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TECNOLOGIE INNOVATIVE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA il solare termico nel condizionamento edifici

PROBLEMATICHE TECNICHE ED ECONOMICHE DEGLI IMPIANTI ALIMENTATI CON ENERGIE

RINNOVABILI: ALCUNE CASISTICHE

Mercoledì 10 dicembre 2014 Environment Park – Centro congressi Via Livorno, 60 TORINO

GIORGIO BO Prodim -‐ EP&S

Delegato territoriale AiCARR Piemonte e Valle d’ Aosta

2

IL D.LGS 3 MARZO 2011, N° 28

36%

54%

10%

Obiettivi del PAN al 2010 nei tre macro-settori applicativi delle fonti rinnovabili,

Mtep finali

Riscaldamento e raffreddamento

Elettricità

Trasporti

46%

38%

11%

5% Obiettivi del PAN al 2020 nei tre macro-settori applicativi delle fonti rinnovabili, Mtep finali

Riscaldamento e raffreddamento

Elettricità

Trasporti

Trasferimento atteso di FER da altri Stati membri e paesi terzi

ART. 11 D. LGS. 3 MARZO 2011, N.28 Obbligo di integrazione delle fonN rinnovabili negli edifici di nuova costruzione e negli edifici esistenN soPoposN a ristruPurazioni rilevanN.

Allegato 3 due condizioni Gli impianN termici devono garanNre la contemporanea copertura, tramite fonte rinnovabile del: 1) 50 % acqua calda sanitaria

2) 20% à 31/05/2012 35% à 01/01/2014

50% à 01/01/ 2017

Somma dei consumi previsN per ACS, riscaldamento, raffrescamento

L’ APPLICAZIONE DEL DECRETO

•  Abbiamo cercato di valutare: ü  Quali sono le soluzioni impianNsNche di norma uNlizzabili (soluzioni

semplici, di basso costo per un possibile largo impiego) ü  Quali sono metodi di calcolo applicabili ü  Quali sono gli ordini di grandezza (“regole del pollice”) dei parametri in

gioco con cui dobbiamo incominciare a prendere confidenza

•  Due esempi applicaNvi in solo regime di riscaldamento: 1.  Casa unifamiliare (170 m2) 2.  Condominio da 29 appartamenN (2.600 m2)

5

LE FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI

ü  Art. 1 comma 3 Legge 10/91 • Definizione superata per quanto riguarda le fonN “assimilate” alle rinnovabili (cogenerazione, calore recuperato, risparmi di energia conseguibili con intervenN sull’ involucro edilizio e sugli impianN

ü  Art. 2 D.Lgs n° 387/2003 e art. 2 D.Lgs n° 28/2011 • «energia da fonN rinnovabili»: energia proveniente da fonN rinnovabili non fossili, vale a dire energia eolica, solare, aerotermica, geotermica, idrotermica e oceanica, idraulica, biomassa, gas di discarica, gas residuaN dai processi di depurazione e biogas;

Matteo Bo, Giorgio Bo - Prodim srl, Torino

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LE FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI

RES TECNOLOGIA ENERGIA PRODOTTA

SOLARE PANNELLI FOTOVOLTAICI ENERGIA ELETTRICA PANNELLI SOLARI TERMICI ENERGIA TERMICA

EOLICA AEROGENERATORI A TURBINA ENERGIA ELETTRICA IDRAULICA CENTRALI IDROELETTRICHE ENERGIA ELETTRICA GEOTERMIA ALTA ENTALPIA

CENTRALI GEOTERMOELETTRICHE (per es. Lardarello)

ENERGIA ELETTRICA

OCEANICA SISTEMI PER LO SFRUTTAMENTO DELLE ONDE, DELLE CORRENTI E DELLE MAREE

ENERGIA ELETTRICA

BIOMASSA GENERATORI DI CALORE ENERGIA TERMICA

AEROTERMICA POMPE DI CALORE aria/acqua ENERGIA TERMICA

IDROTERMICA POMPE DI CALORE acqua/acqua ENERGIA TERMICA

GEOTERMICA POMPE DI CALORE acqua/acqua ENERGIA TERMICA


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LE TECNOLOGIE DI PIÙ FACILE UTILIZZO

PANNELLI SOLARI TERMICI

POMPE DI CALORE ARIA-‐ACQUA

CALDAIE A CIPPATO O PELLETS


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PROCEDURA DI CALCOLO PER SOLARE TERMICO

Fabbisogni energeXci mensili per riscaldamento e ACS

UNI TS 11300 ParX 1 e 2

Calcolo irradianza solare UNI TR 11328-‐1 e UNI 10349

Algoritmo di calcolo

Metodo F-‐Chart UNI TS 11300 Parte 4

Energia rinnovabile prodo`a


PROCEDURA DI CALCOLO PER POMPE DI CALORE ARIA/ACQUA Fabbisogni energeXci mensili per

riscaldamento e ACS UNI TS 11300 ParX 1 e 2

Determinazione profilo giornaliero (giorno medio del mese) temperatura dell’ aria

esterna e profilo di carico ACS (Appendice G UNI TS 11300 – 4)

Andamento COP in funzione temperatura esterna (N.B.PROBLEMA ACQUISIZIONE DEI

DATI)

Energia annualmente prodo`a e assorbita dalla

pompa di calore Calcolo SPF SPF > 2,875

Energia rinnovabile prodo`a

POMPE DI CALORE -‐ PROFILI GIORNALIERI APPENDICE G UNI TS 11300 -‐4

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Pote

nza

[kW

]

Ore [h]

Potenze villa unifamiliare Milano mese di gennaio

Potenza per riscaldamento

Potenza per produzione ACS

Potenza totale

-1

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Tem

pera

tura

[°C

]

Ore [h]

Temperature esterne Milano mese di gennaio

Temperature esterne

POMPE DI CALORE ARIA/ACQUA

)SPF11(EE cRES −=

875,215,1EE

SPFanno,s

anno,c =>=η

ERES

anno,sanno,cRES EEE −=

NON SI CONSIDERA LA TRASFORMAZIONE DELL’ ENERGIA ELETTRICA IN ENERGIA PRIMARIA

Energia rinnovabile

12

CALDAIE A PELLETS CARICAMENTO AUTOMATICO ü  100 % energia rinnovabile ü  Rendimento termico = 90%

CALDAIE A PELLETS CARICAMENTO AUTOMATICO

CASI STUDIO Villa unifamiliare S=170 m2

Condominio 29 appartamenX da 90 m2

Fabbisogni energetici [kWh/a]

Milano Roma Palermo

kWh/a % kWh/a % kWh/a %

Riscaldamento 11.285 73% 4.290 51% 1.425 26%

ACS 4.070 27% 4.070 49% 4.070 74%

Totale 15.355 100% 8.360 100% 5.495 100%

Fabbisogni energetici [kWh/a]

Milano Roma Palermo

kWh/a % kWh/a % kWh/a %

Riscaldamento 125.462 64% 50.577 42% 16.755 19%

ACS 70.563 36% 70.563 58% 70.563 81%

Totale 196.025 100% 121.140 100% 87.318 100%

CRITERI UTILIZZATI PER LE VALUTAZIONI ECONOMICHE

ü  CosN degli impianN valutaN in prima approssimazione con sNme di Npo budgePario

ü  Parametri di calcolo uNlizzaN per le analisi economiche: §  Soluzione base di riferimento: caldaia a condensazione §  Rendimento termico caldaia a condensazione = 1 §  Potere calorifico inferiore gas metano = 9,6 kWh/Sm3

§  Costo gas metano = 0,79 €/Sm3

§  Costo energia elePrica = 0,18 €/kWh §  Rendimento caldaia a pellets = 0,9 §  Potere calorifico pellets = 4,9 kWh/kg §  Costo pellets = 0,25 €/kg

VILLA UNIFAMILIARE

Su = 170 m2

COLLETTORI SOLARI PIANI

MILANO 50% ACS 20% Totale 35% Totale 50% Totale

Superficie colleòri solari piani [mq]

3,2 6,7 20 54

Percentuale superficie colleòri solari -‐ superficie dell' edificio [%]

1,8 3,8 11,4 30,7

Copertura del fabbisogno energeXco [5]

50% ACS 20% Totale 35% Totale 50% Totale

Incremento di costo budgeàrio [euro]

5.000,0 9.000,0 20.000,0 54.000,0

Incremento di costo/m2 [euro/m2]

27 52 115 306

Tempo di ritorno semplice [anni]

28 36 45 84

ROMA 50% ACS 20% Totale 35% Totale 50% Totale

Superificie colle`ori solari piani [mq]

2 2 3,6 8,1


1,1 1,1 2,0 4,6




3.000,0 3.000,0 5.500,0 11.000,0


17 17 30 61


18 18 22 31


PALERMO 50% ACS 20% Totale 35% Totale 50% Totale


1,8 1,8 1,8 3,2


1,0 1,0 1,0 1,8




2.700,0 2.700,0 2.700,0 5.000,0


15

15

15

27


16

16

16

21


0

10

20

30

40

50

60

MILANO ROMA PALERMO

Are

a co

lletto

ri [m

2 ]

Copertura 50% ACS e 50% totale Varia l’ insolazione e il fabbisogno energeNco

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

MILANO ROMA PALERMO

Are

a co

lletto

ri [m

2]

Copertura 50% ACS Varia solo l’ insolazione

•  Milano 40° 1430 kWh/m2 •  Roma 40° 1780 kWh/m2 •  Palermo 40° 1950 kWh/m2


28

36

45

84

18 18 22

31

16 16 16 21

-

10

20

30

40

50

60

70

80

90


Ann

i

Tempo di ritorno semplice dell' investimento Villetta unifamiliare

MILANO ROMA PALERMO


POMPE DI CALORE ARIA/ACQUA A MEDIA E AD ALTA TEMPERATURA

Impiego di pompe di calore in grado di consenNre il funzionamento con doppio set point di regolazione (per es. riscaldamento 40°C, produzione ACS 60°C) ü  Pompe di calore “mulNfunzione” con doppi scambiatori di calore uno per

riscaldamento e uno per produzione ACS ü  Pompe di calore con produzione ACS in priorità mediate valvola deviatrice a

tre vie (soluzione meno correPa se la pompa di calore a inversione di ciclo viene uNlizzata in estate come gruppo frigorifero )

Le pompe di calore devono essere idonee per produzione ACS, così dePe pompe di calore a media (55°) e ad alta temperatura (60÷65°C)

POMPE DI CALORE ARIA/ACQUA DOPPIO SCAMBIATORE

Scambiatore ACS

Scambiatore climaXzzazione

POMPA DI CALORE ARIA/ACQUA: VALVOLA A TRE VIE

Valvola a tre vie

COP POMPE DI CALORE

y = 0,0423x + 2,7202

y = 0,0701x + 3,7924

0

1

2

3

4

5

6

-15 -10 -5 0 5 10 15 20

CO

P

Temperatura esterna [°C]

Esempio variazione COP (compressore scroll - R407C - con iniezione di vapore)

COP condensazione 60°C

COP condensazione 40 °C

26

POMPA DI CALORE -‐ 100% DEL CARICO

LOCALITA' Potenza nominale pompa di calore

[kW]

Incremento di costo budge`ario

[euro]


MILANO 30 12.000 24 ROMA 20 10.000 38

PALERMO 20 10.000 64

LOCALITA' Temperatura condensazione

unica = 60 °C

Temperatura condensazione produzione ACS = 60°C riscaldamento = 40°C

SPF verifica REP %RES SPF verifica REP %RES

MILANO 2,7 NEGATIVA 1,1% 0,00% 3,58 POSITIVA 1,43 72,07%

ROMA 3,15 POSITIVA 1,3% 68,24% 3,54 POSITIVA 1,42 71,77%

PALERMO 3,19 POSITIVA 1,3% 68,66% 3,19 POSITIVA 1,28 68,66%

VILLA UNIFAMILIARE: CONFRONTO NEL CASO COPERTURA MINIMA FABBISOGNI 50% (ANNO 2017)

(1) Naturalmente l’ extracosto e gli anni al punto di pareggio si azzerano se la pompa di calore viene uNlizzata in estate come gruppo frigorifero

LOCALITA'

CALDAIA A CONDENSAZIONE COLLETTORI SOLARI POMPA DI CALORE

( Potenza 100%) (1) CALDAIA A PELLETS (Potenza 100%)

costo C.T. [€]

costo C.T./m2

[€/m2]

costo C.T. [€]

costo C.T./m2

[€/m2]

P.B.P [anni]

costo C.T. [€]

costo C.T./m2

[€/m2]

P.B.P [anni]

costo C.T. [€]

costo C.T./m2

[€/m2]

P.B.P [anni]

MILANO 5.000

28 59.000

335

84

17.000

97

24

23.000

131

43

ROMA 5.000

28

16.000

91

31

15.000

85

38

20.000

114

65

PALERMO 5.000

28 10.000

57

21

15.000

85

64

20.000

114

85

CONDOMINIO

Su = 2.600 m2


MILANO 50% ACS 20% Totale 35% Totale 50% Totale


46 62 178 440


1,8 2,4 6,8 16,8




46.000,0 62.000,0 178.000,0 440.000,0


17,8 23,6 68,1 169,8


16 19 32 54


ROMA 50% ACS 20% Totale 35% Totale 50% Totale


34 34 43 86


1,3 1,3 1,6 3,3




34.000,0 34.000,0 43.000,0 86.000,0


13,2 13,2 16,4 32,8


12 12 12 17

PALERMO 50% ACS 20% Totale 35% Totale 50% Totale


31 31 31 40


1,2 1,2 1,2 1,5




30.800,0 30.800,0 30.800,0 40.000,0


11,8 11,8 11,8 15,2


9 9 9 11


0 50

100 150 200 250 300 350 400 450 500

MILANO ROMA PALERMO

Are

a co

lletto

ri [m

2 ]

Copertura 50% ACS e 50% totale

0

10

20

30

40

50

MILANO ROMA PALERMO

Are

a co

lletto

ri [m

2]

Copertura 50% ACS

Varia solo l’ insolazione •  Milano 40° 1430 kWh/m2 •  Roma 40° 1780 kWh/m2 •  Palermo 40° 1950 kWh/m2

Varia l’ insolazione e il fabbisogno energeNco


16 19

32

54

12 12 12

17

9 9 9 11

-

10

20

30

40

50

60


Ann

i

Tempo di ritorno semplice dell' investimento Condominio

MILANO ROMA PALERMO


MILANO

20% Totale 35% Totale 50% Totale Potenza nominale [kW] (te = 7°C ; t AC = 40/45 °C)

10 15 30

% RES 24,9 35,3 53,3

Incremento costo budge`ario [€]

12.000 14.000 17.000

Incremento costo/m2 [€/m2] 4,6 5,4 6,5


5,2 3,9 3,1

POMPA DI CALORE

ROMA

20% Totale 35% Totale 50% Totale Potenza nominale [kW] (te = 7°C ; t AC = 40/45 °C)

10 10 15

% RES 36,8 36,8 50,2


12.000 12.000 14.000

Incremento costo/m2 [€/m2]

4,6 4,6 5,4


5,8 5,8 4,4

POMPA DI CALORE

PALERMO 20% Totale 35% Totale 50% Totale

Potenza nominale [kW]

(te = 7°C ; t AC = 40/45 °C)

10 10 16

% RES 44,9 44,9 58,3


12.000 12.000 14.000

Incremento costo/m2

[€/m2] 4,6 4,6 5,4


6,7 6,7 5,2

POMPA DI CALORE

CONDOMINIO -‐ COPERTURA MINIMA FABBISOGNI 50% (ANNO 2017)

LOCALITA'

CALDAIA A CONDENSAZIONE COLLETTORI SOLARI POMPA DI CALORE CALDAIA A PELLETS (100%

FABBISOGNI) costo C.T. [€]

costo C.T./m2

[€/m2]

costo C.T. [€]

costo C.T./m2

[€/m2]

P.B.P [anni]

costo C.T. [€]

costo C.T./m2

[€/m2]

P.B.P [anni]

costo C.T. [€]

costo C.T./m2

[€/m2]

P.B.P [anni]

MILANO 28.000

11 468.000

179

54

29.700

11

3

90.000

34

12

ROMA 25.000

10

111.000

42

17

39.000

15

4

84.000

32

19

PALERMO 22.000

8 62.000

24

11

36.000

14

5

72.000

28

22

CONSIDERAZIONI FINALI

• Seppur la presente analisi sia stata per il momento limitata alle casisNche più semplici (solo riscaldamento di piccole unità abitaNve si possono fare le seguenN considerazioni: ü  L’ applicazione del decreto non potrà se non comportare rilevanX

ripercussioni nel sePore delle costruzioni sia in termini tecnici, sia in termini economici.

ü  Le unità abitaXve più piccole sono maggiormente sfavorite dal punto di vista economico per problemi di taglia delle apparecchiature installabili

ü  Il solare termico specie nel lungo periodo può essere preso in considerazione solo nel centro e sud Italia dove l’ insolazione è maggiore e dove i fabbisogni energeNci sono minori

ü  Le pompe di calore sono la soluzione più interessante, che diventa di gran lunga la soluzione base se è previsto anche il raffrescamento esNvo.

ü  Sono da approfondire e diffondere le conoscenze relaNve all’ impiego dei sistemi a biomassa oggi poco note in quanto tali soluzioni impianNsNche sono poco diffuse. In parNcolare sono da approfondire gli aspeq legaN all’ inquinamento ambientale.

ü  Le problemaNche relaNve al rispePo del decreto diventano sicuramente molto più complesse nel caso di edifici dotaN di impianto di condizionamento, per i quali quasi certamente si renderà necessario cercare di coprire tuPa la quota RES in inverno, essendo molto più difficile e oneroso produrre RES in estate.


ü  Per determinaN edifici molto energivori specie in regime esNvo (per es. centri commerciali, ospedali, palazzi uffici) la soluzione del problema potrebbe risultare molto molto difficile. Sarebbe pertanto interessante se si cominciassero a fare verifiche in tal senso “prima che sia troppo tardi”….

ü  Vi è infine certamente l’ esigenza di definire procedure di calcolo certe e uguali per tuq, in assenza delle quali i possibili diversi modelli di simulazione adoPabili potrebbero portare a risultaN anche fortemente disomogenei, il che è incompaNbile in un ambito di rispePo legislaNvo.


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