Adeguamento del sistema impiantistico - Andrea Cagni+

Ing. Andrea Cagni

Fossile o Rinnovabile?

Ing. Andrea Cagni

REFIT THE CITYLa riqualificazione energetica e sociale del patrimonio edilizio di Torino Smart City

Torino, 28 Maggio 2012

La curva di Hubbert del petrolioLa curva di Hubbert del petrolio

Ing. Andrea Cagni



La curva di Hubbert del petrolioLa curva di Hubbert del petrolio

L'era della pietra non e' finita per mancanza di pietre

così l'era del petrolio non finirà per mancanza di petrolio

ma perché nuove tecnologie competitive con il petrolio prenderanno il sopravvento…

Ing. Andrea Cagni



La percezione dellLa percezione dell’’energia termicaenergia termica

La temperatura ideale è: 20 °C

Ogni 1°C in più vuol dire consumare il 7% in più

L’energia che serve a scaldare di 1 °C un litro d’acqua è pari a quella che sarebbe necessaria per alzare lo stesso litro a 427 m di altezza!

Portarlo in cima a un palazzo di 140 Piani…!

Ing. Andrea Cagni



Combustione di metano (rend. 100%)

10’000 kWht =1’043 mc CH4 = 0,86 TEP = 2,5 tCO2

Combustione di gasolio (rend. 100%)

10’000 kWht = 1’006 lt GASOLIO = 0,85 TEP = 3,0 tCO2

Utilizzo diretto energia elettrica (rend. produzione 39%)

10’000 kWht = 10’000 kWhe = 2,2 TEP = 5,75 tCO2

Pompa di calore (COP medio stagionale 2,56)

10’000 kWht = 3’909 kWhe = 0,86 TEP = 2,5 tCO2

Combustione diretta Biomassa

10’000 kWh BIOMASSA = 0,0 TEP ? = 0,0 tCO2

Fabbisogno di energia primariaFabbisogno di energia primariaabitazione tradizionale da 100 mq

Ing. Andrea Cagni



Ing. Andrea Cagni

Il prezzo dell’energia

Ing. Andrea Cagni



Ing. Andrea Cagni



Costo del metanoCosto del metano

+14% all+14% all’’annoannonegli ultimi 3 anninegli ultimi 3 anni

Fonte AEEG

Ing. Andrea Cagni

Evoluzione degli impianti

Ing. Andrea Cagni



Generatori di calore (caldaie)Generatori di calore (caldaie)- Combustione a più di 1000°C

- Scarico fumi a 260°C

- Fluido termovettore 90-30°C

- Aria ambiente 20°C

7,2 kWht=75%1m3 CH4

La PREISTORIA

75%EFFICIENZA TOTALE

CH4

9,57 kWhCH

Ing. Andrea Cagni



Generatori di calore a condensazioneGeneratori di calore a condensazione- Combustione a più di 1000°C

- Scarico fumi a 40-80°C

- Fluido termovettore 40-30°C

- Aria ambiente 20°C

10,2 kWht=107%1m3 CH4

IERI


CH4

9,57 kWhCH

Ing. Andrea Cagni



Pompa di calorePompa di calore- Alimentazione ad energia elettrica (o altre fonti)

- Sorgente termica ambientale (rinnovabile)

- Nessuna emissione locale in atmosfera

1m3 CH43,75 kWhe

Pompa di calore

COP 3,8

14,3 kWht

10,5 kWht

Aria, acqua, terreno

e=40%

t=98%t=98%

OGGI


CH4

9,57 kWhCH

Ing. Andrea Cagni



Pompa di calorePompa di calore- Alimentazione ad energia elettrica (o altre fonti)

- Sorgente termica ambientale (rinnovabile)

- Nessuna emissione locale in atmosfera

1m3 CH45,53 kWhe

Pompa di calore

COP 6,0

33,2 kWht

27,7 kWht

Aria, acqua, terreno

e=59%

t=98%t=98%

DOMANI

2,8 kWhtTeleriscaldamento 375%

EFFICIENZA TOTALE

CH4

9,57 kWhCH

Ing. Andrea Cagni



DOMANIAccumuli stagionaliAccumuli stagionali

Impianti Heat on demandImpianti Heat on demand Impianti Air on demandImpianti Air on demand

Phase change Phase change materialsmaterials

Ing. Andrea Cagni



Ing. Andrea Cagni

Riqualificazione impiantistica: un esempio concreto

Analisi dei fabbisogno in regime semi-dinamico



Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti

Ing. Andrea Cagni



Caratteristiche dellCaratteristiche dell’’edificio edificio –– Residenza per anzianiResidenza per anziani

1)Superficie riscaldata: 3800 m2

2)Posti letto 56

3)Anno di costruzione successivo al a1991 (post L10/1991)

4)Classe Energetica D (53 kWh/m3 anno)

5)Impianto tradizionale a radiatori, con termostati per macro-zone e alcune valvole termostatiche

6)Centrale termica con caldaie alimentate a gas metano (405 kW + 180 kW), per riscaldamento ambienti e produzione Acqua Calda Sanitaria

7)Sistema di estrazione aria dai bagni con reimmissione a tutt’aria esterna mediante U.T.A.

8)Spesa annua per riscaldamento ambienti e produzione ACS: 31’400 € (gas metano agevolato)


Ing. Andrea Cagni



Simulazione energetica dellSimulazione energetica dell’’edificio, passi operativiedificio, passi operativi

L’idea di un impianto IBRIDO (caldaia + ……?……)

Il modello di calcolo per MESI della norma UNI TS 11300 non è adatto

A partire dall’analisi delle bollette energetiche si sono ricostruiti i consumi mensili utili per:generare il modello energetico dell’edificio costruito sul comportamento reale dell’edificio (valutazione tailored rating) conformemente alle vigenti norme della serie UNI TS 11300

Sono stati corretti gli apporti energetici interni secondo la valutazione reale adattata all’utenza. Ad esempio a questo scopo si sono confrontati gli apporti interni delle apparecchiature con i consumi elettrici rilevati, in modo da valutare correttamente gli apporti interni di calore

E’ stato stimato il fabbisogno annuo di ACS effettivamente richiesto, mediante l’analisi delle bollette estive.


Ing. Andrea CagniIng. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti



Il calcolo semiIl calcolo semi--dinamico del fabbisogno annuale (ora per ora)dinamico del fabbisogno annuale (ora per ora)

il modello dell’edificio è costruito tenendo conto degli scambi termici contenuti nelle seguenti equazioni:

Per i parametri dinamici sono stati considerati i fattori di utilizzazione degli apporti solari e interni, secondo UNI TS 11300-1, punto 15.1.1

Due livelli di temperatura: 23°C diurno, 20°C notturno

Dati climatici orari: TORINO IWEC (anno tipo dell'EnergyPlus weather file)

Ing. Andrea CagniIng. Andrea Cagni



Simulazione del profilo di richiesta termica (ora per ora)Simulazione del profilo di richiesta termica (ora per ora)

Per ogni ora del giorno, e ogni giorno dell’anno, si tiene conto di una serie di parametri normalmente non considerati nel calcolo classico in regime stazionario

a)Irraggiamento solare della località con dettaglio orario

b)Temperatura esterna istantanea (con dettaglio orario)

c)Temperatura di mandata del fluido termovettore in funzione della temperatura dell’aria esterna (regolazione climatica)

d)Energia di ripresa della temperatura ambiente (secondo Norma UNIN12831:2006), intermittenza e attenuazione degli impianti

e)Energia termica “dispersa” (non andata a buon fine) per inefficienze del sistema di regolazione

f)Energia persa per inefficienza del sistema di emissione e di distribuzione dei fluidi termo vettori

g)Energia termica per produzione ACS

Ing. Andrea Cagni



Temperatura di mandataTemperatura di mandata


Ing. Andrea Cagni



Potenza di ripresaPotenza di ripresa


Ing. Andrea Cagni



Potenza persa per inefficienza della regolazionePotenza persa per inefficienza della regolazione


Ing. Andrea Cagni



Potenza persa per inefficienza del sistema di emissionePotenza persa per inefficienza del sistema di emissione


Ing. Andrea Cagni



Potenza persa per dispersioni della rete di distribuzionePotenza persa per dispersioni della rete di distribuzione


Ing. Andrea Cagni



Potenza per produzione di Acqua Calda SanitariaPotenza per produzione di Acqua Calda Sanitaria


Ing. Andrea CagniIng. Andrea Cagni



Simulazione del profilo di richiesta termica (ora per ora)Simulazione del profilo di richiesta termica (ora per ora)

Per ogni ora del giorno, risulta quindi chiaro il fabbisogno di potenza per riscaldamento ambienti e produzione sanitaria.

a)Distribuzione delle potenze termiche orarie all'interno di un giorno campione (il più freddo dell’anno)

b)Distribuzione delle potenze termiche orarie all'interno di un giorno campione (con temperature moderate e basso irraggiamento)

c)Distribuzione delle potenze termiche orarie all'interno di un giorno campione (temperature miti e molto soleggiato)

Ing. Andrea Cagni



Profilo di richiesta di calore Profilo di richiesta di calore –– giorno pigiorno piùù freddofreddo


Ing. Andrea Cagni



Profilo di richiesta di calore Profilo di richiesta di calore –– giorno medio invernalegiorno medio invernale


Ing. Andrea Cagni



Profilo di richiesta di calore Profilo di richiesta di calore –– coda di stagionecoda di stagione


Ing. Andrea Cagni



Fattore di carico (distribuzione di frequenza cumulata)Fattore di carico (distribuzione di frequenza cumulata)


Ing. Andrea Cagni

Riqualificazione impiantistica: un esempio concreto

Proposta di riqualificazione:pompe di calore geotermichead assorbimento

alimentate a gas metano




Caratteristiche del sistema di generazione del calore

• n°2 macchine acqua / acqua

• Potenza massima erogabile @ 50°C: 78,4 kWt

• Temperatura massima lato utenza 65°C

• GUE nominale (sulle fonti primarie): 120% - 170% (indipendente dalle condizioni

ambientali esterne, sottosuolo a temperatura costante, con campo sonde ben dimensionato

Pompe di calore Acqua / Acqua ad assorbimento alimentata a gas MPompe di calore Acqua / Acqua ad assorbimento alimentata a gas Metanoetano

Ing. Andrea Cagni



39 kW39 kW39 kW39 kW180 kW180 kW

405 kW405 kW

Vantaggi

• Utilizzo diretto di una fonte primaria, nessuna trasformazione intermedia

• Buona efficienza anche con alte temperature di mandata 65°C

• Nel caso si versione ad aria, modesto peggioramento del rendimento per temperature

esterne basse

• Non si cambia la fonte di approvvigionamento

• Non si sovraccarica la rete elettrica

Pompe di calore Acqua / Acqua ad assorbimento alimentata a gas MPompe di calore Acqua / Acqua ad assorbimento alimentata a gas Metanoetano

Ing. Andrea Cagni



Fonte Robur spa

Impianto geotermico a sonde verticali (circuito chiuso)Impianto geotermico a sonde verticali (circuito chiuso)

Caratteristiche del campo sonde

- resa del sottosuolo 50 W/m

- n°7 sonde geotermiche da 105 m ciascuna

- scambio diretto terreno / acqua di evaporatore

Ing. Andrea Cagni



Fonte Stiebel Eltron e e-Transfer

Ing. Andrea Cagni



Contributo Caldaia e Pompa di caloreContributo Caldaia e Pompa di calore


Ing. Andrea Cagni



Contributo Caldaia e Pompa di caloreContributo Caldaia e Pompa di calore


0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

Caldaia ATTUALE Imp. ibrido (PdC+caldaia)

Fabbisogno annuo energia primaria [kWh]

Fabbisogni energetici per riscaldamento e ACS

ACS (quota caldaia)

ACS (quota PdC)

Riscaldamento (quota PdC)

Riscaldamento (quota caldaia)

Ing. Andrea Cagni




Indici economici utilizzatiIndici economici utilizzati

1)Valore attuale netto (VAN) è la somma di tutti i flussi di cassa del periodo di durata dell'investimento,

all'anno in cui si effettua la valutazione

2)Tempo di ritorno attualizzato (PBT) è il tempo per il quale si annulla il VAN

3)Tasso interno di rendimento (TIR) è il valore del tasso di sconto che annulla in VAN. Il TIR Può essere

confrontato con il tasso offerto da un investimento a pari rischio

Ing. Andrea Cagni




I numeri dellI numeri dell’’intervento sullintervento sull’’impianto (soluzione cautelativa)impianto (soluzione cautelativa)

1)Costo del metano (case di riposo): 0,573 €/m3 (IVA compresa)

2)Costo di investimento chiavi in mano: 79’000 €

3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 30’000 €, quindi ben sfruttata

4).Tasso di finanziamento: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite

impianti geotermici a bassa entalpia“

5)Incremento annuo del costo dell’energia: 6% su base 2002-2012

6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e

quella pompa di calore supera i 25)

7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 10 anni

8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 144’000 €

9)Tasso di rendimento interno - TIR: 11%

10).Classe Energetica “C” taylored (44 kWh/m3 anno)

11).Classe Energetica “B” asset rating

Ing. Andrea Cagni




I numeri dellI numeri dell’’intervento sullintervento sull’’impianto (soluzione su base 2009impianto (soluzione su base 2009--2012)2012)




4).Tasso di finanziamento: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite impianti

geotermici a bassa entalpia“




7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 8,4 anni





Ing. Andrea Cagni




I numeri dellI numeri dell’’intervento sullintervento sull’’impianto (trasposizione al RESIDENZIALE)impianto (trasposizione al RESIDENZIALE)

1)Costo del metano: 0,879 €/m3 (IVA compresa)













Ing. Andrea Cagni

Riqualificazioneinvolucro + impianto: un esempio concreto

Proposta di riqualificazione:- Isolamento estradosso solaio

- Sostituzione solo vetri- Sostituzione UTA con versioni a recupero

-Pompe di calore geotermiche ad assorbimento alimentate a gas metano- Riduzione delle temperature di mandata




Ing. Andrea Cagni



Contributo Involucro + Caldaia e Pompa di caloreContributo Involucro + Caldaia e Pompa di calore


0

100000

200000

300000

400000

500000

600000

Caldaia ATTUALE Imp. ibrido (PdC+caldaia)

Fabb

isog

no a

nnuo

ene

rgia

pri

mar

ia [

kWh]

Fabbisogni energetici per riscaldamento e ACS

ACS (quota caldaia)

ACS (quota PdC)

Riscaldamento (quota PdC)

Riscaldamento (quota caldaia)

Ing. Andrea Cagni




I numeri dellI numeri dell’’intervento GLOBALE (soluzione cautelativa)intervento GLOBALE (soluzione cautelativa)




4).Tasso di finanziamento misto: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite

impianti geotermici a bassa entalpia“ e 8% sui restanti interventi







10).Classe Energetica “B” taylored (26 kWh/m3 anno)


Ing. Andrea Cagni




I numeri dellI numeri dell’’intervento (soluzione su base 2009intervento (soluzione su base 2009--2012)2012)




4).Tasso di finanziamento misto: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite

impianti geotermici a bassa entalpia“ e 8% sui restanti interventi





8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 1’070’000 €


10).Classe Energetica “B” taylored (26 kWh/m3 anno)


Ing. Andrea Cagni




I numeri dellI numeri dell’’intervento (trasposizione al RESIDENZIALE)intervento (trasposizione al RESIDENZIALE)

1)Costo del metano: 0,879 €/m3 (IVA compresa)









8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 1’700’000 €


10). Classe Energetica “B” taylored (26 kWh/m2 anno)


GRAZIE per la vostra attenzione

Ing. Andrea Cagni




Adeguamento del sistema impiantistico - Andrea Cagni+

Documents

Transcript of Adeguamento del sistema impiantistico - Andrea Cagni+