EQUIVALENZA TRA CONSUMI DI COMBUSTIBILE DEGLI IMPIANTI DI RISCALDAMENTO E L ENERGIA CEDUTA ALLE UTENZE DELLE RETI DI TELERISCALDAMENTO

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1 EQUIVALENZA TRA CONSUMI DI COMBUSTIBILE DEGLI IMPIANTI DI RISCALDAMENTO E L ENERGIA CEDUTA ALLE UTENZE DELLE RETI DI TELERISCALDAMENTO Giovanni Riva PREMESSE Lo scopo della presente memoria è quello di fornire degli elementi di valutazione per paragonare l energia termica fornita da un impianto di teleriscaldamento e il consumo di combustibile di un impianto convenzionale di tipo autonomo a servizio di un edificio che, nella generalità dei casi, viene alimentato con gasolio o gas naturale. Ciò a parità di risultati finali, ovvero di calore ceduto a valle della caldaia o dello scambiatore del sistema di teleriscaldamento all impianto di distribuzione dell utenza. Non si intende dimostrare che i sistemi di teleriscaldamento siano migliori di per sé degli impianti autonomi o viceversa, ma fornire delle indicazioni di base per permettere un confronto sul piano economico 2 tra i due sistemi per quello che riguarda il principale aspetto di interesse degli utenti: il costo dell energia termica. Per fornire anche delle indicazioni pratiche si prende qui come riferimento la realtà di interesse della T.C.V.V.V. S.p.A., ovvero dei comuni di Sondalo e Tirano (SO). Il documento è divulgativo e quindi riprende definizioni e concetti che potranno risultare più che noti ai lettori esperti. 2 I POTERI CALORIFICI DEI COMBUSTIBILI I combustibili normalmente utilizzati nel riscaldamento degli edifici sono caratterizzati da diversi Poteri Calorifici 3, in funzione della provenienza dei combustibili stessi e della loro composizione chimica. Il CTI con la norma UNI TS finalizzata al calcolo delle 1 Professore ordinario all Università Politecnica delle Marche, Direttore del CTI. Il CTI (www.cti2000.it) è un ente di normazione federato all UNI (www.uni.com), l organismo ufficiale di normazione tecnica italiana. Il settore di competenza è quello termotecnico, ovvero tutti i temi che interessano sotto il profilo energetico gli involucri edilizi civili e industriali con i relativi impianti, la conversione energetica dell energia primaria nella produzione di energia elettrica e le fonti rinnovabili, ove siano coinvolti dei fenomeni termodinamici (biomasse, solare termico, geotermia ecc.). Il CTI opera a livello nazionale e internazionale (al fine di seguire il CEN -, l organo di normazione UE, e l ISO -, il riferimento normativo mondiale) preparando norme e documenti tecnici che poi vengono pubblicati e diffusi dall UNI come norme tecniche nazionali. Il Comitato basa il suo lavoro su una sessantina di gruppi di lavoro, una rete di oltre 500 esperti e circa 450 soggetti giuridici aderiscono al CTI in forma associativa (ditte del settore termotecnico e organizzazioni preposte ai lavori normativi, tra i quali i più importanti Ministeri). La principale funzione del Comitato è sostanzialmente quella di essere la camera di compensazione di diversi interessi, al fine di sviluppare dei documenti ad elevato indice consensuale e che possano costituire dei seri riferimenti per la crescita del mercato e la difesa dei diritti dei consumatori, oltre che dell ambiente e delle risorse energetiche. Per svolgere la sua attività il CTI svolge anche ricerche e studi. 2 Una trattazione puramente energetica avrebbe richiesto una impostazione diversa. 3 Energia termica che si sprigiona con la combustione di materiale combustibile.

2 prestazioni energetiche degli impianti termici 4 ha stabilito, ai fini di valutazioni comparative, i valori di riferimento riportati nel Prospetto che segue 5. Per il gasolio, a esempio, si considera un potere calorifico inferiore di 11,87 kwh/kg (circa kcal/kg ovvero 42,68 MJ/kg) che rapportato al litro (considerando una massa volumica 6 di 0,82-0,86 kg/litro) corrisponde - nel migliore dei casi - a 10,3 kwh/litro (con minimi dell ordine di 9,7 kwh/litro). Il tutto viene riferito a 15 C 7. Si noti come il Potere Calorifico del gas naturale (comunemente definito metano ) sia assunto mediamente di 9,94 kwh/m 3. Nel Prospetto vengono utilizzati i Nm 3 intendendo con tale simbolo i m 3 misurati alla temperatura di riferimento Normale di 0 C 8 e alla pressione di 760 mm di Hg (pressione atmosferica). Ai fini del calcolo del fabbisogno di energia si assumono i seguenti valori: gas naturale 9 : kj/m 3 (9,58 kwh/m3); GPL: kj/litro (7,25 kwh/litro); Gasolio: kj/kg (11,86 kwh/kg). Si vede che, con buona approssimazione, un litro di gasolio e un metro cubo di gas naturale sono caratterizzati dallo stesso contenuto di energia (qui assunta in cifra tonda pari a 10 kwh/litro o m 3 ). Dati di riferimento relativi ai combustibili (Prospetto B1 della UNI TS parte 2). Viene evidenziato il Potere Calorifico Inferiore che viene utilizzato nel documento. Combustibile Grandezza Simbolo Unità Gas G20 10) Propano Butano Gasolio Potere calorifico superiore 3 kwh/nm 3 kwh/nm 3 kwh/kg H s kwh/nm 3 kwh/kg 11,07 kwh/nm ,46 Potere calorifico inferiore H i kwh/nm 3 9,94 kwh/kg kwh/nm 3 kwh/nm kwh/nm kwh/kg 11,87 Volume aria stechiometrica 9,52 23,8 30,94 11,23 V (teorica) air,,st Nm 3 / Nm 3 Nm 3 / Nm 3 Nm 3 / Nm 3 Nm 3 / Nm 3 Nm 3 / Nm 3 Volume stechiometrico di fumi secchi (teorico) Produzione stechiometrica di vapor d acqua V fl,st,dry M H2O,st Nm 3 / Nm 3 Nm 3 / Nm 3 Nm 3 / Nm 3 Nm 3 / Nm 3 Nm 3 / Nm 3 8,52 21,8 28,44 10,49 kg/ Nm 3 kg/ Nm 3 kg/ Nm 3 kg/ Nm 3 kg/ Nm 3 1,65 3,3 4,03 1,18 4 Ciò ai fini della certificazione energetica degli edifici. 5 Il gas G20 corrisponde alla media del gas naturale che è probabilmente il combustibile che presenta le maggiori variazioni in termini di Potere Calorifico. 6 Peso specifico secondo la terminologia non più in uso. 7 Il Potere Calorifico riferito al volume (litro) risente della temperatura. 8 A temperature superiori in gas tende ad espandersi e quindi il Potere Calorifico dell unità di volume potrebbe diminuire in modo sensibile. 9 Questa volta riferito a 15 C. 10 Tenuto conto della molteplicità delle fonti di approvvigionamento di gas naturale distribuito in Italia, si assumono come riferimento i dati del metano (gas di prova G20). I valori del Prospetto sono finalizzati alla determinazione dei valori stechiometrici per il calcolo del rendimento di produzione dei generatori, in particolare per quelli a condensazione ove è necessario conoscere la composizione chimica del gas. Il gas naturale distribuito in Italia ha composizione molto variabile per la molteplicità delle fonti di approvvigionamento. Per questo motivo è stato assunto il G20 che è il gas di prova (metano puro) in base a norme di prova UNI CIG dei generatori. 2

3 3 I RENDIMENTI DI GENERAZIONE DEGLI IMPIANTI TERMICI CIVILI Gli impianti termici civili si basano sull uso di caldaie che normalmente generano: energia termica sotto forma, nella maggioranza dei casi, di acqua a media temperatura 11 ; acqua calda sanitaria. A fronte di questo servizio: consumano un combustibile; consumano elettricità; emettono gas di combustione che rappresentano una perdita energetica e una fonte di inquinamento; dissipano energia termica nell ambiente esterno. Si sottolinea che il consumo di energia elettrica non è mai trascurabile, specie nelle caldaie di ultima generazione 12. Per definire la prestazione di una caldaia normalmente si fa riferimento al rendimento di conversione energetica che può essere definito come il rapporto dell energia uscente e l energia entrante nella caldaia stessa 13. Da quanto detto e in termini sintetici: l energia uscente è sostanzialmente sotto forma acqua calda prodotta (o altri fluidi vettori); l energia entrante è il combustibile e l energia elettrica. Nella pratica, con il calcolo spesso non si considera l energia elettrica, in quanto la preoccupazione dell utente è quasi sempre concentrata sul consumo di combustibile 14 che rappresenta la maggiore spesa. Il rendimento è quindi quasi sempre calcolato sulla quota di combustibile consumato trascurando così il consumo elettrico. 11 L alternativa più comune è la generazione di aria calda, la meno comune la generazione di vapore. 12 A esempio nelle caldaie a gas a condensazione per uso monofamiliare (in genere di potenza inferiore alla ventina di kw), il solo ventilatore dei gas di combustione è caratterizzato da potenze spesso superiori ai 150 W, che corrispondono con riferimento al nord Italia a consumi annui superiori ai 150 kwh di energia elettrica. Di fatto, considerando che nel Nord Italia le ore di funzionamento delle caldaie è di ore in corrispondente consumo elettrico varia tra 200 e 300 kwh/anno. 13 Essendo l energia uscente dalla caldaia (sotto forma per esempio di acqua calda) inferiore a quella entrante nella medesima (sotto forma di combustibile) per via delle immancabili perdite di trasformazione, il rapporto (rendimento) è sempre un numero compreso tra 0 e 1. Il rendimento viene espresso comunemente in termini percentuali. Per esempio: un valore dell 80% indica che l 80% dell energia contenuta nel combustibile viene trasformata in energia utile (esempio: acqua calda), mentre il 20% (complemento a 100%) viene disperso nell ambiente sotto forma di dissipazioni termiche (in particolare sotto forma di gas caldi al camino). 14 E questo a torto perché il consumo energetico elettrico è sempre rilevante. Da indagini svolte dal CTI presso un numero considerevole di impianti di riscaldamento (nel loro complesso, includendo anche la distribuzione), il consumo di energia elettrica in termini di energia primaria incide almeno del 7-8% su quelli totali. Si deve considerare che il fabbisogno energetico degli edifici è normalmente riferito ad energia primaria e che l attuale fattore di conversione dell energia elettrica è pari a 2,49. In altri termini: per ogni kwh elettrico consumato si considerano 2,49 kwh di energia primaria impiegati nelle centrali elettriche. 3

4 In aggiunta, va sottolineato che il rendimento è normalmente valutato a livello istantaneo (nella pratica le misure vengono effettuate in tempi brevi) e alla massima potenza della caldaia 15. In queste condizioni le prestazioni (e quindi il rendimento) sono ottimali. Per il confronto tra sistemi diversi di generazione del calore, tuttavia, si dovrebbe fare riferimento al rendimento medio stagionale di produzione che costituisce il parametro necessario per impostare calcoli economici ed energetici. Il rendimento medio stagionale è sempre sensibilmente inferiore al rendimento istantaneo per una serie di motivazioni di natura tecnica. In particolare: le perdite a carico nullo (stand-by) e i cicli di accensione e spegnimento della caldaia hanno una notevole influenza in quanto aumentano le perdite termiche in funzione del fattore di carico del generatore; lo scambio termico non si mantiene costante nel tempo e comunque risente di tutta una serie di fattori legati alle modalità di installazione e uso. Il rendimento medio stagionale di produzione non dipende quindi solo dalle prestazioni della caldaia ma anche delle caratteristiche dell impianto alla quale la stessa viene collegata 16, in quanto certi fattori, come per esempio la frequenza dei cicli di accensione e spegnimento, sono da mettere in relazione, tra le altre cose, al tipo di regolazione 17 e al corretto dimensionamento del generatore in relazione all edificio servito 18. La relativa valutazione, quindi, richiede di conoscere diverse caratteristiche dell utenza. In termini indicativi, l esperienza raccolta dal CTI evidenzia come i rendimenti medi stagionali dei generatori varino tra il 70 e l 85% anche se i rendimenti istantanei possono raggiungere e superare il 95%. Un valore medio stagionale dell 85%, quindi, è da considerare ottimale 19. Si sottolinea che il rendimento medio di produzione sopra indicato non tiene conto della produzione di acqua calda sanitaria che generalmente comporta rendimenti di conversione energetica ancora più limitati. Se si ricorre a un sistema boiler ad accumulo elettrico 20, per esempio, è difficile superare il 75% e se si considera la conversione di energia elettrica in primaria il rendimento precipita drasticamente (poco più del 30%). Solo nel caso di boiler a gas istantanei senza pilota si può raggiungere un rendimento medio stagionale di produzione pari a 80%, mentre nel caso di boiler a gas ad accumulo il 15 I rendimenti istantanei sono quelli normalmente dai costruttori di caldaie. Una informazione completa comprende anche il rendimenti a un carico parziale (cioè per potenze erogate inferiori a quella massima) e le perdite del generatore a carico nullo. 16 Per questo motivo non può essere indicato dai costruttori. 17 Ovvero alle modalità con le quali per esempio l acqua calda viene distribuita negli elementi riscaldanti (esempio: termosifoni). 18 Più il generatore è sovradimensionato rispetto ai fabbisogni dell utenza, più aumenta la frequenza dei cicli di accensione/spegnimento. D altronde le caldaie sono spesso largamente sovradimensionate per tenere conto dei periodi, anche se possono molto brevi, di freddo intenso. Per superare almeno in parte queste difficoltà sono state messe a punto le caldaie modulanti, ovvero in grado di variare la loro potenza in funzione delle reali esigenze dell impianto. 19 E possibile pensare di superare questo valore solo con l uso di caldaie a condensazione installate a regola d arte e in particolari condizioni d uso.. 20 Caso che sembrerebbe tipico per gli Utenti che optano per il servizio di solo riscaldamento. 4

5 rendimento medio di produzione varia dal 75% 21 per boiler ad accumulo al 45% per boiler ad accumulo di vecchia concezione. Nel caso di generatori combinati riscaldamento/acqua calda sanitaria a gasolio ad accumulo nei periodi di non attivazione del riscaldamento il basso fattore di carico e le perdite di accumulo determinano rendimenti ancora inferiori intorno al 40% o meno. Situazioni anche meno favorevoli si riscontrano nei periodi di non attivazione del riscaldamento nel caso di impianti centralizzati con unico generatore per servizio riscaldamento e acqua calda sanitaria. 5 CONFRONTO TRA CALDAIA AUTONOMA E TELERISCALDAMENTO Il teleriscaldamento si basa sull utilizzo di caldaie centralizzate e di una rete di distribuzione dell energia termica 22. Quest ultima viene ceduta all utente con l ausilio di scambiatori normalmente del tipo a piastre. I sistemi di generazione dell energia termica autonomi (mono o plurifamiliari), invece, si basano sull installazione di una caldaia e rappresentano la soluzione tradizionale e senza alternative laddove non esiste una offerta di rete. Nel complesso (con particolare riferimento ai sistemi monofamiliari) si tratta di apparecchi economici nel loro acquisto e installazione 23 ma che (a parte considerazioni di tipo generale di carattere ambientale ed energetico): richiedono un certo livello di manutenzione; se alimentati a gas naturale o gasolio sono legati al mercato di questi prodotti, alquanto variabile; consumano energia elettrica in quantità non trascurabile. Volendo quindi paragonare un sistema di teleriscaldamento con un sistema autonomo occorre tenere conto di una serie di aspetti che vengono di seguito espressi in termini di semplici relazione matematiche. Abbreviando con: TLR: sistema di teleriscaldamento; ACS: acqua calda sanitaria; 21 Caso dei generatori di acqua calda sanitaria di tipo C (camera stagna senza fiamma pilota). 22 A fronte di consistenti investimenti (da attribuire normalmente in buona parte alla realizzazione delle reti) il teleriscaldamento offre, da un punto di vista generale, i seguenti vantaggi: possibilità di utilizzare diversi combustibili e in particolare quelli più economici. Il teleriscaldamento è quindi più flessibile nei confronti del mercato dei combustibili; la diretta conseguenza è il contenimento dei costi di produzione e una maggiore stabilità dei medesimi nel tempo; possibilità di utilizzare combustibili rinnovabili producibili localmente (come è il caso della TCVVV S.p.A.);; possibilità di produrre energia elettrica in co-generazione, conseguendo rendimenti energetici complessivi molto interessanti e contenendo l impatto ambientale; creazione di lavoro specializzato e probabilmente di una maggiore consapevolezza sui temi energetici e ambientali da parte degli utenti; possibilità di offrire dei servizi aggiuntivi mirati al contenimento del consumo energetico. A fronte di questi vantaggi, la tecnica del teleriscaldamento richiede, come detto, notevoli investimenti e una oculata pianificazione e un costante impegno da parte degli addetti ai lavori. 23 Con eccezione di quelli a biomassa che se di qualità sono in genere costosi. Lo stesso discorso vale per le caldaie a condensazione. 5

6 COMB: quantità su base annua di combustibile (per il gasolio generalmente in litri e per il gas in m 3 ) richiesta dalla caldaia per il riscaldamento e produzione ACS; PCI: Potere Calorifico Inferiore del combustibile utilizzato dalla caldaia; ER: energia richiesta su base annua dal sistema edificio-impianto di distribuzione del calore; EACS: energia richiesta su base annua per la produzione di acqua calda sanitaria; Rsc: rendimento medio stagionale di produzione dello scambiatore del TLR a servizio della singola utenza ai fini del riscaldamento e fornitura ACS 24 ; RmsR: rendimento medio stagionale di produzione della caldaia a servizio della singola utenza ai fini del riscaldamento; RmsA: rendimento medio stagionale della caldaia per la produzione di acqua calda sanitaria; vale che: Energia fornita dallo scambiatore TLR 25 x Rsc= Energia fornita dalla caldaia = Energia fornita 26 = EF EF = ER + EACS COMB = ER / (RmsR x PCI) + EACS / (RmsA x PCI) Per esempio, considerando un caso caratterizzato da: Rsc = 0,985 (perdite allo scambiatore del TLR dell 1,5%); EF = kwh/anno 27 (totale fatturato dal TLR) x 0,985 = kwh/anno (energia disponibile a valle dello scambiatore del TLR e che deve essere prodotto dalla caldaia); EACS = kwh/anno (calcolato sulla base dell incidenza media del 15% dell energia venduta, quindi consegnata alle utenze 28 ); ER = EF EACS = kwh/anno kwh/anno = kwh/anno; PCI = 10 kwh/litro (gasolio); RmsR = 85% (0,850); 24 Si introduce il rendimento dello scambiatore del TLR in quanto la lettura dell energia fornita dal sistema è effettuata a monte dello scambiatore stesso, mentre il prelievo di energia viene effettuata a valle. Occorre quindi considerare le relative dissipazioni di calore che in istallazioni effettuate a regola d arte (tubazioni e scambiatori isolati) sono molto contenute e dell ordine dello 0,5%. In questa sede si considerano, sempre per essere prudenti nei confronti del TLR, perdite medie pari all 1,5%. 25 Cioè quella fatturata. 26 Si considera quindi l energia fornita immediatamente a valle della caldaia o dello scambiatore e non si tiene quindi conto della realtà formata dal sistema di distribuzione del calore e dall edificio. 27 Si considera una utenza media. 28 A esempio: nel corso dell esercizio 2008 la rete di Tirano della TCVVV S.p.A. ha consegnato in totale kwh e di questi kwh sono attribuibili alla produzione di acqua calda sanitaria (ottenuti estrapolando il calore consegnato da maggio ad agosto kwh sui 12 mesi). Per la rete di Sondalo, sempre per l esercizio 2008, le due entità sono risultate rispettivamente pari a kwh e kwh. Nel primo caso (Tirano) l incidenza dell ACS è quindi del 15,5%, nel secondo caso (Sondalo) del 15,8%. Considerando che circa il 75% degli utenti della TCVVV (827 su 1106) usufruiscono del servizio, l incidenza della ACS del 15% considerata nell esempio di calcolo è conseguentemente sottostimata e quindi i consumi di gasolio ancora superiori. Si preferisce comunque mantenere questa impostazione. 6

7 RmsA = 50% (0,500 produzione di acqua calda sanitaria con la caldaia a gasolio utilizzata per il riscaldamento 29 ); risulta che (su base annua): COMB = kwh / (0,850 x 10 kwh/litro) kwh / (0,500 x 10 kwh/litro) = litri 30 Quindi la reale conversione che si dovrebbe considerare per una comparazione tra TLR e caldaia a gasolio per riscaldamento e produzione ACS è in termini prudenziali 31 nei confronti del TLR la seguente: o 1 kwh fatturato dal TLR = 0,128 litri di gasolio 32,33 (1) 1 litro di gasolio = 7,81 kwh fatturato dal TLR (2) Si ricorda che le relazioni (1) e (2) sono valide per confrontare l energia fatturata dal TLR con le prestazioni (in termini di consumo di combustibile e kwh forniti) di un sistema autonomo basato su una caldaia combinata riscaldamento/acqua sanitaria a gasolio. In questo caso, il periodo di attivazione del generatore deve essere suddiviso tra servizio combinato nel periodo invernale e servizio solo per acqua calda sanitaria nel periodo di non attivazione del riscaldamento pari a circa 6 mesi/anno nel Nord Italia. Nel periodo di non attivazione del riscaldamento si ha una drastica caduta del fattore di carico del generatore con conseguente forte calo del rendimento. Tutto ciò è dimostrabile con simulazioni. Potrebbe essere interessante notare anche che: 1 kwh fornito dal TLR = 0,42 kg di legna ben essiccata utilizzata in caldaia domestica 34 In termini di legna tagliata da pochi mesi e utilizzata in caldaie ordinarie occorre incrementare l indice ad almeno 0,60 kg/kwh fornito dalla rete di TLR. In termini economici, poi, assumendo le seguenti abbreviazioni: Ctrl: costo unitario del kwh termico fornito dal TLR; 29 Si considera quindi un sistema combinato ove la caldaia a gasolio mantiene a temperatura un boiler ACS. Il rendimento selezionato non tiene conto delle perdite di distribuzione dell ACS ma solo di quelle di produzione, in modo da rendere comparabili i due sistemi (TLR e caldaia). 30 Nel caso che i kwh fossero destinati tutti ai fini del riscaldamento (situazione che interessa il 25% delle utenze del TLR) il consumo si abbasserebbe a litri (-8%); 31 Ovvero considerando prestazioni elevate per la caldaia a gasolio e che quindi non esaltano le prestazioni del TLR. 32 La stessa relazione vale in termini di m 3 di gas naturale. 33 0,118 litri nel caso di solo riscaldamento. 34 Legna al 25% di umidità quindi stagionata almeno due anni e considerando la relativa utilizzazione in caldaie a biomassa idonee per uso civile performanti. 7

8 MAN: costo annuo medio di manutenzione della caldaia (comprensivo anche delle operazioni previste dalla legislazione); AMM: quota annua di ammortamento del maggior costo della centrale termica rispetto all allaccio al TLR; EE: consumo di energia elettrica annuo della caldaia (kwh/anno); CE: costo unitario energia elettrica ( /kwh); CC: costo unitario del combustibile (nel caso del gasolio, /litro); risulta che il costo del servizio dei due sistemi sono forniti dalle seguenti relazioni: Costo del calore prodotto dal TLR = Energia fornita dal TLR x Ctlr ( /anno) Costo del calore prodotto dalla caldaia = MAN + AMM + EE x CE + COMB x CC ( /anno) Per esempio, considerando i valori sopra calcolati e considerando: Energia fornita dal TLR = kwh/anno per TLR e caldaia; Ctrl = 0,10359 /kwh 35 ; MAN = 3 /kw per anno 36. Con FE = kwh si considera una caldaia di 60 kw 37 resi, quindi MAN = 180 /anno; AMM = 0 38 ; EE: 400 kwh/anno 39 ; CE: 0,25 /kwh; COMB = litri/anno ; CC: 0,988 /litro 40 (gasolio); risulta che: TLR = kwh x 0,10359 /kwh = /anno Caldaia = kwh x 0,25 /kwh litri x 0,988 /litro = /anno. Si noti che l energia termica fornita dalla caldaia costa 0,12931 /kwh 41 e che il pareggio economico tra i due servizi si raggiunge con un costo del gasolio pari a 0,787 /litro. 35 Attuale costo del kwh del calore fornito dalla TCVVV S.p.A., ovvero dopo gli aumenti che hanno interessato la stagione di riscaldamento in corso. 36 Esempio: 300 /anno per una caldaia da 100 kw; 90 per una caldaia da 30 kw. 37 Fattore di carico del 40% circa. 38 Si considera un impianto esistente e quindi la propensione dell utente a non considerare questa voce. 39 Si considera una potenza installata di circa 200 W e un funzionamento della caldaia di circa h/anno (includendo anche la produzione di acqua sanitaria nel periodo estivo). Nel caso di nuova installazione si dovrebbe porre AMM = /anno, considerando necessario un maggiore investimento di centrale di , un periodo di ammortamento di 15 anni e l applicazione dei comuni tassi di interesse. 40 Camera di Commercio di Sondrio, rilevazioni del 31/1/2009 e relativo a consegne tra 10 e litri e tenendo conto della agevolazione prevista per le zone montane (1,117 /litro 0,129 /litro = 0,988 /litro). 41 kwh fornito dal TLR. 8

9 Considerando il maggiore costo di centrale la spesa annua si porterebbe a /anno. Conseguentemente l energia termica fornita dalla caldaia costerebbe 0,13931 /kwh 42 e il pareggio tra i due servizi si raggiungerebbe con un costo del gasolio pari a 0,709 /litro. Nel caso di fornitura attraverso il TLR di sola energia termica ai soli fini del riscaldamento, la spesa per il combustibile diminuisce 43 ma nella media aumenta considerevolmente quella di energia elettrica 44. La spesa totale, quindi, nel complesso aumenta VANTAGGI OFFERTI DALLE CALDAIE A CONDENSAZIONE Premesse L esempio di confronto analizzato nel paragrafo precedente si basa su un impianto a gasolio di tipo normale e in ottime condizioni di funzionamento. Oggi sono in commercio anche le caldaie a condensazione 46 che sono caratterizzate da rendimenti più elevati di quelli delle caldaie convenzionali e che costituiscono il riferimento naturale per le migliori realizzazioni impiantistiche. Tuttavia va sottolineato che tale rendimento è strettamente dipendente dalle temperature di funzionamento dell impianto di distribuzione del calore. I modelli più comuni e efficienti funzionano a gas naturale 47 e sono reperibili anche modelli a gasolio. Di seguito si fa riferimento, per semplicità di esposizione, a una generica caldaia a condensazione caratterizzata da ottime prestazioni medie stagionali di produzione. Va osservato che: il maggiore rendimento deriva dalla maggiore aliquota di calore recuperata dal m 3 o litro di combustibile attraverso la condensazione del vapore acqueo contenuto nei fumi di combustione; la condensazione dei fumi inizia a circa 60 C e termina attorno ai 30 C, quindi il recupero di energia ha luogo se si raffreddano i fumi almeno a valori compresi tra queste due temperature 48 ; 42 Sempre con riferimento al kwh fornito dal TLR. 43 Ciò in quanto il consumo di combustibile è inferiore, vedere note precedenti. 44 Ciò in quanto la maggioranza dei sistemi ACS autonomi sono elettrici. 45 Per questo motivo questo caso non viene considerato. 46 I fumi nelle caldaie a condensazione possono venire raffreddati fino a temperature molto basse (anche C). Ciò provoca la condensazione del vapore acqueo in esse contenuto che deriva dalla combustione dell idrogeno contenuto nel combustibile. La condensazione libera ulteriore energia (calore latente di condensazione) che può essere recuperata ai fini del riscaldamento. Da un punto di vista strutturale, quindi, una caldaia a condensazione deve essere in grado di scaricare la condensa (che viene smaltita attraverso il sistema fognario) e deve avere un ventilatore piuttosto efficiente per lo smaltimento dei fumi (che potendo essere più freddi beneficiano dell effetto camino in termini molto ridotti). 47 Con i gas combustibili risulta più semplice la costruzione ma soprattutto i gas contengono più idrogeno del gasolio e quindi il calore recuperato dalla condensazione è significativamente superiore. Lo stato dell arte vuole che la caldaia funzioni alla temperatura più bassa possibile e che quindi il pannello a pavimento (o altro sistema) sia caratterizzato da passi tra le tubazioni correttamente dimensionati. In termini pratici, la temperatura di mandata non dovrebbe superare i C (quindi rispettando la normativa CEN-UNI-CTI dei sistemi radianti la temperatura di ritorno dovrebbe essere di C). 48 E come dire che il rendimento massimo lo si ottiene con temperature di mandata inferiori a C mentre con temperature di ritorno alla caldaia superiori ai C la condensazione è minima o non sussiste. 9

10 conseguentemente è consigliabile utilizzare queste caldaie laddove esistano sistemi di riscaldamento a bassa temperatura cioè sostanzialmente a pavimento e realizzati a regola d arte; l utilizzo di caldaie a condensazione con sistemi di riscaldamento a termosifoni offre vantaggi limitati rispetto alle caldaie tradizionali; l utilizzo delle medesime con sistemi di riscaldamento radianti a bassa temperatura offre il massimo delle prestazioni; i vantaggi offerti per la produzione di acqua calda sanitaria sono ridotti. E quindi necessario analizzare almeno due modalità di utilizzo delle caldaie a condensazione. Di seguito si fa ancora riferimento all esempio preso in considerazione nel Paragrafo precedente. Caldaie a condensazione a servizio di impianti a termosifoni Rsc = 0,985 (perdite allo scambiatore del TLR dell 1,5%); EF = kwh/anno (totale fatturato dal TLR) x 0,985 = kwh/anno; EACS = kwh/anno; ER = EF EACS = kwh/anno kwh/anno = kwh/anno; PCI = 10 kwh/litro al m 3 (gasolio o gas naturale 49 ); RmsR = 90% (0,900 rendimento medio stagionale di produzione di una caldaia a condensazione funzionante a media temperatura in ottime condizioni); RmsA = 75% (0,750 rendimento medio stagionale di acqua calda sanitaria con caldaia a condensazione 50 ); risulta che (su base annua): COMB = kwh / (0,900 x 10 kwh/litro) kwh / (0,750 x 10 kwh/litro) = litri Quindi la reale conversione che si dovrebbe considerare per una comparazione tra TLR e caldaia a condensazione per riscaldamento mediante termosifoni e produzione ACS è in termini prudenziali nei confronti del TLR la seguente: o o 1 kwh fatturato dal TLR = 0,113 litri di gasolio 51 = 0,155 litri di GPL (3) 1 litro di gasolio = 8,87 kwh fatturato dal TLR (4) 1 litro di GPL = 6,43 kwh fatturato dal TLR (5) 49 Si fa quindi riferimento al gas naturale di rete (ove esiste). Nel caso si considerasse il GPL si consideri (vedere Paragrafo 3) che 1 litro di GPL = 0,725 litri di gasolio). 50 Si ipotizza un buon rendimento medio di produzione identico a quello dei sistemi di accumulo a gas di tipo C. 51 La stessa relazione vale in termini di m 3 di gas naturale. 10

11 Caldaie a condensazione a servizio di impianti a pannelli radianti (esempio: sistemi di riscaldamento a pavimento) Cambia rispetto al caso precedente il solo rendimento medio stagionale di produzione RmsR 52 per il riscaldamento che viene posto pari al 98,5% (0, ). Risulta che (su base annua): COMB = kwh / (0,985 x 10 kwh/litro) kwh / (0,750 x 10 kwh/litro) = litri Quindi la reale conversione che si dovrebbe considerare per una comparazione tra TLR e caldaia a condensazione per riscaldamento mediante panelli radianti e produzione ACS è, in termini prudenziali nei confronti del TLR, la seguente: o o 1 kwh fatturato dal TLR = 0,105 litri di gasolio 54 = 0,144 litri di GPL (6) 1 litro di gasolio = 9,55 kwh fatturato dal TLR (7) 1 litro di GPL = 6,92 kwh fatturato dal TLR (8) Conclusioni sulle caldaie a condensazione Le caldaie a condensazione a gas e gasolio installate e gestite in modo ottimale consentono di ridurre i consumi di combustibile rispetto agli analoghi sistemi convenzionali (sempre gestiti in modo ottimale) del 12-18% in dipendenza del fatto che vengano collegati a sistemi di riscaldamento a media o bassa temperatura, ovvero a pannelli radianti. Si tratta quindi di risparmi energetici di tutto interesse. Nel migliore dei casi, quindi (sistema a condensazione collegato a sistema radiante realizzato a regola d arte), e considerando le sole equivalenze energetiche (relazioni 1, 3 e 6) si potrebbe intravedere una certa indifferenza economica tra caldaie a condensazione e TLR almeno nel caso del gasolio 55. Tuttavia: le caldaie a condensazione costano da 2 a 3 volte l investimento richiesto dalle caldaie tradizionali; 52 Per la produzione di acqua calda sanitaria nulla cambia. 53 Viene posto quindi pari a quello dello scambiatore del TLR che è l ipotesi che viene considerata più frequentemente. Si sottolinea che si tratta di un rendimento medio stagionale di produzione molto buono che richiede una corretta esecuzione e regolazione dell impianto. 54 La stessa relazione vale in termini di m 3 di gas naturale. 55 Considerando che 1 kwh del TLR costa oggi 0,10359 e che secondo la (6), ovvero nel caso di caldaia a condensazione collegata a sistema radiante, 1 kwh del TLR equivale 0,105 litri di gasolio, il costo di quest ultimo che renderebbe le soluzioni equivalenti è di 1,01 /litro, ovvero più o meno quello attuale, considerando la riduzione dell accisa per zone montane. 11

12 il consumo di energia elettrica è almeno il doppio 56 ; il reale vantaggio lo si ottiene con sistemi radianti a bassa temperatura che richiedono investimenti di almeno due volte i sistemi a termosifoni o equivalenti. 7 OSSERVAZIONI CONCLUSIVE Nelle condizioni tipiche degli impianti di TLR a biomasse si può indicare, come concreti riferimenti di calcolo le seguenti relazioni: 1 kwh fatturato dal TLR = 0,128 litri di gasolio o m 3 di gas per gli impianti tradizionali 1 kwh fatturato dal TLR = 0,113 litri di gasolio 57 = 0,155 litri di GPL per gli impianti a condensazione collegati a sistemi a termosifoni 1 kwh fatturato dal TLR = 0,105 litri di gasolio 58 = 0,144 litri di GPL per gli impianti a condensazione collegati a sistemi a pannelli radianti a bassa temperatura Tuttavia un confronto economico tra teleriscaldamento e impianti autonomi deve tenere conto anche dei maggiori costi di gestione di questi ultimi per via delle esigenze di manutenzione e consumo di energia elettrica. In aggiunta, bisognerebbe considerare anche l ammortamento degli impianti per via dei maggiori costi di investimento (che aumentano nel caso degli impianti a condensazione). Per esempio, con riferimento al mese di gennaio 2009, l energia fornita dalla TCVVV S.p.A. costa all utente privato 0,10359 /kwh. La stessa energia termica fornita da una caldaia a gasolio di tipo convenzionale in buona efficienza costerebbe 0,12931 /kwh (25% in più) senza tenere conto dei maggiori investimenti di centrale e per l utente finale il pareggio tra costo del teleriscaldamento e soluzione autonoma a gasolio si raggiungerebbe con un costo di quest ultimo pari a 0,787 /litro (attualmente pari a 0,988 /litro). Considerando il maggiore costo di centrale 59, l energia termica fornita dalla caldaia costerebbe 0,13931 /kwh (34% in più) e il pareggio tra i due servizi si conseguirebbe con un costo del gasolio pari a 0,709 /litro. Si noti come, in quest ultimo caso, il servizio di teleriscaldamento potrebbe essere competitivo anche con il gas naturale di rete, se fosse disponibile. L utilizzo di caldaie a condensazione ridurrebbe le differenze sul piano economico - di non oltre il 15% nel migliore dei casi. Tuttavia, il giudizio sui sistemi autonomi e sul sistema di teleriscaldamento non deve basarsi sul mero confronto di indici economici basati sui combustibili fossili, peraltro molto volatili nel tempo, ma piuttosto basarsi su considerazioni di medio-lungo periodo che considerino altri fattori come: il reale risparmio energetico e il livello di impatto ambientale; le opportunità offerte al territorio sia in termini di lavoro che di prospettive socioeconomiche. 56 Per via della necessità di espellere i gas di combustione che sono più freddi. 57 La stessa relazione vale in termini di m 3 di gas naturale. 58 La stessa relazione vale in termini di m 3 di gas naturale. 59 Cioè considerando anche il maggiore investimento richiesto dall installazione della caldaia tradizionale da parte dell utente rispetto al semplice allaccio alla rete di teleriscaldamento. 12

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