Metodologia del calcolatore:
dati, formule e fonti

1. Come ragiona il calcolatore

Il calcolatore simula un anno intero, giorno per giorno (365 giorni), nella località indicata. Per ogni giorno stima il fabbisogno termico ed elettrico, la produzione di fotovoltaico ed eventuale eolico, e verifica come BioGS-1.0, accumulo elettrico e accumulo termico coprono la differenza. Poi dimensiona l'impianto: numero di unità BioGS-1.0, potenza fotovoltaica, capacità della batteria e volume del puffer.

2. Dati climatici

Produzione fotovoltaica di riferimento. Il calcolatore chiede a PVGIS la resa di 1 kWp con perdite di sistema del 14%. La resa è calcolata sul piano orizzontale e viene poi corretta con i fattori di esposizione descritti più sotto.

Normalizzazione climatica (solo riscaldamento). I gradi giorno dell'anno tipico (base 20 °C) sono divisi per quelli del 2023, e il rapporto, limitato fra 0,8 e 1,3, moltiplica la dispersione termica. Serve perché il 2023 è stato più caldo della media in gran parte d'Italia e non deve far sottostimare il riscaldamento.

Correzione di quota. La temperatura di ERA5 si riferisce a celle di circa 30 km, la cui quota media può differire da quella del sito. La differenza di quota fra cella e sito, moltiplicata per un gradiente di 0,45 °C ogni 100 m, corregge la temperatura (correzione limitata fra -4 e +8 °C).

Zona climatica italiana. Per le località in Italia il proxy ricava la zona climatica (A-F, DPR 412/93) dai gradi giorno dell'anno tipico.

3. Fabbisogno termico

3.1 Riscaldamento degli ambienti

Bilancio giornaliero semplificato, ispirato a EN ISO 13790 e EN ISO 52016:

Q = max(0, H × 24 × (T interna − T esterna) × fattore climatico − η × (apporti interni + apporti solari))

• H: dispersione specifica dell'edificio, in W/K = h_spec × superficie × fattore di forma × fattore di altezza.
• T interna: 20 °C, oppure la temperatura target indicata dall'utente.
• Apporti interni: 3 W per m² di superficie.
• Apporti solari: irraggiamento giornaliero × 0,03 m² di area solare equivalente per m² di superficie (finestre circa 15% × fattore solare 0,6, con ombreggiamento e orientamento).
• η: fattore di utilizzo degli apporti, con parametro a = 4 (edificio di inerzia media).
• Fattore di altezza: altezza media / 2,7 m, limitato fra 0,85 e 1,3.

Livello di isolamento (h_spec in W/m²K, calibrato su una casa indipendente di circa 100 m² su due piani, con riferimento a TABULA/EPISCOPE e ai limiti di legge italiani ed europei):

Classe energetica APE (solo località in Italia). Se indicata, prevale sul livello di isolamento. La classe è relativa a un edificio di riferimento (DM 26/06/2015), quindi h_spec = 1,1 × rapporto fra EPgl,nren della classe e quello dell'edificio di riferimento (punto medio della fascia), poi moltiplicato per un fattore di zona climatica e limitato all'intervallo dei livelli di isolamento.

Il fattore di zona tiene conto che l'edificio di riferimento dell'APE ha requisiti meno severi nelle zone calde (valori U 2019/2021, DM 26/06/2015).

Tipo di edificio (quota di involucro disperdente rispetto alla casa indipendente):

Consumo termico dichiarato. Se l'utente indica il proprio consumo termico annuo, quel valore prevale sempre sul modello e viene ripartito sui giorni con la forma stagionale del modello fisico.

3.2 Acqua calda sanitaria e elettrodomestici

• Acqua calda sanitaria: 50 litri per persona al giorno, portati a 45 °C, ripartiti in modo uniforme sull'anno. Il salto termico parte dalla temperatura dell'acqua di rete, approssimata con la temperatura media annua dell'aria del luogo (limitata fra 5 e 22 °C).
• Lavatrice e lavastoviglie: 100 e 150 cicli all'anno per persona, 15 e 10 litri equivalenti per ciclo, con temperatura media di lavaggio di 50 °C. Si assume che l'acqua preriscaldata dal puffer sia disponibile fino a 40 °C: questa quota è un carico termico, la parte restante resta elettrica.
• Numero di persone: se non indicato si assumono 3 persone.

3.3 Piscina e serra

• Piscina: 200 kWh termici per m³ all'anno, concentrati nei mesi estivi, più 20 kWh elettrici per m³ all'anno per ricircolo e filtrazione, uniformi sull'anno.
• Serra: calcolo fisico giorno per giorno, kWh = U × superficie × (T target − T esterna) × 24 / 1000, con U in W/m²K pari a 6,2 (copertura singola), 4,0 (doppia), 3,4 (rigida), dai valori Rutgers Cooperative Extension.
• Se il consumo dichiarato comprende già piscina o serra, il totale annuo non cambia: il modello li usa solo per dare al grafico la forma stagionale corretta.

4. Fabbisogno elettrico

• Consumo di base: è il consumo elettrico annuo indicato dall'utente. Se non lo indica, il calcolatore lo stima: 300 kWh più 900 kWh per persona.
• Illuminazione: l'8% del consumo di base viene ridistribuito sui giorni in proporzione alle ore di buio reali del luogo, calcolate con formula astronomica da latitudine e giorno dell'anno (gestisce anche sole di mezzanotte e notte polare). Il fattore giornaliero è limitato fra 0,3 e 3. Il totale annuo non cambia.
• Auto elettrica: 0,18 kWh per km, uniformi tutto l'anno, se non già compresa nel consumo dichiarato.
• Condizionatore: solo se l'utente indica di averlo e ne dichiara la superficie raffrescata. Fabbisogno frigorifero = 0,035 kWh per m² raffrescato per grado giorno di raffrescamento (soglia 26 °C), moltiplicato per il fattore solare del sito e diviso per un SEER di 3,2.
• Ricircolo piscina: vedi sezione 3.3.
• Azienda agricola: nei mesi di maggio-settembre si aggiungono i carichi di pellettizzazione e di essiccazione (vedi sezione 7).

5. Fotovoltaico, eolico e accumuli

Fotovoltaico. La produzione giornaliera è la resa PVGIS di 1 kWp moltiplicata per la potenza installata e per un fattore di esposizione:

La resa di base è quella PVGIS sul piano orizzontale e il guadagno dovuto all'inclinazione non viene accreditato: è una scelta prudente, che tende a sottostimare di qualche punto percentuale la produzione di un tetto inclinato.

Se è indicata la superficie disponibile, il fotovoltaico è limitato a 1 kWp ogni 5 m².

Eolico. È un'integrazione facoltativa: la potenza installata la fissa l'utente. La resa non deriva da una serie storica del vento ma da tre categorie di ventosità del sito.

Accumulo elettrico. La capacità è la più piccola che azzera il deficit elettrico annuo, con un minimo di 5 kWh e un massimo pari al minore fra 60 kWh e due giorni di consumo medio. Se il limite è raggiunto, il risultato lo segnala.

6. BioGS-1.0 e simulazione giornaliera

Dati di prodotto usati nel calcolo (condizioni reali di funzionamento):

Il BioGS-1.0 cogenera sempre calore ed elettricità insieme, in rapporto fisso: le due uscite non si possono scegliere in modo indipendente.

Ordine del dispacciamento, per ogni giorno:

1. Fotovoltaico ed eolico coprono per primi il fabbisogno elettrico.
2. L'eventuale surplus rinnovabile carica per prima la batteria, fino alla sua capacità libera.
3. Il surplus rimasto si trasforma in calore, fino al fabbisogno termico del giorno e mai oltre.
4. Il calore ancora mancante lo produce il BioGS-1.0. Insieme genera l'elettricità associata, che copre il deficit elettrico rimasto. Il numero di ore di funzionamento è determinato dal termico (priorità termica) oppure dall'elettrico, se questo richiede più ore.
5. Un eventuale deficit elettrico residuo si scarica dalla batteria e, se non basta, resta come prelievo dalla rete.

La batteria porta il suo stato di carica da un giorno al successivo (è l'unico punto del calcolo in cui i giorni non sono indipendenti), a partire da un livello di regime ottenuto con un primo passaggio sull'anno. Poiché il surplus carica prima la batteria, una parte minore diventa calore e il BioGS-1.0 lavora qualche ora in più.

Dimensionamento.

• Unità BioGS-1.0: il numero minimo per cui, in ogni giorno dell'anno, le ore di funzionamento richieste non superano 24, con la batteria dimensionata per quel numero di unità.
• Fotovoltaico: la potenza minima che, con batteria entro il limite di autonomia, azzera il deficit elettrico annuo (tolleranza 0,05 kWh/anno), cercata per bisezione. Il calcolatore indica anche il giorno dell'anno che determina questo dimensionamento.
• Puffer: il volume deriva dal massimo sfasamento giornaliero fra produzione e domanda di calore. Si usa un profilo orario tipico della domanda termica: 30% fra mezzanotte e le 6, 15% fra le 6 e le 9, 15% fra le 9 e le 18, 40% fra le 18 e mezzanotte. Il surplus FV si concentra fra le 11 e le 15; il BioGS-1.0 fa un solo ciclo continuo, con orario di avvio scelto per minimizzare lo sfasamento. I litri sono ricavati con un salto termico di 25 °C e 1,163 Wh per litro e per °C.

7. Azienda agricola: dalla biomassa al pellet

Il percorso agricolo valuta se lo scarto dell'azienda basta ad alimentare il BioGS-1.0.

• Conversione in pellet equivalente: massa secca = quantità × (1 − umidità); pellet = massa secca / 0,9, moltiplicata per una resa di processo del 95% (macinazione più pellettizzazione). Se la biomassa è già pellet la resa è 1.
• Macinazione: cippato 11 kWh/t (triturazione fine); ciocchi e ramaglie 30 kWh/t (cippatura più triturazione fine).
• Pressa: portata di 15 kg/h per kW installato (66,7 kWh/t), 6 ore nette di lavoro al giorno, taglia commerciale più piccola fra 3, 4, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22, 30, 37, 45, 55 e 75 kW che completa la campagna.
• Campagna: essiccazione e pellettizzazione nei mesi di maggio-settembre, quando c'è più surplus energetico.
• Essiccazione: fino al 14% di umidità, con 1 kWh termico per kg di acqua evaporata. L'utente sceglie se usare il calore del BioGS-1.0 (sommato al fabbisogno termico) o l'essiccazione naturale. I ventilatori dell'essiccatoio assorbono il 3% del calore.
• Gusci e noccioli: pronti all'uso, senza macinazione. Si essiccano solo se superano il 10% di umidità. Possono essere al massimo il 40% del combustibile totale (vincolo tecnico del BioGS-1.0).
• Miscela: prima si usa lo scarto proprio (a 2,4 kg/h) fino a esaurimento, poi pellet certificato A1 o A2 acquistato (a 2,2 kg/h) per le ore restanti. Il calcolatore indica anche quanta parte delle ore è coperta dallo scarto.

Fonti per i dati di processo: Forest Research UK (2011), "Wood pellets production"; MDPI Sustainability 17(1):140 (2024); MDPI Energies 16(13):4894 (2023); TCPEL, guida "Biomass Hammer Mill".

8. Biomassa, biochar e CO₂

Il valore è un potenziale di sequestro e non un credito di carbonio certificato. Non è applicato alcun fattore di permanenza del carbonio: sarà aggiunto quando saranno disponibili ulteriori analisi.

9. Affidabilità del risultato

Il calcolatore indica un livello di affidabilità in funzione di tre dati reali: consumo elettrico, consumo termico e indirizzo preciso (con via o numero civico).

10. Limiti del modello

• è una stima preliminare, non un progetto esecutivo;
• il dispacciamento è giornaliero, non orario; il profilo orario è usato solo per dimensionare il puffer;
• il clima è quello del 2023 normalizzato sul riscaldamento, non una previsione;
• il vento è una resa media per categoria, non una serie storica;
• la temperatura dell'acqua di rete è approssimata con la media annua dell'aria;
• il fabbisogno termico dipende dalla qualità dei dati inseriti sull'edificio;
• il sequestro di CO₂ è un potenziale senza fattore di permanenza.

11. Riferimenti

PVGIS (JRC, Commissione Europea);
ERA5 (Copernicus Climate Change Service, ECMWF);
Open-Meteo;
OpenStreetMap (Nominatim, Photon);
EN ISO 13790 e EN ISO 52016;
DM 26/06/2015 (classificazione energetica);
DPR 412/93 (zone climatiche);
TABULA/EPISCOPE;
Rutgers Cooperative Extension (coperture di serra).