Articolo tecnico. Valutazione di scenari energetici di Distretto Caso studio inerente il Parco Scientifico- Tecnologico Sophia-Antipolis

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Marina Caputo
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1 Articolo tecnico Valutazione di scenari energetici di Distretto Caso studio inerente il Parco Scientifico- Tecnologico Sophia-Antipolis

Introduzione Nell ambito del progetto Smart-MED-Parks, è stato prodotto un software che consente da un lato di caratterizzare e quantificare i consumi e il fabbisogno di energia di un STP (Science

energetica. Questo articolo presenta i risultati di un caso studio che è stato condotto su un Distretto del Parco di Sophia Antipolis.

2 Introduzione Nell ambito del progetto Smart-MED-Parks, è stato prodotto un software che consente da un lato di caratterizzare e quantificare i consumi e il fabbisogno di energia di un STP (Science and Technology Park, ndr) e dall altro di valutare il potenziale di varie tecnologie che possono essere integrate all interno dei Parchi al fine di ridurre i consumi e migliorare l efficienza energetica. Questo articolo presenta i risultati di un caso studio che è stato condotto su un Distretto del Parco di Sophia Antipolis. Descrizione del Distretto oggetto di simulazione Per questo caso studio è stato selezionato un Distretto nell area Les Lucioles, all interno del Parco. Il Distretto in questione si compone di 74 edifici, così come illustrato in Figura 1: Figura 1 : Distretto oggetto di simulazione del Parco Sophia Antipolis Technology: Les Lucioles Le piante degli edifici sono state importate automaticamente da un file CityGML che contiene anche dati sulla localizzazione GPS e sulle rispettive altezze degli edifici. Le caratteristiche termiche degli edifici (caratteristiche delle pareti e delle superfici vetrate, rapporti sul ricambio di aria, riscaldamento/raffrescamento/caldaie per acqua calda sanitaria) si basano su un approccio statistico relativo alle diagnosi energetiche condotte nelle fasi iniziali del progetto. Situazione attuale: simulazione dei consumi energetici del Distretto

3 Efficiency [-] Energy [MWh] Energy Consumptions [MWh] E stata effettuata una simulazione annuale (su base oraria) del Distretto allo scopo di valutarne i consumi energetici attuali. I risultati sono illustrati in Figura 2: Total Buildings Area : m2 ; Nb Buildings : 74 B Fossil (Heating). Elec (Heating) Elec (Cooling) Elec (DHW) Elec (other) B B 0 Detailed Annual Consumptions - Fossil : MWh, Elec : MWh ; Annual Elec uction : 136 MWh Consumption (Fossil) Consumption (Elec) uction (Elec) B Global Distribution of Energy Consumptions Consumption/uction < 1% Balance % 9% 33% < 1% Fossil (Heating). Elec (Heating) Elec (Cooling) Elec (DHW) Elec (other) Consumptions (Final) uction (Final) % 100% 0 HUB Figura 2 : Consumi energetici allo stato attuale Per un area riscaldata totale di m 2, i consumi annuali di energia fossile (solo il gas è considerato in questo studio) sono pari a MWh. Questi consumi sono imputabili solo alle caldaie locali (efficienza pari all 80%) installate nel 53% degli edifici esaminati (il rimanente 47% è dotato di pompe di calore). Il consumo totale annuo di energia elettrica pari a MWh è dovuto ai compressori delle pompe di calore, ai servizi ausiliari di riscaldamento e raffrescamento, alla produzione di acqua calda sanitaria, mentre un considerevole consumo di MWh (corrispondente al 58% del totale) è legato ad altri consumi come apparecchiature o illuminazione.

4 Infine, attualmente il Distretto presenta una modesta produzione di energia elettrica, pari a 136 MWh, grazie alla presenza di alcuni impianti fotovoltaici (i pannelli di questi ultimi ricoprono una superficie di 486 m 2, che rappresenta meno dell 1% dello spazio disponibile sui tetti). Le distribuzioni dei consumi di energia Primary primaria Energy < e < 1% finale < 1% Distribution < 1% 1% per il Distretto simulato sono riportate nei 2 grafici a torta sottostanti: Final Energy Distribution Primary Energy Distribution 22% 33% 43% 45% < 1% 19% 9% 14% 12% < 1% Fossil (Heating) Elec (Heating) 96% Elec (Cooling) Elec (DHW) Elec (other) Figura 3 : Distribuzione dei consumi di energia Da ultimo, il consumo totale di energia finale del Distretto allo stato attuale è pari a MWh, e il relativo consumo di energia primaria ammonta a MWh (utilizzando un fattore di conversione 2.58 per l energia elettrica). Potenziali miglioramenti nell ottica di una riqualificazione energetica: simulazione di vari scenari L obiettivo di questa sezione è quello di analizzare diverse soluzioni per la riqualificazione del Distretto e i rispettivi potenziali di risparmio energetico. A questo scopo sono stati esaminati 5 scenari, in relazione ai 3 principali elementi sui cui intervenire per ridurre i consumi energetici: involucro edilizio, impianti di produzione dell energia e integrazione con fonti rinnovabili: 1. Riqualificazione dell involucro edilizio, con pareti isolate termicamente e sostituzione di finestre in modo che il loro valore U di trasmittanza termica soddisfi i requisiti del label francese BBC (0.23W/m²K per le pareti e i pavimenti, 0.17W/m²K per il tetto e 1,26W/m²K per le finestre). 2. Miglioramento dell impianto di riscaldamento, installando caldaie a condensazione (n=1.05) al posto delle attuali (n=0.8) per gli edifici interessati (escludendo quelli dotati di pompe di calore). 3. Installazione di impianti fotovoltaici, installando pannelli fotovoltaici sugli edifici disponibili, con una copertura pari al 50% del totale.

5 4. Pacchetto completo, che combina tutte le 3 soluzioni precedenti. 5. Rete di riscaldamento/raffrescamento alimentata da geotermia a bassa entalpia, che utilizzi una rete di tubature tra tutti gli edifici e un acquifero. Le pompe di calore locali acquaacqua sono installate su ciascun edificio e sono collegate alla rete di riscaldamento e raffrescamento. Tutte le soluzioni proposte sono state confrontate col caso di riferimento in termini di risparmio di energia sia primaria che finale. La seguente tabella sintetizza i consumi di Distretto per il caso di riferimento: CASO DI RIFERIMENTO (74 Edifici) Gas tot Elet tot Elet Consumi energia [MWh] : Consumi energia finale : Consumi energia primaria : Caso 1: Riqualificazione dell involucro edilizio Riqualificazione dell involucro edilizio Valore U (pareti) : 0,23W/m²K Valore U (finestre): 1,26W/m²K Gas tot Elet tot Elet Consumi energia [MWh] : Consumi energia finale : ,2 Consumi energia primaria : ,6

6 Caso 2: Miglioramento dell impianto di riscaldamento Sostituzione dell impianto di riscaldamento tradizionale (n=0,8) con caldaie a condensazione (n=1,05) Gas tot Elet tot Elet Consumi energia [MWh] : Consumi energia finale : ,2 Consumi energia primaria : ,4 Caso 3: Installazione di impianti fotovoltaici Installazione di impianti fotovoltaici su tutti i tetti disponibili (50% della copertura) Gas tot Elet tot Elet Consumi energia [MWh] : Consumi energia finale : ,3 Consumi energia primaria : ,0 Caso 4: Pacchetto completo COMBINAZIONE Involucro BBC + Caldaie a condensazione + Fotovoltaico Gas tot Elet tot Elet Consumi energia [MWh] : Consumi energia finale : ,8 Consumi energia primaria : ,4

Caso 5: Rete di riscaldamento/raffrescamento alimentata da geotermia a bassa entalpia Rete di riscaldamento/ raffrescamento alimentata da geotermia a bassa entalpia 0 7668 2573 196 11396 136 Gas tot

7 Caso 5: Rete di riscaldamento/raffrescamento alimentata da geotermia a bassa entalpia Rete di riscaldamento/ raffrescamento alimentata da geotermia a bassa entalpia Gas tot Elet tot Elet Consumi energia [MWh] : Consumi energia finale : ,4 Consumi energia primaria : ,8 Per simulare questa soluzione, è stata ipotizzata una rete di tubature in grado di collegare tutti gli edifici che compongono il Distretto. La lunghezza totale della rete è di 32 km (mandata + ritorno). Figura 4 : Rete di tubature del Distretto ipotizzata

8 Ovviamente questa soluzione viene presentata per mostrare le potenzialità del software, dal momento che la sua realizzazione dipende fortemente dalle condizioni geologiche dell area presa in esame. In aggiunta, il Parco di Sophia Antipolis per le sue caratteristiche intrinseche non è idoneo ad utilizzare altre tecnologie impiantistiche tradizionalmente adottate per le reti di teleriscaldamento (cogenerazione, ad esempio) perché la densità di edifici è molto bassa. La lunghezza totale delle tubature che dovrebbero essere installate, rapportata al numero di edifici, determinerebbe infatti perdite di calore eccessive. Tabella di sintesi del Caso Studio ENVELOP Refurbishment SYSTEM Condensing Boilers SOLAR Photovoltaics COMBO Envelop + Condensing Boilers + Photovoltaics AQUIFER District Network Final Energy Savings : Primary Energy Savings : 38,2 10,2 27,3 68,8 36,4 27,6 5,4 37,0 66,4 13,8

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