Edifici ad alta efficienza per la transizione energetica (Progetto 1.5)

Le attività del WP1 sono focalizzate sull’analisi di strumenti metodologici ed applicativi per la riqualificazione energetica degli edifici ed il supporto allo sviluppo normativo del settore.

Un focus importante è stato rivolto all’elaborazione dei Gradi Giorno dei Comuni Italiani utilizzando dati della piattaforma internazionale Copernicus, al fine di aggiornare la zonizzazione climatica del territorio nazionale.

Attività di tipo sperimentale sono state dedicate all’analisi di tecnologie e materiali innovativi per l’involucro edilizio. Queste includono, analisi di laboratorio finalizzate alla determinazione delle proprietà termiche, solari e ottiche, di componenti complessi di facciata, e applicazioni di tecnologie per la mitigazione degli apporti solari su un edificio reale.

Diverse linee di ricerca sono state finalizzate all’approfondimento di specifici temi legati al recepimento della Direttiva EPBD IV, tra cui: definizione di strategie per la riqualificazione energetica del parco edilizio pubblico, evoluzione del quadro di calcolo della metodologia comparativa dei livelli ottimali in funzione di costi (Cost Optimality Methodology), studio di nuovi approcci per la classificazione energetica degli edifici, analisi di modelli di edifici ZEB (Zero Emission Buildings) e impatto sui consumi a livello nazionale.

 I risultati possono fornire soluzioni efficaci per la definizione di metodologie e interventi di riqualificazione energetica del parco edilizio nazionale.

Il WP si pone come obiettivo finale lo sviluppo di strumenti e metodologie per migliorare la pianificazione energetica regionale e locale e favorire la sostenibilità nelle aree energeticamente isolate italiane. Sul fronte della pianificazione, mira a superare l'attuale frammentazione tra scenari energetici e analisi multi-benefici, proponendo un approccio sistemico e integrato. In particolare, sviluppa una metodologia innovativa per la redazione di Piani locali di riscaldamento e raffrescamento, in linea con la direttiva EED, basandosi su strumenti esistenti come i PAESC. Introduce inoltre indicatori per mappare il fenomeno della cooling poverty, una problematica emergente, su scala nazionale.

Nelle aree isolate, il WP punta ad aumentare l'uso di energie rinnovabili attraverso tecnologie avanzate, tra cui micro-eolico, energy harvesting e biodigestori di piccola taglia, per produrre acqua calda sanitaria da scarti organici. Integra sistemi fotovoltaici con tecnologie di accumulo termico per migliorare l'efficienza e la flessibilità delle mini-reti elettriche. Parallelamente, analizza le barriere tecniche, sociali e operative per garantire l'adozione pratica delle soluzioni proposte, estendendone l'applicabilità anche ad aree montane e interne.

Infine, il WP valuta strategie per mitigare il surriscaldamento urbano nelle piccole isole, fornendo linee guida per politiche di adattamento climatico e promuovendo condizioni di maggiore benessere ed equità energetica per le comunità locali.

L’obiettivo generale del WP è migliorare le prestazioni dei singoli componenti del sistema edificio-impianti, contribuendo alla riduzione dei consumi e favorendo l’uso e l’integrazione delle fonti rinnovabili negli edifici. 

È previsto lo sviluppo e la sperimentazione di una versione aggiornata del sistema per il recupero e l’accumulo di energia e per il monitoraggio degli edifici, comprendente tecnologie di recupero energetico, sensori a basso consumo e supercapacitori ecosostenibili, integrati in una scheda ibrida.

Saranno studiate e testate soluzioni per incrementare le prestazioni di dispositivi OLED su vetro e sarà approfondita la possibilità di utilizzare substrati plastici flessibili, indagando sia i materiali che le specifiche tecniche di deposizione e incapsulamento, puntando alla realizzazione di dispositivi semitrasparenti.

Proseguirà lo sviluppo di pareti responsive alle diverse condizioni climatiche, in grado di variare le proprietà di isolamento tramite un’intercapedine ventilabile e di accumulare energia termica mediante materiali a cambiamento di fase, prevedendo attività sperimentali di caratterizzazione e monitoraggio su un prototipo dimostrativo.

Per il teleriscaldamento, saranno sviluppati strumenti per valutare scenari di efficientamento e l’integrazione di prosumer; le attività sperimentali includeranno la definizione di strategie per aumentare l’autoconsumo tramite l’integrazione di una pompa di calore e la realizzazione di un prototipo di sottostazione bidirezionale da installare presso un’utenza su una rete reale.

Il WP4 si propone di sviluppare soluzioni integrate per la promozione dell’autoconsumo energetico, della consapevolezza dei consumi. Nel sistema S.A.P.I.EN.T.E., presso il C.R. ENEA Casaccia, verrà installata e studiata, tramite simulazioni dinamiche e prove sperimentali, una pompa di calore ad alta temperatura (PDC-AT) per favorire la transizione dai sistemi a gas a configurazioni rinnovabili senza sostituire i radiatori tradizionali. La PDC-AT sarà valutata anche in combinazione con una rete di teleriscaldamento bidirezionale. Saranno inoltre definite le taglie ottimali dei componenti di generazione e accumulo e analizzati scenari di poligenerazione, con validazioni presso l’impianto di Valenzano. Nell’ottica dell’autoconsumo ibrido, verranno estese le funzionalità del sistema ADLAS con moduli di previsione del carico termico e dispositivi smart per migliorare le capacità predittive e il load shifting. Verrà sviluppata e migliorata la piattaforma EMPOWER finalizzata a supportare amministratori e gestori nel rispetto della Direttiva UE 2018/2002. Sarà fornito supporto all'implementazione dello Smart Readiness Indicator in Italia, anche nell’ambito della fase di test nazionale. Sarà approfondito lo studio delle tecnologie verdi di involucro (TVI) attraverso l’analisi e l’ottimizzazione delle performance di tetti verdi e blue-green e l’esame delle strategie volte all’adattamento all’isola di calore urbana, integrando valutazioni microclimatiche, energetiche ed economiche.

Nell’ambito della presente tematica, l’obiettivo è sfruttare e potenziare le competenze e gli impianti realizzati presso il Centro Ricerche ENEA Portici, per sviluppare e implementare tecniche di gestione flessibile del carico elettrico in reti termiche a bassa temperatura. A tal fine, presso il Centro Ricerche ENEA Portici si prevede di realizzare una rete termica a bassa temperatura, con sorgenti ed utenze reali, realizzando un nuovo impianto a partire da quanto già realizzato nei progetti precedenti, ovvero collegando le pompe di calore booster già presenti a sorgenti ed utenze reali e non emulate. Tale rete sarà impiegata per effettuare indagini sia di tipo numerico che sperimentali volte a sviluppare e testare soluzioni innovative per una gestione flessibile del carico elettrico associato all’utilizzo delle pompe di calore booster sia per il riscaldamento che per il raffrescamento degli edifici.              

Relativamente allo studio di sistemi di accumulo termico di nuova generazione, le attività riguardano: 

• l’ottimizzazione di sistemi di accumulo termico di nuova generazione basati sull’impiego di NEPCM (nano-enhanced phase change materials) dinamici; 
• l’analisi di sistemi di accumulo del freddo basati su PCM con configurazioni innovative del tipo multi-modulo; 
• lo sviluppo di un sistema di refrigerazione stato solido con l’impiego di più PCM per massimizzare l’efficienza energetica; 
• l’impiego di campi magnetici per migliorare le prestazioni di NEPCM.  

Relativamente a quest’ultimo aspetto, il WP mira a esplorare l’impatto di un campo magnetico su alcune tipologie di materiali a cambiamento di fase, arricchiti con nanoparticelle dotate di proprietà magnetiche.