WineCenter Caldaro una nuova soluzione energetica Dott. Ing. Georg Felderer Via Negrelli Straße 13 39100 Bolzano / Bozen Tel.: 0471 054040 KLIMAHOUSE 07
Il WineCenter a Caldaro Il WineCenter a Caldaro è il nuovo punto vendita della cantina di Caldaro strategicamente posizionato vicino alla Strada che porta al centro di Caldaro e al Lago di Caldaro Utilizzo della struttura: edificio commerciale di vendita vini aperto tutto l anno volume climatizzato: 2.950 m 3
Obbiettivi della committenza Oltre alle aspettative architettoniche e funzionali, gli obiettivi della committenza nell ambito energetico erano: Creare un ambiente confortevole tutto l anno per favorire il piacere di degustare dei buoni vini e per poter sfruttare la struttura anche per manifestazioni sempre per meglio promuovere i vini Riscaldamento e raffrescamento dell edificio Ventilazione meccanica dell edificio Trovare un concetto energetico al risparmio anche per contribuire alla tutela del clima Sfruttamento di sistemi di approvvigionamento energetico possibilmente rinnovabili o di utilizzo razionale dell energia Ventilazione meccanica con elevato recupero termico
Il concetto proposto e realizzato La necessità del raffrescamento estivo ha portata alla scelta di un sistema razionale per il riscaldamento e raffrescamento e di conseguenza ad un sistema a pompa di calore con scambio geotermico a bassa temperatura. Pompa di calore con scambio geotermico reversibile per la copertura del carico di base del riscaldamento invernale Integrazione della punta invernale di riscaldamento e produzione di acqua calda sanitaria mediante una caldaia a gas naturale a condensazione Raffrescamento estivo mediante pompa di calore con scambio geotermico che può funzionare anche in free cooling Scambio termico con il terreno mediante sonde geotermiche Scambio termico con gli ambienti climatizzati mediante panelli radianti a pavimento con l integrazione delle punte mediante ventilazione e ventilconvettori Ventilazione meccanica per il ricambio igienico dell aria e per la deumidificazione estiva
La pompa di calore La pompa di calore è una macchina che con energia meccanica riesce a trasferire calore da una temperatura bassa ad una temperatura più elevata Evaporatore: fa evaporare totalmente il fluido ed assorbe calore a bassa temperatura Compressore: comprime il gas, riscaldandolo e portandolo dal livello basso di pressione al livello alto Condensatore: condensa il gas ad alta temperatura e cede calore Valvola di espansione: espande il liquido, lo fa parzialmente evaporare e lo porta dal livello alto di pressione al livello basso Condizioni necessarie per un efficiente funzionamento della pompa di calore è un basso salto termico fra energia assorbita ed energia ceduta. compressore energia meccanica (elettrica) cessione di calore condensatore valvola di laminazione evaporatore assorbimento di calore
Possibilità di sfruttamento del calore del terreno e della cessione di calore al terreno: Acqua di falda molto spesso problemi di autorizzazione, costi degli impianti relativamente limitati, spesso problemi di insabbiamento Calore del terreno tramite strutture in cemento a contatto col terreno sistema chiuso, non ci sono problemi amministrativi per autorizzazioni, utilizzo di componenti della struttura con funzioni statiche, pochi costi aggiuntivi Calore del terreno tramite sonde o collettori orizzontali sistema chiuso, pochi problemi a livello amministrativo realizzazione delle sonde con lavoro aggiuntivo costoso
Sonde geotermiche verticali Perforazioni verticali nelle quali si annegano tubazioni in materiale plastico (PE). Profondità tra ca. 30 m e ca. 200 metri. Vantaggi: necessitano di poco spazio in superficie; le oscillazioni stagionali di temperatura in prossimità della superficie del terreno hanno un influenza minima
Scambio di calore con gli ambienti da climatizzare Il sistema pompa di calore funziona bene ad elevate efficienze con sistemi radianti: riscaldamento e raffrescamento a pavimento riscaldamento e raffrescamento a parete riscaldamento e raffrescamento mediante controsoffitti radianti riscaldamento e raffrescamento mediante attivazione termica delle masse Il sistema geotermia con pompa di calore non è adatto a sistemi di riscaldamento ad elevata temperatura (radiatori)
Vantaggi del calore del terreno Il sottosuolo mantiene una temperatura costante in inverno ed estate Pompe di calore che sfruttano l aria esterna hanno un coefficiente di effetto utile relativamente basso quando vengono maggiormente richieste Le pompe di calore che sfruttano il calore del terreno hanno un coefficiente di effetto utile decisamente migliore
Comportamento dell impianto nell arco dell anno
L applicazione della geotermia al WineCenter
I dati di progetto Edificio commerciale di vendita vini della Cantina di Caldaro con un volume climatizzato pari a 2.950 m3 Sfruttamento del calore del terreno attraverso sonde geotermiche in raffrescamento: 51 kw in riscaldamento: 80 kw Potenza della pompa di calore: 16, fra 80 e 100 m di profondità 1.400 m Riscaldamento e raffrescamento ambientale di base attraverso panelli radianti a pavimento Copertura delle punte di riscaldamento e raffrescamento mediante ventilazione controllata Copertura della deumidificazione di punta mediante 2 ventilconvettori Ventilazione con un ricambio d aria pari a ca. 2 volumi ora ed una portata volumetrica di 5.000 m3/h con recuperatore termico di efficienza superiore al 90% e con recupero dell umidità che raggiunge il 67% Fabbisogno termico: numero di sonde: lunghezza complessiva delle sonde: in raffrescamento: 2 pompe potenza totale: 48 kw in riscaldamento: 2 pompe potenza totale: 60 kw Tempo di realizzazione: Inizio lavori: 3 Novembre 2005 inaugurazione: 14 Aprile 2006
Inizio lavori: perforazione delle sonde geotermiche Foto del 16.11.2005 e del 06.12.2005
Preparazione del getto del tetto e installazioni nella centrale 07.02.2006 21.02.2006
21.02.2006 Getto del tetto e avanzamento dell installazione in centrale
Posa della ventilazione e delle tubazioni nel sottofondo e dopo il getto di un alleggerito posa dei panelli radianti a pavimento 11.03.2006 16.03.2006
Isolamento termico parete esterna: parete in calcestruzzo da 30 cm, isolata con lana di roccia da 12 cm; U = 0,31 W/m 2 K tetto: solaio in calcestruzzo da 40 cm, isolato con vetro cellulare da 18 cm; U = 0,23 W/m 2 K facciate vetrate: U g = 1,1 W/m2K, U w = < 1,3 W/m2K, fattore solare g < 0,33
La centrale di riscaldamento raffrescamento e di ventilazione finita Le due pompe di calore La caldaia a condensazione con bollitore per l acqua calda
La macchina di ventilazione ad elevatissima efficienza Il sistema di accumulo inerziale con sistema di valvole
Il risparmio energetico ed il calcolo economico Fabbisogno energetico calcolato: per riscaldamento: 80.000 kwh/a per raffrescamento: 40.000 kwh/a COPERTURA DEL FABBISOGNO CON UN IMPIANTO TRADIZIONALE CALDAIA A CONDENSAZIONE E GRUPPO FRIGORIFERO ARIA - ACQUA: Copertura con impianto tradizionale a gas naturale di efficienza media pari al 90% e gruppo frigorifero aria acqua con COP medio pari a 2,8: Fabbisogno di gas naturale: 9.200 Nm 3 /a Energia elettrica per raffrescamento: 14.600 kwh el /a Costi di esercizio per combustibile ed energia elettrica per il funzionamento di un impianto tradizionale: Costo per il gas naturale: 6.400,00 /a Costo per l energia elettrica: 1.750,00 /a Costo complessivo: 8.150,00 /a
COPERTURA DEL FABBISOGNO CON IMPIANTO RELIZZATO A POMPA DI CALORE GEOTERMICA REVERSIBILE CON CALDAIA A GAS A CONDENSAZIONE PER LA COPERTURA DELLE PUNTE INVERNALI: Copertura del 85% del fabbisogno per riscaldamento con impianto a pompa di calore geotermica con COP pari a 3,8 e copertura dei restanti 15% con caldaia di punta a gas naturale di efficienza media pari al 90%: Fabbisogno di gas naturale: 1.375 Nm 3 /a Energia elettrica per riscaldamento: 17.900 kwh el /a Copertura del fabbisogno per raffrescamento con impianto a pompa di calore geotermica con COP pari a 4,2: Energia elettrica per raffrescamento: 9.700 kwh el /a Costi di esercizio per combustibile ed energia elettrica per il funzionamento di un impianto a pompa di calore geotermica con caldaia di punta a gas naturale a condensazione: Costo per il gas naturale: 960,00 /a Costo energia elettrica per riscaldamento: 2.150,00 /a Costo energia elettrica per raffrescamento: 1.150,00 /a Costo aggiuntivo per manutenzione 350,00 /a Costo complessivo: 4.610,00 /a
LA STIMA DEI MAGGIORI ONERI ED IL RISPARMIO ECONOMICO: Il risparmio economico del costo d esercizio annuali: In termini assoluti: 3.540,00 /a In percentuale: 43 % Costi aggiuntivi per l impianto a pompa di calore reversibile con scambio geotermico rispetto all impianto tradizionale con incentivi Provinciali a Bolzano pari al 30% sull investimento pompa di calore con sonde geotermiche: 33.600,00 Tempo di ritorno economico: tenendo conto degli incentivi: 9,5 anni
IL CONFRONTO DELLE EMISSIONI DI CO 2 PER DEFINIRE L EFFICIENZA ENERGETICA DEL SISTEMA Impianto tradizionale con caldaia a condensazione e gruppo frigorifero aria acqua: Emissioni di CO 2 per il gas naturale: 22.200 kgco 2 /a Emissioni di CO 2 per l energia elettrica per raffrescamento: 9.400 kgco 2 /a Somma delle emissioni: 31.600 kgco 2 /a Impianto a pompa di calore geotermica con caldaia di punta a gas naturale a condensazione: Emissioni di CO 2 per il gas naturale : 3.400 kgco 2 /a Emissioni di CO 2 per l energia elettrica per riscaldamento: 11.600 kgco 2 /a Emissioni di CO 2 per l energia elettrica per raffrescamento: 6.300 kgco 2 /a Somma delle emissioni: 21.300 kgco 2 /a Riduzione delle emissioni di CO 2 : In termini assoluti: 10.300 kgco 2 /a In percentuale: 33 %
Conclusioni In termini economici l applicazione della geotermia porta a dei risparmi in percentuale elevatissimi, in termini assoluti sono limitati in quanto l applicazione in edifici a basso consumo energetico ha già di partenza un potenziale di risparmio abbastanza contenuto. Gli impianti a pompa di calore geotermica sono energeticamente ed economicamente vantaggiosi, se sono usata anche per il raffrescamento.
Il risparmio energetico in termini di energia primaria e di conseguenza la riduzione delle emissioni di CO 2 sono pari al 33% e quindi molto elevati. L impianto a pompa di calore porta a possibili applicazioni di copertura completa del fabbisogno energetico per riscaldamento e raffrescamento con energia rinnovabile, abbinando l impianto ad un impianto fotovoltaico.
Committente: Kellerei Kaltern - Caldaro Via Cantine, 12 39052 Caldaro Architettura: Dott. Arch. Peter Zoderer Feld72 Schottenfeldgasse 72 a 1070 Vienna Concetto energetico: Dott. Ing. Georg Felderer INGENIEURE Felderer & Klammsteiner Via Negrelli 13 39100 Bolzano Fotografie architettoniche: Hertha Hurnaus, Vienna