Esercitazione su casi di studio: installazione impianti solari termici

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1 Esercitazione su casi di studio: installazione impianti solari termici Analisi tecnico-economica del sistema elettrico Mod.1 Fonti rinnovabili di energia (I Periodo) - Prof. Andrea Corti Ing. Lorenzo Burberi Dipartimento di Energetica "Sergio Stecco" Università degli Studi di Firenze via di S. Marta Firenze (Italy) Tel , Fax lorenzo.burberi@gmail.com

2 Sommario IMPIANTI SOLARE TERMICO INTRODUZIONE METODO ENEA ESEMPIO 1: STIMA POTENZIALITA INSTALLAZIONE IMPIANTI SOLARI TERMICI IN AMBITO COMUNALE; CASO DI STUDIO 2

3 METODO ENEA CALCOLO SEMPLIFICATO DEL RISPARMIO ANNUO DI ENERGIA IN FONTE PRIMARIA OTTENIBILE CON L INSTALLAZIONE DI PANNELLI SOLARI La presente procedura semplificata è derivata dalla metodologia adottata dall'aeeg (Autorità per l Energia Elettrica e pero il Gas) per l'applicazione dei Decreti Ministeriali per l'efficienza energetica 20 luglio INDIVIDUAZIONE DELLA FASCIA SOLARE 2 3 RISPARMIO ENERGETICO LORDO PER UNITA DI COLLETTORE RISPARMIO GLOBALE LORDO DI ENERGIA SPECIFICA + ESEMPIO DI CALCOLO METODOLOGIA ENEA 3

4 METODO ENEA INDIVIDUAZIONE DELLA FASCIA SOLARE Dal punto di vista dell irraggiamento solare, l Italia è stata divisa, a livello provinciale, in cinque fasce. L'utente deve per prima cosa individuare la propria fascia di appartenenza sulla scorta della seguente tabella: 4

5 METODO ENEA RISPARMIO ENERGETICO LORDO PER UNITA DI COLLETTORE Il risparmio specifico (RSL) può essere desunto dalla seguente tabella a tripla entrata, in funzione: della fascia solare; del tipo di collettore installato (se piano o sotto vuoto); dell impianto di produzione termica sostituito (se boiler elettrico oppure a gas o gasolio). Impianti solari termici RISPARMIO ENERGETICO GLOBALE LORDO Una volta determinato il risparmio lordo specifico, per m 2 di pannello solare, occorre moltiplicarlo per la superficie installata: RL = RSL S [kwh/anno] 5

6 METODO ENEA ESEMPIO DI CALCOLO METODOLOGIA ENEA Si voglia installare, in un abitazione nella provincia di Firenze, un impianto a pannelli solari piani, di 4 m 2 di estensione, per la produzione di acqua calda sanitaria in sostituzione di un boiler a gas, per un utenza monofamiliare. Procedura 1. Firenze appartiene alla fascia solare il risparmio annuo conseguibile è dato dal fattore RSL ricavabile dalla seconda tabella. In corrispondenza di: fascia solare 2, collettori piani, gas, gasolio si ottiene il valore di 953 kwh/anno/m 2 3. moltiplicando il precedente valore per 4 m 2, si ottiene il risparmio annuo conseguibile, pari a: = kwh/anno. Impianti solari termici 6

7 METODO ENEA ESEMPIO DI CALCOLO METODOLOGIA ENEA Si voglia installare, in un abitazione nella provincia di Firenze, un impianto a pannelli solari piani, di 4 m 2 di estensione, per la produzione di acqua calda sanitaria in sostituzione di un boiler a gas, per un utenza monofamiliare. Procedura 1. Firenze appartiene alla fascia solare 2 ; 2. il risparmio annuo conseguibile è dato dal fattore RSL ricavabile dalla seconda tabella. In corrispondenza di: fascia solare 2, collettori piani, gas, gasolio si ottiene il valore di 953 kwh/anno/m 2 ; 3. moltiplicando il precedente valore per 4 m 2, si ottiene il risparmio annuo conseguibile, pari a: = kwh/anno. Impianti solari termici 7

8 Procedura METODO ENEA ESEMPIO DI CALCOLO METODOLOGIA ENEA Il risparmio ottenuto è da intendersi come lordo, ossia come calore producibile dal pannello ma non necessariamente utilizzato dall utenza monofamiliare. Per verificare il bilancio energetico tra la producibilità termica del collettore solare e le esigenze di acqua calda sanitaria dell utenza, possiamo ipotizzare: numero di componenti del nucleo familiare: 4; Impianti solari termici esigenze di acqua calda per ogni componente: 60 l/giorno; aumento di temperatura richiesto all acqua calda rispetto alla temperatura di acquedotto (supposta mediamente di 10 C): 40 C; numero di giorni di richiesta di acqua calda: 330 giorni/anno. La domanda energetica annua E per il servizio di acqua calda è: E = /860 = kwh/anno essendo 860 [kcal/kwh] l'equivalente termico dell'energia elettrica. 8

9 ESEMPIO 1 STIMA POTENZIALITA INSTALLAZIONE IMPIANTI SOLARI TERMICI IN AMBITO COMUNALE; 1. Stima superfici utili e numero di abitanti ARCHIVIO DATI: Archivi della Tariffa di Igiene Ambientale; ELABORAZIONE DATI: per ogni via/piazza/località ricadente nei Comuni in esame, sono stati consultati i seguenti dati: il numero di abitazioni associate ad ogni numero civico; il numero di persone residenti per ogni numero civico; la superficie totale di abitazioni per ogni numero civico. Via-Piazza- Numero Conteggio di Somma di Super. Località civico componenti abitanti totale BORRATINO BORRATINO Totale BORRO DI CETINA BORRO DI CETINA Totale CASENUOVE CASENUOVE Totale

10 ESEMPIO 1 STIMA POTENZIALITA INSTALLAZIONE IMPIANTI SOLARI TERMICI IN AMBITO COMUNALE; 2. Ipotesi predisposizione abitazioni Elaborazione dei dati per disposizione spaziale delle abitazioni in diversi piani, al fine di potere determinare la superficie del tetto disponibile per l installazione di collettori solari. IPOTESI: 1. Sfruttamento dei soli tetti di edifici composti da abitazioni (per problemi di carattere logistico/gestionale risulta problematico prevedere l installazione di collettori su edifici in cui vi deve essere il consenso di un elevato numero di abitanti. 2. Disposizione spaziale delle abitazioni in diversi piani; 3. Sfruttamento del 5% della copertura solare. NUMERO COMPONENTI ABITANTI SUP.TOT. [numero] [numero] [m2] TOTALE

11 Numero abitazioni 1 Abitazione Impianti solari termici ESEMPIO 1 STIMA POTENZIALITA INSTALLAZIONE IMPIANTI SOLARI TERMICI IN AMBITO COMUNALE; 2. Ipotesi predisposizione abitazioni Ipotesi Disposizioni spaziale abitazioni Superficie tetto IPOTESI 1 Unico piano Stetto = Stotale IPOTESI 2 Piano Terra + Primo Piano Stetto = Stotale/2 2 Abitazioni IPOTESI 1 Piano Terra + Primo Piano Stetto = Stotale/2 3 Abitazioni IPOTESI 1 Piano Terra + Primo Piano + Piano Secondo Stetto = Stotale/3 4 Abitazioni 5 Abitazioni 6 Abitazioni 8 Abitazioni 12 Abitazioni 16 Abitazioni IPOTESI 1 Piano Terra + Primo Piano Stetto = Stotale/2 IPOTESI 2 Piano Terra + Primo Piano + Piano secondo + Piano Terzo Stetto = Stotale/4 IPOTESI 1 Piano Terra + Primo Piano Stetto = Stotale/2 IPOTESI 1 Piano Terra + Primo Piano Stetto = Stotale/2 IPOTESI 2 Piano Terra + Primo Piano + Piano Secondo Stetto = Stotale/3 IPOTESI 1 Piano Terra + Primo Piano Stetto = Stotale/2 IPOTESI 2 Piano Terra + Primo Piano + Piano Secondo + Piano Terzo Stetto = Stotale/4 IPOTESI 1 Piano Terra + Primo Piano + Piano Secondo Stetto = Stotale/3 IPOTESI 2 Piano Terra + Primo Piano + Piano Secondo Stetto = Stotale/6 + Piano Terzo + Piano Quarto + Piano Quinto + Piano Sesto IPOTESI 1 Piano Terra + Primo Piano + Piano Secondo + Piano Terzo Stetto = Stotale/4 11

12 IPOTESI 1 => Pt 1 ABITAZIONE IPOTESI 2 => Pt+Pp ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp+Ps ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp IPOTESI 2 => Pt+Pp+Ps+Ptz ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp IPOTESI 2 => Pt+Pp+Ps ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp IPOTESI 2 => Pt+Pp+Ps+Ptz ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp+Ps+Ptz IPOTESI 2 => Pt+Pp+Ps+Ptz+Pq+Pss ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp+Ps+Ptz

13 IPOTESI 1 => Pt Impianti solari termici 1 ABITAZIONE IPOTESI 2 => Pt+Pp ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp+Ps ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp IPOTESI 2 => Pt+Pp+Ps+Ptz ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp IPOTESI 2 => Pt+Pp+Ps ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp IPOTESI 2 => Pt+Pp+Ps+Ptz ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp+Ps+Ptz IPOTESI 2 => Pt+Pp+Ps+Ptz+Pq+Pss ABITAZIONI IPOTESI 1 => Pt+Pp+Ps+Ptz 41 13

14 ESEMPIO 1 STIMA POTENZIALITA INSTALLAZIONE IMPIANTI SOLARI TERMICI IN AMBITO COMUNALE; 3. Metodologia ENEA 1. FASCIA SOLARE: 2 2. TIPO DI COLLETTORE: collettore solare piano, data la loro maggior diffusione sul mercato; 3. SOSTITUZIONE IMPIANTO TRADIZIONALE: sostituzione di boiler elettrici e di caldaie a gas/gasolio, assumendo che le due tipologie siano presenti sul territorio con una distribuzione pari al 30% per i boiler elettrici e 70% per le caldaie gas/gasolio, Risparmio specifico lordo per unità di superficie di collettori solari (RSL) Fascia solare RSL (kwh/anno/m 2 di superficie di collettori solari) Tipo di collettori solari Tipo di collettori solari Piani Sottovuoto Boiler elettrico Caldaia gas/gasolio Boiler elettrico Caldaia gas/gasolio RSL 0,3* ,7* ,3 [ kwh/ m 2 / a] 14

15 ESEMPIO 1 STIMA POTENZIALITA INSTALLAZIONE IMPIANTI SOLARI TERMICI IN AMBITO COMUNALE; 4. Metodologia ENEA 3. CALCOLO DEL RISPARMIO GLOBALE LORDO DI ENERGIA TERMICA: RL = RSL* S UTILE [kwh/ a] 4. VALUTAZIONE DEL SODDISFACIMENTO DEL FABBISOGNO ENERGETICO DELLE UTENZE: NMA * Fac * ΔT * Ng E = [kwh / a] 860 N MA è il numero di abitanti (desumibile da elaborazione di Tabella 2 per ogni singolo Comune); F ac è il fabbisogno di acqua calda per ogni componente (pari a 60 l/g, ENEA) in linea con il metodo di calcolo T è l aumento di temperatura richiesto all acqua calda rispetto alla temperatura di acquedotto (assunto mediamente pari a 40 C, sulla base delle indicazioni del metodo ENEA); N g è il numero di giorni/anno di richiesta di acqua calda (assunto mediamente pari a 330 giorni/anno). 15

16 ESEMPIO 1 STIMA POTENZIALITA INSTALLAZIONE IMPIANTI SOLARI TERMICI IN AMBITO COMUNALE; 4. Metodologia ENEA SUPERFICIE TOTALE MAX sup [m 2 ] MIN sup [m 2 ] Utilizzo collettore solare piano Energia solare annua (RL) kwh/anno Domanda energetica (E) kwh/anno

17 ESEMPIO 1 STIMA POTENZIALITA INSTALLAZIONE IMPIANTI SOLARI TERMICI IN AMBITO COMUNALE; 5. Ulteriori parametri di valutazione DEFINIZIONE DEL FABBISOGNO DI ACQUA CALDA SANITARIA (F ACS ) F ACS = N MA * F ac * N g [l / a] dove: N MA è il numero di abitanti (desumibile da elaborazione di Tabella 2 per ogni singolo Comune); F ac è il fabbisogno di acqua calda per ogni componente (pari a 60 l/g, metodo di calcolo ENEA); in linea con il N g è il numero di giorni/anno di richiesta di acqua calda (assunto mediamente pari a 330 giorni/anno). 17

18 ESEMPIO 1 STIMA POTENZIALITA INSTALLAZIONE IMPIANTI SOLARI TERMICI IN AMBITO COMUNALE; 5. Ulteriori parametri di valutazione DETERMINAZIONE ENERGIA TERMICA (CALDAIA BOILER ELETTRICO) Q IMPIANTOTERMICO F * T * ch 2O *% *3.600 ACS IMPIANTO [ kwh termico / a] F ACS è il fabbisogno di acqua calda definito al passaggio precedente; T è l aumento di temperatura richiesto all acqua calda rispetto alla temperatura di acquedotto (assunto mediamente pari a 40 K, sulla base delle indicazioni del metodo ENEA); c H2O è il calore specifico dell acqua pari a 4,186 KJ/(kg*K); % indica il soddisfacimento del fabbisogno di ACS con impianto remico ipotizzato; IMPIANTO è il rendimento dell impianto termico assunto pari a 0,8; è il valore numerico che consente il passaggio da kj/a a kwh/a. 18

19 ESEMPIO 1 STIMA POTENZIALITA INSTALLAZIONE IMPIANTI SOLARI TERMICI IN AMBITO COMUNALE; 5. Ulteriori parametri di valutazione DETERMINAZIONE ENERGIA TERMICA (CALDAIA BOILER ELETTRICO) Q IMPIANTOTERMICO F * T * ch 2O *% *3.600 ACS IMPIANTO [ kwh termico / a] 1 TEP kwhtermico F ACS è il fabbisogno di acqua calda definito al passaggio precedente; T è l aumento di temperatura richiesto all acqua calda rispetto alla temperatura di acquedotto (assunto mediamente pari a 40 K, sulla base delle indicazioni del metodo ENEA); c H2O è il calore specifico dell acqua pari a 4,186 KJ/(kg*K); % indica il soddisfacimento del fabbisogno di ACS con impianto remico ipotizzato; IMPIANTO è il rendimento dell impianto termico assunto pari a 0,8; è il valore numerico che consente il passaggio da kj/a a kwh/a. 19

20 SUPERFICIE TOTALE MAX sup [m2] MIN sup [m2] Utilizzo collettore solare piano Energia solare annua (RL) kwh/anno Domanda energetica (E) kwh/anno Fabbisogno ACS (FACS) l/anno Caldaia gas-gasolio Energia termica (QCALDAIA) kj/anno Energia termica (QCALDAIA) kcal/anno Energia termica (QCALDAIA) kwh/anno Risparmio fonti energetiche tradizionali (REPCald) TEP/anno Boiler elettrico Energia elettrica (QBOILER) kj/anno Energia elettrica (QBOILER) kwh/anno Energia elettrica (QBOILER) kwh/anno Energia primaria (QPRIMARIA) kwh/anno Risparmio fonti energetiche tradizionali (REPCald) TEP/anno Caldaia gas-gasolio + Boiler elettrico Risparmio fonti energetiche tradizionali TEP/anno

21 Esercitazione su casi di studio: installazione impianti solari termici Analisi tecnico-economica del sistema elettrico Mod.1 Fonti rinnovabili di energia (I Periodo) - Prof. Andrea Corti Ing. Lorenzo Burberi Dipartimento di Energetica "Sergio Stecco" Università degli Studi di Firenze via di S. Marta Firenze (Italy) Tel , Fax lorenzo.burberi@gmail.com