Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili

Transcript

1 Efficienza energetica negli edifici: quali opportunità per gli amministratori di condominio Aosta, 20 Maggio 2011 Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili Prof. Ing. Paolo Oliaro Politecnico di Milano, Dipartimento B.E.S.T., Via Bonardi 3, Milano Tel Direttore Scientifico Advanced Engineering s.r.l., Via Monte Bianco 34, Milano Tel Fax

2 Argomenti dell incontro Riflessioni ed indicazioni generali Interventi sugli impianti Riscaldamento Produzione di acqua calda sanitaria Illuminazione Ventilazione Ascensori Climatizzazione estiva Sistemi ad energia rinnovabile Solare termico Fotovoltaico Geotermia Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 2

3 Riflessioni ed indicazioni generali Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 3

4 Quali consumi? Per quali usi? Energia termica Riscaldamento / Climatizzazione invernale Ventilazione (naturale / meccanica) Acqua calda sanitaria Energia elettrica Illuminazione Ausiliari elettrici dell impianto di riscaldamento Ascensori Autoclave Acqua calda sanitaria (boiler elettrici / ausiliari) Climatizzazione invernale (pompe di calore / altri sistemi elettrici) Climatizzazione estiva Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 4

5 Criteri di analisi Bilancio energetico approccio migliore consente un analisi integrata edificio + impianti richiede una diagnosi energetica Costo delle forniture energetiche approccio semplificato influenzato da eventuali condizionamenti esterni dei costi unitari (ad esempio diversa tassazione delle fonti energetiche) non richiede una diagnosi energetica vera e propria, ma comunque è necessaria un analisi per ripartire i consumi tra i diversi usi il costo di gestione è il parametro che interessa ai condomini! Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 5

6 Esempio di bilancio energetico (base) Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 6

7 Esempio di bilancio energetico (base) Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 7

8 Esempio di bilancio energetico (ottimizzato) Considerazioni... Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 8

9 Esempio di bilancio energetico (ottimizzato) Considerazioni... Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 9

10 Esempio di costi energetici e ripartizione (edificio 30 unità immobiliari) Consumi termici totali: riscaldamento: acqua calda sanitaria: Consumi elettrici: ausiliari elettrici riscaldamento ascensori autoclave illuminazione 500 acqua calda sanitaria (ricircolo) Considerazioni... Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 10

11 Interventi sugli impianti Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 11

12 Interventi sul riscaldamento GENERATORE Caldaie a condensazione (metano / gpl / gasolio) Caldaie a biomassa (pellet / cippato) Pompe di calore Allaccio alla rete di teleriscaldamento (attenzione alle tariffe) RETE DI DISTRIBUZIONE Equilibratura Isolamento termico Riduzione della temperatura di mandata [se possibile] Controllo delle portate (pompe di circolazione) Considerazioni... Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 12

13 Prestazioni energetiche caldaie CALDAIA TRADIZIONALE CALDAIA A CONDENSAZIONE Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 13

14 Soluzioni tecnologiche CALDAIA A CONDENSAZIONE Due zone: una per il generatore, l altra per l accumulo della biomassa, adeguatamente connesse CALDAIA A BIOMASSA Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 14

15 Schemi pompe di calore Classificazione: sorgente esterna / fluido interno aria acqua terreno aria acqua Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 15

16 Riferimenti di prestazione pompe di calore NB: valori indicativi; verificare limiti legislativi e effettive prestazioni prodotti Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 16

17 Soluzioni tecnologiche Pompa di calore acqua / acqua Sottostazione teleriscaldamento Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 17

18 Soluzioni tecnologiche VALVOLE DI EQUILIBRATURA CIRCUITI ISOLATI POMPE DI CIRCOLAZIONE Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 18

19 Interventi sul riscaldamento TERMINALI Valvole termostatiche REGOLAZIONE E CONTROLLO (vedi sopra per distribuzione e terminali) Centraline appartamento Regolazione centrale termica (esempio: attenzione a effettiva condensazione, 10 % di differenza sui consumi globali) Contabilizzazione Sistemi innovativi di monitoraggio e telelettura Considerazioni... Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 19

20 Soluzioni tecnologiche Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 20

21 Monitoraggio innovativo: una proposta CARATTERISTICHE RICHIESTE Rilievo dei consumi reali Alta risoluzione temporale (esempio: 1 giorno) Dati disaggregati per uso finale dell'energia Sistema flessibile e adattabile ad ogni edificio Di facile installazione anche su impianti esistenti Aperto ad integrazioni successive Elaborazione automatica dei dati Leggibile sia in locale che in remoto OBIETTIVO Ripartizione facile ed accurata delle spese condominiali Diagnosi energetica in tempo reale dell'edificio Determinazione tempestiva di anomalie di funzionamento Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 21

22 Monitoraggio innovativo: una proposta Contatori di energia elettrica da installare nei quadri Rete wireless multinodo per trasmissione dati Contatori di energia termica riscaldamento / acs (valvola volumetrica e sonde di temperatura; sonde sui terminali Unità di elaborazione ed interfaccia utente Unità di trasmissione Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 22

23 Interventi sulla generazione di acqua calda sanitaria CENTRALIZZATO AUTONOMO Problemi per l integrazione con sistema solare termico Aspetti amministrativi Caso specifico: seconde case SOLARE TERMICO Potenzialità - limiti SOLARE FOTOVOLTAICO Abbinamento con pompe di calore / boiler elettrici Potenzialità - limiti Considerazioni... Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 23

24 Interventi sulla ventilazione VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA Da valutare la possibilità di inserimento Piccole unità per ogni singolo appartamento (solo recupero) SOLUZIONE TECNOLOGICA: recuperatori statici installati in controsoffitto bagno/corridoi PROBLEMI: prese aria esterna espulsione aria esausta rumorosità canalizzazioni Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 24

25 Soluzioni tecnologiche Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 25

26 Interventi sull illuminazione ILLUMINAZIONE di solito contribuisce in modo limitato ai consumi energetici regolazione accensione / spegnimento temporizzazione modulazione in funzione del livello di illuminamento naturale rilevatori di presenza Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 26

27 Interventi sugli ascensori ASCENSORI Difficoltà tecnologiche per gli interventi Riduzione delle potenze elettriche di picco per l avviamento Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 27

28 Interventi sulla climatizzazione estiva CLIMATIZZAZIONE ESTIVA diversi rendimenti di generazione dei gruppi frigoriferi (EER ESEER) consistenti consumi elettrici: buon accoppiamento con impianti fotovoltaici Curva di riferimento per gruppi frigoriferi ad aria tradizionali Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 28

29 Riferimenti di prestazione gruppi frigoriferi Pompe di calore a gas: valore minimo di EER pari a 0,6 per tutte le tipologie. NB: valori indicativi; verificare limiti legislativi e effettive prestazioni prodotti Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 29

30 Sistemi ad energie rinnovabili Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 30

31 Solare termico Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 31

32 Il solare termico COLLETTORE NON VETRATO Collettore costituito da tubi di materiale plastico o metallico che assorbe la radiazione solare, all interno del quale scorre l acqua. Adatto ad un utilizzo stagionale estivo (piscine, docce, ecc.) presenta bassa efficienza, semplice installazione e costi ridotti Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 32

33 COLLETTORE PIANO VETRATO Il solare termico Èil tipo più diffuso. Il collettore composto da una serpentina metallica all interno della quale scorre l acqua, inserita tra uno strato di materiale isolante e una lastra di vetro. La lastra di vetro permette l ingresso della radiazione solare, ma ne limita la riemissione verso l esterno, aumentando così l efficienza. Può essere predisposto con un serbatoio nella parte superiore (circolazione naturale) o collegato ad un circuito più complesso. Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 33

34 Il solare termico COLLETTORE A TUBI SOTTOVUOTO Pannello formato da un insieme di tubi metallici connessi a pettine ad un collettore principale. I tubi metallici contengono il fluido termovettore; essi stessi sono posti all interno di cilindri di vetro svuotati dell aria. In entrambi i casi l effetto del sottovuoto è quello di eliminare le perdite di calore per conduzione dal collettore all ambiente esterno. Si possono così raggiungere temperature molto elevate del fluido che permettono una maggiore versatilità (ad esempio integrazione del riscaldamento). Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 34

35 Esempio di centrale termica Circuito solare termico Caldaia a gas Serbatoio acqua calda Centralina solare termico Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 35

36 Valutazioni economiche Costo del sistema completo in opera (pannelli + accumulo + circuito e regolazione) solare termico non vetrato in materiale plastico (grandi impianti) da 200 a 500 /m 2 solare termico piano vetrato integrato da a /m 2 solare termico a tubi sottovuoto da a /m 2 Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 36

37 Solare fotovoltaico Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 37

38 SOLARE FOTOVOLTAICO Pannello che sfrutta l effetto fotoelettrico, ovvero la proprietà di alcuni metalli di cedere elettroni (corrente elettrica) se colpiti dalla radiazione solare Silicio monocristallino Il solare fotovoltaico È il tipo di pannello fotovoltaico più efficiente (fino al 18%) in quanto la disposizione ordinata degli atomi di silicio permette agli elettroni di muoversi più liberamente Silicio policristallino È una buona combinazione di efficienza e costo; è probabilmente il tipo più diffuso. Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 38

39 Il solare fotovoltaico MODULI IN SILICIO CRISTALLINO Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 39

40 Il solare fotovoltaico SILICIO AMORFO È un tipo di pannello a bassa efficienza (8-10 %) ma molto versatile in applicazioni integrate architettonicamente in quanto si presenta con una superficie omogenea architettonicamente integrata. Inoltre può essere prodotto su supporto flessibile e si adatta quindi anche a superfici non piane. Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 40

41 Il solare fotovoltaico CIGS, CdTe E ALTRI TIPI DI FILM SOTTILE Altri tipi di pannelli a film sottile possono essere composti da combinazioni di metalli diversi dal silicio, in particolare: - Rame, Indio e Seleniuro di Gallio (CIGS o CIS) - Telluro di Cadmio (CdTe) - altri tipi di film sottile quali materiali organici e celle Graetzel Tutti questi tipi di pannello hanno minori efficienze complessive ma raccolgono meglio la radiazione diffusa rispetto ai pannelli in silicio cristallino. Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 41

42 Valutazioni economiche Costo del sistema completo in opera (moduli + inverter + circuito e regolazione) moduli silicio cristallino da a /kwp moduli silicio amorfo da a /kwp moduli CIGS, CdTe, altri film sottile da a /kwp Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 42

43 Quarto conto energia - DM 5/5/2011 premio di 5 cent/kwh per la rimozione dell amianto premio del 10% per chi installa pannelli fotovoltaici italiani o europei. Gli impianti i cui moduli costituiscono elementi costruttivi di pergole, serre, barriere acustiche, tettoie e pensiline hanno diritto a una tariffa pari alla media aritmetica fra la tariffa spettante per impianti fotovoltaici realizzati su edifici e quella per altri impianti fotovoltaici. Il rapporto tra la proiezione al suolo della superficie totale dei moduli fotovoltaici installati sulla serra e la superficie totale della copertura della serra stessa non deve superare il 50%. Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 43

44 Quarto conto energia - DM 5/5/2011 Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 44

45 Quarto conto energia - DM 5/5/2011 Procedura amministrativa via web attraverso il portale del GSE (guida dettagliata su sito GSE) Ci sarà bisogno di una certificazione di fine lavori. Entro 15 giorni solari dall entrata in esercizio dell impianto, il responsabile dell'impianto fotovoltaico dovrà far arrivare al GSE la richiesta di incentivo, completa della documentazione prevista dall'allegato 3 C. Dopo aver fatto le opportune verifiche, il GSE erogherà gliincentivi entro 120 giorni dal ricevimento della richiesta. Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 45

46 Geotermia Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 46

47 Pompe di calore geotermiche Lo sfruttamento della risorsa geotermica avviene tramite l utilizzo di pompe di calore. Le tipologie di sistemi possibili sono: Terra acqua: utilizzano il terreno come fonte di energia nel periodo invernale e pozzo di scarico termico nel periodo estivo, attraverso sonde di varia natura, per riscaldare o raffreddare l acqua utilizzata per la climatizzazione degli edifici Acqua acqua: utilizzano direttamente l acqua (di falda o superficiale) quale fonte di energia nel periodo invernale e pozzo di scarico termico nel periodo estivo, per riscaldare o raffreddare l acqua utilizzata per la climatizzazione degli edifici Acqua aria: analoghe a quella acqua acqua ma scaldano o raffreddano l aria utilizzata come fluido termovettore Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 47

48 Sistemi TERRA - ACQUA I sistemi geotermici terra acqua possono essere di due tipi: a sonde verticali: pozzi verticali di profondità variabile fra gli 80 e 150 metri (anche oltre ma raramente utilizzate) con all interno tubazioni a circuito chiuso che permettono lo scambio di energia fra il terreno e il fluido termovettore utilizzato (tipicamente acqua glicolata) a sonde orizzontali: serpentine di tubi posate a profondità non superiore a qualche metro (tipicamente fra 1 e 3 metri) che permettono lo scambio di energia fra il terreno e il fluido termovettore utilizzato (tipicamente acqua glicolata) Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 48

49 Sistemi TERRA - ACQUA SCHEMA IMPIANTISTICO Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 49

50 Sistemi TERRA - ACQUA SONDE VERTICALI Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 50

51 Sistemi TERRA - ACQUA SONDE ORIZZONTALI Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 51

52 Esempi di centrale termica Schema di centrale termica con pompa di calore geotermica e sonde a circuito chiuso Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 52

53 Esempi di centrale termica Serbatoio acqua calda Pompa di calore Prof. P. Oliaro Ottimizzazioni energetiche degli impianti ed installazione di sistemi da fonti rinnovabili 53