Analisi per un
impianto solare termico
sull’edificio scolastico “Cepina”
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Approvazione
034E05 Studi Solarge
1
Comune di Valdisotto
approvato
Calderoni
Wolter
Pauschinger
novembre 2005
ANALISI IMPIANTO SOLARE TERMICO - VALDISOTTO
COD: AI-034E05-05
VERS: 01
DATA: 28/10/05
PAGINA: 2: 14
ANALISI IMPIANTO SOLARE TERMICO - VALDISOTTO
SINTESI DEI RISULTATI OTTENUTI
Questo studio esamina la fattibilità di un impianto solare per il “Nuovo Centro Servizi della Neve”,
presso il Comune di Valdisotto (SO).
Dal sopralluogo e dai dati forniti dallo Studio Bracchi risulta la seguente situazione:
è prevista la possibilità di realizzare, all’interno dell’albergo, un centro fitness. A seconda che esso
venga (scenario 2) oppure non venga realizzato (scenario 1) si delineano i consumi rappresentati
in tabella.
Fabbisogno energetico per
acqua calda sanitaria
Consumo gasolio
Scenario 1
Scenario 2
42 MWh/a
54 MWh/a
5.500 l/a
7.000 l/a
Si propongono le seguenti tipologie di impianto solare termico, che vengono integrate nell’impianto
esistente, contribuendo parzialmente alla copertura del fabbisogno energetico:
Scenario 1
Scenario 2
2
Superficie di collettori
35 m
Volume di accumulo
2,5 m3
45 m2
3 m3
I benefici energetici degli impianti solari nelle due varianti sono i seguenti:
Gasolio risparmiato
Emissioni CO2 evitate
Scenario 1
Scenario 2
2.300 l/a (41%)
3.200 l/a (45%)
6,2 t/a
8,7 t/a
L’analisi economica dei due impianti fornisce i risultati riassunti in tabella:
Costo d’investimento a carico
del Comune di Valdisotto
(contributo Ministero Ambiente)
Prezzo del calore prodotto
dall’impianto solare
Prezzo del calore prodotto
dall’impianto convenzionale
COD: AI-034E05-05
Scenario 1
Scenario 2
18.740 €
22.940 €
0,082 €/kWh
0,078 €/kWh
0,138 €/kWh
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INTRODUZIONE
L'obiettivo di questo lavoro consiste nell’eseguire uno studio di fattibilità per un impianto solare
termico da installare sull’edificio scolastico “Cepina”, presso il Comune di Valdisotto (SO).
Il solare termico è una tecnologia in espansione in tutta Europa e in molti paesi del resto del
mondo. Negli ultimi decenni è stata portata a maturità e quindi resa disponibile per il mercato
grazie alla stretta collaborazione tra ricerca e industria. Sono cresciuti in Europa mercati
caratterizzati da notevoli tassi di incremento, tanto che è stato possibile installare, ad oggi, nei
paesi della comunità europea circa 15 milioni di metri quadrati di collettori solari.
L’adozione di un impianto solare permette di abbassare notevolmente la quantità di combustibile
fossile necessaria al riscaldamento dell’acqua calda sanitaria e degli ambienti. A seconda del
dimensionamento scelto in fase di progettazione, il sistema può coprire percentuali più o meno
elevate del fabbisogno complessivo. La scelta del tipo di dimensionamento dipende da
considerazioni di carattere tecnico ed economico e va operata con attenzione a seconda del tipo di
utenza.
L’applicazione al momento più redditizia è rappresentata dagli impianti solari con diverse centinaia
di metri quadrati di superficie di collettori, che coprono il 20 – 40 % del fabbisogno totale di calore
per case plurifamiliari, all’interno di piccole reti di teleriscaldamento, per ospedali, residenze per
anziani o per studenti e nel settore turistico. Grazie alle dimensioni, il costo specifico dell’impianto
diminuisce senza penalizzarne l’efficienza.
La copertura del fabbisogno termico da parte degli impianti solari può anche arrivare al 50 - 80%
con impianti solari centralizzati ad accumulo stagionale, nei quali l’energia solare termica captata
durante i mesi estivi viene stoccata e utilizzata per il riscaldamento durante la stagione fredda.
Oggi esistono in Europa più di cinquanta grandi impianti in cui i collettori hanno una superficie
superiore ai 500 m2.
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DESCRIZIONE DELL’EDIFICIO
L’edificio
L’edificio scolastico Cepina è una struttura di due piani fuori terra che ospita 21 aule per alunni, un
auditorium, e quattro sale per gli insegnanti, la segreteria e la presidenza. Nel piano seminterrato
trovano posto, oltre alla centrale termica, diversi locali di servizio, una palestrina, due centri di
aggregazione e una biblioteca. Un’intera ala dell’edificio è adibita a palestra, nella quale si
svolgono attività sportive e ricreative nel corso di tutto l’anno.
Figura 1: “Edificio scolastico Cepina”
L’impianto termico esistente
L’impianto termico è costituito da due caldaie a gasolio che coprono l’intero fabbisogno per
riscaldamento e acqua calda sanitaria (ACS). Quest’ultima viene preparata con l’ausilio di un
serbatoio. L’impianto di distribuzione è dotato di apparato di ricircolo, per mantenere sempre in
temperatura le tubazioni ed evitare ritardi nell’erogazione dell’acqua calda. Il ricircolo è da
considerare a tutti gli effetti come un ulteriore consumatore di energia.
Figura 2: Serbatoio per acqua calda
sanitaria
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Caldaia
480 kW
Serbatoio ACS
450 l
Ricircolo
presente
Tabella 1: Caratteristiche dell’impianto
termico esistente
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FABBISOGNO TERMICO
Occupazione dell’albergo
Il fabbisogno termico è un dato essenziale per il dimensionamento della superficie di collettori.
Poiché l’impianto di riscaldamento è a termosifoni (con elevate temperature di distribuzione), si
opta per un sistema solare che contribuisce alla preparazione dell’acqua calda sanitaria, senza
contributo al riscaldamento degli ambienti.
Poichè l’attività didattica non determina significanti consumi di acqua calda sanitaria, il fabbisogno
dipende fortemente dall’attività della palestra, che è direttamente collegata all’utilizzo delle docce
negli spogliatoi. Di conseguenza risulta di fondamentale importanza conoscere il profilo delle
presenze durante tutto l’anno. Non essendo disponibili dati precisi, tale profilo è stato stimato.
sono stati elaborati due scenari: il primo ipotizza che il centro fitness non venga realizzato, l’altro
ne prevede la presenza e lo considera aperto durante tutto l’anno, richiamando visitatori, in
particolare, durante i mesi estivi.
Scenario 1 – solo albergo
Su indicazioni del committente, si ipotizza che l’affluenza sia massima in inverno, in
corrispondenza della stagione sciistica. In questi mesi la capacità della struttura è sfruttata
completamente. In estate la presenza di ospiti è sensibilmente minore (pari al 50% dei posti letto
disponibili). Nei mesi intermedi l’affluenza è molto bassa e il consumo determinato in gran parte
dalla presenza del personale dell’albergo. Il tasso di occupazione risultante da queste ipotesi è pari
a 47%, in linea con quello medio nazionale (pari al 44% [Federalberghi, 2001]).
Scenario 2 – albergo e fitness
Sulla base del profilo di presenze elaborato per lo scenario 1, si ipotizza che la presenza del centro
fitness richiami una maggior quantità di ospiti nei mesi estivi. In generale, esso viene utilizzato da
parte del 50% degli ospiti dell’albergo e determina l’affluenza di persone dall’esterno, in quantità
variabile nel corso dell’anno. Il tasso di occupazione sale, in questo caso, al 55%, poiché il centro
fitness rappresenta un attrazione aggiuntiva, soprattutto nei mesi estivi.
Affluenza giornliera, mese per mese
90
80
70
persone
60
Presenze di esterni nel centro fitness
50
Presenze addizionali scenario 2
40
Presenze albergo scenario 1
30
20
10
0
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
Grafico 1: Affluenza giornaliera di ospiti e visitatori, valutata mese per mese
Determinazione del fabbisogno termico
Quantificata l’affluenza di ospiti, è possibile calcolare il fabbisogno complessivo di ACS.
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Dalla norma UNI 9182 si ricava un fabbisogno pro capite di acqua calda a 40 °C pari a 130 l/g
(litri al giorno) per alberghi dotati di camere con doccia e di 60 l/g per centri sportivi. L’esperienza
suggerisce tuttavia valori più contenuti. In questo studio si considerano i seguenti fabbisogni, riferiti
a una temperatura di 45 °C:
Utenza
l/g per persona
Albergo (stanze con doccia)
80 l/g
Fitness
50 l/g
Tabella 2: Fabbisogni di acqua calda sanitaria riferiti ad una temperatura di 45 °C
Scenario 1 – solo albergo
Il calcolo del fabbisogno di acqua calda sanitaria si effettua semplicemente moltiplicando il valore
pro capite per il numero complessivo di ospiti dell’albergo.
Si ottiene così un fabbisogno di 830 m3/a di acqua a 45 °C. Ipotizzando una temperatura media
dell’acqua fredda di 10 °C (8 °C nei mesi invernali, 12 °C in quelli estivi), la quantità di energia
necessaria risulta pari a circa 34 MWh/a.
Ad essa si aggiunge l’energia dispersa dall’impianto di ricircolo, che mantiene le tubazioni in
temperatura. Secondo le indicazioni del progettista incaricato, il ricircolo funziona per 10 h/g, da cui
si deduce un consumo di circa 8 MWh/a.
Il fabbisogno termico complessivo per la preparazione dell’ACS risulta pari a 42 MWh/a.
Ipotizzando un rendimento medio stagionale delle caldaie pari al 75 %, il consumo di gasolio
ammonta a 5.500 l/a.
Scenario 2 – albergo e fitness
Si considera che il 50 % degli ospiti dell’albergo utilizzi il centro fitness e lì faccia la doccia.
L’affluenza di clienti dall’esterno è stimata, mediamente, in 18 persone al giorno nei mesi estivi,
mentre si riduce a 6 persone durante il resto dell’anno.
Si deduce un fabbisogno di 1.130 m3/a di acqua a 45 °C. Aggiungendo il ricircolo, si ottiene un
fabbisogno complessivo di energia pari a circa 54 MWh/a, per un consumo di gasolio di 7.000 l/a.
Fabbisogno energetico di acs
7000
[kWh]
6000
5000
Fabbisogno addizionale
scenario 2
4000
Fabbisogno scenario 1
3000
2000
1000
0
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
Grafico 2: Fabbisogno mensile di energia per la preparazione dell’acqua calda sanitaria
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PROPOSTA DI IMPIANTO
I collettori solari vengono installati sulla falda esposta a sud della copertura del corpo B. Tramite
opportune staffe di fissaggio, essi vengono agganciati al tetto esistente, rispettandone
l’inclinazione per migliorare l’impatto estetico dell’impianto. Questo tipo di intervento garantisce il
mantenimento dell’impermeabilità della copertura.
La foto in figura 3 mostra la possibile sistemazione di un campo collettori da 45 m2.
Campo
collettori
Tubazioni
impianto
solare
Figura 3: sistemazione dei collettori solari termici sulla copertura del corpo B
Il campo collettori è collegato a un accumulo
tampone, situato nel locale tecnico, tramite una
tubazione di mandata e una di ritorno. Esse trovano
spazio accanto ai camini già esistenti, seguendone
il percorso fino alla grata di figura 4 ed entrando in
centrale termica attraverso l’apertura realizzata per
il passaggio dei camini. Queste tubazioni sono
protette dagli agenti esterni tramite un idoneo
rivestimento.
L’accumulo tampone viene posizionato nel locale
tecnico del corpo B ed è collegato, tramite uno
scambiatore di calore, al primo dei due serbatoi
ACS. Da questo, l’acqua calda viene smistata agli
Figura 4: Passaggio per i tubi dell’impianto
altri due serbatoi, a servizio, rispettivamente, del
solare
corpo A e del corpo B.
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La funzionalità delle caldaie resta pressoché invariata. Viene modificato il solo collegamento con il
primo serbatoio ACS, che deve essere riscaldato dall’impianto solare. La serpentina verrà azionata
solo per effettuare il trattamento termico antilegionella.
L’impianto solare è gestito da una centralina apposita che confronta la temperatura all’uscita dei
collettori (punto più caldo del circuito) con quella sul fondo del serbatoio (punto più freddo). La
caldaia si accende quando l’impianto solare non è in grado di riscaldare la parte superiore
dell’accumulo fino alla temperatura desiderata.
In figura 5 è raffigurato uno schema di massima di integrazione del sistema solare nell’impianto
termico esistente.
Figura 5: Schema impiantistico di massima
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DIMENSIONAMENTO
Scenario 1 – solo albergo
Utilizzando i criteri di dimensionamento propri degli impianti solari termici di grandi dimensioni, si
ricavano le seguenti caratteristiche principali per un impianto adatto al caso ipotizzato nel primo
scenario:
Componente
Caratteristiche
2
collettori solari
35 m ; inclinazione 25° ; esposizione sud
2,5 m3
serbatoio solare (puffer + serbatoio ACS)
tubazioni impianto solare (mandata e ritorno)
55 m
Tabella 3: principali caratteristiche dell’impianto solare – scenario 1
L’impianto così dimensionato ha le performance energetiche riassunte in tabella 4.
gasolio risparmiato (ηcaldaia = 75 %)
2.300 l/a (41 %)
energia termica fornita dal serbatoio
d’accumulo solare
21 MWh/a
emissione di CO2 evitate
6,2 t/a
Tabella 4: performance energetiche dell’impianto solare – scenario 1
Scenario 2 – albergo e fitness
Nel caso dello scenario 2, la superficie di collettori dell’impianto solare risulta più ampia poiché
maggiore è il fabbisogno energetico. Di conseguenza è necessario scegliere un serbatoio più
capiente:
Componente
Caratteristiche
2
collettori solari
45 m ; inclinazione 25° ; esposizione sud
3 m3
serbatoio solare (puffer + serbatoio ACS)
tubazioni impianto solare (mandata e ritorno)
55 m
Tabella 5: principali caratteristiche dell’impianto solare – scenario 2
Le performance energetiche sono riassunte in tabella 6.
gasolio risparmiato (ηcaldaia =75%)
3.200 l/a (45%)
energia termica fornita dal serbatoio
d’accumulo solare
27 MWh/a
emissione di CO2 evitate
8,7 t/a
Tabella 6: performance energetiche dell’impianto solare – scenario 2
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Copertura solare del fabbisogno energetico per la
preparazione dell'acs
8.000
7.000
[kWh]
6.000
5.000
Energia caldaie
4.000
Energia solare
3.000
2.000
1.000
0
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
Grafico 3: Copertura del fabbisogno energetico per la preparazione dell’ACS – scenario 1
Copertura solare del fabbisogno energetico per la
preparazione dell'acs
8000
7000
[kWh]
6000
5000
Energia caldaie
4000
Energia solare
3000
2000
1000
0
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
Grafico 4: Copertura del fabbisogno energetico per la preparazione dell’acs – scenario 2
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VALUTAZIONI ECONOMICHE
Costi d’investimento
I costi d’investimento per la realizzazione degli impianti solari proposti per i due scenari sono
elencati nella tabella successiva. Si tratta di una stima realistica, fatta sulla base delle attuali
condizioni del mercato del solare termico. Per ottenere cifre più dettagliate deve essere richiesto
un preventivo a una ditta installatrice.
Scenario 1 – 35 m2 Scenario 2 – 45 m2
COSTI D’INVESTIMENTO [€]
Campo collettori e integrazione nel tetto
12.000
15.500
Circuito solare
3.300
3.800
Serbatoio solare
1.500
2.000
700
700
Manodopera
6.000
7.000
Progettazione
2.500
3.000
Totale impianto solare
26.000
32.000
Finanziamento Ministero dell’Ambiente
(cfr. capitolo 7)
7.800
9.600
Sistema di monitoraggio
600
600
Finanziamento Ministero dell’Ambiente al sistema
di monitoraggio
60
60
Investimento a carico del Comune di Valdisotto
18.740
22.940
Sistema di controllo
Tabella 7: Costi d’investimento per la realizzazione degli impianti solari proposti per i due scenari
(IVA esclusa)
Calcolo economico
Sulla base dei costi d’investimento, note le condizioni al contorno riportate in tabella 8, si valutano i
due investimenti calcolando il costo annuo e il prezzo del calore.
Per quanto riguarda il prezzo del combustibile (gasolio per riscaldamento) si è scelto come
riferimento il prezzo medio nazionale e si è tenuto conto di uno sconto applicato a tutti gli utenti
della provincia di Sondrio, pari a 0,129 €/l.
Ciclo di vita
Interessi sul capitale
Annuità
Prezzo del combustibile
Scenario 1
Scenario 2
20 anni
20 anni
4%
4%
7,36%
7,36%
0,71 €/l
Tabella 8: Condizioni al contorno stimate per il calcolo economico
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Scenario 1
Scenario 2
Investimento complessivo
per l’impianto solare
26.600 €
32.600 €
Finanziamento Ministero
dell’Ambiente
7.860 €
9.660 €
Investimento a carico del
comune di Valdisotto
18.740 €
22.940 €
Costo annuo per
l’investimento (annuità
7,36 %)
1.379 €
1.688 €
Costi di esercizio
344 €/a
425 €/a
Costo annuo totale
impianto solare
1.723 €/a
2.113 €/a
Energia fornita
dall’impianto solare
21 MWh
27 MWh
0,082 €/kWh
0,078 €/kWh
Prezzo del calore solare
Prezzo del calore prodotto
dall’impianto
convenzionale
0,138 €/kWh
prezzo combustibile 2005: 0,71 €/l
rendimento annuo caldaie: 75 %
aumento prezzo energia: 4 % all’anno
Tabella 9: Calcolo economico
I risultati dell’analisi economica evidenziano che il chilowattora prodotto dall’impianto solare
nell’arco della sua vita utile costa 0,082 €, mentre il prezzo del chilowattora prodotto con l’impianto
convenzionale, considerando un tasso di aumento dei prezzi dell’energia del 4 % annuo, è pari a
0,138 €.
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POSSIBILI SINERGIE
Bando Ministeriale per Enti Pubblici
Con il Decreto Direttoriale del 10 settembre 2001 (G.U. n. 291 del 15.122001) è stato finanziato il
programma “Solare Termico” rivolto alle amministrazioni pubbliche e aziende distributrici del gas
per la realizzazione di impianti solari termici nelle strutture edilizie con un cofinanziamento del 30%
dei costi d’investimento. Il bando è tuttora aperto e ha risorse disponibili per 5 milioni di euro.
Per la realizzazione dell’impianto in oggetto, il Comune di Valdisotto può pertanto sfruttare questo
contributo. Il bando con la relativa modulistica sono scaricabili dal sito internet del Ministero
dell’Ambiente (www.minambiente.it/Sito/settori_azione/iar/FontiRinnovabili/Home.asp).
Solarge
Nell’ambito del programma “EIE Intelligent Energy – Europe” della Commissione Europea,
Ambiente Italia implementa in Italia il progetto “Solarge – Enlarging Solar Thermal Systems in
Multi-Family-Houses, Hotels, Public and Social Buildings in Europe”. Si tratta di una campagna per
la diffusione di impianti solari temici di grandi dimensioni per edifici residenziali ed alberghi.
L’impianto in oggetto, se realizzato, rientrerebbe a pieno titolo nella campagna Solarge, facendo
parte di un elenco online di impianti “best practice” di tutta Europa, venendo citato all’interno di una
brochure specifica e presentato in occasione di convegni e fiere.
Per ulteriori informazioni sulla campagna Solarge, si rimanda al sito internet www.solarge.org.
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