Flavio Ferronato Valutazione di interventi di efficienza energetica nell ottica della nuova norma

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1 Flavio Ferronato Valutazione di interventi di efficienza energetica nell ottica della nuova norma UNI CEI EN 16001: Sistemi di gestione dell energia Requisiti e linee guida per l uso NECSI srl, società di ingegneria Via Ten. E. Velo, 28 Romano d Ezz (VI) UNI CEI EN 16001: SISTEMI DI GESTIONE DELL ENERGIA REQUISITI E LINEE GUIDA PER L USO E necessario stabilire una POLITICA ENERGETICA AZIENDALE PLAN: pianificazione obiettivi, interventi e procedure DO: Implementazione procedure interne CHECK: Monitoraggio e misura dei consumi energetici ACT: Miglioramento efficienza energetica 1

2 PLAN a) IDENTIFICAZIONE ED ANALISI DEGLI ASPETTI ENERGETICI individuazione consumi e parametri energetici individuazione aree ad elevato consumo energetico stima dei consumi futuri individuazione possibili interventi e identificazione delle priorità b) OBBLIGHI LEGALI ED ALTRI REQUISITI individuazione degli requisiti legali e normativi determinazione della ricaduta sugli aspetti energetici c) OBIETTIVI E PROGRAMMI ENERGETICI individuazione, adozione ed aggiornamento di obiettivi energetici CASO 1 - Stabilimento industriale Azienda di produzione imballaggi Presenza di commissione interna per l efficienza energetica Principali ambiti di intervento individuati: Produzione e dell energia termica; Produzione e trasporto dell energia frigorifera; Impianto di climatizzazione del reparto accoppiamento; Sistema di compressione dell aria; Magazzino riscaldato a 45 C. 2

3 DATI DI INGRESSO Costo energia elettrica Costo gas metano Costo energia termica 0,10 /kwh 0,3061 /m³ 0,0276 /kwh Orari di funzionamento: 6000 h/anno al 100% 1600 h/anno al 30% 800 h/anno al 0% (alcuni impianti rimangono accesi come l aria compressa, l olio diatermico, ecc) PRODUZIONE DELL ENERGIA TERMICA L energia consumata per riscaldare l olio diatermico è molto elevata e vale circa /anno. Quindi anche piccole variazioni sul rendimento di produzione possono dare risultati significativi. Vengono esclusi interventi di sostituzione dei generatori, si possono valutare invece interventi sul controllo della combustione. La combustione attualmente è tarata in fase di controllo periodico in base a parametri che non rimangono costanti per lunghi periodi a causa dell effetto dei fattori ambientali, peggiorando l efficienza del sistema combustione. Un controllo in automatico e in continuo dei parametri migliora l efficienza di circa 1,5 punti. INTERVENTO PROPOSTO: Installazione di un sistema di controllo in continuo dell O2 contenuto nei fumi Spesa per la riqualificazione Detrazione fiscale Risparmio annuo previsto Fattore di precisione dei dati Risparmio annuo minimo , ,00 70% ,00 Tempo rientro PREVISTO/MAX 1,6 / 2,3 3

4 TRASPORTO DELL ENERGIA FRIGORIFERA Le pompe funzionano a portata fissa con una spesa per il funzionamento di circa /anno. Una valvola di sfioro ritorna l acqua pompata in più direttamente in vasca sprecando l energia utilizzata per mettere in movimento questa quantità d acqua. Il controllo non si può eseguire sul salto termico perché il flusso di ritorno non è costante e può essere inquinato dall acqua piovana. Occorre effettuare un controllo a p variabile INTERVENTO PROPOSTO: Installazione di inverter sulle pompe di circolazione dell acqua con controllo della velocità di rotazione della pompa a p variabile Spesa per la riqualificazione Detrazione fiscale (Decreto Motori ) Risparmio annuo previsto Fattore di precisione dei dati Risparmio annuo minimo , , ,00 70% ,00 Tempo di rientro PREVISTO/MAX 0,86 / 1,23 IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE REPARTO ACCOPPIAMENTO L impianto assolve al duplice scopo di mantenere in leggera sovrappressione l ambiente rispetto all esterno e di climatizzare gli ambienti. La portata d aria dell impianto, dimensionata per la climatizzazione estiva, risulta sovrabbondante per tutto il periodo invernale e primaverile. INTERVENTO PROPOSTO: Installazione dell inverter sui ventilatori di mandata nelle due UTA presenti con controllo della velocità di rotazione dei ventilatori in funzione della differenza di pressione tra interno ed esterno ed in funzione della temperatura ambiente Spesa per la riqualificazione Detrazione fiscale (Decreto Motori ) Risparmio annuo previsto Fattore di precisione dei dati , , ,00 70% Risparmio annuo minimo Tempo di rientro PREVISTO/MAX ,00 0,73 / 1,05 4

5 SISTEMA COMPRESSIONE ARIA Il costo dell energia assorbita dal sistema di compressione è pari a circa /anno, con un compressore da 160 kw e due da 75 kw con regolazione on-off che hanno un rendimento ottimale solamente alla portata nominale. Adeguando con un inverter la potenza erogata in modo continuo rispetto alla richiesta si hanno vantaggi importanti. Per problemi sulla mancanza di ridondanza in caso di guasto era prevista la sostituzione di uno dei due compressori da 75 kw con uno da 160 kw INTERVENTO PROPOSTO: Sostituzione di uno dei due compressori da 75 kw con uno da 160 kw ad inverter con motore a magneti ibridi permanenti, ottenendo sia il risparmio energetico che la ridondanza necessaria in caso di guasto. Maggior costo rispetto a compressore tradizionale ,00 Detrazione fiscale -- Risparmio annuo previsto ,00 Fattore di precisione dei dati 70% Risparmio annuo minimo ,00 Tempo di rientro PREVISTO/MAX rispetto a compressore tradizionale 1,10 / 1,6 RECUPERO TERMICO DA NUOVO COMPRESSORE Il nuovo compressore può essere acquistato a pari prezzo con raffreddamento ad acqua anziché ad aria e l acqua calda prodotta può essere utilizzata per tutto il periodo invernale per il riscaldamento degli ambienti. La centrale termica degli uffici risulta essere abbastanza prossima alla centrale aria compressa, ha carichi termici in linea con le potenze recuperabili dal compressore ed inoltre ha anche utilizzi di calore durante il periodo estivo per la produzione di acqua calda sanitaria. INTERVENTO PROPOSTO: Installazione di un compressore con raffreddamento ad acqua con sistema di smaltimento del calore in mancanza di utilizzi; realizzazione di una tubazione di mandata e ritorno dell acqua fino alla centrale termica uffici e collegamento agli uffici stessi con pompe ad inverter e collegamento del nuovo circuito alla centrale termica; installazione di uno scambiatore per il riscaldamento dell acqua sanitaria; adeguamento della regolazione in modo da ottimizzare l utilizzo Spesa per la riqualificazione ,00 Detrazione fiscale -- Risparmio annuo previsto ,00 Fattore di precisione dei dati 70% Risparmio annuo minimo 7.000,000 Tempo di rientro PREVISTO/MAX 2,7 / 4,8 5

6 REPARTO CAMERA RISCALDATA A 45 L ambiente disperde calore per 365 giorni all anno verso l esterno. E la situazione ammortizzare nel più breve tempo possibile interventi di isolamento delle strutture. Le strutture attuali sono poco isolate i disperdono tanto calore. Viene valutato il solo intervento di isolamento delle strutture esterne in quanto, la dispersione verso l interno non rappresenta uno spreco ma un trasferimento del calore tra due zone riscaldate. Tali interventi avrebbero quindi tempi di rientro molto lunghi e possono essere valutati solo ai fini di migliorare la condizione di confort estivo degli ambienti limitrofi. INTERVENTI: Isolamento della copertura realizzando una sovra copertura. Isolamento della parete esterna con cappotto in polistirene Spesa per la riqualificazione Detrazione fiscale (55%) Risparmio annuo previsto Fattore di precisione dei dati Risparmio annuo minimo , , ,00 95% ,00 Tempo di rientro PREVISTO/MAX 3,6 / 3,8 TABELLA RIASSUNTIVA DEI RISULTATI PREVISTI Denominazione intervento Superficie Risparmio Risparmio Risparmio Risparmio Spesa per la Tempo di Detrazione fiscale solare energetico energetico ecologico economico riqualificazione rientro equivalente KWh/anno TEP/anno Ton CO2 Anni m² Produzione dell'energia termica , , ,00-2,3 Recupero termico dal compressore d'aria , , ,00-3,8 3,8 Magazzino riscaldato a 45 C , , , ,00 1,2 Produzione e trasporto dell'energia frigorifera , , , , , Impianto di climatizzazione del rep. accoppiamento , , , ,00 4, Sistema di compressione dell'aria , , ,00 - Energia termica , , ,00 3,6 2,2 Energia elettrica , , , , Totale , , , ,00 RIENTRO IN 3 ANNI 6

7 CASO 2 - Stabilimento industriale Azienda di produzione vernici in polvere Ambiti di intervento individuati: Produzione acqua refrigerata di processo del reparto mulini; Produzione acqua refrigerata di processo del reparto estrusori. DATI IN INGRESSO In mancanza di dati sulle apparecchiature, assorbimenti energetici e orari di funzionamento, come prima fase dell intervento è stato svolto un lavoro preliminare di raccolta dei dati: Rilievo degli impianti e dei dati delle apparecchiature; Rilievo ore di funzionamento dei compressori; Rilievo assorbimenti energetici di alcune macchine campione RISULTATI RACCOLTA DATI N. 40 gruppi frigoriferi condensati ad aria; Potenza frigorifera totale installata: 3047 kw Potenza elettrica totale installata: 1127 kw; Assenza di sistemi di regolazione della temperatura o della portata; Pompe di circolazione con funzionamento continuo 7

8 ANALISI DATI RACCOLTI Confronto dati nominali GF con misura assorbimento elettrico chiller campione, per estrapolazione dati generali; Separazione consumo compressori/ventilatori e pompe Estrapolazione ore di funzionamento annue compressori Calcolo dell energia frigorifera prodotta ed elettrica assorbita per un anno di funzionamento Estrapolazione della potenza di picco in luglio per il dimensionamento degli impianti RISULTATI ANALISI Energia elettrica assorbita da compressori e ventilatori kwh/anno Energia elettrica assorbita dalle pompe di circolazione kwh/anno Costo dell energia elettrica per compressori e vent /anno Costo dell energia elettrica per pompe /anno Costo dell energia elettrica intero impianto /anno Energia frigorifera prodotta kwh/anno Potenza frigorifera media assorbita 657 kw frig. Potenza frigorifera massima necessaria kw frig. Potenza frigorifera installata kw frig. INDIVIDUAZIONE CRITICITA IMPIANTO SISTEMA DI POMPAGGIO: vengono utilizzati i gruppi standard interni ai GF, prevalenza e portata troppo elevate, assorbimento energetico sproporzionato rispetto a produzione di energia frigorifera. VENTILATORI: vengono utilizzati ventilatori centrifughi ad alta prevalenza, con potenza sovradimensionata. COMPRESSORI: EER (rapporto tra energia frigorifera prodotta ed energia elettrica assorbita) stimato delle macchine esistenti è pari a 4,3, valore molto basso rispetto alle macchine recenti. REGOLAZIONE: eccettuata la regolazione di temperatura dei singoli GF è assente qualsiasi organo di regolazione dei circuiti. Le macchine, dimensionate per il carico di punta, non parzializzano il funzionamento in presenza di richiesta di carico ridotta. 8

9 INTERVENTO PROPOSTO RIFACIMENTO DELL INTERO IMPIANTO DI PRODUZIONE DI ACQUA REFRIGERATA DI PROCESSO, CON CENTRALIZZAZIONE DELLA PRODUZIONE DI ENERGIA FRIGORIFERA SOSTITUZIONE GRUPPI FRIGO: installazione di nuovi GF con compressore centrifugo ad inverter evaporatore allagato e condensazione ad aria ad alto rendimento (EER=8,13) OTTIMIZZAZIONE POTENZA INSTALLATA: installazione di 2 GF da 900kW, ciascuno con 4 compressori su due circuiti. Il sistema copre la potenza di picco richiesta di 1200kW anche in caso di guasto su un circuito. RECUPERO CALORE: possibilità di dotare GF di recuperatore di calore per produzione di acqua calda a 45 C, con ulteriore miglioramento dell efficienza. RETE DISTRIBUZIONE: realizzazione di una nuova rete di distribuzione con valvola di regolazione su ogni derivazione di utenza, con sistema di pompaggio con macchine dotate di inverter ANALISI RISULTATI - COSTI CALCOLO DELL ENERGIA PER I GRUPPI FRIGO Energia frigorifera attualmente necessaria: kwh Riduzione stimata a seguito degli interventi di regolazione: 10% kwh Energia frigorifera prodotta dal sistema: kwh EER medio stimato: 7,2 Energia elettrica stimata per il funzionamento delle unità: kwh Costo totale dell energia elettrica per i chiller: CALCOLO DELL ENERGIA PER LE POMPA DI CIRCOLAZIONE Portata alle condizioni di picco: 207 m³/h Portata alle condizioni medie di lavoro: 113 m³/h Potenza alle condizioni di picco: 10,7 kw Potenza alle condizioni medie di lavoro: 5 kw Potenza media assorbita: 8,5 kw Ore di lavoro della pompa: 5664 h Energia elettrica stimata per il funzionamento della pompa: kwh Costo dell energia elettrica per la pompa: CALCOLO TEMPO DI RIENTRO DALL INVESTIMENTO Costo totale dell energia elettrica: Costo attuale dell energia elettrica: Risparmio annuo previsto: Costo stimato interventi Tempo di ritorno semplice dell investimento: 4,66 anni 9

10 ULTERIORI ANALISI IN CORSO INSTALLAZIONE DI GRUPPI FRIGORIFERI CONDENSATI AD ACQUA PRO: Maggiore efficienza del sistema di produzione freddo (EER fino a 10) CONTRO: Maggiore complessità impianto per la presenza di torre di raffreddamento INSTALLAZIONE DI IMPIANTO DI TRIGENERAZIONE Produzione combinata di energia elettrica con generatore alimentato ad olio vegetale Produzione di acqua refrigerata sfruttando il calore di raffreddamento del generatore con Gruppo Frigorifero ad Assorbimento CASO 3 Gestione calore Ospedale L APPALTO HA UNA DURATA DI 5 ANNI, PER CUI CONSIDERANDO DURATA LAVORI DI 1 ANNO, TUTTI GLI INTERVENTI PROPOSTI HANNO UN TEMPO DI RITORNO INFERIORE A 4 ANNI Ambiti di intervento individuati: Adeguamento normativo impianti; Adeguamento/sostituzione caldaie; Adeguamento/sostituzione gruppi frigoriferi; Implementazione sistema di regolazione e telecontrollo; Cogenerazione prevista dall Azienda Ospedaliera su un altro appalto. 10

11 ANALISI ENERGETICA STATO DI FATTO Calcolo in cui si determina il fabbisogno termico dell edificio ed il rendimento medio stagionale ottenibile nell esercizio dell impianto per il mantenimento delle condizioni di comfort per tutto il periodo di occupazione previsto, e per i servizi tecnologici (ACS, cucina, ecc.). Vettore energetico Vapore Acqua calda Totale RIEPILOGO POTENZE E CONSUMI METANO POTENZA DI PUNTA [kw] Inverno CONSUMI PER FASCIA ORARIA Estate RIEPILOGO CONSUMI ELETTRICI F3 F2 F1 KWH GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC RIEPILOGO mc METANO Mese Riscaldamento Acqua calda sanitaria Post riscaldo UTA Sterilizzazione Umidificazione Cucina Totale Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Totale CONSUMI ELETTRICI PER FASCIA kwh F1 F2 Mese F3 Totali Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Totale ADEGUAMENTO NORMATIVO IMPIANTI E stata condotta una valutazione approfondita delle carenze normative degli impianti, vista la generale obsolescenza del sito, durante la quale sono emerse molteplici carenze che in accordo con la committenza è stato deciso di sanare durante i lavori di adeguamento impiantistici previsti dall appalto. PRINCIPALI INTERVENTI PROPOSTI: Legionella: modifica della produzione di ACS, con l installazione di sistemi a Shock termico; installazione di sistemi di dosaggio antilegionella sulle torri di raffreddamento; chiusura dei circuiti di umidificazione a pacco delle UTA esistenti; Centrale termica: realizzazione di impianto rivelazione fughe gas, adeguamento aperture di ventilazione e compartimentazioni, adeguamento impianto di adduzione combustibile, vari interventi necessari ai fini della sicurezza sui posti di lavoro; Sottocentrali: vari interventi necessari ai fini della sicurezza sui posti di lavoro; adeguamento della coibentazioni nelle sottocentrali in cui si è evidenziata tale problematica. 11

12 INTERVENTI SULLE CALDAIE Nel corso dei sopralluoghi è stata evidenziata la presenza di un generatore di vapore non funzionante. E presente l esigenza di permettere la doppia alimentazione metano/gasolio di tutti i generatori di calore, per garantire una maggiore ridondanza del sistema, per quanto riguarda la continuità di servizio. INTERVENTO PROPOSTO: Sostituzione dei bruciatori dei tre generatori di vapore funzionanti, installando un bruciatore modulante sulla macchina più grande, e due bruciatori bistadio per i generatori di potenza minore Rimozione generatore non funzionante Installazione di nuovo generatore di acqua calda a tre giri di fumo con bruciatore modulante Installazione di sistema di controllo continuo della combustione per i bruciatori modulanti Realizzazione di impianto di adduzione gasolio INTERVENTI SULLE CENTRALI FRIGORIFERE Nel corso dei sopralluoghi è stata evidenziata la presenza di gruppi frigoriferi raffreddati ad acqua obsoleti ed in cattive condizioni di conservazione e funzionamento in due sottocentrali dell Ospedale. In particolare nella sottocentrale piastra sono presenti anche problemi dovuti alla rumorosità delle macchine ed alla trasmissione delle vibrazioni. INTERVENTO PROPOSTO: SOTTOCENTRALE PIASTRA: Sostituzione dei tre gruppi frigoriferi esistenti con 2 macchine dimensionate sull intera potenza richiesta, funzionanti una in riserva all altro. I gruppi proposti sono del tipo centrifugo (ridotte vibrazioni), dotati di cofanatura antirumore, e di recuperatore di calore per la produzione di ACS. L intervento prevede anche il rifacimento dei basamenti per limitare la propagazione delle vibrazioni. SOTTOCENTRALE PEDIATRIA: Sostituzione del gruppo frigorifero con una macchina ad elevata efficienza, raffreddata ad acqua, con due compressori a vite 12

13 REGOLAZIONE E TELECONTROLLO La complessità ed articolazione degli impianti dell Ospedale stesso e la presenza di numerosi siti esterni e di Ospedali di importanza secondaria, afferenti alla stessa Azienda Ospedaliera, hanno determinato l esigenza di implementare un sistema di telecontrollo per monitorarne il funzionamento ed ottimizzare gli interventi di regolazione e manutenzione. Risulta necessario adeguare la regolazione in alcune delle sottocentrali dell Ospedale in cui le apparecchiature non sono più funzionanti. INTERVENTO PROPOSTO: Adeguamento regolazione nelle sottocentrali. Implementazione di sistema di supervisione delle centrali tecnologiche ed apparecchiature in campo nel sito ospedaliero. Creazione della centrale di supervisione per l Ospedale stesso, e per il telecontrollo dei siti minori esterni (ospedali minori, ambulatori, ecc.) di pertinenza. ANALISI ENERGETICA STATO DI PROGETTO I valori risultanti dai calcoli effettuati sulla configurazione impiantistica di progetto sono confrontati con i consumi valutati per lo stato di fatto allo scopo di verificare la bontà degli intervento previsti. RIEPILOGO CONSUMI ENERGIA TERMICA RIEPILOGO CONSUMI ELETTRICI La proposta di sostituire i gruppi frigoriferi comporta una riduzione dei consumi elettrici in funzione dell aumento del rendimento stagionale delle macchine scelte, senza modificare la potenza complessiva installata o il monte ore di funzionamento. FABBISOGNI DI ENERGIA PRIMARIA UTILIZZI TERMICI Utilizzi kwh/a PROGETTO kwh/a ATTUALI RIDUZIONE Riscaldamento e aria primaria ,1% Acqua calda sanitaria ,0% Post riscaldo UTA % Sterilizzazione % Umidificazione % Cucina % Totale ,7% TEP 2.303, ,34 305,89 FABBISOGNI DI ENERGIA PRIMARIA UTILIZZI ELETTRICI Utilizzi PROGETTO ATTUALE VARIAZIONE Potenza gruppi frigoriferi 900 kwf (piastra) 900 kwf (piastra) kwf (ostetricia) 230 kwf (ostetricia) - Ore di funzionamento Energia frigorifera kwf (piastra) kwf (piastra) kwf (ostetricia) kwf (ostetricia) ESEER 8,96 (piastra) 5,2 (piastra) + 3,76 5,24 (ostetricia) 4,3 (ostetricia) + 0,94 Energia elettrica annua kwh kwh kwh TEP/anno 19,05 29,91-10,86 13

14 Grazie per l attenzione! NECSI srl, società di ingegneria Via Ten. E. Velo, 28 Romano d Ezz (VI) NECSI srl Società di ingegneria Sede legale Via Ten. E. Velo, 28 Romano d Ezzelino (VI) Trento Via Bolzano, 59, Trento Verona Via Gardesana, 76, Bussolengo (VR) Tel Fax info@necsi.it 14