Stoccaggio Stagionale dell`Energia Termica

Miguel Ramirez
Dr Shane Colclough
Prof Neil J Hewitt
Versione italiana:
Ing. Daniela Reccardo
Ing. Giulia Veardo
Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)
per DOCENTI
(Professori Universitari, docenti di scuola superiore, Pubbliche
amministrazioni che si occupano di Energia, etc)
1
Argomenti

Che cos’è lo Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)?

Perchè usare lo SSET?

Storia dello SSET

Come funziona?

Modi per stoccare l’energia termica

Quanta energia può essere immagazzinata?

Dove viene meglio impiegato?

Quanto costa?

Casi studio
2
Argomenti

Che cos’è lo Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)?

Perchè usare lo SSET?

Storia dello SSET

Come funziona?

Modi per stoccare l’energia termica

Quanta energia può essere immagazzinata?

Dove viene meglio impiegato?

Quanto costa?

Casi studio
3
CHE COS’E’ LO SSET ?
 Stoccaggio del freddo
durante l’inverno per
utilizzarlo in estate
 Stoccaggio
di
calore
durante
l’estate
per
utilizzarlo in inverno
4
Argomenti

Che cos’è lo Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)?

Perchè usare lo SSET?

Storia dello SSET

Come funziona?

Modi per stoccare l’energia termica

Quanta energia può essere immagazzinata?

Dove viene meglio impegato?

Quanto costa?

Casi studio
5
PERCHE’ USARE LO SSET?





Il consumo di energia degli edifici rappresenta il 30-40% del consumo
totate di energia nell’Unione Europea
Il 60-70% di esso è utilizzato per il riscaldamento delle abitazioni
La domanda di calore per il riscaldamento si verifica soprattutto in
inverno quando la disponibilità solare è più bassa
Stoccare l’energia termica solare in estate per utilizzarla nei mesi
invernali
I paesi del Nord Europa hanno una temperatura ambiente media di circa
5 °C e un irraggiamento solare annuo fino a 1000 kWh/(m2 anno)
(Stoccolma)
Fonte: SoDa-is.com
Argomenti

Che cos’è lo Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)?

Perchè usare lo SSET?

Storia dello SSET

Come funziona?

Modi per stoccare l’energia termica

Quanta energia può essere immagazzinata?

Dove viene meglio impiegato?

Quanto costa?

Casi studio
7
STORIA DELLO SSET– Stoccaggio del freddo
Nel 400 a.C. cupole in muratura alte circa 18
metri (Yakhchals) con un sistema di torri del
vento sono state usate per stoccare ghiaccio e
mantenere il raffreddamento a temperature
ambiente di 40 °C
Fonte: awesci.com
 Antica Persia
 Romani
1° secolo d.C. utilizzavano pozzi e neve per
mantenere freddi il loro cibo e vino nei giorni
più caldi
Nel XVIII – XIX secolo, l’acqua di fiumi o laghi
veniva utilizzata per mantenere basse
temperature all’interno di strutture, chiamate
Cold Houses, per la conservazione degli
alimenti (Middleton, Inghilterra – Glen River,
Irlanda del Nord)
Fonte: Griffiths & Colclough
 Cold Houses
8
STORIA DELLO SSET– Stoccaggio di calore
 Germania dopo la I Guerra Mondiale
I primi studi di fattibilità sono iniziati nel 1920 a
causa delle limitate risorse del paese
 USA
La casa di vetro Keck nel 1933 e la casa MIT nel
1939, entrambe realizzate con vetro e materiali ad
alta capacità termica per lo stoccaggio di energia
termica
 Danimarca, Svezia
Durante la crisi petrolifera degli anni ‘70 i governi
furono costretti a cercare alternative. Sistemi di
stoccaggio termico di piccole e grandi dimensioni
sono stati costruiti e combinati a reti di
teleriscaldamento
9
Argomenti

Che cos’è lo Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)?

Perchè usare lo SSET?

Storia dello SSET

Come funziona?

Modi per stoccare l’energia termica

Quanta energia può essere immagazzinata?

Dove viene meglio impiegato?

Quanto costa?

Casi studio
10
COME FUNZIONA- COMPONENTI

Fonte di calore




Stoccaggio Termico




Solare
Biomassa
Calore di scarto industriale…
Elevata Capacità termica
Grande volume
Basse perdite termiche
Sistemi Ausiliari & di Distribuzione


Caldaia, Pompa di calore
Rete di teleriscaldamento
11
COME FUNZIONA - CONFIGURAZIONI

In Parallelo

Source: Solites
Pompa di calore, collettori solari
and SSET lavorano in modo
indipendente per soddisfare la
domanda di calore
In Serie
Collettori solari o SSET agiscono
come fonte per la pompa di calore
o in aggiunta ad altre fonti

Serie/Parallelo
La pompa di calore o i collettori
forniscono calore all’edificio in
modo dipendente o indipendente
12
COME FUNZIONA - CONFIGURAZIONI

Parallelo
I collettori solari sono collegati direttamente al serbatoio di stoccaggio e lo
caricano con energia termica durante i periodi di elevata radiazione solare.
Lo SSET fornisce acqua calda per l’acqua calda sanitaria (ACS) e il sistema di
riscaldamento degli ambienti durante il periodo di riscaldamento (inverno).
Quando la temperatura dello SSTE è inferiore a quella richiesta, la pompa di
calore fornisce il calore necessario sia per l’ACS sia per il sistema di
riscaldamento degli ambienti. La sorgente termica della pompa di calore è
esterna e può essere l’aria, il terreno o derivante dal recupero di calore di
scarto
Collettori
solari
ACS
SSET
Pompa di
calore (ad aria o
Carico
geotermica)
13
COME FUNZIONA - CONFIGURAZIONI

Serie
Il campo solare, il serbatoio di SSET e la pompa di calore sono collegati in
serie. Il calore viene immagazzinato nei periodi di elevata radiazione solare.
I collettori solari possono agire direttamente come fonte per la pompa di
calore o indirettamente tramite accumulo termico. La pompa di calore deve
essere acqua-acqua e può soddisfare la richiesta sia di acqua calda sanitaria
(ACS) sia di riscaldamento. La temperatura del serbatoio di stoccaggio può
essere mantenuta entro un intervallo di temperature più basso in funzione
dell’intervallo di funzionamento della fonte della pompa di calore. Avendo
una temperatura inferiore nel serbatoio di stoccagio, le perdite termiche
dallo SSET sono minori
Pompa di
calore
Collettori
solari
ACS
SSET
Carico
14
COME FUNZIONA- CONFIGURAZIONI

Serie/Parallelo
Il serbatoio di SSET è caricato dai collettori solari e fornisce calore per
l’acqua calda sanitaria e per il riscaldamento degli edifici. Quando la
temperatura all’interno del serbatoio di SSET è inferiore al minimo richiesto
dal carico, la pompa di calore entra in funzione. La pompa di calore estrae il
calore residuo dal volume di stoccaggio per fornire acqua calda sanitaria e
riscaldamento agli edifici. In tutti e tre i casi, la pompa di calore può
funzionare durante i periodi di basso costo dell’elettricità per riscaldare il
volume di ACS in modo coveniente. Inoltre, un sistema ausiliario (per esempio
una caldaia a gas) deve essere utilizzato per coprire la domanda di
riscaldamento che non può essere coperta dal sistem di SSET.
Collettori
Solari
ACS
SSET
Pompa di
calore
Carico
15
ESEMPIO di MODALITA’ DI FUNZIONAMENTO
DELLO SSET IN SERIE/PARALLELO
(IMPIANTO EINSTEIN)
COME FUNZIONA – Serie/Parallelo

Carica
La carica di un sistema di SSET inizia quando l’energia termica della fonte
(solare) è disponibile. L’energia termica solare può essere raccolta durante I
mesi estivi e stoccata nel serbatoio di SSET per utilizzarla successivamente.
E’ anche possibile immagazzinare e fornire energia termica solo quando il
serbatoio ha circuiti indipendenti per la carica e la scarica.
COME FUNZIONA– Serie/Parallelo

Scarica diretta
La scarica di un sistema di SSET inizia con la stagione di riscaldamento. Il
serbatoio fornisce calore direttamente agli edifici attraverso una rete
teleriscaldamento o tubazioni dirette. La temperatura di uscita dell'acqua
calda è regolata in base alla curva di riscaldamento del carico. Le
temperature massime in uscita dallo SSET sono tipicamente 80 °C, (con
serbatoi pressurizzati è possibile avere temperature > 100 ° C).
TSSET > 50°C
COME FUNZIONA– Serie/Parallelo

Funzionamento Pompa di calore
La pompa di calore funziona quando la temperatura di uscita dallo SSET è
inferiore alla temperatura necessaria al carico per coprire interamente la
domanda di riscaldamento. L’acqua dallo SSET fornisce calore al ciclo di
evaporazione della pompa di calore e il ciclo di condensazione fornisce
acqua calda con temperatura sufficiente a superare le esigenze del
carico.
10°C < TSSET < 50°C
HOW DOES IT WORK – Serial/Parallel

Sistemi ausiliari – Caldaia
Quando la temperatura dell'acqua nel serbatoio scende (10 °C) ad un
livello che è fuori del funzionamento efficiente della pompa di calore, il
sistema ausiliario si avvia. L'energia termica dal serbatoio di SSET è stata
completamente scaricata e il carico dipende totalmente sul sistema
ausiliario.
TSSET < 10°C
COME FUNZIONA– Serie/Parallelo

Sistemi Ausiliari– Caldaia/ Pompa di calore




Una sorgente di calore ausiliaria è essenziale per coprire il carico
di punta e per i periodi in cui il serbatoio è scarico
Le pompe di calore sono tipicamente tre/quattro volte più
efficienti dei riscaldatori convenzionali a parità di quantità di
calore
Le pompe di calore acqua-acqua hanno una bassa temperatura di
ritorno lato sorgente. Tale differenza di temperatura favorisce la
stratificazione nel serbatoio.
Una temperatura più bassa in fondo al serbatoio determina una
maggiore efficienza del collettore e diminuisce le perdite termiche
attraverso il terreno
21
Argomenti

Che cos’è lo Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)?

Perchè usare lo SSET?

Storia dello SSET

Come funziona?

Modi per stoccare l’energia termica

Quanta energia può essere immagazzinata?

Dove viene meglio impiegato?

Quanto costa?

Casi studio
22
MODI PER STOCCARE L’ENERGIA TERMICA

Calore Latente

Calore Chimico

Calore Sensibile
23
MODI PER STOCCARE L’ENERGIA TERMICA

Stoccaggio di calore latente
I materiali più comunemente utilizzati per
immagazzinare calore latente sono i Materiali a
cambiamento di fase solido-liquido (Phase
Change Materials - PCM). L'energia termica può
essere assorbita dai PCM in entrambi gli stati
solido e liquido. Tuttavia, i PCM assorbono
elevate quantità di calore durante la conversione
da solido a liquido (temperatura di fusione). I
materiali a cambiamento di fase possono
immagazzinare da 5 a 14 volte più calore per
unità di volume rispetto ai materiali di stoccaggio
convenzionali quali acqua, mattoni o roccia.
Quando l'energia termica viene assorbita dai
PCM, questi cambiano fase da liquido a solido
rilasciando il calore latente immagazzinato.
MODI PER STOCCARE L’ENERGIA TERMICA

Stoccaggio Termochimico
I sistemi di stoccaggio di calore chimico e
di assorbimento (stoccaggio termochimico),
sono promettenti tecnologie con notevoli
vantaggi rispetto ai sistemi di stoccaggio sia
di calore latente sia sensibile. Le densità di
immagazzinamento
possono
essere
teoricamente fino a 10 volte superiori a
quelle dell'acqua, riducendo così i volumi. A
causa della natura del processo e la bassa
temperatura dei materiali stoccati possono
essere eliminate quasi totalmente le
perdite termiche. La combinazione di
entrambi i vantaggi facilita un efficiente
stoccaggio di energia termica nel tempo e il
suo trasporto
MODI PER STOCCARE L’ENERGIA TERMICA

Stoccaggio di calore sensibile
Il calore sensibile è l'energia termica ceduta a o da
una sostanza che provoca un cambiamento di
temperatura. E’ il modo più comune e diretto per
immagazzinare calore, tuttavia i principali
inconvenienti sono le grandi quantità di
materiali/volumi necessari e le perdite di calore
quando il mezzo di stoccaggio è circondato da
temperature più basse. L'uso di serbatoi d'acqua
per l'accumulo termico è una tecnologia ben nota.
Soluzioni innovative possono ridurre al minimo le
perdite di calore, garantendo una stratificazione
ottimale dell'acqua e un isolamento termico ad alta
efficienza.
Argomenti

Che cos’è lo Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)?

Perchè usare lo SSET?

Storia dello SSET

Come funziona?

Modi per stoccare l’energia termica

Quanta energia può essere immagazzinata?

Dove viene meglio impiegato?

Quanto costa?

Casi studio
27
QUANTA ENERGIA PUO’ ESSERE IMMAGAZZINATA

Q= m.cp.ΔΤ




Q: Energia termica stoccata
m: Massa della sostanza usata per stoccare calore
cp: Capacità termica specifica della sostanza usata
per stoccare calore
ΔT: Variazione di temperatura del mezzo di
stoccaggio prima e dopo averlo caricato
28
QUANTA ENERGIA PUO’ ESSERE IMMAGAZZINATA

Esempio:
Collettori solari riscaldano 100 m3 d’acqua da 25 a
50°C, la quale è stoccata in un serbatoio di
stoccaggio isolato. Quanta energia può essere
immagazzinata nell’acqua?
Q = m.cp.ΔΤ
m = ρ.V = 1000kg/m3 x100m3 = 100000kg
cp = 4.18 kJ/kg.K)
ΔΤ= 25°K
Q= 100000 x 4.18 x 25 = 10450 MJ = 2.9 MWh
29
Heißwasser-Wärmespeicher
QUANTA ENERGIA PUO’ ESSERE Kies/Wasser-Wärmespeicher
IMMAGAZZINATA
Sommer
Heißwasser-Wärmespeicher
Heißwasser-Wärmespeicher
Winter
Kies/Wasser-Wärmespeicher
Kies/Wasser-Wärmespeicher
Sommer
Winter
Sommer
Winter
Wärmedämmung
Abdichtung
Schutzvlies
Stoccaggio di energia termica in serbatoio
d‘acqua calda (Hot Water TES)
Erdsonden-Wärmespeicher
~70 kWh/m³ 1)
Erdsonden-Wärmespeicher
Erdsonden-Wärmespeicher
Wärmedämmung
Wärmedämmung
Abdichtung
Abdichtung
Schutzvlies
Schutzvlies
Stoccaggio di energia termica in
fossa scavata nel terreno (Pit TES)
~55 kWh/m³ 2)
Stoccaggio di energia termica in pozzi
verticali (Boreholes TES)
Stoccaggio di energia termica in
Acquifero (Aquifer TES)
15-30 kWh/m³
30-40 kWh/m³
1) J
max=90
°C, Jmin=30 °C con pompa di calore 2) Jmax=80 °C, Jmin=10 °C gravel-water TES con pompa di calore
PERDITE DA SERBATOI DI STOCCAGGIO

Le perdite dai serbatoi
di SSET possono essere
elevate
Grazie
a
minori
rapporti superficie su
volume,
i
grandi
serbatoi si raffreddano
più lentamente e sono
quindi favoriti.
Questo ha portato a
focalizzarsi su SSET
combinati a reti di
teleriscaldamento
Curva di raffreddamento dell’acqua calda stoccata in un
serbatoio di volume netto pari a 10 m3 (forma cilindrica:
Ø 2 m, altezza 3,18 m).
Temperatura iniziale 80 °C, temperatura ambiente 5 °C
Time in days
A: Materiale isolante convenzionale: λ = 0,05 W/(m·K), spessore isolamento s = 0,2 m
B: Materiale isolante convenzionale : λ = 0,05 W/(m·K), spessore isolamento s = 2 m
C: isolamento sottovuoto: λ = 0,005 W/(m·K), spessore isolamento s = 0,2 m
31
Argomenti

Che cos’è lo Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)?

Perchè usare lo SSET?

Storia dello SSET

Come funziona?

Modi per stoccare l’energia termica

Quanta energia può essere immagazzinata?

Dove viene meglio impiegato?

Quanto costa?

Casi studio
32
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO?
Tipologia di edificio





Condizioni climatiche


Casa singola
Sviluppo di multi-unità
Di
nuova
costruzione
(preferibile)
Edifici esistenti
Fonte: Asko professionals

Elevata Radiazione solare
annuale
e
moderato
fabbisogno di calore in
inverno sono ideali
Tipologia di riscaldamento


Teleriscaldamento
Bassa temperatura
33
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO? - Considerazioni

Condizioni del terreno




Fonte di energia termica




Struttura Geologica
Terreno per lo Stoccaggio
Caratteristiche idrogeologiche (acquiferi)
Superficie sufficiente per i collettori solari (terra, tetto)
Fonti di calore di scarto industriali (intervallo di
temperatura, distanza dal punto della domanda di calore
e disponibilità)
Disponibilità della rete di teleriscaldamento
Tipologia di utilizzo


Carico singolo
Utilizzo in abitazione indipendente (sistema di controllo
complesso)
34
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO? – Risorse EINSTEIN

Posizione all’interno dell’UE
La domanda di energia per il riscaldamento degli ambienti in
Europa varia significativamente da paese a paese. I principali
fattori dipendono dagli edifici esistenti, il periodo di
costruzione, la densità edilizia e le condizioni climatiche locali.
Il maggior potenziale per
l'applicazione dei sistema di
SSET
in
Europa
sono
evidenziati nel rapporto:
“Classification of EU building
stock according to energy
demand
requirements.”
("Classificazione degli edifici
europei in base alle esigenze
della domanda di energia ")
Domanda di energia residenziale in funzione della temperatura
ambiente media.
(ACC4: Bulgaria, Romania, Turchia, Croazia, EFTA3: Islanda,
Norvegia e Svizzera; NMS 10: nuovi dieci Stati membri dal maggio
2004.
(Fonte: ECPHEATCOOL).
35
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO? – Risorse EINSTEIN

Integrazione dello SSET
Date le recenti normative di rendimento energetico nei paesi
dell'UE si prevede che gli edifici avranno domanda di energia più
bassa (< 50 kWh/m²anno). In questo caso è possibile usare
temperature più basse di alimentazione per i sistemi di
riscaldamento diminuendo così le perdite termiche. Questo rende
i sistemi di SSET più adatti all'integrazione in sistemi di
riscaldamento a basso consumo energetico.
L’integrazione dello
SSET con una serie di tecnologie per
generazione di calore, quali caldaie a gas, pompe di calore,
produzione combinata di calore ed elettricità (CHP) e sistemi di
distribuzione, sono discussi in questo documento: “Technology
assessment HVAC and DHW systems in existing buildings
throughout the EU” ("Valutazione della tecnologia HVAC e dei
sistemi di produzione di acqua calda negli edifici esistenti in tutta
l'UE ")
36
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO? – Risorse EINSTEIN

Proggettazione di sistemi di SSET e impianti EINSTEIN
Numerose fasi devono essere intraprese per la progettazione di un
sistema di SSET. Esse consistono principalmente in sfide e decisioni
tecniche, come il dimensionamento dei serbatoi di stoccaggio, la
localizzazione, il dimensionamento del campo solare e le
modifiche al sistema di riscaldamento. Avere un sistema transitorio
influenzato principalmente dalle condizioni climatiche, consente di
prevedere e determinare il comportamento tramite calcoli
stazionari. Una guida completa per la pianificazione e la
progettazione di un sistema di SSET la si può trovare qui: “Design
guidelines for STES systems in Europe”.
Per avere una panoramica
della
progettazione
ed
installazione degli impianti
dimostrativi del progetto
EINSTEIN si prega di
cliccare qui.
37
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO? – SSET Design Tool
Decision Support Tool
Per effettuare un design e una valutazione economica (CAPEX/OPEX) preliminari di
sistemi di stoccaggio stagionale dell’energia termica in edifici esistenti, un
Decision Support Tool (DST) è stato sviluppato nell’ambito del progetto EINSTEIN. Il
DST aiuta gli utenti ad identificare le tecnologie più adatte e le loro prestazioni in
funzione di alcune condizioni specifiche.



Condizioni climatiche
Esigenze di spazio
Macchinari e esigenze di integrazione (Collettori solari ,
SSET, rete di teleriscaldamento, pompa di calore e sistemi
ausiliari)
Utenti
Gli utenti candidati all’utilizzo del tool sono società di ingegneria e imprese edili
con una conoscenza di base dei sistemi HVAC ma senza esperienza
nell’installazione di sistemi di SSET
38
Per ulteriori informazioni riguardanti il modello cliccare qui.
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO? – SSET Design Tool
Descrizione del DST
Il tool software è costituito da tre parti principali:
 Sezione di inserimento dati
 Sezione di calcolo
 Sezione dei risultati
Casistiche di progettazione
In aggiunta alla selezione e valutazione di sistemi di SSET, il tool
software consente di analizzare e confrontare diversi scenari. Sistemi
centralizzati così come configurazioni distribuite possono essere studiate
dall’utente per ogni luogo e ogni livello di domanda di riscaldamento di
edifici esistenti e non esistenti.
Per accedere al tool, cliccare qui:
DECISION SUPPORT TOOL
39
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO? – Combinazione tra una maggiore
efficienza energetica e l’utilizzo di fonti rinnovabili

Strategia Energetica
Per essere più efficaci, i sistemi di SSET devono essere parte di una
strategia energetica globale.
Questa comprende:
 Riduzione della domanda di energia degli edifici esistenti
attraverso misure di ristrutturazione in chiave energetica
 Integrazione delle energie rinnovabili
 Integrazione di soluzioni specialistiche tra cui lo SSET
Queste decisioni devono essere ottimizzate in base a variabili relative
al caso specifico, quali:
 Clima
 Costi
 Tipo di edificio
Un Tool software di valutazione (Evaluation Tool) è stato sviluppato
per determinare la combinazione più conveninte dei provvedimenti
40
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO? – Evaluation Tool
Configurazione del Tool di Valutazione
1.Definizione
dell’edificio
2. Riduzione del
consumo
energetico
desiderata
3. Calcolo della
soluzione più
conveniente
4. Risultati
• Selezione della zona climatica
• Selezione della tipologia di edificio
• Superficie dell’edificio
• Selezione dell’intervallo di risparmio
•Ricerca sul database dei risultati:
•- Identificazione dei casi ottimali che soddisfano i risparmi selezionati.
•- Identificazione della combinazione più efficace di misure attive e passive (compreso lo SSET)
• Combinazione ottimale selezionata
• Risparmio di energia primaria (-kWh/anno)
• Investimento richiesto (€)
41
EVALUATION TOOL– La soluzione più conveniente
Modello per la
valutazione del
comportamento
energetico di
edifici esistenti
OBIETTIVO PRINCIPALE
“Sviluppo
di
una
metodologia
per
la
determinazione
dell’intervento
di
ristrutturazione in chiave
energetica
più
conveniente”
Contributo dello
SSET all’efficacia
dei costi
Tool di Valutazione
per la
determinazione
dell’intervento di
ristrutturazione più
conveniente
Strategie di
ristrutturazione
passive
Strumento
decisionale per la
progettazione e
valutazione dello
SSET
EVALUATION TOOL
42
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO? – Casa monofamigliare di
riferimento
SFH: Single Family house (Casa monofamigliare)
SFH
84,5
m2
43
DOVE VIENE MEGLIO UTILIZZATO? – Casa multifamigliare di
riferimento
MFH: Multifamily house (Casa Multifamigliare - Condominio)
MFH
676
m2
litres of water
consumption
DHW MFH
120.00
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
0.00 2.00 4.00 6.00 8.0010.0012.0014.0016.0018.0020.0022.0024.00
h
44
DOVE VIENE MEGLIO IMPIEGATO? – Esempi
€ saving/kWh consumed
Rapporto Risultato economico/energia
primaria consumata vs energia primaria
risparmiata
Curve dei rapporti
risultanti migliori
(Distribuzione di Pareto)
0.300
0.250
0.200
0.150
0.100
0.050
0.000
0%
140.00
20%
40%
60%
% Primary savings
80%
100%
Rapporto Investimento/energia primaria risparmiata vs energia
primaria risparmiata
120.00
100.00
best restults (Invest
aproach)
80.00
60.00
best results (20 y
exploitation
aproach)
40.00
20.00
0.00
0%
20%
40%
60%
% Primary savings
80%
100%
45
Argomenti

Che cos’è lo Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)?

Perchè usare lo SSET?

Storia dello SSET

Come funziona?

Modi per stoccare l’energia termica

Quanta energia può essere immagazzinata?

Dove viene meglio impiegato?

Quanto costa?

Casi studio
46
QUANTO COSTA?
I costi e i benefici economici dello stoccaggio
stagionale dell’energia termica variano notevolmente.
Tra le variabili sono inclusi:






Dimensione
Aspetti Climatici (irraggiamento solare, temperatura
esterna)
Domanda di riscaldamento
Tipo di SSET
Integrazione con la rete di teleriscaldamento
Variabili economiche tra cui il tasso di inflazione, tasso di
inflazione del combustibile, tasso interno di rendimento,
ecc.
47
QUANTO COSTA? – Il serbatoio di stoccaggio

Esempi relativi al costo dei
serbatoi di SSET
Ci sono diversi modi per
analizzare
le
prestazioni
economiche di impianti di SSET.
Il diagramma mostra i costi di
una vasta gamma di serbatoi di
SSET di diverse dimensioni
installati in grandi sistemi di
teleriscaldamento.
Il
costo
dell'investimento diminuisce con
le dimensioni.
Il costo dei serbatoi di SSET del
progetto EINSTEIN per entrambi
gli scenari di piccola e grande
dimensione è mostrato nella
tabella
Fonte: Solites
Luogo
Volume SSET
Costo/m3
Costo
{€}
{m3}
{€}
Svezia
23
Polonia
800
Spagna
180
16225
705.4
48
QUANTO COSTA? – Costo complessivo di riscaldamento
Esempio di installazione del sistema di SSET in una abitazione singola
Casa passiva con ACS solare e
riscaldamento degli ambienti con SSET
 Il ritorno dell’investimento in tempi
più brevi è stato raggiunto con ACS
solare e sistema di riscaldamento
degli ambienti senza SSET (opzione
con costo più basso nell’anno 16 & di
nuovo
nell’anno
24
dopo
la
ristrutturazione)
 Quando lo SSET è stato aggiunto al
sistema ACS solare e al sistema di
riscaldamento, l’opzione è risultata a
più basso costo nell’anno 33
 Si noti che lo SSET è richiesto come I costi indicati includono sistemi, costi operativi e di
combustibile e sono corretti per l'inflazione e il
parte integrante del sistema al fine fattore di sconto della società (valore attuale netto).
di evitare problemi tecnici di ristagno

Source: Colclough & Griffiths, Applied Energy Journal 2016
49
QUANTO COSTA?

Esempio di installazione di SSET di piccole dimensioni
Sviluppo di 10 unità con ACS solare e sistema di riscaldamento con
SSET in Lysekil, Svezia



Edificio ristrutturato come Casa
Passiva
Utilizzato sistema di riscaldamento
solare con SSET
Ritorno dell’investimento raggiunto
in 17 anni
Descrizione
Sviluppo di multiunità
Numero di unità
10 (4 commerciali, 6
residenziali)
Area superficiale totale
{m2}
381 più 390 = 781 Totali
Campo solare {m2}
50
Stoccaggio
{m3}
3.3
giornaliero
Volume SSET {m3}
Domanda di energia per il
riscaldamento {kWh}
Domanda di energia per
ACS {kWh}
VAN Totale dopo 40
anni{€}
Ritorno dell’investimento
{Anni}
Risparmio
rispetto
a
sistemi di SSET non solari
23
53,422
7,417
405,415
17
27%
50
QUANTO COSTA?

Esempio di una installazione di SSET di piccole dimensioni
Sviluppo di 10 unità con ACS solare and sistema di riscaldamento con
SSET in Lysekil, Svezia



Il costo totale della fornitura di ACS e
riscaldamento degli ambienti è visibile
nella figura. I costi comprendono sistemi,
costi operativi e di combustibile e sono
corretti per l'inflazione e fattore di
sconto della società (valore attuale
netto)
I costi di riscaldamento, nel corso dei 40
anni
considerati,
con
rete
teleriscaldamento (€514.492) superano
quelli relativi all’utilizzo di riscaldamento
solare con SSET che utilizzano la rete di
teleriscaldamento
come
backup
(€405.415)
Dettagli completi di questa analisi sono
disponibili qui (insert link to Del 7.5)
51
Argomenti

Che cos’è lo Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica
(SSET)?

Perchè usare lo SSET?

Storia dello SSET

Come funziona?

Modi per stoccare l’energia termica

Quanta energia può essere immagazzinata?

Dove viene meglio impiegato?

Quanto costa?

Casi studio
52
CASI STUDIO
Impianto di
riscaldamento
Heizzentrale
centralizzato
Gas
Collettori
solari
Flachkollektoren
BrennwertKessel
Sottostazione di
Wärmeübertrasferimento del
gabestation
calore
Wärmenetz
Rete di
Rete
Saisonaler
Stoccaggio
Solarnetz
Wärmespeicher Solare teleriscaldamento
Stagionale
dell‘Energia
Termica
CASI STUDIO
Serbatoio di SSET sotto l’edificio



Prima Casa 100% Solare in Europa
Oberburg, Svizzera
In funzione a partire da Gennaio 1990
Fonte: Jenni Energietechnik

54
CASI STUDIO
Casa Solare (Oberburger Sonnenhaus)




Prima abitazione multifamigliare ad essere completamente
riscaldata con energia solare
Oberburg, Svizzera
276m² di collettori solari
205m³ Serbatoio di stoccaggio di energia termica
Fonte: Jenni Energietechnik

55
CASI STUDIO
Amburgo (1996)




3.000 m²
Coll. Flat plate
4500 m³
Water TES
Neckarsulm (1997)
 5.900 m²
 Coll. Flat plate
63.300 m³
 Boreholes TES
Rostock (2000)




1.000 m²
Tetto solare
20.000 m³
Acquifer TES
Fonte: USTUTT
Friedrichshafen (1996)




4.050 m²
Coll. Flat plate
12.000 m³
Water TES
Steinfurt (1998)




510 m²
Coll. Flat plate
1.500 m³
Pit TES
Hannover (2000)




1.350 m²
Coll. Flat plate
2.750 m³
Water TES
CASI STUDIO
Chemnitz, 1. fase (2000)




540 m²
Vacuum tubes
8.000 m³
Pit TES
Munich (2007)




2.900 m²
Coll. Flat plate
5.700 m³
Water TES
Eggenstein (2008)




1.600 m²
Coll. Flat plate
4.500 m³
Pit TES
Fonte: USTUTT
Attenkirchen (2002)




800 m²
Tetto solare
9.850 m³
Water TES &
Boreholes TES
Crailsheim (2007)




7.500 m²
Coll. Flat plate
37.500 m³
Boreholes TES
Stoccaggio Stagionale dell’Energia Termica (SSET)
per DOCENTI
(Professori Universitari, docenti di scuola superiore, Pubbliche amministrazioni che si
occupano di Energia, etc)
Miguel Ramirez
Dr Shane Colclough
Prof Neil J Hewitt
Versione italiana:
Ing. Daniela Reccardo
Ing. Giulia Veardo
58