CALDAIE A CONDENSAZIONE

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1 Corso breve di aggiornamento tecnico IL CONTO TERMICO: INTERVENTI INCENTIVABILI, CONVENIENZA TECNICO-ECONOMICA E MODALITÀ DI ACCESSO Sostituzione degli impianti di climatizzazione invernale esistenti con impianti utilizzanti generatori di calore a condensazione Ing. Camillo Calvaresi I contenuti titecnico scientifici del presente documento rispecchiano l opinione dell autore e non necessariamente quella dell ENEA. 22 Marzo 2013, Roma ENEA Casaccia. CALDAIE A CONDENSAZIONE ( un po di teoria ) La combustione di qualunque tipo di idrocarburo produce anidride carbonica (CO 2 ), vapor d acqua (H 2 O) ed elementi inquinanti i (Nox. CO, ) dipendenti dal tipo di combustibile e dalla bontà della combustione. In particolare per il metano la reazione di combustione è la seguente: CH 4 + 2O 2 + 7,52N 2 2H 2 O + CO 2 + 7,52N 2 + 9,45 kwh Per bruciare 1 m 3 di CH 4 sono necessari 2 m 3 di O 2 e 7,52 m 3 di N 2 la combustione 2, 2 produce una energia termica di circa 9,45 kwh

2 CALDAIE A CONDENSAZIONE DUE METRI CUBI DI VAPOR D ACQUA ACQUA, IN CONDIZIONI TPN, CORRISPONDONO A CIRCA 1,6 kg. 1,6 kg di vapore contengono circa 1,1 kwh (1,11 : 9,45) x 100 = 11% QUINDI PER IL METANO IL GUADAGNO TEORICO IN RENDIMENTO RELATIVO ALLA CONDENSAZIONE E L 11% 11%. ALTRI IDROCARBURI DI USO CORRENTE CONTENGONO UNA MINOR PERCENTUALE DI IDROGENO E PERTANTO HANNO UN GUADAGNO TEORICO PIU BASSO. PER IL GASOLIO IL MASSIMO E IL 6%. IL GPL SI COLLOCA IN UNA POSIZIONE INTERMEDIA IN FUNZIONE DELLA COMPOSIZIONE. In definitiva sfruttando il calore di condensazione del vapore possiamo recuperare circa l11% di energia, un ulteriore recupero deriva dalla minore temperatura dei fumi % 16 7,5% GUADAGNO DOVUTO ALLA CONDENSAZIONE 10, C 3% GUADAGNO DOVUTO ALLA TEMPERATURA DEI FUMI

3 Normalmente il rendimento delle caldaie tradizionali è calcolato prendendo come riferimento il PCI. Ciò spiega come sia possibile che una caldaia a condensazione abbia un rendimento maggiore del 100%. Più correttamente il rendimento dovrebbe sempre essere calcolato sul PCS. rendimento utile per diverse tipologie di caldaie. A - caldaia a gas a condensazione 40/30 C B caldaia a gas a condensazione 75/60 C C Caldaia a bassa temperatura (senza limite inferiore di temperatura) D caldaia anno di costruzione 1987 (limite inferiore di temperatura) E caldaia anno di costruzione 1975 (temperatura acqua di caldaia costante:75 C)

4 rendimento utile per diverse tipologie di caldaie. Il rendimento utile di una caldaia a condensazione sarà maggiore quanto saranno più basse le temperature del fluido Il rendimento maggiore si otterrà con temperature esterne maggiori quindi nelle mezzestagioni Rendimento in funzione della temperatura di ritorno

5 CALDAIE A CONDENSAZIONE CALDAIE A CONDENSAZIONE - SOLUZIONI COSTRUTTIVE -

6 Caldaia a condensazione Schema idraulico Brescia 15 settembre Riscaldamenti a pavimento o a parete 1) sono maggiormente diffusivi, riscaldano in modo più omogeneo o più dove serve, quindi miglior comfort. 2) hanno temperature di esercizio attorno ai C, mentre i radiatori hanno temperature nell'ordine dei C C, si hanno così migliori rendimenti di emissione e regolazione 3) sono adatti ad essere abbinati ad eventuali impianti termosolari e alle caldaie a condensazione 4) sono sistemi a scomparsa, niente radiatori o fancoil, rispetto a questi ultimi si evitano movimenti di aria e quindi polveri e rumore. 12

7 Soluzioni impiantistiche Esempio del sistema a pannelli radianti 13 PANNELLI A RADIANTI A PAVIMENTO

8 PANNELLI A RADIANTI A PAVIMENTO Fonte CALEFFI STRATIGRAFIA DI UN PAVIMENTO RISCALDANTE

9 STRATIGRAFIA DI UN PAVIMENTO RISCALDANTE IMPIANTO CONDOMINIALE A PANNELLI RADIANTI

10 Installazione di caldaie a condensazione: norme di riferimento norma UNI Impianti a gas per uso domestico asserviti ad apparecchi a condensazione e affini. Criteri per la progettazione, l installazione, la messa in servizio e la manutenzione, punto di riferimento per gli impianti con apparecchi a condensazione di potenza termica nominale non maggiore di 35 kw. La progettazione dell impianto i interno e la ventilazione i dei ilocali, li sono regolati dalle norme UNI 7129 e UNI La recente pubblicazione del Decreto Legge "Crescita bis", convertito nella Legge n. 221 del 17 dicembre 2012, in vigore dal 19 dicembre 2012 tra gli altri provvedimenti al suo interno, consente, nel caso d'installazione di caldaie a condensazione ad alta efficienza i energetica, lo scarico dei ifumi a parete, purché si rispettino le prescrizioni tecniche della norma UNI :2008. Pertanto chi installa una caldaia a condensazione potrà scaricare i fumi a parete, mentre per l'installazione di tutti gli altri tipi di impianti termici ci sarà l'obbligo di collegamento a camini, canne fumarie o sistemi di evacuazione dei prodotti di combustione con sbocco sopra il tetto dell'edificio. INTERVENTI INCENTIVATI DALLA LEGGE FINANZIARIA TIPO DI INTERVENTO Riqualificazione energetica degli edifici esistenti Interventi su edifici che riguardano l involucro opaco e trasparente COMMA DETRAZIONE MASSIMA euro (55% di euro) euro (55% di euro) Installazione di pannelli solari 346 Sostituzione di impianti di climatizzazione invernale con impianti i dotati ti di caldaie a condensazione, pompe di calore ad alta 347 efficienza e con impianti geotermici a bassa entalpia euro (55% di euro) euro (55% di euro)

11 Istallazione caldaie a condensazione Si devono contemporaneamente installare: valvole termostatiche a bassa inerzia termica (o altra regolazione di tipo modulante agente sulla portata) su tutti i corpi scaldanti, ad esclusione degli impianti di climatizzazione invernale progettati e realizzati con temperature medie del fluido termovettore inferiori a 45 C (es. pavimenti radianti). Perché nella sostituzione di una caldaia a condensazione è opportuno, ed obbligatorio per ottenere gli incentivi, installare anche valvole termostatiche o altra regolazione di tipo modulante agente sulla portata. t La potenza termica emessa da un radiatore è data da: P = cp x Q x T Ti = 70 C Tu = 60 C T = 10 C Q = 1 mc/h = 0,27 kg/sec cp = 4, 185 kj/(kg K) P = 4,186 x 0,27 x 10 = 11,3 kw Ti = 70 C Tu = 50 C T = 20 C Q = 0,5 mc/h = 0,138 kg/sec cp = 4, 185 kj/(kg K) P = 4,186 x 0,138 x 20 = 11,3 kw Ti Tu Si ottiene la stessa potenza termica dimezzando la portata e Si ottiene la stessa potenza termica dimezzando la portata e raddoppiando il DT, a parità di temperatura di ingresso si ottiene una temperatura di ritorno più bassa.

12 Incentivi economici per installazione di caldaie a condensazione La legge , n. 296 (Finanziaria 2007) ha introdotto le agevolazioni irelative agli interventi idi riqualificazione i energetica degli edifici, che comprendono, tra gli altri, la sostituzione di impianti di climatizzazione con impianti dotati di caldaie a condensazione e la contestuale messa a punto del sistema di distribuzione. Successivi provvedimenti, tra i quali il decreto legge n. 83/2012, pubblicato in Gazzetta Ufficialei il 26 giugno 2012, hanno prorogato questi incentivi fino al 30 giugno Fino a questa data la detrazione d imposta resta del 55% fino a un massimo di da ripartire in dieci quote annuali di pari importo Conto Termico, destinato alle rinnovabili termiche e ai piccoli interventi di efficienza energetica (tra cui la sostituzione della vecchia caldaia con una a condensazione), principalmente p per agevolare gli interventi di sostituzione degli impianti nella Pubblica Amministrazione, i i prevede un incentivo fino a un massimo del 40% della spesa sostenuta, restituito in un periodo di 5 anni fino a un massimo cumulato di per generatori sotto i 35 kw e per generatori di potenza superiore.

13 Conto energia: interventi ammessi Conto energia: incentivo per sostituzione impianti di climatizzione invernale con impianti dotati di caldaia a condensazione Tipologia Soggetti ammessi Durata in anni spesa Costo max Valore max incentivabile ammissibile incentivo in % sostituzione di impianti di climatizzazione invernale esistenti i con impianti i i di climatizzazione invernale utilizzanti generatori di calore a condensazione PA 5 40 con Pn 35kWt: 160 / kwt con Pn > 35kWt: 130 / kwt

14 Conto energia termica: incentivo per sostituzione impianti di climatizz. con impianti dotati di caldaia a condensazione Esempio: Sostituzione di una caldaia tradizionale con caldaia a condensazione in un edificio della Pubblica Amministrazione. La sostituzione di una caldaia con potenza superiore ai 35 kw comporta la redazione di una relazione tecnica che verifichi la corretta potenzialità della caldaia rispetto alle esigenze dell edifico. La migliore efficienza energetica e il migliore rendimento globale stagionale consentono di installare caldaie con potenza al focolare inferiore di circa il 20% rispetto ad una caldaia convenzionale. Questa considerazione fa si che spesso sia possibile declassare la centrale termica. Ad esempio è possibile che possa essere sostituita una caldaia da 45 kw con una a condensazione da 35 kw, questo comporta la possibilità di installare la caldaia senza necessità di inserirla nella centrale termica. Conto energia termica: incentivo per sostituzione impianti di climatizz. con impianti dotati di caldaia a condensazione Come la sostituzione di una caldaia da 140 kw con una caldaia inferiore ai 116 kw comportando minori esigenze costruttive della centrale e l inutilità delle procedure per l ottenimento del Certificato Prevenzione Incendi. Sostituzione di una caldaia convenzionale con caldaia a condensazione della Potenza nominale utile: Pu = 100 kw Verifica del minimo rendimento: la nuova caldaia deve avere un rendimento superiore a: log Pn = log 100 = = 97 % Costo intervento : Caldaia 7000, installazione + messa a punto equilibratura del sistema, eventuali valvole termostatiche: 3000 Costo complessivo: Costo max ammissibile: 130 /kw x 100 = > OK Spesa incentivata: 40% di < OK 5 rate annuali da 800 Il costo di una caldaia convenzionale della stessa potenzialità si aggira intorno ai Non è necessario alcun calcolo finanziario per dimostrarne la convenienza

15 Stima del risparmio conseguibile Q T Q U h e Q I Q si Q hvs h h c Q d U Q G L'indice di prestazione energetica per la climatizzazione i i invernale Epi è l energia primaria Q V per metro quadrato Q s h p consumata per mantenere i locali alla temperatura di 20 C per tutto tt il periodo invernale. Q h / A pav EPi = [kwh/m 2 anno ] Dove: g Qh = fabbisogno di energia termica dell'edificio, espresso in kwh Apav = la superficie i utile (pavimento) espressa in m 2 η g = rendimento globale medio stagionale Stima del risparmio conseguibile Rendimento globale medio stagionale Il rendimento globale medio stagionale ηg si determina come: η g = η e x η rg x η d x η gn η e = rendimento di emissione, valori del prospetto 17 della UNI/TS η rg = rendimento di regolazione, valori del prospetto 20 della UNI/TS η d = rendimento di distribuzione, valori dei prospetti 21 (a,b,c,d,e) della UNI/TS η gc = rendimento di generazione, valori dei prospetti 23 (a,b,c,d,e,) della UNI/TS g

16 il risparmio si misura su base stagionale e non sulle mere prestazioni nominali di un apparecchio: un impianto mal gestito e regolato consumerà sempre più del necessario, anche con caldaie a condensazione. dalle caratteristiche dell involucro (Qhvs = fabbisogno energetico per garantire la temperatura interna di progetto in regime non continuo tiene conto delle dispersioni attraverso l involucro e dei ricambi d aria) Q hvs dal rendimento di emissione e (dipende dal tipo di corpi scaldanti e dalla loro posizione di installazione) dal rendimento di regolazione c (dipende dalla prontezza del sistema di adeguare la potenza erogata dai corpi scaldanti alle variazioni climatiche e/o agli apporti gratuiti) Q hvs / e Q hvs /( e c ) dal rendimento di distribuzione d (dipende dalla coibentazione delle tubazioni e dalla loro ubicazione) Q p =Q hvs /( e c d ) dl dal rendimento di produzione p (dipende d dll dalle caratteristiche ti dll della caldaia e dalle modalità di utilizzo) Q s =Q hvs /( e c d p ) La caldaia a condensazione aumenta sensibilmente il rendimento di produzione ed il rendimento di distribuzione Il risparmio conseguibile nella sostituzione del generatore di calore con maggioreattendibilità attendibilità si dovrebbe quindi ottenere dal calcolo dell energia energia primaria utilizzata prima e dopo la sostituzione. Calcolo dei 4 rendimenti prima e dopo l intervento e ( η g ) Cl Calcolo l dell energia utile necessaria a mantenere i locali lialla temperatura t di 20 C nel periodo di riscaldamento (Qh) Calcolo dell energia primaria : Ep = Qh/ η g Calcolo del combustibilre utilizzato Q = Ep/ PCI m3 o kg /anno L ENEA sulla base di valutazioni sperimentali indica ai fini del calcolo del risparmio energetico conseguito i valori riportati in tabella seguente. E comunque plausibile un risparmio del % a seconda degli interventi che possono migliorare il rendimento della caldaia installata.

17 Esempio di calcolo semplificato derivato dalla metodologia adottata dall AEEG per l applicazione dei decreti ministeriali per l efficienza energetica 20 luglio Si ipotizza la sostituzione di caldaie a 1 o 2 stelle di efficienza media stagionale dell 80% con caldaie a 4 stelle. Risparmio i specifico lordo (kwh/appartamento anno) t )di energia primaria conseguibile per singola unità fisica di riferimento (*) Zona climatica Riscaldamento Riscaldamento + acs A, B (Palermo) 128 (13,5 m 3 CH 4 ) 430 (45 m 3 CH 4 ) C 198 (21 m 3 CH 4 ) 500 (53 m 3 CH 4 ) D (Roma) 395 (42 m 3 CH 4 ) 698 (74 m 3 CH 4 ) E (Milano) 663 (70 m 3 CH 4 ) 965 (102 m 3 CH 4 ) F 930 (98 m 3 CH 4 ) (130 m 3 CH 4 ) (*) Caldaia unifamiliare a 4 stelle di efficienza, alimentata a gas naturale e al servizio di un appartamento di 82 m 2. ii risparmio economico si può valutare ipotizzando il costo del metano pari a circa 0,85 /mc Risparmio ipotizzabile da valutazioni ENEA Sostituzione di una caldaia con più di 15 anni di funzionamento con: 2 stelle ** 3 stelle *** Nuove caldaie a: 4 stelle 4 stelle **** **** impianti con impianti a pannelli radiatori radianti Risparmio indicativo (% ) 10% 15% 22% 30% Risparmio energetico annuo (m 3 di metano) Consumo indicativo annuo di metano per famiglia [m 3 /anno] 4 stelle **** 4 stelle **** (appartamento di circa 100 m 2 ) 2 stelle 3 stelle impianti con impianti a pannelli ** *** radiatori radianti Milano Roma Palermo Risparmio annuo ( ) Milano Roma Palermo Costo metano: 0,85 /m 3 (comprensivo di tasse e IVA)

18 In Italia abbiamo un parco caldaie di oltre 19 milioni di unità installate, tra sistemi autonomi e centralizzati, composto per la maggior parte da apparecchi di età avanzata con rendimenti piuttosto bassi ed elevati consumi ed emissioni. Si stima addirittura che più di 7 milioni di caldaie siano antecedenti alla direttiva 90/396/CE sugli apparecchi a gas, ovvero abbiano più di 15 anni di età. Ad oggi possiamo stimare che su un mercato nazionale di circa caldaie vendute annualmente, poco meno del 30% siano a condensazione Corso breve di aggiornamento tecnico IL CONTO TERMICO: INTERVENTI INCENTIVABILI, CONVENIENZA TECNICO-ECONOMICA E MODALITÀ DI ACCESSO VI RINGRAZIO PER L ATTENZIONE Ing. Camillo Calvaresi I contenuti titecnico scientifici del presente documento rispecchiano l opinione dell autore e non necessariamente quella dell ENEA. 22 Marzo 2013, Roma ENEA Casaccia.

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