Valutazioni preliminari sull'impianto lato utente PDF

VALUTAZIONI PRELIMINARI SULL’IMPIANTO LATO UTENTE Potenza utile nominale teleriscaldamento Nel momento in cui si desidera valutare la possibilità di usare il teleriscaldamento è fondamentale tenere in considerazione alcuni aspetti tecnici dell’impianto che deve essere installato prima di procedere...

VALUTAZIONI PRELIMINARI SULL’IMPIANTO LATO UTENTE Potenza utile nominale teleriscaldamento Nel momento in cui si desidera valutare la possibilità di usare il teleriscaldamento è fondamentale tenere in considerazione alcuni aspetti tecnici dell’impianto che deve essere installato prima di procedere con l’allacciamento. Il teleriscaldamento può essere utilizzato in qualsiasi tipo di edificio, sia di nuova costruzione sia esistente, sia dotato di impianto di tipo centralizzato sia autonomo, anche se integrati con l’utilizzi di altre fonti rinnovabili termiche (es: solare termico). Un ruolo centrale viene svolto dallo scambiatore di calore, un dispositivo collegato al sistema di teleriscaldamento che consente lo scambio di energia termica tra due fluidi: il primo è l’acqua calda prodotta dalla caldaia centralizzata e il secondo è il liquido dell’impianto di riscaldamento domestico. Lo scambiatore viene installato in un apposito locale dell’edificio, sostituendo usualmente la preesistente caldaia: le dimensioni di questa tecnologia vengono stabilite in relazione alla potenza termica richiesta. Normalmente, a parità di fabbisogno energetico del cliente, si occupa meno spazio. Come migliorare il rendimento dello scambiatore di calore, teleriscaldamento Per massimizzare il rendimento dell’impianto è preferibile che le tubazioni siano ben coibentate per evitare dispersioni. Per comprendere l’importanza della coibentazione è sufficiente ricordare che, quando manca, si può assistere ad una dispersione termica dell’impianto del 25%-30% , con ripercussioni negative sui costi finali in bolletta. In condizioni standard e di buona coibentazione, la percentuale di dispersione termica è intorno al 4%- 5%. Inoltre, è opportuno porre attenzione all’impianto di ricircolo dell’acqua calda sanitaria nella fase di realizzazione e gestione: in questo senso è preferibile ridurre al minimo la presenza di by-pass nell’impianto domestico che abbiano l’effetto di ricircolo continuo di portate di acqua calda. Al tempo stesso, per ridurre le dispersioni termiche e aumentare l’efficienza dello scambiatore del teleriscaldamento è preferibile impostare una temperatura di regolazione non troppo elevata. Infatti, aumentare la temperatura (anche di 1 solo grado) implica un incremento dei consumi tra il 6% e il 10% in base alla maggiore o minore efficienza dell’isolamento termico dell’impianto. TELERISCALDAMENTO VANTAGGI E SVANTAGGI Lo scopo del teleriscaldamento è quello di aumentare l’efficienza dei sistemi di riscaldamento e, allo stesso tempo, diminuire le emissioni di CO2. L’impianto di teleriscaldamento permette quindi non solo di ridurre costi del trasporto del combustibile, ma anche di rendere più ecologica questa fase. Di conseguenza, appare evidente come l’impiego del teleriscaldamento consenta di godere di alcuni vantaggi, tra cui: riduzione delle emissioni inquinanti: l’energia viene prodotta in modo più efficiente; maggiori controlli sugli scarichi dei fumi prodotti dalla centrale: consente di monitorare con più precisione la qualità dell’acqua che viene riscaldata; risparmio sulla manutenzione: il consumatore è sollevato dai costi di manutenzione periodica del sistema di generazione del calore; riduzione dell’ingombro: passando al teleriscaldamento, la caldaia viene sostituita con uno scambiatore che - a parità di potenza - occupa meno spazio; aumento della sicurezza: dal momento che negli impianti di teleriscaldamento la caldaia viene sostituita da uno scambiatore di calore, l'assenza di combustibili e di combustione riduce i pericoli che potrebbero derivare dalle fughe di gas. TELERISCALDAMENTO VANTAGGI E SVANTAGGI uso più efficiente dell'energia primaria, sia quando è effettuato in centrali di cogenerazione, sia quando viene utilizzato calore di recupero da processi industriali; possibilità di sfruttare fonti energetiche rinnovabili (biomasse, geotermia, solare termico), recupero energetico da rifiuti solidi urbani (inceneritore) e a costo zero (calore di scarto da processi industriali); maggiore sicurezza energetica, derivante dalla possibilità di sfruttare più fonti energetiche contemporaneamente, disponibili a livello locale (inceneritore dei rifiuti, fonti energetiche rinnovabili, etc.); possibilità di delocalizzare l'inquinamento in zone a minore densità abitativa e con minori problematiche (zone industriali in luogo di zone residenziali); nelle case di nuova costruzione, riduzione dei costi di investimento per la realizzazione della centrale termica. TELERISCALDAMENTO VANTAGGI E SVANTAGGI Purtroppo, questo sistema rimane circoscritto solo ad alcune aree, in particolare nel Nord Italia. La diffusione infatti è limitata a quelle realtà urbane che possono approvvigionarsi da centrali di cogenerazione nelle loro vicinanze. Sono molto lunghi i tempi di ritorno dell’investimento e la convenienza economica è tanto maggiore quanto più si è in prossimità di aree densamente popolate (circa 15-20 anni). E’ conveniente solo in aree densamente abitate (per l'alto costo degli impianti di distribuzione); I costi dell'energia venduta sono generalmente molto elevati rispetto ad altre fonti (biomassa, metano, gpl); L'allacciamento al teleriscaldamento per i condomini comporta nella maggioranza dei casi la sottoscrizione di contratti vincolanti con gestori in regime di monopolio e con tariffe non regolamentate con conseguente sconvenienza economica per l'utilizzatore; La dispersione termica nei circuiti primari di distribuzione (tubi sotterranei sempre caldi); La dispersione termica nei circuiti secondari (tipicamente condominiali) che ricircolano in continuo acqua calda per permettere agli utenti di attingere calore e tali dispersioni non si hanno nel caso di caldaie autonome o boiler che producono calore localmente e solo quando è necessario; La scarsa possibilità di controllo e trasparenza nella gestione dei flussi termici tra centrale e utente (tipicamente la taratura delle valvole di regolazione dei flussi termici da cui dipendono direttamente le dispersioni termiche viene gestita dalla società che fattura le bollette in conflitto di interesse rispetto all'auspicato obiettivo di risparmio energetico/calore consumato); Gli impianti di cogenerazione sono molto più rumorosi delle caldaie tradizionali e possono generare inquinamento acustico; I grossi impianti di cogenerazione a metano aumentano localmente l'inquinamento atmosferico (incremento emissioni NOx). TELERISCALDAMENTO VANTAGGI E SVANTAGGI Si calcola che ad oggi possano usufruire di questo sistema 3 milioni di italiani distribuiti su 150 comuni. Brescia fu la prima città a costruire una centrale di cogenerazione nel 1971. Nelle città ove è presente il Teleriscaldamento, oltre ai vantaggi visti, viene applicata anche un'aliquota IVA agevolata al 10%. Normalmente sui combustibili l'IVA è al 20%. Torino può essere considerata la città con il sistema più all'avanguardia con i suoi 368 km di tubature doppie e la previsione di riduzione di emissioni di CO2 di 567 tonnellate, una cifra ragguardevole soprattutto se tutte le città seguissero l'esempio. La centrale di Torino oltre a produrre l’energia necessaria a soddisfare il proprio fabbisogno, produce anche energia elettrica. Queste caratteristiche rendono il capoluogo piemontese la città italiana in grado di rispettare tutti i parametri dell'Unione Europea e quindi la riduzione del 20% di emissioni di CO2, l'uso di almeno il 20% di energie rinnovabili e il miglioramento del 20% dell'efficienza energetica. In alcune zone della Lombardia è presente il teleriscaldamento con sistemi di cogenerazione ad energia solare e quindi in grado di ridurre ulteriormente i costi di produzione perché, appunto, si sfrutta il sole e si riducono ulteriormente le emissioni inquinanti. In particolare, Varese è l'unica città d'Europa ad aver realizzato un impianto di teleriscaldamento solare di 1000 mq. L'impianto è in grado di produrre 400 MWh/anno di energia termica. I territori comunali in cui esiste almeno una rete sono 284, distribuiti in 13 regioni e province autonome del centro e nord Italia. L’estensione delle reti di teleriscaldamento si attesta poco al di sopra di 5.000 km6 ; di questi, il 50% circa si concentra nei 114 comuni teleriscaldati della Lombardia e del Piemonte. Le sottostazioni di utenza servite (ovvero i dispositivi di scambio tra la rete di teleriscaldamento e il circuito di distribuzione delle utenze) sono oltre 93.000; anche in questo caso la quota maggiore si concentra in Lombardia (39% del totale), seguita dalla provincia di Bolzano (22%) e dal Piemonte (14%). La volumetria complessivamente riscaldata nel Paese è pari a 386 milioni di m3. Le utenze residenziali rappresentano il 63% della volumetria complessivamente riscaldata in Italia da reti di teleriscaldamento; seguono il settore terziario (34%) e le utenze industriali (3%). Il 42% circa della volumetria riscaldata complessiva è concentrata sul territorio della Lombardia (162 milioni di m3 ); seguono Piemonte (106 milioni di m3 , 27% del totale), Emilia Romagna (46 milioni di m3 , 12% del totale) e il territorio provinciale di Bolzano (28 milioni di m3 , 7% del totale). La distribuzione delle reti di teleriscaldamento in Italia è strettamente correlata alla zona climatica (definita nel DPR 412 del 19937) e alla dimensione demografica del comune servito. In particolare:  oltre il 60% dei comuni teleriscaldati e delle reti presenti insiste sul territorio di comuni con meno di 10.000 abitanti;  la maggior parte sia dei comuni teleriscaldati (95%) sia delle reti presenti nel territorio (93%) si concentra nelle zone climatiche più fredde (classe E, classe F);  nel territorio provinciale di Bolzano sono presenti 68 reti di teleriscaldamento in comuni in classe F e con popolazione inferiore ai 10.000 abitanti (su un totale di 76 reti in esercizio nella provincia). È interessante segnalare, inoltre, come la potenza termica installata e la volumetria teleriscaldata nei comuni di maggiori dimensioni siano maggiori di quelle rilevate nelle altre classi, pur caratterizzate da un numero assai maggiore di comuni e di reti e da un’estensione delle reti stesse assai maggiore. l calore è solitamente prodotto in una centrale di cogenerazione a gas naturale o combustibili fossili oppure il calore proveniente dalla combustione di biomasse o termovalorizzazione dei rifiuti solidi urbani. In alcuni Paesi europei (tra cui Russia, Ucraina, Svezia e Svizzera) si utilizza anche la cogenerazione da centrale nucleare. Oltre alle biomasse, le altre fonti di energia rinnovabile utilizzate per il teleriscaldamento sono la geotermia e il solare termico (Solar District Heating). Un'altra fonte di energia "a costo zero" è l'uso di calore di scarto da processi industriali. Nelle centrali di cogenerazione a combustibili fossili o biomasse, generalmente, l'impianto di cogenerazione è dimensionato per produrre metà della potenza massima di picco e, in assenza di guasti, durante l'anno produce circa il 90% del calore totale prodotto. Ad essa è affiancata una centrale termica di supporto, in grado di coprire da sola l'intero carico di picco, che interviene quando la centrale di cogenerazione è guasta o non riesce a coprire da sola la domanda. In questo modo, si riesce a raggiungere elevate efficienze di sfruttamento dell'energia primaria, fino all'80%. Il 68% circa della potenza installata si concentra in impianti di sola produzione termica, il restante 32% in impianti che operano in assetto cogenerativo e che producono quindi in maniera combinata calore ed energia elettrica. Le fonti fossili (prevalentemente gas naturale) alimentano complessivamente l’82% della potenza installata complessiva; le fonti rinnovabili sono maggiormente utilizzate in impianti di sola produzione termica (biomassa solida, geotermia). La Lombardia, con circa 3,4 GW circa installati, copre il 35% della potenza termica complessiva, grazie in particolare agli oltre 2 GW di impianti di sola produzione termica alimentati a gas naturale. Le fonti rinnovabili sono diffuse soprattutto nel territorio provinciale di Bolzano, caratterizzato da elevato utilizzo di biomassa, e in Toscana, dove sono notevolmente diffuse le reti alimentate dalla fonte geotermica. Le reti di teleriscaldamento sono particolarmente diffuse in contesti di elevata urbanizzazione, laddove cioè la concentrazione territoriale di famiglie e imprese rende tecnicamente più agevole soddisfarne i fabbisogni termici: il 61% circa della potenza termica installata in Italia è infatti concentrata nei territori dei comuni con grado di urbanizzazione alto (si fa riferimento alla classificazione dei comuni per grado di urbanizzazione dell’ISTAT). Del tutto analoga l’analisi che guarda al grado di montanità dei comuni: in quelli non montani è installata il 74,7% della potenza complessiva, associata in particolare a impianti di sola produzione termica alimentati da fonti fossili (anche in questo caso, la classificazione dei comuni per grado di montanità è di fonte ISTAT). Comuni teleriscaldati suddivisi per fonte energetica principale impiegata nel singolo comune10; a ciascun comune teleriscaldato è assegnata pertanto un’unica fonte di alimentazione, anche nei casi in cui il sistema (o i sistemi) di teleriscaldamento presenti siano alimentati anche da altre fonti. La dimensione della bolla nella mappa rappresenta la quantità di energia termica immessa dai sistemi di teleriscaldamento. Nei comuni localizzati in Piemonte, Lombardia, Veneto ed Emilia Romagna siano presenti soprattutto sistemi TLR alimentati principalmente da fonti fossili (bolle rosse); nei territori comunali del Trentino Alto Adige e della Toscana è invece più evidente la presenza di sistemi la cui fonte energetica principale è rinnovabile (biomassa solida e risorsa geotermica). I fluidi più utilizzati sono l’aria e l’acqua. A sua volta l’acqua può essere adoperata sia in forma liquida che aeriforme. Esistono poi i fluidi “refrigeranti” che si trovano a bordo dei sistemi a compressione di vapore (refrigeratori e pompe di calore), le miscele di acqua e glicole (negli impianti in cui sussiste il pericolo di congelamento dell’acqua) e l’olio diatermico che ad oggi è raramente usato, soprattutto nel settore civile. Un elenco non esaustivo dei fluidi termovettori è quindi il seguente: aria; acqua liquida (calda o refrigerata); acqua surriscaldata; vapore (saturo e surriscaldato); acqua glicolata; fluidi refrigeranti (esclusa l’acqua); olio diatermico. Caratteristiche e convenienza ARIA: l’aria è una risorsa molto conveniente perché è gratuita e pulita. Proprio per il suo costo zero può essere utilizzata in grosse quantità e pertanto viene adoperata soprattutto per il riscaldamento e la climatizzazione di grandi ambienti quali chiese, centri commerciali, palestre, sale conferenze, cinematografi e teatri, aerostazioni. L’aria è caratterizzata da un basso peso specifico (circa 12 N/mc a temperatura ambiente) e quindi non sono richiesti grossi consumi per gli organi addetti alla movimentazione (ventilatori). Per contro la capacità termica specifica (nota anche come calore specifico) è inferiore rispetto ad altri fluidi (circa 1005 J/kg°C) e questo comporta, a parità di energia da trasportare, portate più grosse e quindi reti di distribuzione più ingombranti. Inoltre gli impianti ad aria necessitano di una corretta progettazione acustica per impedire o limitare la propagazione dei rumori. ACQUA LIQUIDA: anche l’acqua si può definire una fonte pulita, ed è una delle migliori da un punto di vista prestazionale. Possiede un calore specifico elevato (4186 J/kg°C) e, se comparata all’aria, è necessaria meno portata per trasportare una medesima quota energetica: di conseguenza le reti sono molto più piccole e sorgono meno problematiche per quanto riguarda i passaggi e l’installazione. L’acqua liquida non necessita di grossi trattamenti fisici e chimici per l’utilizzo, soprattutto se le temperature operative non sono elevate. Una delle problematiche legate all’acqua liquida è il pericolo di congelamento nei punti in cui le tubazioni sono esposte all’ambiente esterno (nel periodo invernale). Inoltre ci sono casi in cui non è conveniente l’uso di sistemi idronici perché un’eventuale fuoriuscita del liquido potrebbe danneggiare apparecchiature o processi (è il caso delle sale server o laboratori dove si manipolano sostanze che reagiscono violentemente con l’acqua). Caratteristiche e convenienza ACQUA SURRISCALDATA: come per l’acqua liquida anche in questo caso il vantaggio principale è il calore specifico elevato. L’acqua surriscaldata è un liquido in pressione a temperature superiori a quella di ebollizione: questo significa superare i 100°C e ottenere un fluido che può arrivare anche a 160°C. Ed è questo aumento di temperatura che conferisce maggiore capacità termica rispetto all’acqua liquida. L’acqua surriscaldata viene utilizzata nelle reti di teleriscaldamento e nei grossi impianti, in particolare quelli industriali; ha costi d’esercizio medio-alti, oltre ad una componente di pericolosità che aumenta tanto quanto il valore della temperatura di produzione e dell’energia accumulata. VAPORE: il vapore saturo o surriscaldato è un eccellente mezzo di trasporto dell’energia termica; il calore convogliato per unità di massa è da 10 a 50 volte superiore rispetto all’acqua liquida e surriscaldata e trova largo impiego in quelle applicazioni in cui è richiesto un controllo severo della qualità dell’aria (ad esempio per umidificare nelle reti aerauliche a servizio degli ospedali) e nei processi produttivi. Per quanto riguarda il settore termotecnico è il vapore saturo ad essere utilizzato, mentre il vapore surriscaldato si adopera soprattutto nelle turbomacchine per la produzione di energia elettrica. Il vapore ha costi di installazione molto elevati, un sistema di trattamento dell’acqua in ingresso sofisticato, ed una progettazione degli impianti altamente accurata. Come per l’acqua surriscaldata, anche in questo caso non è da trascurare la pericolosità del fluido che può creare danni sia alle persone che ai componenti. ACQUA GLICOLATA: è una miscela di acqua liquida e un fluido detto “anticongelante”. Solitamente questo è il glicole etilenico, ma non è insolito anche l’uso di glicole propilenico. L’acqua glicolata ha il vantaggio di poter essere sfruttata anche alle basse temperature esterne poiché si abbassa notevolmente il punto di congelamento dell’acqua. Nonostante ciò bisogna considerare che il glicole etilenico è una sostanza tossica (il glicole propilenico in misura minore) e corrosiva, pertanto occorre confinarne eventuali perdite. Inoltre ha un calore specifico più basso dell’acqua e di conseguenza anche la miscela accumula meno calore rispetto al caso di acqua pura. Altro inconveniente è l’alta densità dell’anticongelante che fa aumentare le perdite di carico e quindi la prevalenza del circolatore. Caratteristiche e convenienza REFRIGERANTI: si tratta di fluidi a cambiamento di fase (liquido-aeriforme) di origine sia naturale che artificiale, utilizzati nei circuiti dei sistemi ad espansione di vapore (come i sistemi ad espansione diretta split o VRF). Sono caratterizzati da elevata stabilità chimica (in particolare quelli artificiali) ed elevata capacità termica (reti a basso ingombro). Vengono adoperati in impianti medio piccoli, in cui spesso non ci sono spazi sufficienti per poter installare sistemi idronici o in ambienti dove la presenza di acqua potrebbe danneggiare le apparecchiature o i processi (sala server, sale CED, ecc.). Gli impianti con fluido refrigerante sono caratterizzati da uno sviluppo limitato delle tubazioni e se ne sconsiglia l’utilizzo negli edifici di grosse dimensioni; inoltre i costi di gestione sono elevati a causa del compressore che necessita di parecchia energia elettrica rispetto ai ventilatori e ai circolatori (a parità di calore da trasferire). OLIO DIATERMICO: consente il raggiungimento di elevate temperature (anche superiori ai 200°C) pur trovandosi sempre allo stato liquido e a pressioni ambiente (bassa pericolosità rispetto all’acqua surriscaldata e al vapore). Come accennato è un fluido poco impiegato nel settore civile. Si tratta di un derivato del petrolio e pertanto, oltre a non essere bio-compatibile, i costi di approvvigionamento sono superiori rispetto all’acqua e all’aria. Anche in questo caso la progettazione e la realizzazione deve essere molto accurata per garantire l’integrità della rete di distribuzione. l fluido termovettore più utilizzato è l'acqua calda, che solitamente viene inviata a circa 90-100 °C e ritorna in centrale a 30-60 °C. La temperatura di ritorno dipende dal tipo di terminali di riscaldamento dei destinatari. I normali radiatori (termosifoni) richiedono temperature di esercizio di 75 °C, vi sono terminali che richiedono temperature di esercizio molto inferiori, come il ventilconvettore (45 °C) e i pannelli radianti (35 °C) permettendo quindi temperature di ritorno superiori o temperature di mandata inferiori, poiché il salto termico che si verifica in ogni utenza è minore. A destinazione il fluido termovettore riscalda, attraverso uno scambiatore di calore acqua-acqua o vapore-acqua (generalmente a piastre), il fluido dell'impianto di riscaldamento dell'abitazione. Lo scambiatore, quello in sostituzione della caldaia, può produrre anche acqua calda sanitaria. Una tecnologia in via di sviluppo è lo sfruttamento del calore per il teleraffrescamento tramite il Ciclo frigorifero ad assorbimento. Il teleraffrescamento fornisce acqua refrigerata a uffici, centri commerciali, appartamenti e altri tipi di edifici che necessitano il raffrescamento degli interni. Attraverso la rete di teleraffrescamento, l'impianto di raffrescamento pompa l'acqua refrigerata verso gli edifici. I condizionatori elettrici consumano elettricità per produrre l'energia frigorifera necessaria; in questo modo si ha una degradazione di un'energia pregiata (l'energia elettrica) per ottenere la quale si è precedentemente degradata altra energia. Infatti, generalmente il rendimento di una centrale termoelettrica si aggira attorno al 40%, quindi più della metà dell'energia chimica del combustibile viene dispersa nell'ambiente sotto forma di calore. Si ha dunque un doppio spreco, perché da un lato non si sfrutta del calore prezioso, e dall'altro si spreca l'elettricità prodotta. Pertanto, utilizzare direttamente una fonte di calore per produrre freddo costituisce un aumento dell'efficienza e un risparmio energetico, specie se il calore proviene da un impianto di teleriscaldamento che ceda il calore di scarto di altri processi, come accade nella cogenerazione e nell'incenerimento.