La palestra oggetto di studio è costituita da un corpo in acciaio e un corpo in cemento armato, collegati reciprocamente.

CONCLUSIONI

L'argomento della seguente Tesi di Laurea ha riguardato il progetto architettonico, strutturale ed energetico di un edificio adibito a palestra sportiva, situato nel comune di Pontedera (Pi).

La prima fase della progettazione ha riguardato lo studio dell'orientamento dell'edificio, per limitare il problema dell'irraggiamento solare. Particolare attenzione è stata posta alle facciate esposte a nord-est, sud-est e nord-ovest, in quanto presentano delle grandi vetrate.

Successivamente sono stati studiati gli spazi e i flussi interni in modo tale da farli interagire tra di loro.

La palestra oggetto di studio è costituita da un corpo in acciaio e un corpo in cemento armato, collegati reciprocamente.

Al piano terra della struttura in acciaio troviamo l'ingresso alla palestra e gli spogliatoi.

La necessità di ottenere una sala adatta allo svolgimento simultaneo dei corsi di fitness ha spinto alla realizzazione di una copertura costituita da una travatura reticolare di 24 metri.

All'interno della grande sala, per sfruttare la copertura degli spazi destinati agli spogliatoi e alla reception. è stato realizzato un soppalco che permette di svolgere ulteriori allenamenti sportivi.

L'edificio in cemento armato è composto da due piani: al piano terra troviamo uno spazio "easy line", il centro medico, i servizi igienici, un locale magazzino e un locale impianti. Mentre al primo piano troviamo la sala spinning, la sala attrezzi, un magazzino e uno spazio per gli istruttori.

Una volta definita la struttura dal punto di vista architettonico, la fase successiva ha riguardato la progettazione strutturale, condotta per fasi successive, esaminando inizialmente la parte in acciaio, successivamente la parte in cemento armato ed infine le fondazioni.

L'analisi dei carichi e delle sollecitazioni, la progettazione e le verifiche di resistenza e di stabilità degli elementi che costituiscono la struttura sono state condotte mediante il metodo semiprobabilistico agli Stati Limite, il tutto compatibilmente con quanto indicato nel D.M.

Infrastrutture 14 Gennaio 2008 "Nuove Norme Tecniche per le costruzioni".

Particolare attenzione è stata posta allo studio dell'azione sismica, la quale è stata valutata mediante la definizione degli spettri di risposta sia per la componente orizzontale sia per la componente verticale per gli stati limite in esame. Gli spettri di risposta sono stati ricavati mediante il foglio di calcolo Excel "Spettri NTC" messo a disposizione della Regione Toscana.

Gli effetti dell'azione sismica sulla costruzione sono stati valutati mediante il metodo di analisi lineare dinamica (analisi modale).

Dopo una fase iniziale di predimensionamento sono state dedotte le caratteristiche geometriche e

materiche dei principali elementi che costituiscano la struttura, i quali sono stati inseriti nel software

di calcolo "SAP2000 v.14.00". Utilizzando le caratteristiche di sollecitazioni ricavate dal software di calcolo sono state condotte le verifiche di resistenza e di stabilità, sia per le azioni statiche (SLU e SLE) che per le azioni sismiche (SLV e SLD), degli elementi strutturali; le verifiche dei collegamenti in acciaio bullonati e saldati; le verifiche degli ancoraggi delle colonne e le verifiche delle sezioni significative degli elementi che costituiscano la struttura in cemento armato (travi, pilastri e fondazioni).

La seconda parte della tesi ha riguardato il dimensionamento dei pannelli solari termici per la sola produzione di acqua calda sanitaria.

Inizialmente è stata valutata l'energia solare termica, in particolare la radiazione solare che attraversando l'atmosfera e giungendo al suolo si scompone in diretta, diffusa e riflessa.

La posizione del Sole nel cielo, che varia in funzione degli angoli caratteristici del luogo, del tempo e dell'inclinazione e orientamento dell'area ricettrice incide sull'intensità e sulla direzione della radiazione diretta.

Lo studio della latitudine (ϕ), della declinazione solare (δ), dell'angolo orario (ω), dell'angolo di altezza solare (α), dell'angolo zenitale (θ z ) e dell'angolo di azimut solare (a z ) ha permesso di quantificare quanta radiazione solare sia disponibile rispetto a quella costantemente emessa dal Sole.

Una volta valutati i fondamenti dell'energia solare termica, a titolo di esempio sono state spiegate le modalità di funzionamento di un collettore solare piano vetrato e successivamente sono state approfondite le caratteristiche dei collettori solari piani (vetrati e non vetrati), dei collettori solari sottovuoto e dei collettori solari ad accumulo integrato.

Infine è stato riportato il procedimento per determinare la radiazione solare giornaliera media mensile disponibile, l'energia captata mensile,il fabbisogno di acqua calda sanitaria, la superficie captante e il volume dei serbatoi di accumulo, grandezze necessarie al dimensionamento di un impianto solare termico.

Sulla base delle informazioni ricavate da tale studio è stato possibile dimensionare l'impianto solare termico della palestra per la sola produzione di acqua calda sanitaria. In particolare, l'impianto è stato dimensionato una volta utilizzando pannelli solari piani vetrati e una volta utilizzando collettori a tubi sottovuoto. A fine dimensionamento è stato evidenziato il numero di pannelli da installare e la loro superficie totale (in funzione della tipologia di pannello scelto), l’energia prodotta dal sistema solare e quella che dovrà essere integrata con un sistema tradizionale.

Per poter stabilire quale soluzione è più conveniente installare, occorre effettuare una valutazione economica sui costi e sui tempi di ritorno dell'investimento dell'impianto solare termico.

Il primo parametro da valutare è il costo dell'impianto solare, considerando il suo valore "chiavi in

mano". Tale parametro deve tenere conto del costo complessivo dei collettori solari installati, delle

dimensioni dell'impianto e della complessità impiantistica legata all'installazione, al collaudo, al

primo avviamento e alla manutenzione.

L'installazione è uno dei fattori che incide maggiormente sul costo finale dell'impianto. In generale, per impianti solari di piccole dimensioni, come ad esempio di un edificio unifamiliare realizzato con collettori solari piani vetrati, risulta più conveniente installare un sistema a circolazione naturale;

mentre per impianti di grandi dimensioni sono da preferire sistemi a circolazione forzata.

Considerando che un impianto solare termico ha una durata di 20 ÷ 25 anni, un altro aspetto fondamentale che non può essere trascurato nel costo totale dell'impianto è la spesa di manutenzione ordinaria e l'eventuale sostituzione di componenti danneggiati.

Il passo successivo è quello di determinare il risparmio annuo ottenuto grazie all'impianto solare termico, in relazione al fabbisogno di acqua calda sanitaria e alla quota di copertura solare annua.

A questo punto, in relazione ai risparmi ottenuti, siamo in grado di determinare il tempo di ritorno dell'investimento, ovvero possiamo stimare in quanti anni si ripaga il costo del nostro impianto.

Un impianto solare termico adeguatamente dimensionato e ben installato si ripaga in pochi anni anche grazie all'aiuto due incentivi economici: il "Conto Termico" e le "Detrazioni Fiscali".

Di seguito si riporta la valutazione economica per l'impianto solare termico della palestra nel caso di installazione dei collettori solari piani vetrati e collettori solari a tubi sottovuoto.

Nell'analisi che andremo ad affrontare occorrerà conoscere i metri cubi di metano necessari per portare il volume di acqua giornaliero di 3150 litri dalla temperatura di acquedotto (12°C) alla temperatura di utilizzo (50°C) e successivamente trasformarli in kWh termici.

Innanzitutto occorre sapere che un metro cubo di metano produce circa 9271 kcal. Se ipotizziamo che la caldaia ha un rendimento pari a 85%, possiamo concludere che un metro cubo di metano cede all'acqua 7880 kcal. Per innalzare di un grado un litro d'acqua occorre 1 kcal, perciò per portare 3150 litri da una temperatura di 12°C ad una temperatura di 50°C occorrono 119700 kcal. A questo punto si possono facilmente ricavare i metri cubi di metano necessari per coprire il salto termico che risultano essere pari a 15 mc.

Il passaggio successivo prevede la conversione dei metri cubi stimati in kWh termici. Occorre sapere che dal metano si ricava intorno a 9,6 kWh termici per ogni mc. Tuttavia i kWh termici forniti prodotti con un metro cubo di metano dipendono dal rendimento della caldaia. Per cui nel caso in esame, essendo il rendimento pari all'85% si ha che 1 mc di metano fornisce 8 kWh termici;

mentre a 15 mc di metano corrispondono 120 kWh termici.

Analisi economica per impianto solare termico della palestra con pannelli piani vetrati

Impianto solare composto da 16 pannelli piani vetrati con una superficie lorda complessiva di 40,8 m ² . Sistema a circolazione forzata, dimensionato per la sola produzione di acqua calda sanitaria. Dotato di un serbatoio di accumulo da 2500 litri, posto all'interno del locale impianti. La quota di copertura annua dell'impianto è pari a 60%. I collettori solari sono installati sulla copertura piana del locale impianti e sono orientati a 18° sud-ovest e inclinati di 43°.

La durata dell'impianto è stimata intorno a 20 ÷ 25 anni.

Costo totale dell'impianto

numero collettori solari piani installati 16

costo collettore solare piano 880 €

costo tapparella elettrica 180 €

costo totale dell'impianto comprensivo di iva (22%) 20691 €

incremento del costo totale 2,5 %

investimento complessivo 21208 €

Solare termico - Integrazione con caldaia a metano

fabbisogno acqua calda sanitaria annua 51811 kWh/anno

quota di copertura impianto solare 60 %

fabbisogno acqua calda sanitaria annua prodotta dall'impianto solare 31087 kWh/anno acqua calda prodotta al 100% con caldaia a metano

(120 kWh termici/giorno) 43800 kWh termico/anno

costo del gas 0,11 €/ kWh termico

costo annuo acqua calda prodotta al 100% con caldaia a metano 4818 €/anno

acqua calda prodotta al 40% con caldaia a metano 17520 kWh termico/anno costo annuo acqua calda prodotta al 100% con caldaia a metano 1927 €/anno

risparmio ottenuto grazie alla copertura solare del 60% 2891 €/anno

Tempo di ritorno

Investimento totale 21208 €

risparmio annuo 2891 €/anno

tempo di ritorno 8 anni

Analisi economica per impianto solare termico della palestra con collettori a tubi sottovuoto Impianto solare composto da 24 collettori a 14 tubi sottovuoto con una superficie lorda complessiva di 66,5 m ² . Sistema a circolazione forzata, dimensionato per la sola produzione di acqua calda sanitaria. Dotato di un serbatoio di accumulo da 2500 litri, posto all'interno del locale impianti. La quota di copertura annua dell'impianto è pari a 63%. I collettori solari sono installati sulla copertura piana del locale impianti e sono orientati a 18° sud-ovest e inclinati di 43°.

La durata dell'impianto è stimata intorno a 20 ÷ 25 anni.

Costo totale dell'impianto

numero collettori solari piani installati 24

costo collettore solare piano 1295 €

costo totale dell'impianto comprensivo di iva (22%) 31080 €

incremento del costo totale 2,5 %

investimento complessivo 31857 €

Solare termico - Integrazione con caldaia a metano

fabbisogno acqua calda sanitaria annua 51811 kWh/anno

quota di copertura impianto solare 63 %

fabbisogno acqua calda sanitaria annua prodotta dall'impianto solare 32641 kWh/anno acqua calda prodotta al 100% con caldaia a metano

(120 kWh termici/giorno) 43800 kWh termico/anno

costo del gas 0,11 €/ kWh termico

costo annuo acqua calda prodotta al 100% con caldaia a metano 4818 €/anno

acqua calda prodotta al 37% con caldaia a metano 16206 kWh termico/anno costo annuo acqua calda prodotta al 100% con caldaia a metano 1783 €/anno

risparmio ottenuto grazie alla copertura solare del 63% 3035 €/anno

Tempo di ritorno

Investimento totale 31857 €

risparmio annuo 3035 €/anno

tempo di ritorno 10 anni

Confrontando i risultati ottenuti possiamo concludere che per la palestra oggetto di studio risulta più

conveniente installare sulla copertura piana del locale impianti 16 pannelli piani vetrati con una

superficie lorda complessiva di 40,8 m ² .