Analisi per un impianto solare termico sul fabbricato di via Tovo Olgiate Olona. 034E05 Studi Solarge Versione 1. Stato del documento approvato

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1 Analisi per un impianto solare termico sul fabbricato di via Tovo Olgiate Olona Codice 034E05 Studi Solarge Versione 1 Committente Ing. Piero Balossi Stato del documento approvato Autore Calderoni Revisione Wolter Approvazione Pauschinger aprile 2006

2 SOMMARIO SINTESI DEI RISULTATI OTTENUTI INTRODUZIONE DESCRIZIONE DELL EDIFICIO... 5 L edificio... 5 L impianto termico FABBISOGNO TERMICO PROPOSTA DI IMPIANTO DIMENSIONAMENTO... 9 Variante 1 impianto da 30 m Variante 2 impianto da 40 m VALUTAZIONI ECONOMICHE Costi d investimento Calcolo economico POSSIBILI SINERGIE Solarge COD: AI-034E05-06 VERS: 01 DATA: 31/019/06 PAGINA: 2: 14

3 SINTESI DEI RISULTATI OTTENUTI Questo studio esamina la fattibilità di un impianto solare termico autocostruito per il fabbricato di via Tovo, presso il Comune di Olgiate (VA). Si propongono due varianti di impianto, una a media copertura del fabbisogno, l altra a copertura elevata. Variante 1 Variante 2 Superficie di collettori 30 m 2 40 m 2 Volume di accumulo l l I benefici energetici degli impianti solari nelle due varianti sono i seguenti: Variante 1 Variante 2 Gas risparmiato m 3 /a (55 %) m 3 /a (62 %) Emissioni CO 2 evitate 5 t/a 6 t/a L analisi economica dei due impianti fornisce i risultati riassunti in tabella: Variante 1 Variante 2 Costo d investimento Prezzo del calore prodotto dall impianto solare 0,094 /kwh 0,089 /kwh Prezzo del calore prodotto dall impianto convenzionale 0,108 /kwh COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 3: 14

4 1 INTRODUZIONE L'obiettivo di questo lavoro consiste nell eseguire uno studio di fattibilità per un impianto solare termico da installare sul fabbricato di via Tovo, presso il comune di Olgiate Olona (VA). Il solare termico è una tecnologia in espansione in tutta Europa e in molti paesi del resto del mondo. Negli ultimi decenni è stata portata a maturità e quindi resa disponibile per il mercato grazie alla stretta collaborazione tra ricerca e industria. Sono cresciuti in Europa mercati caratterizzati da notevoli tassi di incremento, tanto che è stato possibile installare, ad oggi, nei paesi della comunità europea circa 15 milioni di metri quadrati di collettori solari. L adozione di un impianto solare permette di abbassare notevolmente la quantità di combustibile fossile necessaria al riscaldamento dell acqua calda sanitaria e degli ambienti. A seconda del dimensionamento scelto in fase di progettazione, il sistema può coprire percentuali più o meno elevate del fabbisogno complessivo. La scelta del tipo di dimensionamento dipende da considerazioni di carattere tecnico ed economico e va operata con attenzione a seconda del tipo di utenza. L applicazione al momento più redditizia è rappresentata dagli impianti solari con diverse centinaia di metri quadrati di superficie di collettori, che coprono il % del fabbisogno totale di calore per case plurifamiliari, all interno di piccole reti di teleriscaldamento, per ospedali, residenze per anziani o per studenti e nel settore turistico. Grazie alle dimensioni, il costo specifico dell impianto diminuisce senza penalizzarne l efficienza. La copertura del fabbisogno termico da parte degli impianti solari può anche arrivare al 50-80% con impianti solari centralizzati ad accumulo stagionale, nei quali l energia solare termica captata durante i mesi estivi viene stoccata e utilizzata per il riscaldamento durante la stagione fredda. Oggi esistono in Europa più di cinquanta grandi impianti in cui i collettori hanno una superficie superiore ai 500 m 2. COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 4: 14

5 2 DESCRIZIONE DELL EDIFICIO L edificio Il fabbricato di via Tovo è in fase di ristrutturazione e ospiterà, a lavori ultimati, dodici appartamenti. La struttura si sviluppa su due piani fuori terra. L utenza massima è stimata in 45 persone. Figura 1: Il fabbricato di via Tovo L impianto termico L impianto termico è costituito da una caldaia (eventualmente a condensazione) a gas che copre l intero fabbisogno per riscaldamento e acqua calda sanitaria (ACS). Quest ultima viene preparata con l ausilio di un serbatoio tampone e di un serbatoio per acqua sanitaria, che viene riscaldato, nella parte superiore, dalla caldaia. L impianto di distribuzione è dotato di apparato di ricircolo, per mantenere sempre in temperatura le tubazioni ed evitare ritardi nell erogazione dell acqua calda. Il ricircolo è da considerarsi a tutti gli effetti come un ulteriore consumatore di energia. Caldaia Serbatoio ACS 187 kw l Serbatoio tampone (solare) Ricircolo l presente Tabella 1: Caratteristiche dell impianto termico COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 5: 14

6 3 FABBISOGNO TERMICO Il fabbisogno termico è un dato essenziale per il dimensionamento della superficie di collettori. La presenza di un impianto di riscaldamento degli ambienti a pavimento, operante a basse temperature, porta normalmente a considerare la possibilità di apporto di energia solare anche per il riscaldamento della struttura. Poichè in questo caso, oltre all impianto a pavimento, sono presenti anche alcuni radiatori, l impianto termico lavora comunque ad alta temperatura; la scelta ricade pertanto su un sistema solare per la sola produzione di acqua calda. Nel caso di strutture residenziali il fabbisogno termico per la produzione di acqua calda sanitaria è più o meno costante durante l anno. Dalla norma UNI 9182 si ricava un fabbisogno pro capite di acqua calda a 40 C pari a l/g (litri al giorno). L esperienza suggerisce tuttavia valori più contenuti. In questo studio si considera un fabbisogno pro capite, riferito a una temperatura di 45 C, pari a 50 l/g. Il calcolo del fabbisogno complessivo si effettua semplicemente moltiplicando il valore pro capite per il numero di utenti. La struttura in esame ospiterà al massimo 45 abitanti. Nel calcolo si ipotizza una presenza di 40 persone. Si ottiene così un fabbisogno di 730 m 3 /a di acqua a 45 C. Ipotizzando una temperatura media dell acqua fredda di 10 C (8 C nei mesi invernali, 12 C in quelli estivi), la quantità di energia necessaria risulta pari a circa 27,5 MWh/a. Il calore consumato dall impianto di ricircolo è estremamente variabile da caso a caso, a seconda del grado di coibentazione delle tubazioni, della lunghezza delle stesse e delle ore di funzionamento giornaliero della pompa. Ipotizzando un sistema mediamente coibentato e gestito oculatamente, si stima un fabbisogno pari al 20 % del fabbisogno complessivo per ACS, da cui si deduce un consumo di circa 5,5 MWh/a. Il fabbisogno termico complessivo per la preparazione dell ACS risulta pari a 33 MWh/a. Ipotizzando un rendimento medio stagionale delle caldaie pari al 75 %, il consumo di gas ammonta (nell ipotesi che l intero fabbisogno venga coperto dall impianto convenzionale) a m 3 /a. Fabbisogno termico kwh/mese G F M A M G L A S O N D Ricircolo Fabbisogno ACS Grafico 1: Fabbisogno termico mensile COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 6: 14

7 4 PROPOSTA DI IMPIANTO I collettori solari vengono installati sulle falde esposte a sud delle coperture di uno o di entrambi i corpi centrali. Tramite opportune staffe di fissaggio, essi vengono agganciati al tetto esistente a sostituzione delle tegole, rispettandone l inclinazione per migliorare l impatto estetico dell impianto. Questo tipo di intervento garantisce il mantenimento dell impermeabilità della copertura. La falda sud del primo corpo centrale può ospitare fino a m 2 di collettori, se utilizzata in tutta la sua lunghezza. In caso di impedimenti legati ad eventuali camini, oppure in caso di scelta di un impianto di superficie maggiore, è possibile sfruttare anche la copertura del secondo corpo centrale. L immagine in figura 2 mostra la possibile sistemazione di un campo collettori da 30 m 2, nell ipotesi di utilizzare uno solo dei corpi centrali. Figura 2: sistemazione dei collettori solari termici sulla copertura del corpo centrale Il campo collettori è collegato ad un accumulo tampone, situato nel locale tecnico, tramite una tubazione di mandata e una di ritorno. Esse trovano spazio nei cavedi del vano (o dei vani) scala. Queste tubazioni devono essere accuratamente coibentate. Nel caso di installazione su entrambi i corpi centrali del complesso, una linea dovrà essere interrata per circa 15 m. L accumulo tampone viene posizionato nel locale tecnico ed è collegato, tramite uno scambiatore di calore, al serbatoio ACS. Da questo, l acqua calda viene smistata ai punti di prelievo. La caldaia riscalda la parte superiore del serbatoio ACS (circa un terzo del volume). La parte inferiore viene riscaldata dall impianto solare quando esiste energia disponibile. E possibile prevedere un sistema antilegionella, che permette di riscaldare, tramite la caldaia, l intero volume del serbatoio ACS. Tale scelta comporta un sostanziale aumento dei consumi termici, poichè l intero volume del serbatoio ACS viene riscaldato a temperature elevate; per COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 7: 14

8 questo motivo, inoltre, si riduce la capacità dello stesso serbatoio di accumulare calore solare, con conseguente diminuzione della resa dell impianto. L impianto solare è gestito da una centralina apposita che confronta la temperatura all uscita dei collettori (punto più caldo del circuito) con quella sul fondo del serbatoio (punto più freddo). La caldaia si accende quando l impianto solare non è in grado di riscaldare la parte superiore dell accumulo fino alla temperatura desiderata. In figura 3 è raffigurato uno schema di massima di integrazione del sistema solare nell impianto termico esistente. Figura 3: Schema impiantistico di massima COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 8: 14

9 5 DIMENSIONAMENTO I criteri di dimensionamento degli impianti solari forniscono indicazioni riguardo alla superficie di collettori più adatta al singolo caso, ma consentono comunque una certa libertà di scelta. Nel caso in esame, dato il basso costo dei collettori autocostruiti, si propongono due varianti: la prima prevede un impianto a copertura media del fabbisogno per acqua sanitaria; la seconda variante propone una superficie di collettori più ampia, che raggiunge una copertura del fabbisogno più elevata. Variante 1 impianto da 30 m 2 Componente Caratteristiche collettori solari serbatoio solare (puffer + serbatoio ACS) 30 m 2 ; inclinazione 20 ; esposizione 12 sud l l tubazioni impianto solare (mandata e ritorno) 70 m (20 m nel caso di utilizzo di un solo corpo dell edificio) Tabella 2: principali caratteristiche dell impianto solare variante 1 L impianto così dimensionato ha le performance energetiche riassunte in tabella 3. gas risparmiato (η caldaia = 75 %) m 3 /a (55 %) energia termica fornita dal serbatoio d accumulo solare 19 MWh/a emissione di CO 2 evitate 5 t/a Tabella 3: performance energetiche dell impianto solare variante 1 Variante 2 impianto da 40 m 2 Componente Caratteristiche collettori solari serbatoio solare (puffer + serbatoio ACS) 40 m 2 ; inclinazione 20 ; esposizione 12 sud l l tubazioni impianto solare (mandata e ritorno) 70 m (20 m nel caso di utilizzo di un solo corpo dell edificio) Tabella 4: principali caratteristiche dell impianto solare variante 2 COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 9: 14

10 L impianto così dimensionato ha le performance energetiche riassunte in tabella 5. gas risparmiato (η caldaia = 75 %) m 3 /a (62 %) energia termica fornita dal serbatoio d accumulo solare 22,5 MWh/a emissione di CO 2 evitate 6 t/a Tabella 5: principali caratteristiche dell impianto solare variante 2 Copertura solare del fabbisogno energetico per la preparazione dell'acs [kwh] G F M A M G L A S O N D Energia caldaia Energia solare Grafico 2: Copertura del fabbisogno energetico per la preparazione dell ACS variante 1 Copertura solare del fabbisogno energetico per la preparazione dell'acs [kwh] G F M A M G L A S O N D Energia caldaia Energia solare Grafico 3: Copertura del fabbisogno energetico per la preparazione dell ACS variante 2 COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 10: 14

11 6 VALUTAZIONI ECONOMICHE Costi d investimento I costi d investimento per la realizzazione degli impianti solari proposti per i due scenari sono elencati nella tabella successiva. Si tratta di una stima realistica, fatta sulla base delle attuali condizioni del mercato del solare termico. Per ottenere cifre più dettagliate deve essere richiesto un preventivo a una ditta installatrice. COSTI D INVESTIMENTO [ ] VARIANTE 1 VARIANTE 2 30 m 2 40 m 2 Campo collettori e integrazione nel tetto Scossaline in rame Serbatoi (tampone + ACS) e relativa componentistica Gruppo pompe e sicurezza Circuito solare Sistema di controllo Manodopera inclusa inclusa Progettazione esclusa esclusa Sistema di monitoraggio Totale impianto solare Tabella 6: Costi d investimento per la realizzazione dell impianto solare (IVA al 10 % esclusa) Calcolo economico Sulla base dei costi d investimento, note le condizioni al contorno riportate in tabella 7, si valutano i due investimenti calcolando il costo annuo e il prezzo del calore. Per quanto riguarda il prezzo del combustibile (metano) si è fatto riferimento ad alcune bollette relative ad edifici localizzati nella stessa zona. Ciclo di vita 20 anni Interessi sul capitale 4% Annuità 7,36% Prezzo del combustibile 0,62 /m 3 Tabella 7: Condizioni al contorno stimate per il calcolo economico COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 11: 14

12 Variante 1 30 m 2 Variante 2 40 m 2 Investimento complessivo per l impianto solare Costo annuo per l investimento (annuità 7,36 %) Costi di esercizio (operazione + manutenzione) Costo annuo totale impianto solare Energia fornita dall impianto solare /a 400 /a /a /a 19 MWh 22,5 MWh Prezzo del calore solare 0,094 /kwh 0,089 /kwh Prezzo del calore prodotto dall impianto convenzionale 0,108 /kwh prezzo combustibile: 0,62 /m 3 rendimento annuo caldaie: 75 % aumento prezzo energia: 4 % all anno Tabella 8: Calcolo economico I risultati dell analisi economica evidenziano che il chilowattora prodotto dall impianto solare nell arco della sua vita utile costa, rispettivamente, 0,094 (impianto da 30 m 2 ) e 0,089 (impianto da 40 m 2 ), mentre il prezzo del chilowattora prodotto con l impianto convenzionale, considerando un tasso di aumento dei prezzi dell energia del 4 % annuo, è pari a 0,108 (prezzo medio in 20 anni). COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 12: 14

13 7 POSSIBILI SINERGIE Solarge Nell ambito del programma EIE Intelligent Energy Europe della Commissione Europea, Ambiente Italia implementa in Italia il progetto Solarge Enlarging Solar Thermal Systems in Multi-Family-Houses, Hotels, Public and Social Buildings in Europe. Si tratta di una campagna per la diffusione di impianti solari temici di grandi dimensioni per edifici residenziali ed alberghi. L impianto in oggetto, se realizzato, rientrerebbe a pieno titolo nella campagna Solarge, facendo parte di un elenco online di impianti best practice di tutta Europa, venendo citato all interno di una brochure specifica e presentato in occasione di convegni e fiere. Per ulteriori informazioni sulla campagna Solarge, si rimanda al sito internet COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 13/04/06 PAGINA: 13: 14