IMPIANTI SOLARI TERMICI PER LE INDUSTRIE

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1 IMPIANTI SOLARI TERMICI PER LE INDUSTRIE IMPIANTO SOLARE PER LA PRODUZIONE DI CALORE PER IL RISCALDAMENTO D AMBIENTE DI UNO STABILIMENTO INDUSTRIALE E DI ACQUA CALDA A 85 C COME FASE PREPARATORIA A QUELLA DI VAPORE PREMESSA La società Raci tappeti s.p.a., con sede a Bergamo, in previsione della realizzazione un suo stabilimento sito in Airola (Benevento), ha richiesto ai propri progettisti minimizzare i costi energetici dello stabilimento da costruire, in previsione dell elevato incremento dei costi dei combustibili fossili. Pertanto in fase progetto i tecnici, nel rispetto tali richieste, hanno aumentato l efficienza energetica dell eficio, avente una superficie coperta m 2, meante un elevato isolamento termico dell involucro, sia sulle pareti laterali che sul solaio, e meante la previsione della tecnologia dei pannelli raanti a pavimento a bassa temperatura per l erogazione del calore. Inoltre per ridurre ulteriormente i costi energetici si è pensato alla possibile realizzazione un impianto ad energia solare. FINALITA E DESCRIZIONE DELL IMPIANTO SOLARE E stato dato incarico a COSTRUZIONI SOLARI Srl effettuare il mensionamento e successivamente la fornitura della tecnologia solare. L obiettivo che si è voluto raggiungere è stata la produzione energia termica per il riscaldamento ambientale dell intero capannone e il preriscaldamento dell acqua destinata alla produzione vapore per la stiratura dei tappeti; risparmiando il 50% del costo dei combustibili fossili. Pertanto si è pensato sudvidere l intervento in due fasi: 1. Prima fase : Dimensionamento del sistema e sua realizzazione 2. Seconda fase: Analisi dei risultati ottenuti dopo il primo anno, esaminando la quantità energia prodotta sia nel periodo invernale che nel periodo estivo; valutare, quin, l ipotesi un successivo intervento per il raffrescamento del pavimento raante dello stabilimento meante gruppi frigoriferi ad assorbimento. Dimensionamento : Inseriti i dati partenza nel programma calcolo della C.S., si sono evidenziati nelle tabelle seguenti i risultati mensionamento e risparmio energetico.

2 Dimensionamento impianto solare per riscaldamento ambiente e produzione acqua calda sanitaria Località: BENEVENTO Latitune: 41,12 RISCALDAMENTO Dati input Superficie immobile Altezza immobile Volume lordo degli ambienti da climatizzare Coefficiente spersione globale volumico Valore meo stagionale temp. minima aria esterna Temperatura ambiente desiderata T (Variazione temperatura mea, interna - esterna) Fabbis. per ogni ora funzionamento Ore funzionamento giornaliere Fabbis. Giornal. Copertura fabbis. giorn. Riscald.to con pannelli solari Superficie collettori necessaria Tipologia pannello installato: PANDA 1 PANDA 2 PANDA 3 m 2 m m 3 Cd C C K kw h kwh % m 2 gra gra , ,31 6, ,6 96, , ricambi d'aria 0,0 vol/h Fabbisogno giornaliero per ricambi kwh Fabbisogno giornaliero kwh d'aria t. aria ingresso 6,4 C 0,0 spersioni + ricambi 775,7 Numero pannelli 50% 268, Tilt: Azimut: ACQUA CALDA SANITARIA n. utenti 0 pers. fabbisogno giornaliero 50 litri/pers. fabb. giorn. totale 0 litri/giorn. T. ingr. 15 C T. uscita 45 C delta T 30 C Fabbisogno energetico giornaliero 0,00 kwh Giorni / mese Calcolo copertura solare RISCALDAMENTO ACQUA CALDA SANITARIA Mese mesi funzionamento riscaldamento (SI=1) Valori me mensili temperature minime esterne Giorni / mese riscaldamento Rad. Mea giorn. sul piano incl. kwh / m 2 giorno Renm. Meo impianto (Qa) En. Termica mea giornaliera sponibile per unità superficie kwh / m2 giorno (Qa) En. Termica sponibile mensilm. Per unità superficie kwh / m2 mese Energia Solare sponibile (Ea) Fabbis. termico mensile Eccedenza / Integrazione Percent. copertura riscaldamento (Ea) Fabbis. termico mensile Energia sponobile Percent. copertura a.c.s. kwh / mese kwh / mese kwh / mese % kwh kwh % 31 Gennaio 1 3,6 31 2,65 0,40 1,06 1, % 0,0 - #DIV/0! 28 Febbraio 1 3,9 28 3,49 0,40 1,40 1, % 0,0 - #DIV/0! 31 Marzo 1 5,9 31 4,34 0,45 1,95 1, % 0,0 - #DIV/0! 30 Aprile 0 4,79 0,00 0,00 0, % 0,0 - #DIV/0! 31 Maggio 0 5,04 0,00 0,00 0, % 0,0 - #DIV/0! 30 Giugno 0 5,57 0,00 0,00 0, % 0,0 - #DIV/0! 31 Luglio 0 6,17 0,00 0,00 0, % 0,0 - #DIV/0! 31 Agosto 0 6,10 0,00 0,00 0, % 0,0 - #DIV/0! 30 Settembre 0 5,23 0,45 2,35 0, % 0,0 - #DIV/0! 31 Ottobre 1 12,0 31 4,35 0,45 1,96 1, % 0, #DIV/0! 30 Novembre 1 7,8 30 2,99 0,45 1,35 1, % 0,0 - #DIV/0! 31 Dicembre 1 5,3 31 2,37 0,40 0,95 0, % 0,0 - #DIV/0! 365 TOT./mea 6 6, ,42 0,25 0,92 1, % 0

3 Con il colore verde sono incati i dati imposti al programma, in bianco i valori elaborati dal programma stesso ed infine in giallo i risultati mensionamento della superficie captante solare, della percentuale copertura riscaldamento, incante il risparmio energetico mensile ed annuale (infine i risultati economici e il tempo ammortamento). Quin, come si evince dalla tabella, per coprire il 50% del fabbisogno energetico tramite l impianto solare sono stati calcolati 269mq superficie netta captante. Composizione dell impianto: Figura 1: Batterie pannelli solari, vista laterale Figura 2: Batterie pannelli solari, vista frontale

4 Figura 3: Aerotermi Tre batterie 36 pannelli solari ciascuna; ogni batteria è composta da tre stringhe formate da due gruppi pannelli in serie-parallelo ognuno dei quali formato a sua volta da sei pannelli solari (con dei particolari accorgimenti che riducono le fferenze flusso quando sono messi in parallelo). Le batterie dei pannelli solari sono state vincolate a delle zattere in acciaio per evitare il loro ribaltamento a causa del forte vento proveniente da Nord. Un boiler da 3000 lt ha la funzione volano termico e continuo trasferimento dell energia dal parco solare all impianto riscaldamento a pavimento dello stabilimento. Un secondo boiler solare da 1000 lt ha il compito generare acqua calda a 85 C per la fase vapore,quando il riscaldamento d ambiente è sodsfatto. Tre aerotermi hanno la funzione intervenire per smaltire il calore in eccesso se non utilizzato. Il sistema riscaldamento trazionale è costituito da una centrale termica composta da una caldaia a metano 697 kw potenza per la produzione del vapore e due caldaie, sempre a metano, 840 kw e 395 kw per il riscaldamento d ambiente. E stato installato un sistema controllo remoto che effettua un monitoraggio continuo, tramite una serie sensori, dalla città Bergamo, ove ha sede la proprietà dell industria tessile, e in particolare analizza e segnala: Il corretto flusso del liquido termovettore all interno dei pannelli solari e quin la corretta estrazione energia, meante la lettura delle temperature in ingresso ed in uscita delle tre batterie che costituiscono il parco solare. Il corretto funzionamento del circolatore solare. La temperatura nei boiler da 3000 lt e 1000lt. La temperatura ambiente raggiunta nello stabilimento. La temperatura circolazione del fluido nel pavimento raante. La sovratemperatura o sovrapressione raggiunta dal sistema solare incando l attivazione degli aerotermi per lo smaltimento del calore.

5 Il fuori servizio del circolatore solare e l attivazione quello riserva. La fine della riserva del liquido termovettore solare contenuto in un apposito deposito, la cui funzione è alimentare automaticamente il circuito solare. La quantità metano consumato. L energia raccolta mensilmente dal parco solare, le temperature lavoro delle batterie solari, l energia erogata al pavimento raante, memorizzandole meante grafici. RISULTATI OTTENUTI A partire dal mese Settembre e per tutto l inverno, i tecnici della Raci s.p.a. hanno deciso convogliare l energia solare solo nella parte del capannone in cui vengono prodotti i tappeti e quin dove vi è la presenza del personale. Questa superficie è pari a 5530 mq mentre la parte utilizzata come magazzino e riscaldata saltuariamente dall impianto solare è 4.140mq. Si sono, quin, immessi i nuovi dati nel programma C.S. inserendo anche i 15 giorni del mese Settembre, in cui tale energia è servita come fase riscaldamento del pavimento industriale.

6 Dimensionamento impianto solare per riscaldamento ambiente e produzione acqua calda sanitaria Località: Benevento Latitune: 41,12 RISCALDAMENTO Dati input Superficie immobile Altezza immobile Volume lordo degli ambienti da climatizz are Coefficiente spersione globale volumico Valore meo stagionale temp. minima aria esterna Temperatura ambiente desiderata T (Variazione temperatura mea, interna - esterna) Fabbis. per ogni ora funzionamento Ore funzionamento giornaliere Fabbis. Giornal. Copertura fabbis. giorn. Riscald.to con pannelli solari Superficie collettori necessaria Tipologia pannello installato: PANDA 1 PANDA 2 PANDA 3 m 2 m m 3 Cd C C K kw h kwh % m 2 gra gra , ,31 6, ,6 48, , ricambi d'aria 0,0 vol/h Fabbisogno giornaliero per ricambi kwh Fabbisogno giornaliero kwh d'aria t. aria ingresso 6,4 C 0,0 spersioni + ricambi 387,9 Numero pannelli 100% 268, Tilt: Azimut: ACQUA CALDA SANITARIA n. utenti 0 pers. fabbisogno giornaliero 50 litri/pers. fabb. giorn. totale 0 litri/giorn. T. ingr. 15 C T. uscita 45 C delta T 30 C Fabbisogno energetico giornaliero 0,00 kwh Calcolo copertura solare RISCALDAMENTO ACQUA CALDA SANITARIA Giorni / mese Mese mesi funzionamento riscaldamento (SI=1) Valori me mensili temperature minime esterne Giorni / mese riscaldam ento Rad. Mea giorn. sul piano incl. Renm. Meo impianto (Qa) En. Termica mea giornaliera sponibile per unità superficie (Qa) En. Termica sponibile mensilm. Per unità superficie Energia Solare sponibile (Ea) Fabbis. termico mensile Eccedenza / Integrazione Percent. copertura riscaldamento (Ea) Fabbis. termico mensile Energia sponobile Percent. copertura a.c.s. kwh / m 2 giorno kwh / m2 giorno kwh / m2 mese kwh / mese kwh / mese kwh / mese % kwh kwh % 31 Gennaio 1 3,6 31 2,65 0,40 1,06 1, % 0,0 - #DIV/0! 28 Febbraio 1 3,9 28 3,49 0,40 1,40 1, % 0,0 - #DIV/0! 31 Marzo 1 5,9 31 4,34 0,45 1,95 1, % 0, #DIV/0! 30 Aprile 0 4,79 0,25 1,20 0, ,0 - #DIV/0! 31 Maggio 0 5,04 0,25 1,26 0, ,0 - #DIV/0! 30 Giugno 0 5,57 0,25 1,39 0, ,0 - #DIV/0! 31 Luglio 0 6,17 0,25 1,54 0, ,0 - #DIV/0! 31 Agosto 0 6,10 0,25 1,52 0, ,0 - #DIV/0! 30 Settembre 30 5,23 0,45 2,35 0, , #DIV/0! 31 Ottobre 1 12,0 31 4,35 0,45 1,96 1, % 0, #DIV/0! 30 Novembre 1 7,8 30 2,99 0,45 1,35 1, % 0,0 493 #DIV/0! 31 Dicembre 1 5,3 31 2,37 0,40 0,95 0, % 0,0 - #DIV/0! 365 TOT./mea 6 6, ,42 0,35 1,49 1, % 0

7 CONFRONTI Spesa dell'utente con apparecchio a gas metano Energia gas P.C.I. metano [kwh/m 3 ] 9,6 kwh/giorno m 3 /giorno Renmento boiler metano 0,80 387,9 51 m3 corrispondenti alla produzione annua fatta con apparecchio a gas metano kwh/anno m 3 /anno Tariffa m 3 metano 0, , Spesa annuale riscaldamento Spesa annuale acqua calda sanitaria - Spesa annuale 5.033,20 Risparmio per il riscaldamento usando il solare 5.631,51 Risparmio per la prod. acqua calda a 85 c 2.150,00 Risparmio totale 7.781,51 Ammortamento anni del sistema solare 8,5

8 Nella tabella, si vede che il risparmio energetico in queste nuove conzioni è del 100%. In collaborazione con i tecnici della Raci S.p.a., gestori del sistema monitoraggio, è stata fatta una verifica perioca e sono stati confrontati i dati teorici del programma con quelli ottenuti realmente dall impianto solare. Di seguito sono riportati i dati forniti dalla committenza, all ufficio tecnico della C.S. 1. Rilevazione effettuata il 30/11/ 2004 Contabilizzazione dell energia solare prodotta dal mese Settembre al mese Novembre : kwh Contabilizzazione dell energia erogata al pavimento raante nel mese Novembre, data d installazione dello stesso: kwh Temperatura interna produzione tra i 22 C novembre e i 21 C Dicembre Temperatura interna magazzino tra i 18 C novembre e i 15 C Dicembre Da questa rilevazione si evidenzia un buon grado affidabilità tra i dati teorici e quelli sperimentali. Infatti, analizzando la tabella Calcolo copertura solare, dalla decima colonna L energia termica sponibile si evince che la quantità energia solare sponibile dal mese settembre al mese Novembre coincide con il dato fornito dalla tta Raci s.p.a. Si evidenzia anche la fferenza temperatura tra la zona produzione riscaldata dall impianto solare e quella del magazzino non riscaldata. Rilevazione effettuata il 16/12/2004 Contabilizzazione dell energia solare prodotta dal mese Settembre a metà del mese Dicembre : kwh Temperatura interna produzione nel mese Dicembre 19 C Temperatura interna magazzino nel mese Dicembre 15 C In questo caso vi è una leggera fferenza tra il valore teorico e quello sperimentale, dovuta probabilmente a dei fattori climatici contingenti. Rilevazione effettuata il 16/01/2005 Contabilizzazione dell energia solare prodotta dal mese Settembre a metà del mese Gennaio : kwh Temperatura interna produzione nel mese Gennaio C Temperatura interna magazzino nel mese Gennaio 14 C Fino a tale data non sono risultati consumi metano. Successivamente, in seguito alla rottura un raccordo idraulico del circuito solare e alla sua momentanea sattivazione, si è resa necessaria l accensione della caldaia a metano. Nella stessa data inoltre, i tecnici del sistema rilevamento hanno commesso l errore azzerare i dati raccolti sino ad allora. Di seguito sono riportati alcuni grafici sponibili che rappresentano l energia mensile prodotta dall impianto solare e la temperatura lavoro delle tre batterie pannelli solari nei mesi successivi.

9 Osservando i fogli calcolo suincati e la quantità energia solare mensile raccolta, si può notare che nei mesi autunnali ed invernali, l efficienza dell intero sistema solare è stata del 45% mentre nel periodo estivo è stata del 25%; ciò è dovuto alla temperatura lavoro dei pannelli solari che nel periodo autunnale-invernale non ha superato i 50 C, in quanto tutta l energia prodotta è stata immeatamente trasferita al pavimento raante, mentre nel periodo estivo si è attestata costantemente su valori 85 C. Grafico 1: Energia solare in kwh, mese Aprile Grafico 2: Energia solare in kwh, mese Giugno

10 Grafico 3: Energia solare in kwh, mese Luglio Comunque, osservando i grafici , la quantità d energia contabilizzata nel periodo primavera-estate è stata meamente kwh al mese e questo dà la possibilità utilizzare tale energia nella prossima estate meante un gruppo frigorifero ad assorbimento il cui fluido vettore verrà convogliato nel pavimento raante dello stabilimento. Gli schemi successivi 4 5 e il grafico 4 rappresentano le temperature del liquido termovettore nelle vicinanze delle tre batterie solari (mandata: celeste; ritorno: verde). Analizzando i grafici, si osserva che in ciascuna batteria 36 pannelli, la fferenza temperatura, tra la mandata e il ritorno, è praticamente uguale; le informazioni che ne derivano incano che la quantità flusso del liquido termovettore in ciascuna batteria è il medesimo e che viene sottratta la medesima quantità energia solare dai pannelli. Un risultato possibile solo attraverso un perfetto mensionamento delle tubazioni, un loro corretto bilanciamento ed una giusta mensione dello scambiatore calore e della potenza del circolatore.

11 SCHEMA 4 SCHEMA 5

12 Grafico 4: Temperature mandata e ritorno in una giornata Giugno Nel grafico 4, è visualizzato l andamento delle temperature mandata e ritorno una batteria da 36 pannelli. Grafico 5: Esempio delle temperature giornaliere mandata e ritorno una batteria 36 pannelli solari nel mese Luglio

13 CONCLUSIONI Il sistema solare nel complesso sta rispondendo in modo ottimale alle richieste progetto; è ben mensionato e tutti i componenti rispondono in modo corretto. Ciò mostra che è possibile utilizzare tale tecnologia in tutti gli stabilimenti industriali, e comunque in ambienti molto gran (Chiese, palestre), che applichino, al momento della loro costruzione, criteri efficienza energetica. Tuttavia è opportuno potenziare il sistema controllo in modo tale che eventuali sservizi siano immeatamente segnalati via computer, con stampa oppure con avvertimento telefonico a numeri prestabiliti per eliminare tempestivamente le relative cause. Il tempo ammortamento dell impianto inclusa fornitura e posa in opera, è circa 8,5 anni grazie al contributo del 40% ottenuto con la legge 488. Per approfonmenti Costruzioni Solari S.r.l.: c.s@costruzionisolari.it