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

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1 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

2 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

3 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)

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6 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.

7 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

8 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)

9 ASPETTI ECONOMICI

10 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.

11 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

12 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

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

14 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

15 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.

16 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 = 90720 MJ/anno Il risparmio ottenuto è pari a: Se lextra-costo della pompa di calore è assunto pari a 1000 /kW ovvero 20000 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.