipende l’emissione termica, integrandola nel
tempo.
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
L'unità di ripartizione, rappresenta l’elemento di proporzionalità con
l’energia erogata ed è rappresentata da:
UR  k   (Tr  Ta )
t
dove:
Ur = unità di ripartizione
K = coefficiente che tiene conto di:
• potenza nominale del radiatore Kq
• tipologia del radiatore
• modalità di montaggio Kc
Tr = temperatura superficiale radiatore
Ta = temperatura ambiente
La normativa di riferimento è la UNI EN 834.
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
Sistema evoluto di termoregolazione con valvole
elettroniche programmabili e contabilizzazione da remoto
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
Vantaggi.
Un buon sistema di termo-regolazione
dell’impianto di riscaldamento è fondamentale
per il risparmio di energia poiché:
1. assicura una temperatura costante
nell’abitazione, qualunque siano le
condizioni climatiche esterne;
2. consente di sfruttare gli apporti termici
gratuiti evitando i fenomeni di
surriscaldamento della casa;
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
3. Consente di gestire il riscaldamento secondo le proprie
esigenze, garantendo la flessibilità gestionale
caratteristica dell’impianto autonomo, senza rinunziare ai
vantaggi del riscaldamento centralizzato
4. In abbinamento con la contabilizzazione premia il
Ogni grado in meno
comportamento virtuoso del singolo utente che può
della temperatura
ottenere una riduzione degli sprechi e quindi dei costi.
ambiente consente
5. Consente di ottimizzare in termini di equità la
correlazione tra spesa attribuita e calore effettivamente
un risparmio del
combustibile del 7%
prelevato dalla c.t. condominiale.
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
E’ bene ricordare che :
•
La termoregolazione senza contabilizzazione è poco utile
perché l’utente non è motivato ad utilizzarla.
•
La contabilizzazione senza termoregolazione è inutile in quanto
l’utente non può decidere i propri consumi.
•
La Norma UNI 10200 definisce i criteri di ripartizione della spesa
per l’energia prelevata, sia per il riscaldamento che per l’ACS
•
Si può tenere sempre acceso giorno e notte l’impianto
centralizzato in presenza di una regolazione climatica che regoli
la temperatura interna almeno su due livelli;
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IMPIANTI TERMICI
ED EFFICIENZA ENERGETICA
Contabilizzazione e ripartizione del calore
Importante
Tenendo sempre acceso l’impianto di riscaldamento l’edificio
mantiene una temperatura costante, senza dannosi sbalzi
termici, e permette un ulteriore risparmio energetico.
Effetti sull’impianto esistente
•
Forte riduzione della portata totale dell’impianto
•
Generazione di sovra-pressione nel circuito di distribuzione
•
Abbassamento della temperatura dei radiatori
•
Esaltazione degli squilibri fra diverse colonne
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DIAGNOSI ENERGETICA E
VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI
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DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE
DEGLI INVESTIMENTI
DIAGNOSI ENERGETICA
Le opportunità di miglioramento vanno valutate con una DIAGNOSI
ENERGETICA che evidenzi gli interventi più opportuni e prioritari che
interessano sia il sistema tecnologico sia la gestione energetica
dell’edificio.
Per DIAGNOSI ENERGETICA si intende :
« un processo sistematico che evidenzi i bisogni energetici ed i
consumi di un organizzazione sia essa in ambito civile o industriale,
per individuare le possibili azioni mirate a ridurre gli sprechi ovvero
aumentare l’efficienza globale del sistema.»
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74
DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE
DEGLI INVESTIMENTI
DIAGNOSI ENERGETICA
Fasi di sviluppo della diagnosi energetica
Prima fase
Terza fase
Raccolta di informazioni e dati
Analisi ed elaborazione dei dati
significativi preliminari al fine di
raccolti e predisposizione del
effettuare un’analisi energetica iniziale;
rapporto finale
Seconda fase
Quarta fase
Sopralluogo finalizzato all’analisi
Individuare delle aree di probabile
energetica sull'attuale utilizzo e la
intervento tecnico di riqualificazione.
gestione dell’energia
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DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE
DEGLI INVESTIMENTI
DIAGNOSI ENERGETICA
Il DL 63/2013 introduce un’importante integrazione al Dlgs 192/05,
imponendo un nuovo obbligo al tecnici, stabilendo art.4 che :
“… i requisiti minimi
(di prestazione energetica) rispettino le
valutazioni tecniche ed economiche di convenienza, fondate
sull’analisi costi-benefici del ciclo di vita economico degli edifici … “
Il beneficio è misurabile dalla riduzione della spesa per energia
primaria impiegata nell’attività.
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DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE
DEGLI INVESTIMENTI
Valutazione degli investimenti
I passi necessari per valutare la redditività di un
intervento di miglioramento su un edificio esistente sono i
seguenti :
1. Individuazione dell’intervento
2. Calcolo dell’energia risparmiata
3. Costo dell’energia risparmiata
4. Calcolo costi-benefici
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DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE
DEGLI INVESTIMENTI
Valutazione degli investimenti
Il metodo comunemente utilizzato per la valutazione costi-rendimenti
degli investimenti è il ”valore attuale dei flussi di cassa”, valutazione in
cui il valore attuale di un progetto è comparato con il valore attuale di
un investimento alternativo per un presunto tasso di sconto.
Gli indicatori economici più largamente utilizzati sono:
– il periodo di recupero dei capitale
– il Valore Attuale Netto
– il Tasso Interno di Redditività
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DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE
DEGLI INVESTIMENTI
Valutazione degli investimenti
Tempo di ritorno semplice (PBS).
Nel caso in cui l'investimento comporti un esborso iniziale I0 ed un risparmio
(o guadagno) annuo netto R costante negli anni, risulta semplicemente:
I0
PBS =
[anni]
R
Questo indice ha essenzialmente il pregio dell'immediatezza, ed è sempre considerato
come uno degli indicatori economici più importanti e significativi.
In un’analisi di massima o di “pre-fattibilità”, il PBS è in genere sufficiente per fornire
indicazioni esaurienti. Va comunque confrontato con la vita media della realizzazione.
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DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE
DEGLI INVESTIMENTI
Valutazione degli investimenti
Valore Attuale Netto.
Lo strumento matematico più fine che consente di valutare
l’accettabilità di un investimento è il calcolo del V.A.N.
Ciò significa mettere a raffronto l’onere di un esborso iniziale
(che rappresenta una rinuncia ad una disponibilità iniziale)
con il flusso di cassa rappresentato dai proventi che si
presentano negli anni successivi, come conseguenza
dell’investimento.
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DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE
DEGLI INVESTIMENTI
Valutazione degli investimenti
Il VAN è definito dalla relazione:
VAN = Fc x Fa – I
Dove :
I= investimento iniziale
Fc : proventi attualizzati (risparmio)
Fa : fattore di annualità [ Σ1nc1/ (1+ì)k] (con indice del periodo
k-esimo da 1 a nc)
ì = tasso % d’interesse (costo del capitale, considerato per
semplicità costante)
nc= vita dell’investimento
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DIAGNOSI ENERGETICA E VALUTAZIONE
DEGLI INVESTIMENTI
Valutazione degli investimenti
In base al criterio di accettazione del VAN sono accettabili
tutti gli investimenti che garantiscono un VAN maggiore di 0;
cioè dovrà verificarsi un profitto tale che :
Fc x Fa > I
Il flusso di cassa Fc equivale al risparmio conseguito a causa
dell’investimento iniziale I.
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DIAGNOSI ENERGETICA E RIQUALIFICAZIONE
DEGLI IMPIANTI
Valutazione degli investimenti
IN CONCLUSIONE :
… nonostante l’emergenza energetica e climatica e la convenienza
economica degli interventi di miglioramento, in Italia ci si focalizza
poco o niente su come aumentare l’efficienza energetica delle
abitazioni ed in particolare degli edifici condominiali, i luoghi dove
vive circa la metà della popolazione italiana.
Almeno tre sono i potenziali ostacoli :
1. Barriere culturali
2. Barriere tecniche e professionali
3. Barriere finanziarie
dott. ing. gian paolo soddu
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