Università degli Studi di Perugia Facoltà di Ingegneria Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici prof. ing. Francesco Asdrubali a.a. 2007/08 PRODUZIONE E DISTRIBUZIONE CENTRALIZZATA DI CALORE

La tendenza verso la centralizzazione ha incontrato in questo settore difficoltà maggiori che per altri servizi (elettricità, gas, acqua) VANTAGGI- migliori rendimenti combustione (pieno carico) - gestione dei guasti - minori costi di gestione - riduzione rischi incendio - minori ingombri per volumi tecnici - possibilità bruciare combustibili diversi - possibilità depurare fumi - possibilità tecniche controllo e gestione - minore manodopera - minori trasporti RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE IMPIANTI AUTONOMI 70-75% RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE IMPIANTI CENTRALIZ. 90% PERDITE RETE IMPIANTI CENTRALIZZATI 5-10% VANTAGGIO IN TERMINI DI RENDIMENTO 5-15% (0,01-0,1 tep anno pro-capite) 2-3% consumo totale fonti primarie INTRODUZIONE

IMPIANTI di TELERISCALDAMENTO - di quartiere (DISTRICT HEATING) - urbani OSTACOLI- cooperazione di soggetti pubblici e privati - pianificazione urbanistica e edilizia - elevati costi capitali ITALIA- tendenza forte individualismo - contenuta durata stagione invernale - lunghi tempi ritorno (brevi inverni) - interferenza con altri reti tecnologiche ad albero CONFIGURAZIONE RETEad anello a maglia accessibilità isolamento (anche idrico) PARTICOLARI COSTRUTTIVI dilatazioni infiltrazioni urti e correnti vaganti acqua calda FLUIDO TERMOVETTOREacqua surriscaldata vapore (fluidi diatermici)

DIMENSIONAMENTO DELLE RETI minimo costo di distribuzione del calore c COSTO CAPITALE - scavi, ripristini, opere civili5-20% - tubazioni, accessori5-40% - organi intercett., compens.5-30% - sottocentrali, allacci10-40% - pompe1-3% - interessi sul capitale(10-30%) COSTO DI ESERCIZIO - personale, spese generali, manutenzione10-40% COSTO MARGINALE - energia per circolazione fluidi1-30% - dispersioni e perdite5-30% Lottimizzazione si esegue provvedendo a definire i diametri in via iterativa, ottimizzando contemporaneamente lo spessore di isolante.

Valutazione costi: analisi di sensitività Per una data area, il costo c è tanto minore quanto maggiore è la potenza termica totale installata e quanto più piccolo è il numero di sottocentrali su cui si ripartisce. I valori dellarea della zona servita non superabili sono: acqua calda : pochi km 2 acqua surriscaldata: fino a 10 km 2 vapore: più di 10 km 2

COSTO TOTALE DEL SERVIZIO produzione e distribuzione del calore C costo sia delle centrali che della rete - il costo di primo impianto di una centrale risulta sempre minore della somma dei costi di piccole centrali di uguale potenza totale - il costo delle rete può essere superiore a quello della centrale ASPETTI ECONOMICI Densità edilizia lineare (m 3 /m): rapporto tra la volumetria edilizia servita da una sottocentrale e il tratto di rete necessario per collegarle. raggio medio di azione: distribuzione nello spazio dei carichi termici. Il costo C totale risulta crescente con il raggio medio di azione, al punto di poter individuare un valore oltre il quale non risulta più conveniente centralizzare la produzione di calore (pochi km)

ASPETTI ECONOMICI

Diseconomie riscaldamento urbano centralizzato - posa in opera reti in centri storici; - rete del gas già esistente. VALUTAZIONE INTEGRATA costi moltiplicazione del rischio combustibili utilizzabili impatto ambientale Si deve considerare il funzionamento a regime variabile, in genere lontano dalle condizioni estremali considerate per il dimensionamento.

USO STAGIONALE u = 0,25 Per limitare i costi fissi si può contenere la potenza massima installata con serbatoi di raccolta del fluido caldo Laliquota di potenza complementare ad u risulta improduttiva

Al fine di aumentare per quanto possibile lutilizzazione dellimpianto si ricorre spesso a produzione in cascata di energia elettrica e termica (cogenerazione). Il funzionamento può anche avvenire nei mesi estivi, impiegando il calore in macchine frigorifere ad assorbimento (trigenerazione) ASPETTI FINANZIARI E TARIFFE Auspicabile tariffa binomia come per en. Elettrica Non esistono codificazioni valutazione exergetica

Come per la cogenerazione, si cerca una produzione ottimale di calore a bassa temperatura. ANALISI ENERGETICA POMPE DI CALORE

Ipotizzando un rendimento del generatore pari all88%, la resa calorica è: Costo energia elettrica per la pompa di calore: C el = 0,13 /kWh = 0,0361 /MJ Affinchè risulti conveniente impiegare la pompa di calore, deve risultare: ANALISI ECONOMICA Costo combustibile per una caldaia tradizionale (metano): 0,66 /mc

ANALISI GLOBALE Per installare una pompa di calore si deve affrontare un extra-costo In base al diagramma la pompa di calore può funzionare per 2/3 della stagione a 3/4 della sua potenza nominale. Ciò avviene perchè al di sotto di certe temperature esterne, è comunque necessario ricorrere a sistemi di riscaldamento tradizionali.

Ipotizzando una potenza nominale di 20 kW, che funzioni per 14 ore al giorno e che la stagione duri 180 giorni, lenergia complessivamente fornita è: Q = 20 x 3/4 x 180 x 2/3 x 14 x 3,6 = MJ/anno Il risparmio ottenuto è pari a: Se lextra-costo della pompa di calore è assunto pari a 1000 /kW ovvero per lintero dispositivo, linvestimento non risulta sostenibile. Se viene acquistato un refrigeratore per il raffrescamento estivo, lextra-costo della pompa di calore è limitato solo al maggiore investimento per il funzionamento invernale, con conseguente variazione del conto economico.