Sistemi Informativi Territoriali per il Planning e l’Urban Design I --U --A --V Università Iuav di Venezia
CittĂ Metropolitana di Bologna
Energia rinnovabile e Sistemi Informativi Territoriali
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Sistemi Informativi Territoriali per il Planning e l’Urban Design Università Iuav di Venezia Dipartimento di Progettazione e Pianificazione in Ambienti Complessi Corso di Laurea Magistrale Pianificazione e Politiche per la Città, il Territorio e l’Ambiente Sistemi Informativi Territoriali per il Planning e l’Urban Design Professore: * Arch. Giovanni Borga a.a. 2016-2017
Team 12 * Nicolò Dalla Costa * Giovanni Litt * Pietro Milanese * Elvis Paja * Edoardo Sovrani
Marzo 2017 Giugno 2017 Venezia
T I T O L O
Energia rinnovabile e Sistemi Informativi Territoriali
Indice: 0* Premessa 1* Scouting Valutazione e comparazione dei punti di forza e debolezza dei sette casi studio ricercati Motivazione del caso studio scelto 2* Caso studio: Bologna Solar City Introduzione Tematica e problematiche Attori coinvolti e domanda informatica Basi informative e strumenti tecnologici utilizzati Ipotesi del modello dati Tecnologie di elaborazione e consultazione Supporto decisionale offerto dal sistema e valore informativo aggiunto al quadro conoscitivo complessivo Modello di manutenzione dell’applicazione Rapporto costi e benefici 3* Proposta progettuale BoSS: innovare e integrare BSC Introduzione Finanziamenti Attori Raccolta ed elaborazione dei dati Modelle E.R. Esempio query di selezione e aggregazione Progettazione nuova interfaccia Conclusioni Fonti
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CITY PRODUCTION CYCLES Energia rinnovabile e SIT
Premessa
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All’interno del vasto tema “energia” abbiamo scelto di approfondire gli aspetti riguardanti le energie rinnovabili, perché crediamo essere un tema di grande attualità, che persegue obiettivi condivisibili come la ricerca della riduzione di gas clima alteranti, cercando di produrre energia elettrica con risorse a minor impatto ambientale. Sappiamo che nel futuro le città saranno sempre più popolate e centri vitali dell’economia e della vita globale; altresì è ormai chiara la necessità della transizione a modelli energetici più intelligenti, più efficaci e più sostenibili, così come imposto dai differenti accordi inerenti il futuro ambientale: dal recente Accordo di Parigi ai PAES. Sappiamo inoltre che, dopo il 2020, tutte le nuove edificazioni dovranno essere a consumo energetico quasi zero, così come gran parte dei consumi dovranno provenire da fonti rinnovabili e che le procedure per la certificazione energetica diventeranno più restrittive; In quest’ottica di sostenibilità la produzione locale di energia per cercare di raggiungere l’autonomia energetica diventano sempre più fondamentali strumenti interattivi e basati su nuove tecnologie per aiutare i cittadini, le aziende, gli enti, a prendere decisioni basate su dati completi e accessibili sul tema.
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Il nostro lavoro si è articolato in tre fasi: * Scouting: all’interno della quale abbiamo analizzato sette differenti web app non solo italiane inerenti il tema della pianificazione ed efficientamento energetico, il risparmio energetico e la relativa riduzione delle emissioni di CO2 e la produzione diffusa di energia da fonti alternative e rinnovabili. Queste sono state comparate e valutate analiticamente valutandole per la loro ricchezza e differenziazione di basi informative e la loro possibilità di accesso e condivisione tra differenti attori (enti, cittadini, associazioni, aziende…), la loro diffusione dunque utilizzazione e la loro continuità di operatività, l’efficacia e l’efficienza, infine quanto siano presenti elaborazioni d’informazioni. * Analisi di BSC: La suddetta analisi ci ha portato a definire la web app che, per noi, risponde globalmente in modo migliore alle nostre valutazioni, Bologna Solar City (BSC) quindi nella seconda fase ci siamo occupati di entrare nel dettaglio del suo funzionamento sotto tutti gli aspetti e di verificarne punti di forza e di debolezza. * Progetto: come noi pensiamo che la web app analizzata possa essere ampliata al territorio della Città Metropolitana di Bologna migliorando ciò che abbiamo visto non essere ottimale nell’app e, se necessario, adattandola alle necessità del territorio da noi scelto.
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Scouting
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Valutazione e comparazione dei punti di forza e debolezza dei sette casi studio ricercati
*EU Electricity Map
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*DatiOpen.it
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*Bologna Solar City
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*Go Compare
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*Repower Map
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*SLAMP
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*Index Mundi
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Tabella 1. Valutazione dei punti di forza e debolazza dei vari casi studio
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EU electricity map - Il sito é impostato sulla base di una carta politica globale, che offre la possibilità di ingrandire a piacere e accedere ad una serie di dati relativi ai singoli stati, anche se già ad un primo impatto ci si accorge come le informazioni caricate si riferiscano più che altro al mondo occidentale. La campitura dei paesi si basa su una scala cromatica che sta ad indicare il livello di consumo di CO2 ai fino della produzione elettrica, una serie di frecce che indicano gli scambi import/export tra le nazioni, cliccando su di esse inoltre si ha una panoramica tabellare rispetto alle fonti di produzione e prezzo unitario aggiornato. Si possono inoltre accendere due ulteriori layer i quali indicano uno il potenziale eolico e l’altro quello solare. DatiOpen.it - Si tratta di una pagina in cui vengono illustrati i consumi di energia della pubblica amministrazione classificati per unità di lavoro e per regione, attraverso tabelle e grafici, i valori, derivati dagli archivi Istat, sono stati inseriti come indicatori territoriali per le politiche di sviluppo. Tuttavia l’interfaccia non consente di spingersi ad un livello approfondito di analisi ma consente un veloce paragone tra i consumi delle regioni.
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Go Compare - Offre subito un impatto accattivante, mostrando uno sfondo nero, su cui é possibile accendere tre diversi layers, che ricalcando la distribuzione antropica sulla superficie del globo, rappresentano, rispettivamente, l’energia prodotta tramite combustibile fossile, tramite nucleare e attraverso energie rinnovabili. Muovendo il cursore sui singoli stati si apre una finestra con le percentuali di queste tre tipologie di produzione energetica A seconda del layer che accendi ti propone degli spot su cui cliccare per avere delle informazioni puntuali sull’argomento, ad esempio lo stato con la più alta percentuale di energia rinnovabile etc. Non offre la possibilità di interagire o di scendere di scala, ma svolge bene la sua funzione panottica e di comprensione di una tematica che va compresa in primo luogo a livello globale. Repowermap.org - È un’iniziativa per la promozione delle energie rinnovabili, la cui interfaccia rappresenta una mappa mondiale interattiva, su di essa puoi segnalare installazioni (differenziate per tipologia), fornitori, progetti, attori, ed eventi. Cliccando su questi punti si può visualizzare una finestra con informazioni tecniche, contatti e, se esiste, il link del sito internet relativo. Non si tratta di una restituzione grafica di un indice esaustivo, ma della rappresentazione della distribuzione sul territorio dei singoli che hanno aderito all’iniziativa. Inoltre é difficile rendersi conto della attendibilitità dei dati caricati e del livello di controllo. Slamp - Ci mostra la mappa dell’Italia ecologica su cui ogni regione presenta una campitura che é tanto più scura quanto più alto é il numero di impianti green esistenti; cliccando su di esse esce una tabella che indica potenza per gigawattora e numero di impianti, distinguenti tra energia idraulica, eolica, solare, geotermica e bioenergia. Al di la di un aspetto grafico molto curato da gli strumenti per fare un’analisi più approfondita di una classifica italiana. Index Mundi - È un interfaccia molto semplice e schematica dove attraverso l’attivazione di due filtri, continente e tematica, si ha la possibilità di visualizzare i valori resi disponibili dalla CIA. Non si tratta di un sito specifico sul tema dell’energia e tantomeno di quelle rinnovabili, ma consente di inquadrare lo stato di fatto dei consumi attuali e rapportarlo ad altri parametri, siano essi antropologici, economici, politici, in un’ottica transdisciplinare.
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Motivazione del caso studio scelto Abbiamo deciso di valutare e approfondire il caso studio Bologna Solar City perché lo riteniamo uno strumento efficace nell’aiutare in modo semplice i cittadini della città di Bologna a visualizzare il potenziale che otterrebbero dall’installazione di impianti solari. BSC ha, infatti, a disposizione i dati precisi e specifici relativi alla radiazione solare potenziale (kwh/m2) per ogni singolo edificio, e l’indice completo riguardo la presenza a scala comunale di pannelli termici e fotovoltaici (potenziale elettrico di picco, produzione annuale e risparmio di CO2) nonché il consumo annuo di metano delle caldaie; è aggiornato dagli uffici che si occupano del SIT del Comune di Bologna e facilmente accessibile da chiunque, grazie anche ad un’interfaccia che ne semplifica l’utilizzo.
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1. EU Electriciy Map | http://www.electricitymap.org 2. DatiOpen.it | http://www.datiopen.it/it/opendata/ Consumi_energia_elettrica_della_PA_per_Unit_di_lavoro_e_ regione?t=Mappa 3. Go Compare | http://www.gocompare.com/energy/whatpowers-the-world/ 4. Repower Map | http://www.repowermap.org/index_it.php 5. SLAMP | https://www.slamp.com/italia-ecologica/ 6. Index Mundi | http://www.indexmundi.com/ map/?t=0&v=88&r=eu&l=it
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CITY PRODUCTION CYCLES Energia rinnovabile e SIT
Caso studio: Bologna Solar City Introduzione Per incentivare l’applicazione e la diffusione di tali pratiche è importante riuscire a divulgare le informazioni al riguardo in modo chiaro, semplice e trasparente. Ecco allora che la ricerca di un SIT, che abbia lo scopo di produrre un servizio informativo accessibile a una vasta serie di possibili utenti, e che divulga in modo semplice e rapido le informazioni riguardanti la fattibilità di impiego, è una buona risposta allo sviluppo e sensibilizzazione di questa tecnologia.
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Nel contesto generale riguardante l’evoluzione delle pratiche urbanistiche, si registra, negli ultimi decenni, una perdita di efficacia da parte delle politiche calate dall’alto per mano di attori istituzionali, si può notare, da parte degli stessi, una scarsa reattività alle seppur solo relativamente nuove criticità legate alla sostenibilità delle attività umane e alla protezione e salvaguardia dell’ambiente. Al contrario, il mercato ha saputo sfruttare la sempre crescente attenzione da parte dei singoli e dalle comunità locali affinando un’offerta tecnologica che però non sempre ha tra le sue priorità la riduzione di gas serra o altre azioni che tendano ad alleggerire l’impatto ambientale, facendo sì che l’informazione e la conoscenza dettagliata passi in secondo piano. Tutto ciò si verifica in un’epoca caratterizzata da una crescita esponenziale dell’utilizzo della rete internet da parte della quasi totalità dei cittadini, dall’implementazione di banche dati digitali di informazioni geografiche, frutto della condivisione di conoscenza tra privati, imprese e istituzioni, e dello sviluppo tecnologico della sensoristica che permette di arricchire il modello digitale di informazioni aggiornate in tempo reale riguardo a fenomeni di natura variabile come possono essere temperatura, irraggiamento, umidità etc. Questi tre ingredienti, conditi dall’urgenza di reinventare un modello energetico a scala urbana ma relazionabile al singolo edificio, dando ormai per assodato che sia oggigiorno questa la principale nonché unica scala d’intervento percorribile, hanno portato negli ultimi anni alla creazione di interfacce interoperabili che hanno come obiettivo la archiviazione, condivisione e divulgazione di informazioni che possano stimolare operazioni vantaggiose sul piano del rapporto costi/benefici. Bologna Solar City ne è un caso esemplare.
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Tematica e problematiche A seguito della fase di scouting di casi studio riferiti alle energie rinnovabili, è emerso che il progetto elaborato dal SIT del comune di Bologna e denominato BSC, abbia ricevuto una valutazione superiore agli altri. Infatti, il SIT del comune, dal punto di vista di fornire servizi utili al cittadino nel campo del rispetto dell’ambiente e della riduzione dei consumi energetici, ha realizzato un’applicazione web che permette sia di individuare i sistemi di energia rinnovabile già realizzati, sia di valutare la convenienza nell’installare pannelli solari fotovoltaici sul tetto delle abitazioni presenti all’interno del territorio comunale. Si tratta di uno strumento efficace nell’aiutare, in modo semplice, i cittadini della città di Bologna a prendere atto del potenziale offerto dalle coperture dei loro edifici, e quindi del vantaggio derivante dall’installazione di impianti solari. Il concetto alla base dell’applicazione BSC è la stima dell’energia solare disponibile sulle coperture degli edifici. Offre all’utente una panoramica dei sistemi di energia rinnovabile (fotovoltaici e solari termici) già realizzati sul territorio comunale (con la loro esatta localizzazione e i dettagli tecnici degli impianti) e consente di simulare la riduzione dei valori di CO2 che si ottiene con l’installazione della tecnologia rinnovabile su uno o più edifici d’interesse, nonché il consumo annuo di metano delle caldaie.
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Il sistema è aggiornato dagli uffici che si occupano del SIT del Comune di Bologna e facilmente accessibile da chiunque e in modo gratuito, grazie anche ad un’interfaccia che ne semplifica l’utilizzo. Grazie all’intuitiva interfaccia grafica l’utente finale, attraverso una navigazione territoriale, è chiamato sia a una maggiore attenzione alle tematiche legate alle fonti di energia rinnovabile, che alla valutazione delle ricadute positive, sul singolo e sulla collettività, derivanti dalla conversione all’energia rinnovabile in questione. Tuttavia, questo strumento web, attraverso il quale è possibile paragonare le potenzialità dell’uso di energia solare disponibile sul tetto di ogni singolo edificio presente e consentire, quindi, di individuare quali possano essere le esposizioni più adatte per l’installazione d’impianti solari fotovoltaici in modo rapido e semplice, non ha reso obsoleta la consulenza tecnica che continua a far parte del processo
che come risultato finale porta all’installazione del pannello, ma riesce nell’obiettivo divulgativo e nel far entrare le potenzialità di questa risorsa nell’immaginario comune. Sul piano conoscitivo, BSC presenta alcune semplificazioni che ne ridimensionano le prestazioni come supporto decisionale a servizio dell’ipotetico privato interessato ad avere un’idea precisa riguardo al potenziale che può sfruttare dalla propria copertura. L’interfaccia è stata costruita sulla base della cartografia comunale in scala 1:2000 la quale contiene informazioni sulle altezze degli edifici, senza tuttavia tenere conto delle falde, ovvero considerando per astratto l’intera città a tetti piani. Un altro fattore omesso di non scarsa rilevanza sono le coperture vegetali, che possono creare ombreggiamento e quindi ridurre la radiazione solare incidente nelle coperture degli edifici. Si tratta di parametri che elaborati con metodi classici richiederebbero una mole considerevole di lavoro, esistono però alternative già testate di rilevazione tridimensionale semiautomatica come il LiDAR, acronimo di Light Detection and Ranging, che consiste in un sistema laser avionico che raccoglie i dati sotto forma di nube di punti e restituisce un modello digitale ad altissima risoluzione che può integrare il lavoro fin qui svolto portandolo ad un livello superiore. Attori coinvolti e domanda informatica BSC, basata sulla CTC - Carta Tecnica Comunale è realizzata dal SIT del Comune di Bologna, sottoarea di Area Urbanistica, Ambiente e Mobilità, e tenuta in costante aggiornamento dagli uffici dell’Amministrazione che assicurano la diffusione di informazioni precise, aggiornate e complete. BSC è un metodo innovativo di utilizzare il GIS grazie ai dati trattati con algoritmi innovativi e di ultima generazione che rendono la navigazione semplice, veloce e intuitiva, dedicata e comprensibile da tutti i cittadini in modo da invitare loro e i proprietari di immobili, fabbriche, esercizi presenti sul territorio comunale, a prestare sempre più attenzione ai problemi collegati all’energia; questi vengono, così, invogliati ad installare un impianto grazie alla simulazione di riduzione dei valori di CO2 che si otterrebbe con l’installazione di pannelli fotovoltaici sul proprio edificio.
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Basi informative e strumenti tecnologici utilizzati Per l’aggiornamento della Cartografia Tecnica Comunale i rilievi di dettaglio sono stati eseguiti con strumentazione di alta precisione: stazione totale LEICA TC1700 e PENTAX R-125M, due ricevitori TRIMBLE TSC per i rilievi GPS. Per i rilievi GPS fu predisposta una rete primaria negli anni ’90, aggiornata poi con una rete geodetica nel biennio 2000-2001. Stima della radiazione solare globale: La radiazione solare globale è una delle principali fonti di energia, che attraversando l’atmosfera, arriva su una superficie, scomposta nelle sue tre componenti: diretta, diffusa e riflessa. La radiazione diretta, seguendo una linea retta, parte dal sole e arriva direttamente sulla superficie terrestre, la radiazione diffusa viene dispersa/ assorbita da elementi atmosferici quali le nuvole o il pulviscolo, mentre la riflessa o componente di albedo è un’ulteriore porzione riflessa dalle superfici sulle quali incide la radiazione solare. Il valore della radiazione solare dipende da una serie di fattori, primo fra tutti la topografia del terreno. Altri fattori che la determinano
sono quelli microclimatici come le condizioni di temperatura dell’aria e del terreno, l’evapotraspirazione, l’andamento dello scioglimento delle nevi, l’umidità del terreno e la luce disponibile per la fotosintesi, ma anche le coordinate geografiche (latitudine, longitudine), la quota altimetrica, la posizione del sole nell’arco della giornata e al variare delle stagioni (Figura 10). Per calcolare la radiazione solare globale su tutti gli edifici del territorio comunale si è utilizzato il tool Solar Radiation disponibile nell’estensione Spatial Analyst di ArcGIS Desktop versione 9.3. L’algoritmo Solar Radiation richiede in input, tra le altre cose, un DSM, il modello digitale delle superfici.
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7. Schermata Home del sito internet di Bologna Solar City 8. Accensione dei layer di “Radiazione solare” e “Consumo di metano” di BSC 9. Schermata informativa sulla radiazione solare di un edificio prescelto 10. Radiazione solare globale per un’area nei dodici mesi dell’anno
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Base cartografica: La nuova cartografia CTC (Carta Tecnica Comunale) è stata realizzata con metodo fotogrammetrico diretto (volo luglio 2001) alla scala 1:2000 per l’intero territorio comunale esteso per circa 14.085 ettari. È inquadrata nel sistema cartografico nazionale GaussBoaga ed è stata convertita nel sistema in uso nell’amministrazione UTM*ED50. La cartografia è un sotto-sistema della Carta Tecnica Regionale a scala 1:10.000, con inquadramento geometrico congruente ad essa. Per l’elaborazione delle mappe di corredo al quadro conoscitivo per la realizzazione del Piano Strutturale la cartografia vettoriale comunale è stata integrata con i raster della Carta Tecnica Regionale a scala 1:5.000, previo sfoltimento dei dettagli presenti alla scala 1:2000, garantendo così un continuum territoriale compatibile con analisi e tematizzazioni a carattere sovracomunale. Con la CTC è introdotto il concetto di “edificio particellare”, individuato sulla cartografia comunale dalle dividenti catastali, consentendo la creazione dell’Anagrafe degli oggetti edilizi, al quale sono associati: • i dati tecnici, • le pratiche degli interventi, • la disciplina urbanistica, • i censuari catastali. Il processo d’integrazione della CTC nel sistema di gestione delle banche dati del SIT è passato attraverso il ridisegno del grafo stradale e il
riposizionamento dei civici, mantenendo intatta la logica dei riferimenti territoriali e i legami topologici tra gli oggetti. I dati sono stati ricavati dal City Trek Web che è il sistema di accesso alle banche dati cartografiche e alfanumeriche del SIT. Sviluppato in tecnologia web-gis, è disponibile sulla rete intranet del Comune connettendosi semplicemente a un browser. Quindi per ottenere, per ogni tetto della città, il valore medio della radiazione solare globale, è stata utilizzata la funzione di join spaziale, disponibile tra le funzioni dell’ArcToolbox, che consente di aggregare dati per via spaziale. Sono state inserite a sistema anche la quota di gronda e al piede degli edifici. I dati riguardano la radiazione solare, l’utilizzo di pannelli fotovoltaici e termici, le caldaie e gli indirizzi dei singoli edifici. Alcuni dati sono completi, addirittura dell’andamento nel tempo, mentre per alcuni edifici, specialmente in periferia i dati sono mancanti.
11. 12. Strumento radiazione solare di BSC. Tabella 2 (sotto). Flusso delle operazioni attraverso il Model Builder, la cui finalità è di avere un indice di radiazione solare per ogni poligoni di edificio; Legenda: Relazione
Entità
Radiazione raster Extract by Mask Edifici volumetrici Edifici volumetrici
12 selezione raster
Raster to Point
Spatial Join selezione punti
Radiazione shape file
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Ipotesi del modello dati. Calcolo della radiazione solare ed elaborazione dati: La valutazione di tale energia, somma di quella solare diretta e diffusa, è resa possibile con l’ausilio degli strumenti Solar Radiation, disponibili con l’estensione Spatial Analyst di ArcGIS Desktop (Tabella 2). L’algoritmo utilizzato richiede in input diversi elementi, primo fra tutti un DSM (Digital Surface Model) del territorio comunale, di elevata precisione, elaborato partendo dalla gran quantità d’informazioni planoaltimetriche della CTC. Gli altri fattori presi in considerazione dal modello sono: • le condizioni atmosferiche, • l’orientamento, • l’ombreggiatura di ogni punto in funzione dell’esposizione solare annuale. Per calcolare la radiazione solare globale, una volta ottenuto il DSM, nel tool Area Solar Radiation, è stato necessario inserire: • percentuale di radiazione diffusa, • trasmittanza, • latitudine, • longitudine, • periodo temporale di riferimento (anno, mese, etc.). Il flusso di lavoro è stato organizzato mediante l’utilizzo di un modello creato con il Model Builder, strumento dell’ArcGIS Desktop.
Supporto decisionale offerto dal sistema e valore informativo aggiunto al quadro conoscitivo complessivo Lo strumento permette, proprio in nome del suo chiaro scopo di incentivare quanto più possibile la presa d’atto da parte del privato delle potenzialità produttive che ciascun edificio ha, in modo semplice e diretto, il calcolo della radiazione solare annuale in kWh/m² per tutte le tipologie di superficie di tetto relazionandola all’ammontare di ore in cui vi è radiazione solare. Esso permette inoltre di modificare la percentuale di tetto utilizzabile per tale scopo variandolo tra il 5% e il 75% della superficie totale e informandoti di conseguenza circa la potenza elettrica di picco, l’andamento ipotetico di radiazione solare per ciascun mese dell’anno e i kg/anno di CO2 risparmiati; in questo modo l’utente viene responsabilizzato e ha riscontro tangibile e autorevole del potenziale che ha nel fare la differenza grazie a una sua possibile azione (Figura 11 e 12). Ciò potrebbe essere molto utile anche in ottica di unione al progetto esecutivo del PAES denominato “I tetti di Bologna: dall’amianto al
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Tecnologie di elaborazione e consultazione I servizi di mappa sono stati pubblicati utilizzando ArcGIS Server 9.3.1 e l’interfaccia user friendly dell’applicazione è stata realizzata sfruttando le ArcGIS API (Application Programming Interface) per Flex. L’API ArcGIS per Flex è, però, andata “in pensione”, perché dal 1° giugno 2016 l’ArcGIS API per Flex è entrato nella fase di pensionamento del ciclo di vita del prodotto. Non ci saranno ulteriori aggiornamenti al prodotto o alla sua documentazione e sono state trovate soluzioni Web basate sull’API di ArcGIS per JavaScript. Mediante questa web application è possibile conoscere per ogni edificio il valore della radiazione solare totale, da cui la stima di energia prodotta da fonte solare e di conseguenza la riduzione delle emissioni di CO2 da combustibili fossili in atmosfera.
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Censimento
N
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Edificio
ID edificio comune via/piazza civico esponente superficie tetto altezza edificio geometria radiazione globale 1
Impianti solari esistenti ID edificio comune via/piazza civico esponente tipologia impianto potenza di picco
Produzione
Produzione potenziale Energia Elettrica ID edificio area tot. tetto % tetto utilizzabile m2 tetto utilizzabile radiazione globale potenza annuale potenza di picco risparmio CO2 14 Tabella 3. Modello E.R. di BSC. Legenda: EntitĂ Chiave primaria
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Relazione
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13. Schermata Home BSC, basemap Ortofoto 2016 14. Strumento panelli fotovoltaici di BSC 15. Strumento panelli termici di BSC
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16. Strumento legenda di BSC 17. Strumento ricerca civico di BSC
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fotovoltaico” creato dal Comune di Bologna assieme a CNA e Unindustria atto a rimuovere l’amianto dai tetti di Bologna e, allo stesso tempo, realizzare impianti fotovoltaici su patrimonio edilizio privato con un potenziale di intervento di 2,2 MWp di fotovoltaico, corrispondenti a circa 18.000 m2 di superficie di tetti; il Comune di Bologna, al fine di promuovere il progetto, offre esenzioni dal pagamento dei diritti di segreteria delle pratiche edilizie volte alla bonifica dell’amianto legate a questo progetto e l’esenzione dal pagamento del Canone di occupazione di suolo pubblico normalmente dovuto per la superficie dei cantieri per la realizzazione degli interventi di bonifica dall’amianto (Figura 13 e 14). Il sistema in oggetto offre sicuramente una possibilità di conoscenza e informazione in assenza della quale il privato cittadino dovrebbe trovare presso un operatore privato dietro, ovviamente, compenso. Ciò permette dunque di dare un’idea preliminare dei benefici, più o meno, ottenibili in caso venisse presa in considerazione la possibilità di installare questo impianto di produzione di energia. È dunque uno strumento che senza dubbio allarga il numero di persone che possono venire a conoscenza di queste tematiche così importanti evitando loro possibili imbrogli e raggiri perpetrati dai proponenti che potrebbero avvantaggiarsi dalla poca conoscenza in materia da parte dei semplici cittadini.
che costituiscono la cartografia o una generica mappa di base sono stati esposti come servizi con cache, mentre solo una percentuale di dati (quelli che più rapidamente subiscono delle modifiche e che sono quindi da aggiornare con maggiore frequenza) è stata trattata come un servizio dinamico. Rapporto costi e benefici Probabilmente il costo di realizzazione della web app BSC non è particolarmente elevato, in quanto è stata prodotta direttamente dai tecnici del comune di Bologna, senza avvalersi di consulenza tecnica esterna, e utilizzando risorse e dati già disponibili all’amministrazione. Il vantaggio che può portare questa applicazione probabilmente non è da valutare tanto in termini economici, quanto in miglioramento ambientale e sensibilizzazione sociale. Infatti la divulgazione gratuita di informazioni riguardanti l’utilizzo di risorse rinnovabili, in particolare per quel che riguarda la possibilità di installazione di pannelli fotovoltaici e solare termico, potrebbe portare un vantaggio in termini di qualità ambientale, riducendo problematiche di inquinamento.
Modello di manutenzione dell’applicazione
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L’aggiornamento della CTC comporta livelli di precisione elevati, in modo da preservare nel tempo la qualità iniziale del prodotto. L’amministrazione utilizza strumenti informatici per la gestione delle pratiche edilizie e per il monitoraggio dello stato di attuazione del PRG (tramite l’anagrafe degli oggetti edilizi, il Catasto e il servizio CDU via web). In linea generale, si è usato il criterio secondo cui per i dati che necessitano un continuo aggiornamento si è creato un servizio dynamic, mentre per i dati che non ne richiedono uno molto frequente, e comunque non in tempo reale, si è realizzato un servizio cached. Per questo motivo durante la progettazione dell’applicazione è stata inserita una fase in cui si è deciso quali dati esporre in servizi con cache e quali invece in servizi di tipo dinamico, poiché da questo dipende la buona prestazione di un’applicazione web; la maggior parte dei layer
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Proposta progettuale BoSS: innovare e integrare BSC Inroduzione L’obiettivo progettuale è ampliare il modello del BSC sul territorio della città metropolitana di Bologna. Si tratta un’unità amministrativa di 3 703 km² e 1 007 644 abitanti su 55 comuni che racchiude aree strettamente interconnesse, ma dalle caratteristiche morfologiche e antropologiche assai variegate: epicentro di quest’organismo è il centro storico di Bologna che, in virtù della sua unicità e bellezza, genera consistenti flussi di merci e di persone; Ci si chiede allora che tipo di azioni si possano intraprendere per raggiungere l’obiettivo del 20-20-20: il traguardo decantato con l’adesione del comune di Bologna, risalente al 28 maggio 2012, al Patto dei Sindaci, attraverso il quale, in linea con i principi del Protocollo di Kyoto, ci si promette, entro il 2020 di diminuire del 20% l’emissione di CO2 rispetto ai valori del 1990, di soddisfare il 20% della domanda di energia attraverso fonti rinnovabili e di ridurre il consumo totale del 20%. Il Piano Energetico Comunale, del 2003, integrato poi nel Piano d’Azione per l’Energia Sostenibile del 2012, che a sua volta è strumento attuativo del Patto dei Sindaci, prevede l’installazione del sistema fotovoltaico su gran parte delle scuole, asili e altri edifici pubblici del Comune. Ecco allora delineata la cornice in cui si può inserire la nostra proposta di una applicazione web che possa spronare anche i privati all’installazione di pannelli solari e fotovoltaici diffondendo dati e conoscenze in merito ai potenziali benefici da essi derivanti.
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Finanziamenti I costi di sviluppo di questa applicazione possano rientrare negli strumenti finanziari del PAES, ossia in quel 4% che il Fondo Europeo di Sviluppo Regionale dedica al miglioramento dell’efficienza energetica e all’uso di energia rinnovabile negli alloggi esistenti. Al FESR si aggiungono altri fondi europei dedicati a questa tematica, tra di essi vale la pena citare JESSICA, Joint European Support for Sustainable Investment in City Areas e il programma Horizon 2020, successore del programma Energia Intelligente per l’Europa, volto a supportare la competitività globale dell’Europa tramite finanziamenti dedicati all’attuazione di politiche energetiche sostenibili.
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Un’ulteriore iniziativa può essere quella di chiedere un finanziamento da parte dalle aziende locali che operano nel settore del fotovoltaico che ne ricaverebbero un ritorno grazie ad un’esposizione pubblicitaria direttamente sull’applicazione web. Attori Come in Bologna Solar City rimane centrale il ruolo dell’unità intermedia Sistemi Informativi Territoriali, del Dipartimento Riqualificazione Urbana del Comune di Bologna. Essa può contare da un lato degli strumenti tecnologici e informatici, degli archivi e delle banche dati, che sa come aggiornare e integrare con facilità, e dall’altro su un canale privilegiato di dialogo con le altre istituzioni ed in particolare modo con i politici locali che potrebbero essere interessati ad una versione più raffinata di BSC, ad esempio, per essere più efficienti nella comunicazione e nella promozione di progetti che siano in grado di intercettare fondi europei dedicati all’abbattimento delle emissioni di CO2 e di conversione alle fonti di energia rinnovabile. Va detto, che fino ad ora BSC è stato capace di fornire al cittadino valori indicativi e rapportati al singolo edificio, facendo approssimazioni che, in questi termini, riducono in parte l’utilità della suddetta interfaccia. Ecco allora che l’introduzione di un’altra funzione che evidenzi le sommatorie e le medie dei valori può portarci ad un livello superiore di analisi, e permetterci di fare considerazioni ad una scala più ampia, quella del ritorno economico ed ambientale per la collettività aiutando quindi, come già detto, il politico, ma anche il pianificatore, che viene dotato di un dispositivo in grado di distinguere le aree dove più è urgente l’intervento dalle altre. Il fatto di rendere intuitive queste funzioni può essere utile anche alle associazioni ambientaliste per capire quali sono le richieste che è più opportuno avanzare alle istituzioni. 18
Raccolta ed elaborazione dei dati Nella seconda fase, quella progettuale, ma la cui componente sarebbe sviluppabile dopo un’accurata raccolta di dati a lungo termine, prevedrebbe, all’interno di una app precostituita, il confronto dei consumi totali per edificio, andando confrontare ogni tipo di consumo (e quindi non solo i consumi di metano) e il risparmio economico sia effettivo sia ricavabile con eventuali interventi. Come per BSC, che comprende un sito in cui visualizzare il SIT e interrogarlo sui dati degli edifici, la medesima cosa può essere costruita per l’intera Città Metropolitana di Bologna. Data la conformazione e la dimensione dell’area di studio, però, il lavoro andrebbe svolto progressivamente per aree, oppure svolgendo un’azione coordinata tra i vari singoli comuni. Una volta costruita la “base”, comprendente già la cartografia e le ortofoto (ricavabili sia dalle foto aeree sia da quelle ricavate dal satellite), si può, tramite la creazione di un’app, oppure tramite la creazione di un forum (entrambi accendendo con una registrazione e un’autenticazione), integrare la costruzione e l’aggiornamento, oltre che coi dati preesistenti, anche con le segnalazioni e l’inserimento di fonti “grigie” (dati ricavati da fonti esterne, o private), ovviamente dopo un’accurata e opportuna verifica dell’affidabilità dei dati. Nel dettaglio, la base cartografica del SIT progettato, dovrebbe comprendere sia la cartografia della CTR, sia le ortofoto, attivabili con gli appositi layer. A questi si sovrappongono i dati, interrogabili per edificio, e il layer della radiazione solare potenziale, ricavabili con le stesse procedure viste per BSC. Per i dati relativi alla presenza dei pannelli fotovoltaici e termici, e ai consumi delle caldaie, si può ricercare presso le banche dati dei singoli comuni; altri dati degli edifici possono essere ricavati dal catasto o altre organizzazioni governative (quali l’Agenzia delle entrate). I dati, una volta disponibili per essere visualizzati, devono essere resi anonimi e riportare solo ciò che è strettamente inerente al tema. Tra i dati ricavabili dal geoportale della Regione Emilia-Romagna sono presenti i consumi di metano per i Punti di Riconsegna della rete Snam Rete Gas, ripartiti ai vari livelli di divisione amministrativa (regionale, provinciale e comunale), dall’anno 2000 al 2011 (ultimo aggiornamento). I dati al livello comunale son ripatiti, oltre che per anno e per singolo comune, per settore: autotrazione, industria, termoelettrico e riconsegne a reti di distribuzione e terziario diretto. I volumi sono espressi in milioni di m3/
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anno a potere calorifico superiore 38,1 MJ/ m3. Si potrebbe svolgere ulteriori indagini sulla distribuzione tra i punti di riconsegna e i singoli edifici e valutarne i diversi gradi di consumo per quartieri, o fino al livello d’indagine più dettagliato possibile. Modello E.R.: Nell’ambito della progettazione dei database, il modello entity-relationship (modello entità-associazioni) è un modello per la rappresentazione concettuale dei dati ad un alto livello di astrazione. Esso viene spesso utilizzato nella prima fase della progettazione di una base di dati in cui è necessario tradurre le informazioni risultanti dall’analisi di un determinato dominio in uno schema concettuale. Il modello E-R si basa su un insieme di concetti molto vicini alla realtà di interesse, ma pur essendo orientato alla progettazione di basi di dati, il modello prescinde dai criteri specifici di organizzazione fisica dei dati persistenti nei sistemi informatici. I costrutti principali (Tabella 4) del modello sono: * Entità - rappresentano classi di oggetti che hanno proprietà comuni ed esistenza autonoma ai fini dell’applicazione di interesse. Un’occorrenza di un’entità è un oggetto o istanza della classe che l’entità rappresenta. Non si parla qui del valore che identifica l’oggetto ma dell’oggetto stesso. Un’interessante conseguenza di questo fatto è che un’occorrenza di entità ha un’esistenza indipendente dalle proprietà ad essa associate. In uno schema, ogni entità ha un nome che la identifica univocamente, e viene rappresentata graficamente tramite un rettangolo con il nome dell’entità al suo interno. * Relazioni - (dette anche associazioni) rappresentano un legame tra due o più entità. Il numero di entità legate è indicato dal grado della relazione: un buono schema E-R è caratterizzato da una prevalenza di relazioni con grado due. È possibile legare un’entità con se stessa (attraverso una relazione ad anello), nonché legare le stesse entità con più relazioni. Di norma viene rappresentata graficamente da un rombo (in questo lavoro è stato usato il esagono per economia di spazio) contenente il nome dell’associazione. Il nome può essere un verbo in modo da fornire una direzione di lettura, oppure può essere un sostantivo in modo da non dare una direzione di lettura. * Attributi - Le entità e le relazioni possono essere descritte usando una serie di attributi. Tutti gli oggetti della stessa classe entità (associazione) hanno gli stessi attributi: questo è ciò che si intende quando si parla di oggetti
simili. La scelta degli attributi riflette il livello di dettaglio con il quale vogliamo rappresentare le informazioni sulle entità e sulle relazioni. Per ciascuna classe entità o associazione si definisce una chiave. La chiave è un insieme minimale di attributi che identifica univocamente un’istanza di entità o associazione. L’attributo chiave in questo lavoro è stato rappresentato in grassetto associato ad un simbolo di chiave. Esempio query di selezione e di aggregazione: Si presenta perciò la necessità di estrapolare e raggruppare dal nostro database gli edifici secondo determinati criteri, che possono essere la vicinanza geografica, o l’esposizione di un dato range di esposizione alla radiazione solare globale. La seconda operazione consiste nell’indagine dei valori dei gruppi di records selezionati, ovvero nel calcolo delle sommatorie e delle medie. Per fare ciò bisogna ricorrere al linguaggio SQL Structured Query Language. Supponiamo che il politico locale voglia inviare alla commissione europea un rapporto che metta in evidenza il potenziale risparmio derivato da un intervento di installazione di pannelli fotovoltaici sugli edifici pubblici a scala comunale. Ecco che nell’indice completo degli edifici va fatta una prima selezione, che in SQL ha la seguente formulazione:
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SELECT*FROM edifici WHERE proprietà = pubblico in questo caso la clausola where ha attivato un filtro nell’attributo proprietà, creando una tabella che raggruppa solamente gli edifici pubblici. Con l’operatore group by si estraggono informazioni da una tabella raggruppando i valori uguali. Utilizzando l’operatore group by su più campi, l’aggregazione viene effettuata in base alla combinazione dei valori di tutti i campi. L’operatore group by si utilizza in generale contestualmente agli operatori di aggregazione sui dati. I più comuni operatori di aggregazione sui dati sono: • count (conteggio delle righe raggruppate), • sum (somma di valori quantitativi), • avg (media di valori quantitativi), • min (valore quantitativo più piccolo o prima stringa in ordine alfabetico), • max (valore quantitativo più grande o ultima stringa in ordine alfabetico). Avendo messo a sistema una tabella in cui tra gli attributi vi è il risparmio potenziale di CO2, basterà utilizzare un operatore di aggregazione
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1
Censimento
Edificio
N Impianti solari esistenti ID edificio comune via/piazza civico esponente tipologia impianto potenza di picco
2
ID edificio comune via/piazza civico esponente proprietà superficie tetto altezza edificio geometria ID impianto radiazione globale 1 Produzione 1
Produzione potenziale Energia Elettrica ID edificio area tot. tetto % tetto utilizzabile m2 tetto utilizzabile radiazione globale potenza annuale potenza di picco 1 Permette 1 20
Tabella 4. Modello E.R.della proposta progettuale per BoSS. Legenda: Entità
*
Nuova Entità Relazione
Chiave primaria
2
Chiave esterna
Risparmio Energia Elettrica ID edificio costo kWh potenza annuale er risparmio economico risparmio CO2
Chiave esterna
NOME COGNOME, Dalla Costa Nicolò, NOMELitt COGNOME, Giovanni, Milanese NOME COGNOME, Pietro, Paja Elvis, NOME Sovrani COGNOME, Edoardo
1
1
Identifica
N Libretto di Impianto
*
2
Produzione 1 Produzione potenziale Energia Termica
ID impianto ID edificio classe energetica dell’edificio vol. lordo riscaltato tipologia impianto potenza impianto codice catasto codice impianto comune via/piazza civico esponente
1 Login Utente
*
1 2
ID edificio tipologia impianto potenza impianto efficienza impianto produzione annuale costo kWh risparmio economico risparmio CO2
L A V O R O
Con chi?
1
Risparmio Energia Termica
D E L
1
ID edificio area tot. tetto % tetto utilizzabile area tetto utilizzabile radiazione globale potenza annuale potenza di picco
Permette
T I T O L O
ID utente ID edificio Nome Cognome Data di Nascita Email Password
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come SUM per avere il totale in termini di guadagno per l’ambiente, derivato da un intervento massivo su tutti gli edifici pubblici: SELECT SUM (risparmio CO2) FROM edifici GROUP BY proprietà A questo punto è sufficiente formulare un inventario esaustivo di queries e associarle ad un clic sulla mappa interattiva per ampliare il campo di informazioni a cui l’utente può accedere. Un altro caso è nella tabella “Risparmio di energia elettrica”, dove abbiamo il campo “risparmio economico”, che è dato dal prodotto tra i campi “Costo (in kWh)” e “Potenza annuale”.
- potendo altresì analizzare ciascun specifico edificio identificato dal codice impianto e codice catasto - nell’intero territorio metropolitano inserito nelle zone uniformi di potenza annuale stimata, riuscendo ad avere così facile e intuitiva capacità di indirizzare la propria azione di riqualificazione e investimento, in quanto a impianti solari, dove quest’ultima lo ritiene più opportuno. 18. Browser degli elementi che compongo il Database “boss” come viene esposto su PgAdmin III
SELECT costo, potenza_annuale, costo*potenza_ annuale as risparmio_economico FROM t_ risparmio_enel Progettazione nuova interfaccia
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La nuova interfaccia grafica della web app BoSS è stata progettata con molta attenzione, vista l’importanza che ricopre nella restituzione della elaborazioni dei dati, ed è stata pensata per essere di semplice uso e comprensione, ma al contempo essere sia funzionale, che esteticamente gradevole. La web app differenzia il patrimonio di impianti a energia rinnovabile solare esistenti - permettendo sia per ciascuno un approfondimento che una visione globale a livello metropolitano - dalla potenzialità che ciascun edificio ha in quanto a produzione potenziale di energia elettrica e termica. La web app permette anche la rapida condivisione dei risultati ottenuti sui principali social e via mail. E’ possibile il log in per entrare nella sezione personale: ciò vale sia per ciascun privato cittadino che per la pubblica amministrazione. In questa sezione è possibile visualizzare e inserire i dati relativi al proprio libretto di impianto grazie al personale codice catasto e d’impianto rilasciati con il libretto elettronico regionale. Da qui è inoltre possibile analizzare le prestazioni dei propri impianti, lo storico dei consumi e delle produzioni e, in caso una persona non abbia impianti o voglia implementare gli esistenti, si può confrontare le condizioni attuali rispetto a quanto si otterrebbe con un rinnovato sistema ad energia rinnovabile. La pubblica amministrazione, grazie a un’interfaccia specifico, riesce a visualizzare l’insieme del patrimonio immobiliare pubblico
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19. Diverse entità di tabelle, loro attributi, tipologia di dati e dati esempio
Entità “tabella boss.t_edifici”
Entità “tabella boss.t_impiantiesistenti”
Entità “tabella boss.t_libretto_impianto”
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Entità “tabella boss.t_prod_potenz_enel”
22. Entità “tabella boss.t_prod_potenz_ente”
23. Entità “tabella boss.t_risparmio_ente”
23
24. Entità “tabella boss.t_utenza”
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Conclusioni
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La realizzazione della nuova web app “BoSS” (Bologna Solar System), è stata elaborata a partire dallo sviluppo della già esistente “Bologna Solar City”, la quale però è riferita esclusivamente al contesto geografico della Municipalità della Città di Bologna, mentre “BoSS” si riferisce a un contesto territoriale molto più ampio, ovvero l’intera Città Metropolitana di Bologna. La scelta di ampliare il contesto territoriale di riferimento è stata individuata come primo obiettivo dell’evoluzione della web app, questo per poter garantire un ampliamento del bacino di fruitori potenziali, ma anche per poter farla divenire strumento di appoggio alle decisioni pubbliche in campo energetico. Infatti, nell’utilizzo della web app, è stata predisposta una specifica funzione esclusivamente accessibile da parte della pubblica amministrazione (che essa sia Comune o Città Metropolitana) con la possibilità di visualizzare gli edifici di proprietà di queste e analizzarne i consumi energetici e le potenzialità. Oltre a ciò l’attore pubblico, nel momento in cui sia chiamato a scegliere di installare un nuovo impianto energetico con tecnologia rinnovabile a pannelli solari, può compiere un’azione di valutazione, in prima istanza, degli edifici ricadenti nelle zone a maggior radiazione solare globale, e quindi individuare gli edifici in cui installare un nuovo impianto fotovoltaico garantirebbe una maggior convenienza, rispettando così appieno il principio di economicità, efficienza ed efficacia che, oggi giorno, devono distinguerla. Inoltre, l’ampliamento del contesto territoriale di analisi, garantirebbe uno sviluppo del lavoro di creazione della nuova web app condiviso fra tutti i comuni appartenenti alla Città Metropolitana di Bologna, così da poter garantire gli strumenti che garantiscano il rispetto del principio di integrazione e di leale collaborazione tra i diversi livelli di governo del territorio, garantendo anche una condivisione delle politiche adottate per il raggiungimento degli obiettivi energetici. L’app rimane come era BSC un ottimo e autorevole strumento di censimento degli impianti esistenti poiché elaborato e filtrato dagli uffici competenti della pubblica amministrazione. Questo entra più nello specifico dando la possibilità al privato di analizzare più nel dettaglio la situazione energetica del proprio edificio. L’aver reso più intuitiva e semplice l’interfaccia della web app permette maggior coinvolgimento dei cittadini che con una facile navigazione riescono a ipotizzare le enormi potenzialità della tecnologia a energia rinnovabile vista sia in benefici economici che in benefici ambientali.
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Sitografia: www.borga.it www.comune.bologna.it/sit www.postgresqltutorial.com pgadmin.com/ resources.esri.com/arcgisserver/apis/flex/ gis.cityofboston.gov/SolarBoston/ webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/ EU Electriciy Map | http://www.electricitymap.org DatiOpen.it | http://www.datiopen.it/it/opendata/ Consumi_energia_elettrica_della_PA_per_Unit_ di_lavoro_e_regione?t=Mappa Bologna Solar City | http://sitmappe.comune. bologna.it/BolognaSolarCity/index.html Go Compare | http://www.gocompare.com/ energy/what-powers-the-world/ Repower Map | http://www.repowermap.org/ index_it.php SLAMP | https://www.slamp.com/italiaecologica/ Index Mundi | http://www.indexmundi.com/ map/?t=0&v=88&r=eu&l=it
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