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Strumenti per valutazioni preliminari e progettazione Autori:Mario Motta SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento.

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Presentazione sul tema: "Strumenti per valutazioni preliminari e progettazione Autori:Mario Motta SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento."— Transcript della presentazione:

1 Strumenti per valutazioni preliminari e progettazione Autori:Mario Motta SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 1 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

2 Indice SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 2 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Parametri progettuali Solar fraction Energia primaria Progettazione Analisi economica Esempi

3 Parametri progettuali SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 3 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Principali parametri progettuali che determinano la prestazione energetica ed economica dei sistemi solar cooling e il conseguente potenziale di risparmio in termini di energia primaria Tipo di collettore Dimensione campo collettori Dimensione serbatoio (solare) Tipo di sistema di Back-up

4 Il calcolo della SF per il solar cooling SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 4 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Elementi di complessità superiore rispetto ai sistemi solar-combi Necessità di avere un metodo valido sia per sistemi che usano backup termico che per sistemi con backup convenzionale: ridurre le valutazioni in termini di Energia Primaria (PE)

5 Analisi energia primaria (PE) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 5 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Fonti energia termica: collettori solari + caldaia Fattore di conversione in lenergia primaria per en. elettrica: 0.36 Fattore di conversione in lenergia primaria per combustibili fossili: 0.9

6 Conseguenza delle prestazioni in termini di PE SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 6 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Valori elevati di Solar Fraction (SF) per condizionamento sono necessari per impianti con sistema di backup a combustibile fossile con bassi valori di COP Valori bassi di SF sono accettabili se si impiegano sistemi di condizionamento con alti COP Alternativa e sempre luso di macchine frigorifere convenzionali come backup (e.g. Impianti di grosse dimensioni). Si ha sempre riduzione fabbisogno PE Riduzioni fabbisogno PE sono sempre ottenute con sistemi completamente alimentati ad energia solare autonomi. Non esiste sempre garanzia di mantenimento condizioni di comfort. In ogni caso luso dellimpianto solare và massimizzato attraverso la fornitura ad altre utenze: riscaldamento e acqua calda sanitaria

7 Il calcolo della SF: scelte progettuali SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 7 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA La progettazione di un impianto SAC implica per la maggior parte le seguenti scelte: Scelta della macchina refrigerante più appropriata per il sistema di condizionamento scelto Scelta del tipo di collettore solare adatto alla tecnologia refrigerante selezionata Dimensionamento del campo colletori e dellimpianto solare in generale in base alle prestazioni desiderate in termini energetici ed economici

8 Parametri prestazionali SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 8 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Risparmio in termini di energia primaria rispetto a sistema convenzionale; bilancio energetico completo (incluso pompe, ventilatori etc.) Indicatori economici Costo investimento: costi totali dinvestimento incluso progettazione Costi totali annui: investimento + costi operativi basati su bilancio energetico annuo + costi manutenzione costo energia primaria risparmiata rispetto a sistema convenzionale preso come riferimento

9 Metodi di progettazione e criteri di scelta SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 9 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

10 Strumenti atti alla progettazione SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 10 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Scelta della tipologia dimpianto. Task 25 decision scheme Calcolo dei parametri principali del sistema solare: superficie collettori, dimensione serbatoio. Analisi parametrica: SACE tool (Easy cool light, Solar air-conditioning for Europe) Progettazione definitiva o casi particolari: TRNSYS SOLAC design tool – Task 25 SHC IEA

11 Il Task 25 Decision scheme SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 11 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

12 SACE tool - Easycool SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 12 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

13 Risultati caso studio: parametri principali SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 13 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA climates Merida Athens Palermo Madrid Perpignan Freiburg Copenhagen loads Hotel Office building Lecture room

14 Risultati esempio: configurazioni sistema SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 14 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

15 Esempio: chiller assorbimento con backup termico SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 15 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA ==> bilancio energetico globale, include consumi elettrici pompe e torre evaporativa ==> analisi dei costi (investimento, manutenzione, funzionamento, progettazione,...) solar collector backup heater thermally driven chiller heat storage cooling tower

16 Esempio: energia primaria risparmiata SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 16 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Madrid Edificio uffici Collettori solari piani back-up: caldaia a gas Macchina ad assorbimento Area collettori crescente

17 Esempio: costi annuali SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 17 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Madrid Edificio uffici Collettori solari piani back-up: caldaia a gas Macchina ad assorbimento Area collettori crescente

18 Esempio: costo energia primaria risparmiata SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 18 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA minimo Madrid Edificio uffici Collettori solari piani back-up: caldaia a gas Macchina ad assorbimento

19 Risultati caso studio: costo PE risparmiata SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 19 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Riferimento sistema convenzionale ==> Costo PE risparmiata minimo D energia primaria =riduzione fabbisogno PE del sistema SAC rispetto a sistema convenzionale di riferimento D costo annuale =costi aggiuntivi per sistema SAC rispetto a sistema convenzionale di riferimento

20 Scenari di costo SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 20 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

21 Sommario riduzione fabbisogno PE SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 21 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Sistemi autonomi e con back-up elettrico danno sempre luogo a riduzione fabbisogno PE. I secondi anche con basse SF al fine di ridurre consumo di energia elettrica. E spesso possibile riduzione di fabbisogno PE consistenti con sistemi back up a combustibile fossile (e.g. gas) anche rispetto alle macchine refrigeranti ad espansione diretta più efficienti. Sistemi con back-up alimentato a combustibile fossile (e.g. gas) devono rientrare in un determinato intervallo di SF per ottenere voluta riduzione PE Valori tipici campo collettori in rapporto area edificio uffici: 0,1 – 0,3 [m 2 /m 2 ] Valori tipici di campo collettori per tecnologia impiegata:

22 Sommario analisi economica SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 22 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Sistemi SAC costi dinvestimento maggiori rispetto a tecnologie convenzionale; cruciale la valutazione della quota annuale di PE risparmiata. Molteplicità di parametri che influenzano la prestazione, difficile trovare risposta univoca senza utilizzare strumenti di calcolo capaci di valutare il funzionamento annuale. Nellambito del progetto supportato dalla EU, SACE - Solar Air Conditioning in Europe, è stato realizzato uno studio energetico-economico sui sistemi SAC. Guida per studi di potenziale o fattibilità. Uno software, basato su algoritmi semplificati, è stato sviluppato al fine di studiare molteplici configurazioni dimpianto, per diverse tipologie di utenza e condizioniclimatiche.

23 Rispetto a una tecnologia convenzionale che usa sistemi a compressione: % di risparmi in termini di PE sono ottenibili per sistemi che producono acqua refrigerata % di risparmi in termini di PE sono ottenibili per sistemi DEC Costi di investimento tra 1.5 e 2.5 volte più elevati di sistema convenzionale Costi annuali circa % più elevati per sistemi di piccole dimensioni (potenza frigorifera < 50 kW) e % per sistemi di grandi dimensioni Finanziamento del campo collettori di circa 200 /m 2 porta a situazioni vicine a cost break-even (i.e., il sistema si ammortizza durante lattesa di vita) Stato attuale SAC non sono economicamente competitivi nella maggior parte dei casi; E necessario ulteriore sviluppo sia delle tecnologie solari che delle macchine refrigeranti per queste applicazioni per aumentare la competitività del settore; Necessità di incentivi in funzione della tipologia di utenza, della zona climatica, della struttura tariffaria. Che forme di aiuto sono più adatte? Sommario prestazione economica ed energetica SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 23 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

24 Cosa resta da fare.. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all Ambiente Costruito Solar cooling: modulo 4 _ lezione 4 24 UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA Standardizzazione sistemi piccole dimensioni. Sistemi solar combi plus Esperienza impianti grandi dimensioni per AC e refrigerazione Sviluppo di nuovi componenti e tipologia dimpianto: Adsorbimento, nuovi DEC, diverse tipologie utenza Diffusione informazione/know-how TASK 38 Solar Air-Conditioning and Refrigeration


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