Tweet
+++++++++ EOLICO EDILIZIO +++++++++
Con la denominazione "Eolico Edilizio" intendo la
creazione di sistemi eolici per la produzione di energia elettrica integrati nella struttura edile,
i vantaggi di una integrazione attenta e architetturale valgono anche per i pannelli fotovoltaici e termici,
ma in questa occasione mi limito a trattare i generatori eolici .
La struttura edile può essere:
una casa,
un gruppo di case,
villette a schiera,
una palazzina,
un gruppo di palazzine,
un palazzo di tanti piani,
un gruppo di palazzi di tanti piani,
un capannone industriale,
un gruppo di capannoni industriali,
un ponte,
un traliccio,
una qualunque struttura edile pubblica o privata oltre a quelle descritte .
- -
) INTRODUZIONE
Fatta la premessa che sulle questioni tecniche della potenzialità del vento sui territori onshore e offshore
e la progettazione di turbine da parte degli ingegneri è certamente competente ed accurata nello sfruttare tutto il possibile
per ottenere il migliore rapporto tra "costi di creazione dell'impianto"+"costi di esercizio dell'impianto" e energia ottenuta,
potrebbe essere utile cercare di applicare i generatori eolici agli edifici dove in situazioni particolari si vengono a creare
le condizioni sufficienti per giustificare il costo di un generatore eolico .
) CENNI TECNICI
Le turbine eoliche attualmente prodotte sono di diversi tipi,
hanno tutte bisogno di una velocita del vento minima di 3 o 4 m/s e questo non è un limite dei generatori,
ma dipende dalla energia contenuta nel vento che cala drasticamente con il calo della velocità,
riporto la formula della energia del vento.
Prima definiamo i parametri della formula:
P1) Energia misurata in Watt al metro quadrato, che definiamo "Energia_In_W/m²" o "E"
P2) Densità dell'aria in kg al metro cubo (normalmente 1.22), che definiamo "Densità_Aria_kg/m³" o "D"
P3) Velocita del vento in metri al secondo, che definiamo "Velocita_In_m/s" o "V"
Ora vediamo la formula nella sua definizione concettuale :
"Energia_In_W/m²" = ("Densità_Aria_kg/m³" x "Velocita_In_m/s"³)/2
Per maggiore chiarezza la vediamo nella forma contratta :
E = (D x V³)/2
A questo punto applichiamo la formula in questo modo "(D x V³)/2 = E" e vediamo qualche esempio :
(1.22 x 10³)/2 = 610
(1.22 x 9³)/2 = 444.69
(1.22 x 8³)/2 = 312.32
(1.22 x 7³)/2 = 209.23
(1.22 x 6³)/2 = 131.76
(1.22 x 5³)/2 = 76.25
(1.22 x 4³)/2 = 39.04
(1.22 x 3³)/2 = 16.47
(1.22 x 2.5³)/2 = 9.53
(1.22 x 2³)/2 = 4.88
(1.22 x 1.5³)/2 = 2.05
(1.22 x 1³)/2 = 0.61
Come possiamo vedere, con una velocità del vento di 10 metri al secondo abbiamo 610 Watt al metro quadrato,
mentre con una velocità del vento di 1 metro al secondo abbiamo 0.61 Watt al metro quadrato,
ora se facciamo 610 / 0.61 = 1000, vale a dire che non c'è una proporzione lineare tra energia e velocita del vento,
nell'esempio la velocita è diminuita 10 volte ma la energia è diminuita di 1000 volte .
Ora, si capisce che sotto i 3 m/s diventa molto difficile ottenere una sufficiente quantità di energia
da giustificare la iniziativa di creare e applicare un generatore eolico,
già a 3 m/s abbiamo solo 16.47 W/m² che se supponendo di avere una turbina di 10m² (ovvero 3.6 metri di diametro),
moltiplichiamo per 10 e abbiamo 164.7 Watt, quindi in 24 ore produce 3.95 KWh,
ma non è finita qui perché si deve rispettare la legge di Betz che dice che la reale potenza ottenibile
è il 59% di quella nominale , quindi 3.95 * 0.59 = 2.33 .
Abbiamo quindi poco più di 2 KWh supponendo che ci siano sempre 3 m/s di velocità costante nelle 24 ore .
L'EOLICO EDILIZIO
Pensare di creare un impianto eolico su una struttura edile esistente o in fase di progettazione o ristrutturazione,
può essere una ingenua speranza, però, provando a cercare tra le opportunità nascoste nelle strutture edili,
non è da escludere che si possano trovare delle situazioni e delle soluzioni che offrano delle opportunità.
Un modo per aumentare la velocità del vento potrebbe essere quello di usare dei convogliatori (imbuti)
che captano una ampia superfice per concentrarla in una sezione di passaggio minore,
questo fatto non aumenta la energia ottenibile che il luogo può dare,
però può essere utile a rendere sia tecnicamente che economicamente possibile la applicazione in situazioni dove
non c'è una velocità del vento sufficiente per il funzionamento efficace della turbina eolica
e se anche ci fosse una turbina progettata per funzionare correttamente con basse velocità dell'aria
risulterebbe essere grande, costosa e ingombrante e poco adattabile alla struttura edile,
mentre invece con un convogliatore si può usare una turbina piccola e di basso costo visto che in commercio
esistono molti modelli per il micro eolico di varie dimensioni e prezzi.
Il convogliatore (che può essere fatto con dei teli gestibili con degli avvolgitori o altro),
può avere diverse forme e essere applicato in diversi contesti,
e soprattutto dove si concentra il vento a causa della forma dell'edificio,
per esempio :
) Tra due edifici vicini
) Sul tetto
) Sugli angoli verticali dell'edificio
) Nelle arcate di un ponte
) Su torri o tralicci
) . . .
L'idea di usare imbuti per sfruttare i venti deboli non è nuova, abbiamo esempi come il caso "INVELOX",
che però implica la costruzione di strutture grandi e apposite .
Mentre con l'eolico edilizio, si sfrutta la struttura edile già esistente avendo una serie di vantaggi, che possono essere :
) Parziale risparmio del costo del sostegno .
) Le facciate degli edifici possono fare da grande convogliatore del vento
(in associazione a dei convogliatori appositi che consentono la cattura del vento in moto ottimale) .
) Applicazione capillare e locale dell'eolico con costi di esercizio che consentono la iniziativa privata in piccolo,
che moltiplicato per tanti privati e il loro edificio,
potrebbe raggiungere valori complessivi elevati nella produzione di energia elettrica .
) Minore impatto paesaggistico visto che gli impianti oltre che essere meno impattanti (visto che sono attaccati all'edificio),
possono essere anche disegnati e colorati per dare una valorizzazione estetica all'edificio con il risultato di avere addirittura
un miglioramento del paesaggio.
Si potrebbe arrivare addirittura ai casi dove il contributo estetico possa invogliare la applicazione anche
in condizioni di efficacia modesta nella produzione di energia, a tutto vantaggio del risultato ecologico generale .
La applicazione dell'eolico edilizio, inteso per come è stato descritto,
è proponibile per le zone dove il vento non è sufficiente per applicare le normali turbine eoliche (orizzontali o verticali che siano),
ma è sufficiente per fare un micro eolico privato a basso costo grazie alla aggiunta dei convogliatori
che catturano il vento di una superficie molto maggiore della superficie della turbina
e trasformano il vento che investe la turbina in un vento sufficientemente veloce
da generare una accettabile quantità di energia elettrica .
++++++++ Vediamo un esempio :
Consideriamo un convogliatore sul tetto
(senza catturare l'aria che sfugge agli angoli verticali dell'edificio con convogliatori e turbine messi sugli spigoli)
che ha una superficie di cattura del vento di 10m²,
il vento a una velocita di 2 m/s (4.88 w/m²),
una riduzione del convogliatore di 10 a 1 che alimenta quindi una turbina con una superficie di 1 m².
Abbiamo quindi 10 m² x 4.88 = 48.8 watt
che vengono convogliati alla turbina poi consideriamo solo il 59% per la legge di Betz e abbiamo 48.8 x 0.59 = 28.79
nelle 24 ore abbiamo 28.79 x 24 = 690.96 Wh ovvero 0.69096 KWh .
Direi che è poco, ma se consideriamo che il convogliatore è sul tetto di un edificio,
la velocita del vento aumenta per il fatto che il vento che colpisce la facciata deve deviare scolmando il tetto o passando ai lati,
abbiamo una casa per esempio di 2 piani con una facciata di 10m di larghezza x 7m di altezza = 70 m² di superficie,
quindi sempre con 2 m/s di velocita del vento abbiamo 4.88 x 70 = 341.6 watt
e nelle 24 ore 341.6 x 24 = 8198.4 watt ovvero 8.1984 KWh x 0.59 = 4.837 KWh
ora, è ovvio che questi watt non saranno facilmente tutti catturabili, però una certa parte si,
tornando al convogliatore di 10m² se lo mettiamo su tetto beneficerà dell'aumento della velocita del vento
che impatta sulla facciata della casa,
il calcolo di questo aumento è piuttosto complesso e dipendente da tanti fattori ambientali,
pertanto non farò dei calcoli e mi limito a fare una ipotesi minimale,
supponiamo che all'ingresso del convogliatore la velocità aumenti solamente da 2 a 3 m/s e rifacciamo i calcoli,
Abbiamo quindi 10 m² x 16.47 = 164.7 watt
che vengono convogliati alla turbina poi consideriamo solo il 59% per la legge di Betz e abbiamo 164.7 x 0.59 = 97.173
nelle 24 ore abbiamo 97.173 x 24 = 2332.152 Wh ovvero 2.332152 KWh .
Siamo passati da 0.69096 KWh a 2.332152 KWh .
Come già anticipato nei "CENNI TECNICI" prima di stabilire se fare un impianto del genere,
bisogna fare dei rilevamenti anemometrici nel punti dell'edificio in cui si può pensare di fare la installazione,
e procedere solo se i dati dei rilevamenti sono sufficienti .
Con la denominazione "Eolico Edilizio" intendo la
creazione di sistemi eolici per la produzione di energia elettrica integrati nella struttura edile,
i vantaggi di una integrazione attenta e architetturale valgono anche per i pannelli fotovoltaici e termici,
ma in questa occasione mi limito a trattare i generatori eolici .
La struttura edile può essere:
una casa,
un gruppo di case,
villette a schiera,
una palazzina,
un gruppo di palazzine,
un palazzo di tanti piani,
un gruppo di palazzi di tanti piani,
un capannone industriale,
un gruppo di capannoni industriali,
un ponte,
un traliccio,
una qualunque struttura edile pubblica o privata oltre a quelle descritte .
- -
) INTRODUZIONE
Fatta la premessa che sulle questioni tecniche della potenzialità del vento sui territori onshore e offshore
e la progettazione di turbine da parte degli ingegneri è certamente competente ed accurata nello sfruttare tutto il possibile
per ottenere il migliore rapporto tra "costi di creazione dell'impianto"+"costi di esercizio dell'impianto" e energia ottenuta,
potrebbe essere utile cercare di applicare i generatori eolici agli edifici dove in situazioni particolari si vengono a creare
le condizioni sufficienti per giustificare il costo di un generatore eolico .
) CENNI TECNICI
Le turbine eoliche attualmente prodotte sono di diversi tipi,
hanno tutte bisogno di una velocita del vento minima di 3 o 4 m/s e questo non è un limite dei generatori,
ma dipende dalla energia contenuta nel vento che cala drasticamente con il calo della velocità,
riporto la formula della energia del vento.
Prima definiamo i parametri della formula:
P1) Energia misurata in Watt al metro quadrato, che definiamo "Energia_In_W/m²" o "E"
P2) Densità dell'aria in kg al metro cubo (normalmente 1.22), che definiamo "Densità_Aria_kg/m³" o "D"
P3) Velocita del vento in metri al secondo, che definiamo "Velocita_In_m/s" o "V"
Ora vediamo la formula nella sua definizione concettuale :
"Energia_In_W/m²" = ("Densità_Aria_kg/m³" x "Velocita_In_m/s"³)/2
Per maggiore chiarezza la vediamo nella forma contratta :
E = (D x V³)/2
A questo punto applichiamo la formula in questo modo "(D x V³)/2 = E" e vediamo qualche esempio :
(1.22 x 10³)/2 = 610
(1.22 x 9³)/2 = 444.69
(1.22 x 8³)/2 = 312.32
(1.22 x 7³)/2 = 209.23
(1.22 x 6³)/2 = 131.76
(1.22 x 5³)/2 = 76.25
(1.22 x 4³)/2 = 39.04
(1.22 x 3³)/2 = 16.47
(1.22 x 2.5³)/2 = 9.53
(1.22 x 2³)/2 = 4.88
(1.22 x 1.5³)/2 = 2.05
(1.22 x 1³)/2 = 0.61
Come possiamo vedere, con una velocità del vento di 10 metri al secondo abbiamo 610 Watt al metro quadrato,
mentre con una velocità del vento di 1 metro al secondo abbiamo 0.61 Watt al metro quadrato,
ora se facciamo 610 / 0.61 = 1000, vale a dire che non c'è una proporzione lineare tra energia e velocita del vento,
nell'esempio la velocita è diminuita 10 volte ma la energia è diminuita di 1000 volte .
Ora, si capisce che sotto i 3 m/s diventa molto difficile ottenere una sufficiente quantità di energia
da giustificare la iniziativa di creare e applicare un generatore eolico,
già a 3 m/s abbiamo solo 16.47 W/m² che se supponendo di avere una turbina di 10m² (ovvero 3.6 metri di diametro),
moltiplichiamo per 10 e abbiamo 164.7 Watt, quindi in 24 ore produce 3.95 KWh,
ma non è finita qui perché si deve rispettare la legge di Betz che dice che la reale potenza ottenibile
è il 59% di quella nominale , quindi 3.95 * 0.59 = 2.33 .
Abbiamo quindi poco più di 2 KWh supponendo che ci siano sempre 3 m/s di velocità costante nelle 24 ore .
L'EOLICO EDILIZIO
Pensare di creare un impianto eolico su una struttura edile esistente o in fase di progettazione o ristrutturazione,
può essere una ingenua speranza, però, provando a cercare tra le opportunità nascoste nelle strutture edili,
non è da escludere che si possano trovare delle situazioni e delle soluzioni che offrano delle opportunità.
Un modo per aumentare la velocità del vento potrebbe essere quello di usare dei convogliatori (imbuti)
che captano una ampia superfice per concentrarla in una sezione di passaggio minore,
questo fatto non aumenta la energia ottenibile che il luogo può dare,
però può essere utile a rendere sia tecnicamente che economicamente possibile la applicazione in situazioni dove
non c'è una velocità del vento sufficiente per il funzionamento efficace della turbina eolica
e se anche ci fosse una turbina progettata per funzionare correttamente con basse velocità dell'aria
risulterebbe essere grande, costosa e ingombrante e poco adattabile alla struttura edile,
mentre invece con un convogliatore si può usare una turbina piccola e di basso costo visto che in commercio
esistono molti modelli per il micro eolico di varie dimensioni e prezzi.
Il convogliatore (che può essere fatto con dei teli gestibili con degli avvolgitori o altro),
può avere diverse forme e essere applicato in diversi contesti,
e soprattutto dove si concentra il vento a causa della forma dell'edificio,
per esempio :
) Tra due edifici vicini
) Sul tetto
) Sugli angoli verticali dell'edificio
) Nelle arcate di un ponte
) Su torri o tralicci
) . . .
L'idea di usare imbuti per sfruttare i venti deboli non è nuova, abbiamo esempi come il caso "INVELOX",
che però implica la costruzione di strutture grandi e apposite .
Mentre con l'eolico edilizio, si sfrutta la struttura edile già esistente avendo una serie di vantaggi, che possono essere :
) Parziale risparmio del costo del sostegno .
) Le facciate degli edifici possono fare da grande convogliatore del vento
(in associazione a dei convogliatori appositi che consentono la cattura del vento in moto ottimale) .
) Applicazione capillare e locale dell'eolico con costi di esercizio che consentono la iniziativa privata in piccolo,
che moltiplicato per tanti privati e il loro edificio,
potrebbe raggiungere valori complessivi elevati nella produzione di energia elettrica .
) Minore impatto paesaggistico visto che gli impianti oltre che essere meno impattanti (visto che sono attaccati all'edificio),
possono essere anche disegnati e colorati per dare una valorizzazione estetica all'edificio con il risultato di avere addirittura
un miglioramento del paesaggio.
Si potrebbe arrivare addirittura ai casi dove il contributo estetico possa invogliare la applicazione anche
in condizioni di efficacia modesta nella produzione di energia, a tutto vantaggio del risultato ecologico generale .
La applicazione dell'eolico edilizio, inteso per come è stato descritto,
è proponibile per le zone dove il vento non è sufficiente per applicare le normali turbine eoliche (orizzontali o verticali che siano),
ma è sufficiente per fare un micro eolico privato a basso costo grazie alla aggiunta dei convogliatori
che catturano il vento di una superficie molto maggiore della superficie della turbina
e trasformano il vento che investe la turbina in un vento sufficientemente veloce
da generare una accettabile quantità di energia elettrica .
++++++++ Vediamo un esempio :
Consideriamo un convogliatore sul tetto
(senza catturare l'aria che sfugge agli angoli verticali dell'edificio con convogliatori e turbine messi sugli spigoli)
che ha una superficie di cattura del vento di 10m²,
il vento a una velocita di 2 m/s (4.88 w/m²),
una riduzione del convogliatore di 10 a 1 che alimenta quindi una turbina con una superficie di 1 m².
Abbiamo quindi 10 m² x 4.88 = 48.8 watt
che vengono convogliati alla turbina poi consideriamo solo il 59% per la legge di Betz e abbiamo 48.8 x 0.59 = 28.79
nelle 24 ore abbiamo 28.79 x 24 = 690.96 Wh ovvero 0.69096 KWh .
Direi che è poco, ma se consideriamo che il convogliatore è sul tetto di un edificio,
la velocita del vento aumenta per il fatto che il vento che colpisce la facciata deve deviare scolmando il tetto o passando ai lati,
abbiamo una casa per esempio di 2 piani con una facciata di 10m di larghezza x 7m di altezza = 70 m² di superficie,
quindi sempre con 2 m/s di velocita del vento abbiamo 4.88 x 70 = 341.6 watt
e nelle 24 ore 341.6 x 24 = 8198.4 watt ovvero 8.1984 KWh x 0.59 = 4.837 KWh
ora, è ovvio che questi watt non saranno facilmente tutti catturabili, però una certa parte si,
tornando al convogliatore di 10m² se lo mettiamo su tetto beneficerà dell'aumento della velocita del vento
che impatta sulla facciata della casa,
il calcolo di questo aumento è piuttosto complesso e dipendente da tanti fattori ambientali,
pertanto non farò dei calcoli e mi limito a fare una ipotesi minimale,
supponiamo che all'ingresso del convogliatore la velocità aumenti solamente da 2 a 3 m/s e rifacciamo i calcoli,
Abbiamo quindi 10 m² x 16.47 = 164.7 watt
che vengono convogliati alla turbina poi consideriamo solo il 59% per la legge di Betz e abbiamo 164.7 x 0.59 = 97.173
nelle 24 ore abbiamo 97.173 x 24 = 2332.152 Wh ovvero 2.332152 KWh .
Siamo passati da 0.69096 KWh a 2.332152 KWh .
Come già anticipato nei "CENNI TECNICI" prima di stabilire se fare un impianto del genere,
bisogna fare dei rilevamenti anemometrici nel punti dell'edificio in cui si può pensare di fare la installazione,
e procedere solo se i dati dei rilevamenti sono sufficienti .