Analisi per un
impianto solare termico
sul fabbricato di via Tovo – Olgiate Olona
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Approvazione
034E05 Studi Solarge
1
Ing. Piero Balossi
approvato
Calderoni
Wolter
Pauschinger
aprile 2006
ANALISI IMPIANTO SOLARE TERMICO – OLGIATE OLONA
SOMMARIO
SINTESI DEI RISULTATI OTTENUTI............................................................................................................... 3
1
INTRODUZIONE ..................................................................................................................................... 4
2
DESCRIZIONE DELL’EDIFICIO............................................................................................................. 5
L’edificio ........................................................................................................................................................... 5
L’impianto termico........................................................................................................................................... 5
3
FABBISOGNO TERMICO....................................................................................................................... 6
4
PROPOSTA DI IMPIANTO ..................................................................................................................... 7
5
DIMENSIONAMENTO............................................................................................................................. 9
Variante 1 – impianto da 30 m2 .................................................................................................................... 9
Variante 2 – impianto da 40 m2 .................................................................................................................... 9
6
VALUTAZIONI ECONOMICHE ............................................................................................................ 11
Costi d’investimento ..................................................................................................................................... 11
Calcolo economico........................................................................................................................................ 11
7
POSSIBILI SINERGIE........................................................................................................................... 13
Solarge ....................................................................................................................................................... 13
COD: AI-034E05-06
VERS: 01
DATA: 31/019/06
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ANALISI IMPIANTO SOLARE TERMICO – OLGIATE OLONA
SINTESI DEI RISULTATI OTTENUTI
Questo studio esamina la fattibilità di un impianto solare termico autocostruito per il fabbricato di
via Tovo, presso il Comune di Olgiate (VA).
Si propongono due varianti di impianto, una a media copertura del fabbisogno, l’altra a copertura
elevata.
Variante 1
Variante 2
2
Superficie di collettori
30 m
Volume di accumulo
3.200 l
40 m2
3.200 l
I benefici energetici degli impianti solari nelle due varianti sono i seguenti:
Variante 1
Variante 2
3
Gas risparmiato
Emissioni CO2 evitate
2.200 m /a (55 %)
2.600 m3/a (62 %)
5 t/a
6 t/a
L’analisi economica dei due impianti fornisce i risultati riassunti in tabella:
Costo d’investimento
Prezzo del calore prodotto
dall’impianto solare
Prezzo del calore prodotto
dall’impianto convenzionale
COD: AI-034E05-05
Variante 1
Variante 2
19.550 €
21.850 €
0,094 €/kWh
0,089 €/kWh
0,108 €/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 sul fabbricato di via Tovo, presso il comune di Olgiate Olona (VA).
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
Il fabbricato di via Tovo è in fase di ristrutturazione e ospiterà, a lavori ultimati, dodici appartamenti.
La struttura si sviluppa su due piani fuori terra. L’utenza massima è stimata in 45 persone.
Figura 1: Il fabbricato di via Tovo
L’impianto termico
L’impianto termico è costituito da una caldaia (eventualmente a condensazione) a gas che copre
l’intero fabbisogno per riscaldamento e acqua calda sanitaria (ACS). Quest’ultima viene preparata
con l’ausilio di un serbatoio tampone e di un serbatoio per acqua sanitaria, che viene riscaldato,
nella parte superiore, dalla caldaia. 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 considerarsi a tutti gli effetti come un ulteriore consumatore di energia.
Caldaia
187 kW
Serbatoio ACS
1.200 l
Serbatoio
tampone (solare)
2.000 l
Ricircolo
presente
Tabella 1: Caratteristiche dell’impianto
termico
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FABBISOGNO TERMICO
Il fabbisogno termico è un dato essenziale per il dimensionamento della superficie di collettori.
La presenza di un impianto di riscaldamento degli ambienti a pavimento, operante a basse
temperature, porta normalmente a considerare la possibilità di apporto di energia solare anche per
il riscaldamento della struttura. Poichè in questo caso, oltre all’impianto a pavimento, sono presenti
anche alcuni radiatori, l’impianto termico lavora comunque ad alta temperatura; la scelta ricade
pertanto su un sistema solare per la sola produzione di acqua calda.
Nel caso di strutture residenziali il fabbisogno termico per la produzione di acqua calda sanitaria è
più o meno costante durante l’anno. Dalla norma UNI 9182 si ricava un fabbisogno pro capite di
acqua calda a 40 °C pari a 70 - 80 l/g (litri al giorno). L’esperienza suggerisce tuttavia valori più
contenuti. In questo studio si considera un fabbisogno pro capite, riferito a una temperatura di
45 °C, pari a 50 l/g.
Il calcolo del fabbisogno complessivo si effettua semplicemente moltiplicando il valore pro capite
per il numero di utenti. La struttura in esame ospiterà al massimo 45 abitanti. Nel calcolo si ipotizza
una presenza di 40 persone.
Si ottiene così un fabbisogno di 730 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 27,5 MWh/a.
Il calore consumato dall’impianto di ricircolo è estremamente variabile da caso a caso, a seconda
del grado di coibentazione delle tubazioni, della lunghezza delle stesse e delle ore di
funzionamento giornaliero della pompa. Ipotizzando un sistema mediamente coibentato e gestito
oculatamente, si stima un fabbisogno pari al 20 % del fabbisogno complessivo per ACS, da cui si
deduce un consumo di circa 5,5 MWh/a.
Il fabbisogno termico complessivo per la preparazione dell’ACS risulta pari a 33 MWh/a.
Ipotizzando un rendimento medio stagionale delle caldaie pari al 75 %, il consumo di gas ammonta
(nell’ipotesi che l’intero fabbisogno venga coperto dall’impianto convenzionale) a 4.000 m3/a.
Fabbisogno termico
4.000
3.500
kWh/mese
3.000
2.500
Ricircolo
2.000
Fabbisogno ACS
1.500
1.000
500
0
G
F
M
A
M G
L
A
S
O N
D
Grafico 1: Fabbisogno termico mensile
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PROPOSTA DI IMPIANTO
I collettori solari vengono installati sulle falde esposte a sud delle coperture di uno o di entrambi i
corpi centrali. Tramite opportune staffe di fissaggio, essi vengono agganciati al tetto esistente a
sostituzione delle tegole, rispettandone l’inclinazione per migliorare l’impatto estetico dell’impianto.
Questo tipo di intervento garantisce il mantenimento dell’impermeabilità della copertura.
La falda sud del primo corpo centrale può ospitare fino a 30 – 34 m2 di collettori, se utilizzata in
tutta la sua lunghezza. In caso di impedimenti legati ad eventuali camini, oppure in caso di scelta
di un impianto di superficie maggiore, è possibile sfruttare anche la copertura del secondo corpo
centrale.
L’immagine in figura 2 mostra la possibile sistemazione di un campo collettori da 30 m2, nell’ipotesi
di utilizzare uno solo dei corpi centrali.
Figura 2: sistemazione dei collettori solari termici sulla copertura del corpo centrale
Il campo collettori è collegato ad un accumulo tampone, situato nel locale tecnico, tramite una
tubazione di mandata e una di ritorno. Esse trovano spazio nei cavedi del vano (o dei vani) scala.
Queste tubazioni devono essere accuratamente coibentate. Nel caso di installazione su entrambi i
corpi centrali del complesso, una linea dovrà essere interrata per circa 15 m.
L’accumulo tampone viene posizionato nel locale tecnico ed è collegato, tramite uno scambiatore
di calore, al serbatoio ACS. Da questo, l’acqua calda viene smistata ai punti di prelievo.
La caldaia riscalda la parte superiore del serbatoio ACS (circa un terzo del volume). La parte
inferiore viene riscaldata dall’impianto solare quando esiste energia disponibile.
E’ possibile prevedere un sistema antilegionella, che permette di riscaldare, tramite la caldaia,
l’intero volume del serbatoio ACS. Tale scelta comporta un sostanziale aumento dei consumi
termici, poichè l’intero volume del serbatoio ACS viene riscaldato a temperature elevate; per
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questo motivo, inoltre, si riduce la capacità dello stesso serbatoio di accumulare calore solare, con
conseguente diminuzione della resa dell’impianto.
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 3 è raffigurato uno schema di massima di integrazione del sistema solare nell’impianto
termico esistente.
Figura 3: Schema impiantistico di massima
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DIMENSIONAMENTO
I criteri di dimensionamento degli impianti solari forniscono indicazioni riguardo alla superficie di
collettori più adatta al singolo caso, ma consentono comunque una certa libertà di scelta. Nel caso
in esame, dato il basso costo dei collettori autocostruiti, si propongono due varianti: la prima
prevede un impianto a copertura media del fabbisogno per acqua sanitaria; la seconda variante
propone una superficie di collettori più ampia, che raggiunge una copertura del fabbisogno più
elevata.
Variante 1 – impianto da 30 m2
Componente
Caratteristiche
2
collettori solari
30 m ; inclinazione 20° ; esposizione 12° sud
serbatoio solare (puffer + serbatoio ACS)
2.000 l + 1.200 l
tubazioni impianto solare (mandata e ritorno)
70 m (20 m nel caso di utilizzo di un solo
corpo dell’edificio)
Tabella 2: principali caratteristiche dell’impianto solare – variante 1
L’impianto così dimensionato ha le performance energetiche riassunte in tabella 3.
2.200 m3/a (55 %)
gas risparmiato (ηcaldaia = 75 %)
energia termica fornita dal serbatoio
d’accumulo solare
19 MWh/a
emissione di CO2 evitate
5 t/a
Tabella 3: performance energetiche dell’impianto solare – variante 1
Variante 2 – impianto da 40 m2
Componente
Caratteristiche
2
collettori solari
40 m ; inclinazione 20° ; esposizione 12° sud
serbatoio solare (puffer + serbatoio ACS)
2.000 l + 1.200 l
tubazioni impianto solare (mandata e ritorno)
70 m (20 m nel caso di utilizzo di un solo
corpo dell’edificio)
Tabella 4: principali caratteristiche dell’impianto solare – variante 2
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L’impianto così dimensionato ha le performance energetiche riassunte in tabella 5.
2.600 m3/a (62 %)
gas risparmiato (ηcaldaia = 75 %)
energia termica fornita dal serbatoio
d’accumulo solare
22,5 MWh/a
emissione di CO2 evitate
6 t/a
Tabella 5: principali caratteristiche dell’impianto solare – variante 2
[kWh]
Copertura solare del fabbisogno energetico per la
preparazione dell'acs
4.000
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
Energia caldaia
Energia solare
G
F
M
A
M G
L
A
S
O
N
D
Grafico 2: Copertura del fabbisogno energetico per la preparazione dell’ACS – variante 1
[kWh]
Copertura solare del fabbisogno energetico per la
preparazione dell'acs
4.000
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
Energia caldaia
Energia solare
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
Grafico 3: Copertura del fabbisogno energetico per la preparazione dell’ACS – variante 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.
VARIANTE 1
30 m2
VARIANTE 2
40 m2
Campo collettori e integrazione nel tetto
7.250
8.750
Scossaline in rame
1.300
1.600
Serbatoi (tampone + ACS) e relativa
componentistica
8.000
8.500
470
470
1.800
1.800
330
330
Manodopera
inclusa
inclusa
Progettazione
esclusa
esclusa
Sistema di monitoraggio
400
400
Totale impianto solare
19.550
21.850
COSTI D’INVESTIMENTO [€]
Gruppo pompe e sicurezza
Circuito solare
Sistema di controllo
Tabella 6: Costi d’investimento per la realizzazione dell’impianto solare (IVA al 10 % esclusa)
Calcolo economico
Sulla base dei costi d’investimento, note le condizioni al contorno riportate in tabella 7, si valutano i
due investimenti calcolando il costo annuo e il prezzo del calore.
Per quanto riguarda il prezzo del combustibile (metano) si è fatto riferimento ad alcune bollette
relative ad edifici localizzati nella stessa zona.
Ciclo di vita
20 anni
Interessi sul capitale
4%
Annuità
7,36%
0,62 €/m3
Prezzo del combustibile
Tabella 7: Condizioni al contorno stimate per il calcolo economico
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Variante 1 – 30 m2
Variante 2 – 40 m2
19.550 €
21.850 €
Costo annuo per
l’investimento (annuità
7,36 %)
1.440 €
1.610 €
Costi di esercizio (operazione
+ manutenzione)
350 €/a
400 €/a
Costo annuo totale
impianto solare
1.790 €/a
2.010 €/a
Energia fornita dall’impianto
solare
19 MWh
22,5 MWh
0,094 €/kWh
0,089 €/kWh
Investimento complessivo per
l’impianto solare
Prezzo del calore solare
Prezzo del calore prodotto
dall’impianto convenzionale
0,108 €/kWh
prezzo combustibile: 0,62 €/m3
rendimento annuo caldaie: 75 %
aumento prezzo energia: 4 % all’anno
Tabella 8: Calcolo economico
I risultati dell’analisi economica evidenziano che il chilowattora prodotto dall’impianto solare
nell’arco della sua vita utile costa, rispettivamente, 0,094 € (impianto da 30 m2) e 0,089 € (impianto
da 40 m2), 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 0,108 € (prezzo medio in 20
anni).
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POSSIBILI SINERGIE
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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