Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria

Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici

prof. ing. Francesco Asdrubalia.a. 2007/08

PRODUZIONE E DISTRIBUZIONECENTRALIZZATA DI CALORE

La tendenza verso la centralizzazione ha incontrato in questo settore difficoltà maggiori che per altri servizi

(elettricità, gas, acqua)

VANTAGGI - migliori rendimenti combustione

(pieno carico)

- gestione dei guasti

- minori costi di gestione

- riduzione rischi incendio

- minori ingombri per volumi tecnici

- possibilità bruciare combustibili diversi

- possibilità depurare fumi

- possibilità tecniche controllo e gestione

- minore manodopera

- minori trasporti

RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE IMPIANTI AUTONOMI 70-75%

RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE IMPIANTI CENTRALIZ. 90%

PERDITE RETE IMPIANTI CENTRALIZZATI 5-10%

VANTAGGIO IN TERMINI DI RENDIMENTO 5-15%

(0,01-0,1 tep anno pro-capite)

2-3% consumo totale fonti primarie

INTRODUZIONE

IMPIANTI di TELERISCALDAMENTO

- di quartiere (DISTRICT HEATING)- urbani

OSTACOLI - cooperazione di soggetti pubblici e privati- pianificazione urbanistica e edilizia- elevati costi capitali

ITALIA - tendenza forte individualismo- contenuta durata stagione invernale

- lunghi tempi ritorno (brevi inverni)- interferenza con altri reti tecnologiche

ad alberoCONFIGURAZIONE RETE ad anello

a maglia

accessibilitàisolamento (anche idrico)

PARTICOLARI COSTRUTTIVI dilatazioniinfiltrazioniurti e correnti vaganti

acqua caldaFLUIDO TERMOVETTORE acqua surriscaldata

vapore (fluidi diatermici)

DIMENSIONAMENTO DELLE RETI

minimo costo di distribuzione del calore “c”

COSTO CAPITALE- scavi, ripristini, opere civili 5-20%- tubazioni, accessori 5-40%- organi intercett., compens. 5-30%- sottocentrali, allacci 10-40%- pompe 1-3%- interessi sul capitale (10-30%)

COSTO DI ESERCIZIO- personale, spese generali, manutenzione 10-40%

COSTO MARGINALE- energia per circolazione fluidi 1-30%- dispersioni e perdite 5-30%

L’ottimizzazione si esegue provvedendo a definire i diametriin via iterativa, ottimizzando contemporaneamente lo spessore di isolante.

Valutazione costi: analisi di sensitività

Per una data area, il costo c è tanto minore quanto maggiore è la potenza termica totale installata e quanto piùpiccolo è il numero di sottocentrali su cui si ripartisce.

I valori dell’area della zona servita non superabili sono:

acqua calda : pochi km2

acqua surriscaldata : fino a 10 km2

vapore : più di 10 km2

COSTO TOTALE DEL SERVIZIO produzione e distribuzione del calore C

costo sia delle centrali che della rete

- il costo di primo impianto di una centrale risulta sempre minore della somma dei costi di piccole centrali di uguale potenza totale

- il costo delle rete può essere superiore a quello della centrale

ASPETTI ECONOMICI

rete lunghezza

servita volumetriaDl

Q

lql i

ii

Densità edilizia lineare (m3/m): rapporto tra la volumetria edilizia servita da una sottocentrale e il tratto di rete necessario per collegarle.

raggio medio di azione: distribuzione nello spazio dei carichi termici.

Il costo C totale risulta crescente con il raggio medio di azione, al punto di poter individuare un valore oltre il quale non risulta più conveniente centralizzare la produzione di calore (pochi km)

ASPETTI ECONOMICI

ASPETTI ECONOMICI

Diseconomie riscaldamento urbano centralizzato

- posa in opera reti in centri storici;

- rete del gas già esistente.

VALUTAZIONE INTEGRATA

• costi

• moltiplicazione del rischio

• combustibili utilizzabili

• impatto ambientale

Si deve considerare il funzionamento a regime variabile, in genere lontano dalle condizioni

estremali considerate per il dimensionamento.

USO STAGIONALE u = 0,25

Per limitare i costi fissi si può contenere la potenza massima installata con serbatoi di raccolta del

fluido caldo

L’aliquota di potenza complementare ad u risulta improduttiva

Al fine di aumentare per quanto possibile l’utilizzazione dell’impianto si ricorre spesso a produzione in cascata

di energia elettrica e termica (cogenerazione).

Il funzionamento può anche avvenire nei mesi estivi, impiegando il calore in macchine frigorifere ad

assorbimento (trigenerazione)

ASPETTI FINANZIARI E TARIFFE

Auspicabile tariffa binomia come per en. Elettrica

Non esistono codificazioni valutazione exergetica

Come per la cogenerazione, si cerca una produzione ottimale di calore a bassa temperatura.

ANALISI ENERGETICA

POMPE DI CALORE

ic

GG Hm

Q

icel HmL icelPdC Hm x COP L x COPQ

44,20,36

0,88 es. ad COP seQ Q

el

G

el

GGPdC

Ipotizzando un rendimento del generatore pari all’88%, la resa calorica è:

€/MJ 0,0212 35,4 x 88,0

66,0

H

CC

iGter

Costo energia elettrica per la pompa di calore:

Cel = 0,13 €/kWh = 0,0361 €/MJ

Affinchè risulti conveniente impiegare la pompa di calore, deve risultare:

70,10,0212

0,0361COP es. ad

C

CCOP ovvero C

COP

C

ter

elter

el

ANALISI ECONOMICA

Costo combustibile per una caldaia tradizionale (metano):

0,66 €/mc

ANALISI GLOBALE

Per installare una pompa di calore si deve affrontare un extra-costo

In base al diagramma la pompa di calore può funzionare per 2/3 della stagione a 3/4 della sua potenza nominale.

Ciò avviene perchè al di sotto di certe temperature esterne, è comunque necessario ricorrere a sistemi di riscaldamento tradizionali.

Ipotizzando una potenza nominale di 20 kW, che funzioni per 14 ore al giorno e che la stagione duri 180 giorni, l’energia complessivamente fornita è:

Q = 20 x 3/4 x 180 x 2/3 x 14 x 3,6 = 90720 MJ/anno

Il risparmio ottenuto è pari a:

Se l’extra-costo della pompa di calore è assunto pari a 1000 €/kW ovvero 20000 € per l’intero dispositivo, l’investimento non risulta sostenibile.

anno/€ 61350,2

0361,00212,090720

COP

CCQ el

ter

Se viene acquistato un refrigeratore per il raffrescamento estivo, l’extra-costo della pompa di calore è limitato solo al maggiore investimento per il funzionamento invernale, con conseguente variazione del conto economico.