Sistemi solari attivi a scala di edificio: solar cooling Autori: Mario Motta SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Indice SUPSI Il contesto Solar cooling: modulo 4 _ lezione 1 Indice Il contesto Perché usare l’energia solare per il condizionamento Attività di ricerca e impianti dimostrativi SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Il contesto Il protocollo di Kyoto: riduzione delle emissioni di CO2 del 6,5% rispetto ai livelli del 1990. Libro bianco: 100 mio m2 di collettori solari termici installati in EU entro 2010, (3 milioni di m2 in Italia). Mercato Europeo cresciuto del 25% nel 2005, 47% in 2006, (prevista crescita intorno al 30% nel 2007). Il parlamento Europeo e poi consiglio d’Europa proposto obiettivi vincolanti per paesi EU: entro il 2020 al 20% la quota di rinnovabili nel mix energetico. Direttive Europee: direttiva 2002/91/CE: certificazione energetica degli edifici“: decreti attuativi potrebbero introdurre obbligatorietà per il solare termico per utenze pubbliche Progetto di direttiva sulla “promotion of the use of energy from renewable source” del 23 Gennaio 2008 I meccanismi di mercato: certificati verdi, bianchi e neri Struttura peculiare italiana della produzione e dei consumi SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Il mercato mondiale del condizionamento dell’aria Mercato mondiale sistemi di condizionamento dell’aria stazionari circa 39 miliardi US$ nel 2004 previsto (56 miliardi US$ 2008) Piu‘ grandi Asia e USA, Europeo frazione pari a 12 % Dominato da RAC più della metà del mercato, leader di mercato in Cina e Asia Registrano forti crescite mercati Europei: Francia duplica vendite rispetto a 2003 con circa 600.000 unità. Circa 12 % macchine per produzione di acqua refrigerata (cifre non includono unita di trattamento aria centralizzate) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Mercato Europeo CAC SUPSI 1200 Mio m2 superfice utile condizionata nel 2000 (3m2/abitante), 2200 Mio m2 nel 2010 (5m2/abitante), con quota 25% di tecnologie reversibili. 51 TWh di consumo per AC nel 2000 (18 MtCO2) stimato: 95 TWh nel 2010 (33 MtCO2) Fonte: EECCAC, National shares of installed CAC-cooled floor area in EU buildings in 1998 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Mercato Europeo CAC SUPSI Il mercato mondiale, tassi vendita annuale condizionatori piccola taglia (room air conditioners - RAC units) Fonte: F. Butera: The use of environmental energies for sustainable building in Mediterranean climates; Intelligent Building Middle East, Bahrain, December 2005 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Capacità installata annualmente per RAC Fonte: F. Butera: The use of environmental energies for sustainable building in Mediterranean climates; Intelligent Building Middle East, Bahrain, December 2005 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Il mercato italiano (2005) SUPSI Previsioni confermate da studi di settore Mercato 2004 tasso di crescita superiore al 140%, circa 2.8 milioni di unità (Gen-Ago) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Classificazione delle tecnologie Mezzo Termovettore Soluzione Tecnologica oggi non sono disponibili soluzioni tecnologiche che consentano di sostituire i sistemi distribuiti con sistemi alimentati ad energia solare termica solo sistemi centralizzati possono essere oggetto di applicazioni basate sullo sfruttamento di energia termica (solare) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Uso degli impianti solari termici Acqua calda sanitaria (ACS) Riscaldamento degli edifici + ACS Reti di teleriscaldamento Piscine Climatizzazione dell‘aria/refrigerazione Utenze industriali SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Shares of the European Solar Thermal Market Fonte: Estif – Solar Thermal Markets in Europe 2006 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Stock installato in Europa Fonte: Estif – Solar Thermal Markets in Europe 2006 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Riscaldamento + AC SUPSI Domanda calore ed energia solare disponibile 500 1000 1500 2000 2500 3000 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec [kWh/month] Radiazione in eccesso Domanda in eccesso Energia solare utilizzabile Irraggiamento Consumo di riferimento 1 2 3 SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Solar cooling: schema generale Processo alimentato termicamente Calore Acqua refrigerata Aria condizionata Volano termico? Rilascio calore? Carico e distribuzione? Solar cooling: Condizionamento e refrigerazione Tipologie di impianto possono essere molto diverse SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Adattamento della tecnologia Adattamento della tecnologia alle condizioni climatiche e all’utenza Carichi utenza condizioni climatiche macchina refrigerante condizioni di carico collettore solare SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Carichi di condizionamento estivi aria mandata aria esplusione Trattamento aria esterna (temperatura + umidità) Trasmissione per conduzione (temperatura) Guadagni interni (temperatura + umidita) Apporti solari (temperatura) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Esempio profili giornalieri 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 4 8 12 16 24 Ora del giorno Carichi condizionamento estivo, Wh/m2 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Radiazione sul collettore, Wh/m2 carichi di cond. estivo sul collettore radiazione Esempio: Edificio uffici Madrid giorno di luglio SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Esempio profili annuali Edificio residenziale Napoli SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Esempio profili annuali Edificio uffici Madrid SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Perché usare l’energia solare per il condizionamento Carichi di condizionamento e guadagni solari sono in fase: su base stagionale - il fabbisogno di condizionmento e‘ maggiore quando c‘è più sole!! Riduzione dei consumi finali: risparmi in termini di energia primaria e riduzione dei picchi di potenza di elettricita dovuti al condizionamento (refrigerazione, deumidificazione) Impianti solari termici: miglior utilizzo degli impianti, utilizzare l‘energia solare tutto l‘anno. Ammortamento più rapido grazie alla possibilità di coprire più ampia parte del fabbisogno. SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Attività di ricerca e sistemi realizzati Primo impianto, inizio del secolo scorso: 1907 Parigi Impulso negli anni ottanta: USA e Giappone Task 25 SHCP (IEA): 1999 concluso Novembre 2004 Task 38 Solar Air-conditioning and refrigeration. Ottobre 2006 Settembre 2009 Impianti dimostrativi: circa 97 impianti in Europa censiti a fine 2007, si stima circa 150 ad oggi. Mondo: 250 unità stimate. Potenza frigorifera installata circa 7.7 MWfr Area collettori totale installata circa 21600 m2 (15.1 MWth) TASK 38 Solar Air-Conditioning and Refrigeration SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Esempio 1 Condizionamento dell‘aria presso un‘industria di cosmetici (Grecia) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Esempio 2 Condizionamento dell‘aria clinica universitaria di Friburgo (Germania) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Esempio 3 SUPSI Raffrescamento cantina, Banylus (Francia) Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Esempio 4 Condizionamento dell‘aria macchina edificio uffici – Pristina (Kosovo) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Esempio 5 SUPSI Condizionamento sala seminari, Friburgo (Germania) Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA

Esempio 6 Condizionamento dell‘aria in un hotel a Dalaman (Turchia) SUPSI Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana Dipartimento Ambiente Costruzioni e Design Istituto di Sostenibilità Applicata all’ Ambiente Costruito UNIVERSITÀ DELLA SVIZZERA ITALIANA ACCADEMIA DI ARCHITETTURA