Le tecnologie disponibili per l efficienza energetica nel settore del riscaldamento: analisi comparativa

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1 Le tecnologie disponibili per l efficienza energetica nel settore del riscaldamento: analisi comparativa Marcello Aprile Dipartimento di Energia RELAB Firenze, 2/10/14

2 Ambito dell intervento 2 Lo studio nasce nell ambito del programma IEA HPP Annex 43 «Fuel Driven Sorption Heat Pumps» 6 paesi (IT, FR, DE, UK, AT, USA) Obiettivo dello studio: Analisi comparativa tra diverse tecnologie efficienti per il riscaldamento In base ai principali indicatori previsti da Ecolabel Ambito applicativo: Residenziale e civile Riscaldamento più acqua calda sanitaria

3 3 Struttura dell intervento Tecnologie «disponibili» e «rispondenti alle leggi/norme» per il riscaldamento efficiente Pompa di calore aria/acqua a gas Pompa di calore aria/acqua elettrica Caldaia più solare termico Analisi comparativa: Rendimento in energia primaria In riscaldamento In produzione combinata (riscaldamento più ACS) Emissioni di CO 2 e NO x Considerazioni conclusive Ulteriori criteri (economici, salute e infrastrutture)

4 Pompa di calore elettrica (EHP) 4 Caratteristiche del modello usato per l analisi Fonte rinnovabile: aria Alimentazione: energia elettrica Fluido termovettore: acqua Modello idronico di alta gamma (classe Eurovent A) Refrigerante R410A con compressore scroll Modulazione ai bassi carichi attraverso tecnologia inverter Accumulo per la preparazione di ACS Assenza di un generatore (caldaia) di integrazione Integrazione tramite resistenza elettrica

5 Pompa di calore elettrica (EHP) 5 EHP ACS

6 Pompa di calore a gas (GAHP) 6 Caratteristiche modello usato per l analisi Fonte rinnovabile: aria Alimentazione: gas (a meno degli ausiliari elettrici) Fluido termovettore: acqua Assorbimento acqua/ammoniaca (GAX) Modulazione ai carichi parziali Accumulo per la preparazione di ACS Assenza di un generatore (caldaia) di integrazione

7 Pompa di calore a gas (GAHP) 7 GAHP ACS

8 Caldaia più solare termico (SOL) 8 Caratteristiche del sistema usato per l analisi Sistema per la produzione combinata di ACS e riscaldamento Fonte rinnovabile: radiazione solare Alimentazione: gas (a meno degli ausiliari elettrici) Collettori solari piani ad alto rendimento Caldaia a condensazione Accumulo inerziale per ACS e riscaldamento Dimensionamento per alta frazione solare (>30%) con limite sulle ore di stagnazione (es. 1 mq collettore solare per 10 mq di superficie abitativa)

9 Caldaia più solare termico (SOL) 9 CAL ACC

10 Metodo e parametri dell analisi 10 Indicatori: Energia Primaria (EP) ed emissioni Rendimento EP in riscaldamento Rendimento EP in produzione combinata Emissioni di CO 2 in produzione combinata Emissioni di NO x in produzione combinata EP CO 2 Elettricità NO x,.. ACS EP Gas impianto Riscaldamento CO 2 GWP

11 Metodo e parametri dell analisi 11 Metodo di calcolo Valutazione fabbisogno annuale per alcune tipologie di edifici Recente costruzione (pavimento radiante) Ristrutturazione (pavimento radiante o radiatori a 55 C) Simulazione dinamica con passo orario Prestazioni ai carichi parziali Perdite accumuli Principali coefficienti utilizzati per la conversione (*) Da gas a EP: 1.0 (PCS) Da energia elettrica a EP: 2.5 Intensità carbonica gas: 202 g-co 2 /kwh Intensità carbonica energia elettrica: 384 g-co 2 /kwh (*) Fonte: Ecolabel

12 12 Analisi comparativa Caso 1 Edificio di nuova costruzione Uso residenziale Riscaldamento a pannelli radianti Quota ACS pari a 35% Clima: Zona Climatica D Soluzione ad elevata efficienza ma con basso tasso di crescita nel mercato ACS Pannelli radianti

13 Analisi comparativa Caso 1 - Rendimento EP Rapporto tra Energia termica utile (kwh) Energia primaria consumata (kwh) Incremento del rendimento Riferimento: caldaia a condensazione RISCALDAMENTO 13

14 Analisi comparativa Caso 1 - Rendimento EP 14 Rapporto tra Energia termica utile (kwh) Energia primaria consumata (kwh) Incremento del rendimento Riferimento: caldaia a condensazione COMBINATO (*) (*) Valido per area dei collettori elevata in rapporto ai m 2 riscaldati (es. 1 mq collettore solare per 10 mq superficie abitativa)

15 15 Analisi comparativa Caso 1 - Emissioni CO 2 Rapporto tra CO 2 «equivalente» (*) Energia termica utile (kwh) Riduzione delle emissioni specifiche Riferimento: caldaia a condensazione COMBINATO (*) Fonte: Ecolabel

16 Analisi comparativa Caso 1 - Emissioni NO x 16 Rapporto tra mg di NO x (*) Energia termica utile (kwh) Riduzione delle emissioni specifiche Riferimento: caldaia a condensazione COMBINATO (*) Fonte: Ecolabel

17 Analisi comparativa Caso 2 Edificio ristrutturato Uso residenziale Riscaldamento a pannelli radianti Quota ACS pari a 20% Clima: Zona Climatica D 17 Consumi intermedi e comfort elevato ACS Pannelli radianti

18 Analisi comparativa Caso 2 - Rendimento EP 18 Rapporto tra Energia termica utile (kwh) Energia primaria consumata (kwh) Incremento del rendimento Riferimento: caldaia a condensazione RISCALDAMENTO

19 Analisi comparativa Caso 2 - Rendimento EP 19 Rapporto tra Energia termica utile (kwh) Energia primaria consumata (kwh) Incremento del rendimento Riferimento: caldaia a condensazione COMBINATO

20 Analisi comparativa Caso 2 - Emissioni CO 2 20 Rapporto tra g CO 2 «equivalente» (*) Energia termica utile (kwh) Riduzione delle emissioni specifiche Riferimento: caldaia a condensazione COMBINATO (*) Fonte: Ecolabel

21 Analisi comparativa Caso 2 - Emissioni NO x 21 Rapporto tra mg di NO x (*) Energia termica utile (kwh) Riduzione delle emissioni specifiche Riferimento: caldaia a condensazione COMBINATO (*) Fonte: Ecolabel

22 Analisi comparativa Caso 3 Edificio ristrutturato Uso residenziale Riscaldamento a radiatori Quota ACS pari a 20% Clima: Zona climatica D 22 Soluzione a minor costo con dispersioni basse i radiatori possono lavorare a temperature più basse (55 C) ACS Radiatori

23 Analisi comparativa Caso 3 - Rendimento EP 23 Rapporto tra Energia termica utile (kwh) Energia primaria consumata (kwh) Incremento del rendimento Riferimento: caldaia a condensazione RISCALDAMENTO

24 Analisi comparativa Caso 3 - Rendimento EP 24 Rapporto tra Energia termica utile (kwh) Energia primaria consumata (kwh) Incremento del rendimento Riferimento: caldaia a condensazione COMBINATO

25 Analisi comparativa Caso 3 - Emissioni CO 2 25 Rapporto tra g CO 2 «equivalente» (*) Energia termica utile (kwh) Riduzione delle emissioni specifiche Riferimento: caldaia a condensazione COMBINATO (*) Fonte: Ecolabel

26 Analisi comparativa Caso 3 - Emissioni NO x 26 Rapporto tra mg di NO x (*) Energia termica utile (kwh) Riduzione delle emissioni specifiche Riferimento: caldaia a condensazione COMBINATO (*) Fonte: Ecolabel

27 Stock edifici - Europa 27

28 28 In sintesi Il solare termico è vincente nella produzione di ACS ma contribuisce poco al riscaldamento. Perché sia efficiente sono fondamentali: Edifici a basso consumo (nuove costruzioni) Terminali di emissione a bassa temperatura Area dei collettori elevata in rapporto ai m 2 riscaldati Soluzione applicabile in assenza di vincoli architettonici, con esposizione e disponibilità di superfici irraggiate. La pompa di calore elettrica modula bene ai bassi carichi, ma risente di un calo di rendimento quando è abbinata ai radiatori. Perché sia efficiente, sono fondamentali: Un corretto dimensionamento Pannelli radianti (nuove costruzioni)

29 In sintesi 29 La pompa di calore a gas è più versatile, è efficiente sia nella produzione di ACS sia nel riscaldamento, si può abbinare con diversi terminali di emissione: Pannelli radianti Radiatori a media temperatura (50 C 60 C) In termini di emissioni di CO 2, l intensità carbonica dell energia elettrica, relativamente bassa, avvantaggia le pompe di calore elettriche. Al contrario, le pompe di calore elettriche risultano penalizzate in termini di emissioni di NO x rispetto alle altre tecnologie analizzate (sebbene si tratti di emissioni indirette legate al consumo di energia elettrica).

30 Alcune riflessioni 30 Il mercato è anche guidato da scelte economiche, legate a: Tariffe gas ed energia elettrica Costi di investimento generatore di calore sistema di emissione Incentivi Alcune scelte progettuali guidate da considerazioni economiche: Caldaia a gas più EHP (per limiti di resa ed efficienza) Caldaia a gas più GAHP (minor tempo di ritorno) Più generatori in parallelo (recupero efficienza ai carichi parziali) Accumulo termico per riscaldamento (gestione domanda)

31 Alcune riflessioni 31 Le scelte dei decisori politici sono invece influenzate da: Costi ambientali (CO 2, F-gas) Costi sociali (NO x, PM, rumore, sostanze dannose) Costi infrastrutturali Oggettiva difficoltà nel comparare tecnologie differenti Le priorità possono variare in base a fattori locali Il confronto in EP a tendere diventerà meno rilevante (per effetto di quote crescenti di rinnovabili elettriche e biogas, power-to-gas) Nuovi strumenti che tengano in considerazione i costi di sistema in particolare quelli infrastrutturali (reti di distribuzione)

32 32 Grazie per l attenzione

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