Analisi per un impianto solare termico sul Nuovo Centro Servizi della Neve. 034E05 Studi Solarge Versione 1. Stato del documento approvato

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1 Analisi per un impianto solare termico sul Nuovo Centro Servizi della Neve Codice 034E05 Studi Solarge Versione 1 Committente Comune di Valdisotto Stato del documento approvato Autore Calderoni Revisione Wolter Approvazione Pauschinger settembre 2005

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3 SINTESI DEI RISULTATI OTTENUTI Questo studio esamina la fattibilità di un impianto solare per il Nuovo Centro Servizi della Neve, presso il Comune di Valdisotto (SO). Dal sopralluogo e dai dati forniti dallo Studio Bracchi risulta la seguente situazione: è prevista la possibilità di realizzare, all interno dell albergo, un centro fitness. A seconda che esso venga (scenario 2) oppure non venga realizzato (scenario 1) si delineano i consumi rappresentati in tabella. Scenario 1 Scenario 2 Fabbisogno energetico per acqua calda sanitaria 42 MWh/a 54 MWh/a Consumo gasolio l/a l/a Si propongono le seguenti tipologie di impianto solare termico, che vengono integrate nell impianto esistente, contribuendo parzialmente alla copertura del fabbisogno energetico: Scenario 1 Scenario 2 Superficie di collettori 35 m 2 45 m 2 Volume di accumulo 2,5 m 3 3 m 3 I benefici energetici degli impianti solari nelle due varianti sono i seguenti: Scenario 1 Scenario 2 Gasolio risparmiato l/a (41%) l/a (45%) Emissioni CO 2 evitate 6,2 t/a 8,7 t/a L analisi economica dei due impianti fornisce i risultati riassunti in tabella: Costo d investimento a carico del Comune di Valdisotto (contributo Ministero Ambiente) Prezzo del calore prodotto dall impianto solare Prezzo del calore prodotto dall impianto convenzionale Scenario 1 Scenario ,082 /kwh 0,078 /kwh 0,138 /kwh COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 3: 14

4 1 INTRODUZIONE L'obiettivo di questo lavoro consiste nell eseguire uno studio di fattibilità per un impianto solare termico da installare sul Nuovo Centro Servizi della Neve, presso il Comune di Valdisotto (SO). Il solare termico è una tecnologia in espansione in tutta Europa e in molti paesi del resto del mondo. Negli ultimi decenni è stata portata a maturità e quindi resa disponibile per il mercato grazie alla stretta collaborazione tra ricerca e industria. Sono cresciuti in Europa mercati caratterizzati da notevoli tassi di incremento, tanto che è stato possibile installare, ad oggi, nei paesi della comunità europea circa 15 milioni di metri quadrati di collettori solari. L adozione di un impianto solare permette di abbassare notevolmente la quantità di combustibile fossile necessaria al riscaldamento dell acqua calda sanitaria e degli ambienti. A seconda del dimensionamento scelto in fase di progettazione, il sistema può coprire percentuali più o meno elevate del fabbisogno complessivo. La scelta del tipo di dimensionamento dipende da considerazioni di carattere tecnico ed economico e va operata con attenzione a seconda del tipo di utenza. L applicazione al momento più redditizia è rappresentata dagli impianti solari con diverse centinaia di metri quadrati di superficie di collettori, che coprono il % del fabbisogno totale di calore per case plurifamiliari, all interno di piccole reti di teleriscaldamento, per ospedali, residenze per anziani o per studenti e nel settore turistico. Grazie alle dimensioni, il costo specifico dell impianto diminuisce senza penalizzarne l efficienza. La copertura del fabbisogno termico da parte degli impianti solari può anche arrivare al 50-80% con impianti solari centralizzati ad accumulo stagionale, nei quali l energia solare termica captata durante i mesi estivi viene stoccata e utilizzata per il riscaldamento durante la stagione fredda. Oggi esistono in Europa più di cinquanta grandi impianti in cui i collettori hanno una superficie superiore ai 500 m 2. COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 4: 14

5 2 DESCRIZIONE DELL EDIFICIO L edificio Il Nuovo Centro Servizi della Neve è una struttura ricettiva per l accoglienza di turisti, dotata anche di aule per convegni. L intervento, realizzato nel 2005, ha ampliato l albergo già esistente ( corpo A ) grazie alla realizzazione di una nuova struttura ( corpo B ) collegata alla prima, che contiene ulteriori stanze, le aule convegni e prevede spazi il cui uso è ancora da definire. Un possibile utilizzo è la realizzazione di un centro fitness, destinato sia agli ospiti dell albergo, sia a clienti esterni allo stesso. L insieme delle due strutture, entrambe di due piani fuori terra, è dotato complessivamente di 41 stanze, di cui la metà singole, l altra metà doppie. Le falde delle coperture dei due corpi sono rivolte a nord e sud, mentre la copertura della struttura di collegamento tra le due strutture è di tipo piano. Figura 1: il Nuovo Centro Servizi della Neve L impianto termico esistente L impianto termico è costituito da due caldaie a gasolio che coprono l intero fabbisogno per riscaldamento e acqua calda sanitaria (ACS). Quest ultima viene preparata con l ausilio di tre serbatoi, uno a servizio del corpo A e due a servizio del corpo B. L impianto di distribuzione è dotato di apparato di ricircolo, per mantenere sempre in temperatura le tubazioni ed evitare ritardi nell erogazione dell acqua calda. Il ricircolo è da considerare a tutti gli effetti come un ulteriore consumatore di energia. Caldaia Serbatoio ACS corpo A Serbatoi ACS corpo B Ricircolo 408 kw 790 l 1170 l presente Figura 2: Serbatoi per acqua calda sanitaria Tabella 1: Caratteristiche dell impianto termico esistente COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 5: 14

6 3 FABBISOGNO TERMICO Occupazione dell albergo Il fabbisogno termico è un dato essenziale per il dimensionamento della superficie di collettori. Data la bassa inclinazione delle falde del tetto e poiché l impianto di riscaldamento è a termosifoni (con elevate temperature di distribuzione), si opta per un sistema solare che contribuisce alla preparazione dell acqua calda sanitaria, senza contributo al riscaldamento degli ambienti. A differenza del caso di grandi utenze residenziali, nel caso di strutture ricettive la domanda di acqua calda sanitaria varia sensibilmente a seconda delle stagioni. Per evitare eccessive sovrapproduzioni nei mesi di scarsa affluenza di ospiti, è pertanto fondamentale conoscere il profilo delle presenze durante tutto l anno. Non essendo disponibili questi dati, è stato necessario stimarli. Poiché, inoltre, non è ancora definita la presenza o meno di un centro fitness e dato che esso rappresenta una variabile determinante nel calcolo del fabbisogno di acqua calda sanitaria, sono stati elaborati due scenari: il primo ipotizza che il centro fitness non venga realizzato, l altro ne prevede la presenza e lo considera aperto durante tutto l anno, richiamando visitatori, in particolare, durante i mesi estivi. Scenario 1 solo albergo Su indicazioni del committente, si ipotizza che l affluenza sia massima in inverno, in corrispondenza della stagione sciistica. In questi mesi la capacità della struttura è sfruttata completamente. In estate la presenza di ospiti è sensibilmente minore (pari al 50% dei posti letto disponibili). Nei mesi intermedi l affluenza è molto bassa e il consumo determinato in gran parte dalla presenza del personale dell albergo. Il tasso di occupazione risultante da queste ipotesi è pari a 47%, in linea con quello medio nazionale (pari al 44% [Federalberghi, 2001]). Scenario 2 albergo e fitness Sulla base del profilo di presenze elaborato per lo scenario 1, si ipotizza che la presenza del centro fitness richiami una maggior quantità di ospiti nei mesi estivi. In generale, esso viene utilizzato da parte del 50% degli ospiti dell albergo e determina l affluenza di persone dall esterno, in quantità variabile nel corso dell anno. Il tasso di occupazione sale, in questo caso, al 55%, poiché il centro fitness rappresenta un attrazione aggiuntiva, soprattutto nei mesi estivi. Affluenza giornliera, mese per mese persone Presenze di esterni nel centro fitness Presenze addizionali scenario 2 Presenze albergo scenario 1 0 G F M A M G L A S O N D Grafico 1: Affluenza giornaliera di ospiti e visitatori, valutata mese per mese COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 6: 14

7 Determinazione del fabbisogno termico Quantificata l affluenza di ospiti, è possibile calcolare il fabbisogno complessivo di ACS. Dalla norma UNI 9182 si ricava un fabbisogno pro capite di acqua calda a 40 C pari a 130 l/g (litri al giorno) per alberghi dotati di camere con doccia e di 60 l/g per centri sportivi. L esperienza suggerisce tuttavia valori più contenuti. In questo studio si considerano i seguenti fabbisogni, riferiti a una temperatura di 45 C: Utenza Albergo (stanze con doccia) Fitness l/g per persona 80 l/g 50 l/g Tabella 2: Fabbisogni di acqua calda sanitaria riferiti ad una temperatura di 45 C Scenario 1 solo albergo Il calcolo del fabbisogno di acqua calda sanitaria si effettua semplicemente moltiplicando il valore pro capite per il numero complessivo di ospiti dell albergo. Si ottiene così un fabbisogno di 830 m 3 /a di acqua a 45 C. Ipotizzando una temperatura media dell acqua fredda di 10 C (8 C nei mesi invernali, 12 C in quelli estivi), la quantità di energia necessaria risulta pari a circa 34 MWh/a. Ad essa si aggiunge l energia dispersa dall impianto di ricircolo, che mantiene le tubazioni in temperatura. Secondo le indicazioni del progettista incaricato, il ricircolo funziona per 10 h/g, da cui si deduce un consumo di circa 8 MWh/a. Il fabbisogno termico complessivo per la preparazione dell ACS risulta pari a 42 MWh/a. Ipotizzando un rendimento medio stagionale delle caldaie pari al 75 %, il consumo di gasolio ammonta a l/a. Scenario 2 albergo e fitness Si considera che il 50 % degli ospiti dell albergo utilizzi il centro fitness e lì faccia la doccia. L affluenza di clienti dall esterno è stimata, mediamente, in 18 persone al giorno nei mesi estivi, mentre si riduce a 6 persone durante il resto dell anno. Si deduce un fabbisogno di m 3 /a di acqua a 45 C. Aggiungendo il ricircolo, si ottiene un fabbisogno complessivo di energia pari a circa 54 MWh/a, per un consumo di gasolio di l/a. Fabbisogno energetico di acs [kwh] Fabbisogno addizionale scenario 2 Fabbisogno scenario G F M A M G L A S O N D Grafico 2: Fabbisogno mensile di energia per la preparazione dell acqua calda sanitaria COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 7: 14

8 4 PROPOSTA DI IMPIANTO I collettori solari vengono installati sulla falda esposta a sud della copertura del corpo B. Tramite opportune staffe di fissaggio, essi vengono agganciati al tetto esistente, rispettandone l inclinazione per migliorare l impatto estetico dell impianto. Questo tipo di intervento garantisce il mantenimento dell impermeabilità della copertura. La foto in figura 3 mostra la possibile sistemazione di un campo collettori da 45 m 2. Campo collettori Tubazioni impianto solare Figura 3: sistemazione dei collettori solari termici sulla copertura del corpo B Il campo collettori è collegato a un accumulo tampone, situato nel locale tecnico, tramite una tubazione di mandata e una di ritorno. Esse trovano spazio accanto ai camini già esistenti, seguendone il percorso fino alla grata di figura 4 ed entrando in centrale termica attraverso l apertura realizzata per il passaggio dei camini. Queste tubazioni sono protette dagli agenti esterni tramite un idoneo rivestimento. L accumulo tampone viene posizionato nel locale tecnico del corpo B ed è collegato, tramite uno scambiatore di calore, al primo dei due serbatoi ACS. Da questo, l acqua calda viene smistata agli altri due serbatoi, a servizio, rispettivamente, del corpo A e del corpo B. Figura 4: Passaggio per i tubi dell impianto solare COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 8: 14

9 La funzionalità delle caldaie resta pressoché invariata. Viene modificato il solo collegamento con il primo serbatoio ACS, che deve essere riscaldato dall impianto solare. La serpentina verrà azionata solo per effettuare il trattamento termico antilegionella. L impianto solare è gestito da una centralina apposita che confronta la temperatura all uscita dei collettori (punto più caldo del circuito) con quella sul fondo del serbatoio (punto più freddo). La caldaia si accende quando l impianto solare non è in grado di riscaldare la parte superiore dell accumulo fino alla temperatura desiderata. In figura 5 è raffigurato uno schema di massima di integrazione del sistema solare nell impianto termico esistente. Figura 5: Schema impiantistico di massima COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 9: 14

10 5 DIMENSIONAMENTO Scenario 1 solo albergo Utilizzando i criteri di dimensionamento propri degli impianti solari termici di grandi dimensioni, si ricavano le seguenti caratteristiche principali per un impianto adatto al caso ipotizzato nel primo scenario: Componente Caratteristiche collettori solari 35 m 2 ; inclinazione 25 ; esposizione sud serbatoio solare (puffer + serbatoio ACS) 2,5 m 3 tubazioni impianto solare (mandata e ritorno) 55 m Tabella 3: principali caratteristiche dell impianto solare scenario 1 L impianto così dimensionato ha le performance energetiche riassunte in tabella 4. gasolio risparmiato (η caldaia = 75 %) l/a (41 %) energia termica fornita dal serbatoio d accumulo solare 21 MWh/a emissione di CO 2 evitate 6,2 t/a Tabella 4: performance energetiche dell impianto solare scenario 1 Scenario 2 albergo e fitness Nel caso dello scenario 2, la superficie di collettori dell impianto solare risulta più ampia poiché maggiore è il fabbisogno energetico. Di conseguenza è necessario scegliere un serbatoio più capiente: Componente Caratteristiche collettori solari 45 m 2 ; inclinazione 25 ; esposizione sud serbatoio solare (puffer + serbatoio ACS) 3 m 3 tubazioni impianto solare (mandata e ritorno) 55 m Tabella 5: principali caratteristiche dell impianto solare scenario 2 Le performance energetiche sono riassunte in tabella 6. gasolio risparmiato (η caldaia =75%) l/a (45%) energia termica fornita dal serbatoio d accumulo solare 27 MWh/a emissione di CO 2 evitate 8,7 t/a Tabella 6: performance energetiche dell impianto solare scenario 2 COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 10: 14

11 Copertura solare del fabbisogno energetico per la preparazione dell'acs [kwh] G F M A M G L A S O N D Energia caldaie Energia solare Grafico 3: Copertura del fabbisogno energetico per la preparazione dell ACS scenario 1 Copertura solare del fabbisogno energetico per la preparazione dell'acs [kwh] G F M A M G L A S O N D Energia caldaie Energia solare Grafico 4: Copertura del fabbisogno energetico per la preparazione dell acs scenario 2 COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 11: 14

12 6 VALUTAZIONI ECONOMICHE Costi d investimento I costi d investimento per la realizzazione degli impianti solari proposti per i due scenari sono elencati nella tabella successiva. Si tratta di una stima realistica, fatta sulla base delle attuali condizioni del mercato del solare termico. Per ottenere cifre più dettagliate deve essere richiesto un preventivo a una ditta installatrice. COSTI D INVESTIMENTO [ ] Scenario 1 35 m 2 Scenario 2 45 m 2 Campo collettori e integrazione nel tetto Circuito solare Serbatoio solare Sistema di controllo Manodopera Progettazione Totale impianto solare Finanziamento Ministero dell Ambiente (cfr. capitolo 7) Sistema di monitoraggio Finanziamento Ministero dell Ambiente al sistema di monitoraggio Investimento a carico del Comune di Valdisotto Tabella 7: Costi d investimento per la realizzazione degli impianti solari proposti per i due scenari (IVA esclusa) Calcolo economico Sulla base dei costi d investimento, note le condizioni al contorno riportate in tabella 8, si valutano i due investimenti calcolando il costo annuo e il prezzo del calore. Per quanto riguarda il prezzo del combustibile (gasolio per riscaldamento) si è scelto come riferimento il prezzo medio nazionale e si è tenuto conto di uno sconto applicato a tutti gli utenti della provincia di Sondrio, pari a 0,129 /l. Scenario 1 Scenario 2 Ciclo di vita 20 anni 20 anni Interessi sul capitale 4% 4% Annuità 7,36% 7,36% Prezzo del combustibile 0,71 /l Tabella 8: Condizioni al contorno stimate per il calcolo economico COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 12: 14

13 Investimento complessivo per l impianto solare Finanziamento Ministero dell Ambiente Investimento a carico del comune di Valdisotto Costo annuo per l investimento (annuità 7,36 %) Scenario 1 Scenario Costi di esercizio 344 /a 425 /a Costo annuo totale impianto solare Energia fornita dall impianto solare /a /a 21 MWh 27 MWh Prezzo del calore solare 0,082 /kwh 0,078 /kwh Prezzo del calore prodotto dall impianto convenzionale 0,138 /kwh prezzo combustibile 2005: 0,71 /l rendimento annuo caldaie: 75 % aumento prezzo energia: 4 % all anno Tabella 9: Calcolo economico I risultati dell analisi economica evidenziano che il chilowattora prodotto dall impianto solare nell arco della sua vita utile costa 0,082, mentre il prezzo del chilowattora prodotto con l impianto convenzionale, considerando un tasso di aumento dei prezzi dell energia del 4 % annuo, è pari a 0,138. COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 13: 14

14 7 POSSIBILI SINERGIE Bando Ministeriale per Enti Pubblici Con il Decreto Direttoriale del 10 settembre 2001 (G.U. n. 291 del ) è stato finanziato il programma Solare Termico rivolto alle amministrazioni pubbliche e aziende distributrici del gas per la realizzazione di impianti solari termici nelle strutture edilizie con un cofinanziamento del 30% dei costi d investimento. Il bando è tuttora aperto e ha risorse disponibili per 5 milioni di euro. Per la realizzazione dell impianto in oggetto, il Comune di Valdisotto può pertanto sfruttare questo contributo. Il bando con la relativa modulistica sono scaricabili dal sito internet del Ministero dell Ambiente ( Solarge Nell ambito del programma EIE Intelligent Energy Europe della Commissione Europea, Ambiente Italia implementa in Italia il progetto Solarge Enlarging Solar Thermal Systems in Multi-Family-Houses, Hotels, Public and Social Buildings in Europe. Si tratta di una campagna per la diffusione di impianti solari temici di grandi dimensioni per edifici residenziali ed alberghi. L impianto in oggetto, se realizzato, rientrerebbe a pieno titolo nella campagna Solarge, facendo parte di un elenco online di impianti best practice di tutta Europa, venendo citato all interno di una brochure specifica e presentato in occasione di convegni e fiere. Per ulteriori informazioni sulla campagna Solarge, si rimanda al sito internet COD: AI-034E05-05 VERS: 01 DATA: 19/09/05 PAGINA: 14: 14