con il supporto di - Università degli studi di Bergamo

septembre 2004 - Actaes éditions
con il supporto di:
Gli autori di questa guida sono:
Marc Delorme, Reinhard Six : Rhônalpénergie-Environnement (Francia)
Daniel Mugnier, Jean-Yves Quinette : Tecsol (Francia)
Nadja Richler : O. Ö Energiesparverband (Austria)
Frank Heunemann : Berliner Energieagentur GmbH (Germania)
Edo Wiemken, Hans-Martin Henning :
Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Germania)
Theocharis Tsoutsos, Effie Korma : Centre for Renewable Energy Sources (Grecia)
Giuliano Dall’Ò, Paola Fragnito, Luca Piterà : Associazione Rete di Punti Energia (Italia)
Pedro Oliveira, Joao Barroso : Agencia Municipal de Energia de Sintra (Portogallo)
Josè Ramon-Lopez,
Santiago Torre-Enciso : Ente Vasco de la Energia (Spagna)
´
´
Con il supporto della Commissione Europea
(Direzione Generale dell’Energia e dei Trasporti)
e della Regione Lombardia
La riproduzione del contenuto è soggetta all’autorizzazione
della Commissione Europea e di Rhônalpénergie.
Né la Commissione Europea né alcun altro agendo per suo conto può:
a) dare alcuna garanzia o rappresentazione, espressa o implicita, riguardo alle informazioni
contenute in questa pubblicazione;
b) assumere alcuna responsabilità rispetto all’uso della presente pubblicazione o ai danni derivanti
da queste informazioni.
Le opinioni espresse in questa pubblicazione non riflettono necessariamente
quelle della Commissione.
Climasol
Indice
Guida ai sistemi di condizionamento ad energia solare
1
1.1
1.2
1.3
Introduzione
L’energia solare al servizio della climatizzazione
Il raffrescamento estivo ad energia solare: prospettive di mercato
Vademecum per la realizzazione di impianti ad energia solare per il
condizionamento
2
La riduzione dei carichi termici estivi
2.1
2.2
2.3
I principi generali
Le strategie
Le tecniche
3
p4
Impianti di condizionamento ad energia solare:
panoramica tecnica
p6
p 10
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
Macchine frigorifere alimentate da sorgente termica
I sistemi desiccant cooling
I collettori solari
Torri evaporative e unità di trattamento dell’aria: precauzioni operative
Investimenti e costi d’esercizio
4
Impianti di condizionamento ad energia solare
4.1
4.2
Localizzazione degli interventi
I casi studio
5
La gestione del progetto
5.1
5.2
5.3
La scelta della tecnologia
Regole base per la progettazione ed il dimensionamento
L’importanza degli studi di fattibilità
Bibliografia
p 16
p 28
p 31
3
1
INTRODUZIONE
La domanda di condizionamento estivo nel settore terziario è in rapido aumento, sia perché vengono
richieste condizioni di comfort più elevate, sia perché nell’ultimo decennio l’aumento delle temperature si è manifestato in modo più evidente. Al tempo stesso, le tecniche passive o semi-attive, impiegate per secoli al fine di preservare buone condizioni di comfort interno, sembrano essere state dimenticate nella più recente pratica edilizia.
L’uso crescente di impianti di condizionamento con macchine frigorifere a compressione alimentate ad
energia elettrica è altresì causa dell’aumento della domanda di picco di potenza elettrica in estate, che,
in numerosi casi, raggiunge la capacità limite delle reti. L’emissione di gas ad effetto serra, che cresce
con la produzione di energia o con la perdita di fluidi refrigeranti, aggrava ulteriormente il circuito vizioso legato al cambiamento climatico.
Esiste ormai un‘ampia scelta di tecnologie per il raffrescamento passivo, sia per edifici in fase di progettazione, sia per quelli esistenti, utili per migliorare le condizioni di comfort interno senza dover
ricorrere all’impiego di impianti di condizionamento dell’aria e per ridurre drasticamente il fabbisogno
energetico estivo.
Inoltre esiste in natura ampia disponibilità di radiazione solare. E le tecnologie solari per il raffrescamento presentate in questa sede hanno dimostrato, in alcuni casi anche nel medio - lungo termine, di
essere efficienti e affidabili. Queste tecnologie fanno uso di fluidi refrigeranti non nocivi (generalmente
acqua) e comportano consumi energetici minimi rispetto agli impianti tradizionali.
1.1 - L’energia solare al servizio della climatizzazione
In passato sono stati studiati numerosi e svariati metodi per il miglior utilizzo dei sistemi di riscaldamento e la riduzione delle temperature negli
ambienti durante la stagione estiva.
Un esempio eloquente sono, a questo proposito, le case nell’area del
Mediterraneo, spesso dipinte di bianco per riflettere almeno in parte la
radiazione solare nei periodi più caldi.
I metodi alternativi per la climatizzazione degli edifici sono principalmente basati su tecnologie di raffrescamento passivo e a basso consumo di
energia, che, nella progettazione e nei componenti, sono finalizzati al contenimento dei guadagni termici o solari o comunque all’abbattimento del
calore. Queste misure contribuiscono quindi a ridurre i picchi estivi di
richiesta di energia elettrica per il condizionamento.
In estate la richiesta di elettricità ovviamente cresce a fronte dell’utilizzo
intensivo degli impianti di climatizzazione (conosciuti anche come HVAC –
Heating Ventilation Air Conditioning) e ciò non fa che accrescere i problemi legati alla fornitura di energia. La carenza di energia si fa più pesante
negli anni caratterizzati da scarse precipitazioni, quando le centrali idroe-
4
lettriche, funzionando a basso regime, non riescono a far fronte ai picchi di
richiesta.
Alla luce di queste premesse, l’utilizzo dell’energia solare per il raffrescamento degli edifici risulta essere un’ipotesi non priva di attrattive, anche
perché il periodo che fa registrare la maggiore richiesta di condizionamento coincide proprio con i mesi durante i quali la radiazione solare è al
massimo e le giornate sono più lunghe.
I sistemi di climatizzazione ad energia solare possiedono l’indubbio vantaggio di utilizzare fluidi di lavoro innocui, come l’acqua o le soluzioni saline.
Sono rispettosi dell’ambiente e rispondono a criteri di efficienza energetica e possono essere usati, da soli o integrati ai sistemi di condizionamento tradizionali, per migliorare la qualità dell’aria all’interno di qualsiasi
tipo di edificio.
Il loro principale obiettivo è quello di utilizzare tecnologie ad “emissione
zero” per ridurre i consumi di energia nonché le emissioni di CO2 .
1.2 - Il raffrescamento estivo ad energia solare:
prospettive di mercato
Nonostante il mercato degli impianti di climatizzazione ad energia solare abbia ottime potenzialità
di sviluppo, gli attuali sistemi non sono sufficientemente competitivi rispetto agli impianti tradizionali ad energia elettrica o a gas.
Questa disparità dipende soprattutto dall’alto
costo di investimento iniziale e dai bassi prezzi dei
combustibili convenzionali.
Una auspicabile inversione di tendenza può essere favorita da un’azione di contenimento dei costi
delle differenti componenti, dai collettori solari ai
generatori, e dal miglioramento delle loro prestazioni. Rimane comunque difficile una previsione
relativamente ai tempi che si renderanno necessari affinché questa tipologia di tecnologie solari
divenga realmente matura per il mercato di settore.
Un confronto corretto ed esaustivo tra le tecnologie tradizionali e quelle solari può essere fatto
solo contabilizzando anche i costi ambientali e
sociali, in particolare le esternalità, i costi di distribuzione e gli altri costi indiretti.
L’impossibilità di prevedere l’andamento dei prez-
zi delle fonti tradizionali sul lungo periodo è un
altro elemento che deve essere valutato.
In generale deve anche essere tenuto in considerazione che:
i costi delle tecnologie solari sono destinati a
diminuire nel momento in cui la loro produzione
divenga di serie;
queste tecnologie sono comunque già tecnicamente mature per soddisfare le esigenze degli
utenti finali;
questi sistemi hanno un minore impatto
ambientale rispetto ai sistemi di condizionamento
convenzionali.
Appare quindi evidente che è necessario prevedere forme di incentivazione agli investimenti su
questa tipologia di impianti e che deve essere istituito un regime fiscale che tenga conto dei reali
costi ambientali connessi all’utilizzo delle risorse
energetiche convenzionali.
In molti Paesi l’introduzione di incentivi ha accresciuto in modo determinante la convenienza economica dell’applicazione di questa tecnologia.
1.3 - Vademecum per la realizzazione di impianti
ad energia solare per il condizionamento
Sei consapevole che puoi contribuire anche tu a ridurre i rischi dei cambiamenti climatici con un approccio più cosciente verso le tematiche ambientali ed energetiche? Sai che il contenimento della richiesta di
climatizzazione con l’applicazione di tecniche passive e bioclimatiche è il primo passo di questo approccio? E che, se è proprio necessario un impianto di condizionamento, l’utilizzo di un sistema alimentato con
energia solare può essere un’ottima soluzione? Se hai risposto sì, questa pubblicazione è per te.
Il contributo che ciascuno può portare alla ricerca di stili e modalità di abitare il territorio dipende soprattutto dalla condivisione di una approfondita consapevolezza rispetto alle implicazioni ambientali connesse ai consumi energetici. Questo approccio, nel settore specifico della climatizzazione degli ambienti,
passa in primo luogo attraverso l’adozione di tecniche passive e bioclimatiche, fino ad arrivare all’utilizzo
di un sistema di condizionamento alimentato ad energia solare.
La prima parte di questa pubblicazione è dedicata alla presentazione delle principali tecniche passive o
semi-attive per la riduzione dei carichi termici estivi.
Successivamente vengono passati in rassegna i diverse sistemi di raffrescamento estivo ad energia solare
(ad assorbimento, ad adsorbimento e desiccant cooling).
È stata quindi approntata una lista degli impianti attualmente operativi, con la descrizione di dieci casi studio localizzati in diversi Paesi, caratterizzati da differenti contesti climatici e realizzati ricorrendo a varie tecniche di applicazione. A completamento degli intenti di indirizzo e di orientamento propri di questa iniziativa, sono state infine inserite alcune indicazioni che possano facilitare la scelta di un sistema di condizionamento dell’aria ad energia solare.
5
2
LA RIDUZIONE DEI CARICHI
TERMICI ESTIVI
Gli impianti di climatizzazione ad energia solare consentono di climatizzare gli edifici minimizzando l’impatto ambientale. Pur essendo una fonte di energia disponibile in natura, è necessario considerare che i costi di sfruttamento dell’energia solare, a parità di potenza erogata, sono
considerevolmente più alti rispetto a quanto avvenga per un impianto di condizionamento con
macchina frigorifera tradizionale a compressione.
L’installazione di un impianto di climatizzazione ad energia solare richiede pertanto una attenta
analisi delle caratteristiche dell’edificio e l’adozione di tutte le tecniche utili per ridurre il fabbisogno energetico.
È quindi importante richiamare i principi, le strategie e le tecniche adottabili per favorire una riduzione dei carichi termici estivi.
I suggerimenti qui indicati riguardano sia gli edifici in fase di progettazione, per i quali è possibile operare scelte più radicali, sia quelli esistenti, per i quali rimangono comunque molte possibilità di intervento.
2.1 - I principi generali
Negli impianti di climatizzazione estiva la potenza frigorifera della macchina refrigerante viene valutata sulla base del carico termico estivo, ossia
della somma di tutti i carichi termici, interni ed esterni, che concorrono ad
alterare le condizioni di equilibrio termico tra l’ambiente confinato e tutto
ciò che sta all’esterno (non solo l’ambiente esterno propriamente detto,
ma anche gli ambienti confinanti che non sono climatizzati).
Nel periodo estivo la quantità di calore da smaltire dipende dal concorso
di diversi fattori, alcuni dei quali, come, ad esempio, l’incidenza della
radiazione solare, variano nell’arco della giornata.
Gli elementi che influiscono maggiormente sul fabbisogno termico estivo
sono:
l’effetto della radiazione solare attraverso le strutture trasparenti;
l’effetto della trasmissione di calore attraverso le strutture trasparenti
ed opache;
l’inerzia termica delle strutture dell’edificio;
i carichi termici interni, sensibili e latenti, dovuti alla presenza sia di persone che di apparecchiature che emettono calore (illuminazione, macchinari vari, ecc.);
l’entrate di calore, sensibile e latente, dovuta alle infiltrazioni ed ai
ricambi d’aria.
Dallo schema riportato in Figura 1 è possibile osservare come il carico termico estivo sia notevolmente influenzato dalle caratteristiche degli elementi architettonici che definiscono l’involucro dell’edificio.
Fattori climatici
Radiazione
solare
Edificio
Temperatura
aria esterna
Sistemi di
oscuramento,
ombre, ecc.
Infiltrazioni
e
ventilazione
Massa
strutture
(fattore di
accumulo)
Radiazione
solare
attraverso
i vetri
Carichi
interni
Massa
strutture
(fattore di
accumulo)
Radiazione e
trasmissione
pareti e tetto
Persone
Illuminazione
Altre apparecchiature
Trasmissione
escluse pareti
e tetto
Utenza
Totale calore
sensibile
6
Umidità
specifica
aria esterna
Totale calore
latente
Totale calore
da dissipare
Figura 1
Schema a blocchi della procedura
di calcolo per la valutazione dei
carichi termici estivi.
Il calore sensibile e il calore latente
Il calore sensibile, che solitamente prevale su quello latente, è la somma degli apporti di calore che
hanno come unico effetto l’aumento della temperatura; proviene dall’esterno per effetto della radiazione solare, della differenza di temperatura tra l’ambiente esterno e quello interno (trasmissione per
conduzione attraverso le strutture) ed anche per
effetto dei cosiddetti carichi interni, quali, ad esempio, le persone ed eventuali sorgenti di calore (illuminazione, macchine, motori, ecc.).
Il calore latente, invece, è la somma degli apporti
che concorrono ad aumentare il contenuto di vapore
presente nell’aria, quindi dell’umidità, senza per questo aumentare la temperatura; il calore latente
ambiente deriva dall’apporto di vapore delle persone
(attraverso la respirazione e la traspirazione) e da altre
fonti che producono vapore (come, ad esempio, la
cottura dei cibi o l’utilizzo dell’asciugabiancheria).
L’aria di rinnovo proveniente dall’esterno apporta a
sua volta calore sensibile, in forza della sua temperatura più elevata rispetto a quella ambiente, e calore
latente in virtù del suo contenuto di vapore.
Figura 2
Gli uffici della Camera di Commercio di Friburgo
(Germania): esempio di corretta applicazione di tecniche per
la riduzione dei carichi termici estivi (ombreggiamento
e ventilazione del tetto), attraverso l’utilizzo di frangisole e
tetti verdi.
2.2 - Le strategie
Il carico termico estivo di un edificio, quindi anche il fabbisogno energetico richiesto dall’impianto di climatizzazione, può essere ridotto ricorrendo
all’impiego di strategie “bioclimatiche” (Figura 3).
Gli apporti di calore possono essere ridotti prevedendo, in fase di progetto:
le protezioni solari per vetri, pareti e coperture, utilizzando schermature
artificiali o naturali;
l’impiego di una maggiore inerzia termica associata a ventilazione
notturna;
una adeguata ventilazione.
La temperatura esterna può essere ridotta agendo sull’ambiente esterno
con:
la realizzazione di laghetti, fontane e vegetazione, utili per incrementare
l’umidità relativa dell’aria;
la progettazione di ombreggiamenti naturali (alberi, pergolati, ecc.);
la riduzione dei riverberi esterni (creazione di spazi verdi);
la scelta di pareti esterne con colorazioni chiare.
Materiali
Protezione solare
Vegetazione
Aperture
PROTEZIONE SOLARE
In estate, la radiazione solare attraversa le superfici trasparenti dell’involucro (serramenti esterni), comportando un apporto di energia istantaneo
che deve essere annullato dall’impianto di climatizzazione.
L’effetto della radiazione solare può essere ridotto facendo uso di varie
tipologie di schermature:
aggetti verticali (per orientamenti Est e Ovest) o orizzontali (per orientamenti a Sud);
frangisole esterni fissi o regolabili;
tende esterne (avvolgibili o alla veneziana);
tende interne (del tipo alla veneziana o in tessuto);
vetri speciali.
La protezione dall’esterno risulta molto efficace, in quanto impedisce alla
radiazione solare di colpire la superficie trasparente.
Figura 5
Protezione solare con sporti
orizzontali e tendaggi esterni
in un edificio per uffici di
Dresda (Germania).
Orientamento
Figura 3
La riduzione del carico
termico estivo può essere
ottenuta, in fase di progettazione, ricorrendo
all’impiego di strategie
bioclimatiche.
Ventilazione
Carichi interni
Figura 6
Esempio di tettoia orizzontale
con moduli fotovoltaici integrati
(Case solari a Friburgo, Germania).
Figura 4
Sistemi di schermature
verticali in un edificio
per uffici a Dresda
(Germania).
7
L’efficacia di diversi sistemi di protezione solare dipende da:
- la geometria del sistemi di protezione solare;
- l’orientamento della facciata;
- il periodo dell’anno.
100%
S-E / S-O
E/O
S
90%
Figura 7
80%
70%
60%
50%
40%
30%
Protezione solare
con sporto
orizzontale
20%
Trasmissione per irraggiamento diretto
10%
0%
0 1
2
3 4
5
6 7
8 9 10 11 12
100%
S
S-E / S-O
90%
80%
70%
60%
50%
E/O
40%
30%
Protezione solare
con sporto
verticale
20%
10%
0%
0 1
2
3 4
5
6 7
8 9 10 11 12
100%
S
90%
80%
S-E / S-O
70%
60%
50%
40%
E/O
30%
Abbinamento di
sporto orizzontale
e verticale
20%
10%
0%
0 1
2
3 4
5
6 7
8 9 10 11 12
Mese
I grafici della Figura 7 evidenziano l’efficacia di alcuni sistemi di protezione solare.
La protezione solare riguarda anche le superfici opache ed in particolare
le coperture che, tra le superfici dell’involucro, sono più esposte alla radiazione solare.
Nel caso in cui non sia possibile ricorrere a veri e propri sistemi di ombreggiamento, è opportuno scegliere una corretta colorazione delle superfici,
privilegiando l’utilizzo di colori con un basso coefficiente di assorbimento.
EFFETTO DELLA MASSA TERMICA
L’inerzia termica dell’edificio influisce nel processo di trasferimento del
calore nell’ambiente interno. Un edificio caratterizzato da una maggiore
massa termica impiega più tempo a scaldarsi e consente di distribuire il
calore che penetra attraverso le pareti dipinte di colore chiaro su un periodo di tempo più lungo. Le strutture, infatti, accumulano la radiazione diretta proveniente dall’esterno e la cedono all’ambiente interno con alcune
ore di ritardo. Pertanto, negli edifici caratterizzati da una elevata massa
termica, i picchi che i sistemi di condizionamento dell’aria devono sopportare sono inferiori.
VENTILAZIONE
In estate la ventilazione è uno dei mezzi più semplici per contribuire al
comfort termico degli occupanti di un edificio. Sono possibili, in questo
caso, due strategie. Se si desidera produrre anche un impatto diretto sul
comfort percepito dall’occupante, si può ricorrere alla circolazione dell’aria all’interno dell’edificio ottenuta attraverso il rimescolamento con ventilatori a soffitto o altro. Lo stesso risultato può essere conseguito facendo circolare l’aria con l’eventuale apporto di aria esterna (nel caso in cui
la temperatura esterna sia comunque inferiore a quella interna). La seconda strategia, finalizzata a raffrescare l’edificio, consiste nel sovraventilare
gli ambienti fintanto che l’aria esterna è più fredda di quella interna: in
questo modo le strutture si raffreddano, prolungando, anche durante le
ore calde, il comfort degli occupanti.
In entrambi i casi l’obiettivo può essere raggiunto meccanicamente oppure ricorrendo ad un flusso d’aria indotto naturalmente attraverso l’edificio.
Quest’ultima opzione richiede tuttavia l’esistenza di:
locali a doppio orientamento (almeno due pareti affacciate all’esterno
in due diverse direzioni);
facciate con aperture poco esposte a rumori (per consentire l’apertura
di bocchette di ventilazione).
Agire in modo adeguato sull’inerzia termica, sulla protezione solare e
sulla ventilazione determina una sostanziale riduzione della temperatura
media interna dell’edificio in estate.
Ventilazione difficile
Ventilazione corretta
Figura 8
Effetto termico della radiazione solare in
funzione della colorazione superficiale.
superficie chiara
superficie scura
Figura 9
La ventilazione naturale dipende anche dalla disposizione dei locali.
Locali a doppio orientamento, con almeno due pareti affacciate all’esterno in due
direzioni diverse, agevolano la ventilazione.
2.3 - Le tecniche
Se gli edifici vengono progettati nel rispetto dei criteri precedentemente
esposti, il fabbisogno di climatizzazione estiva può ridursi notevolmente.
Benché alcune tecniche possono essere efficacemente adottate in un edificio ancora in fase di progettazione, così anche molti interventi atti a
ridurre i carichi termici estivi possono essere introdotti, a costi ragionevoli, in edifici già esistenti.
8
TECNICHE NATURALI E RAFFRESCAMENTO PASSIVO
Le tecniche di raffrescamento passivo possono essere suddivise in due
grandi raggruppamenti:
tecniche finalizzate a proteggere l’edificio attraverso soluzioni progettuali che limitano gli apporti solari ed i carichi interni;
tecniche che contribuiscono a rimuovere il calore estivo dall’ambiente
climatizzato convogliandolo verso “pozzi di calore” (acqua, aria, terreno,
ecc.).
I criteri progettuali trovano dettagliata spiegazione nella pubblicazione
“Natural and Low Energy Cooling in Buildings” (si veda la Bibliografia).
RIDUZIONE DEI CARICHI TERMICI ESTIVI IN EDIFICI
ESISTENTI
Le tecnologie esaminate possono ridurre notevolmente i carichi termici
estivi di un edificio tanto in termini di potenza di picco quanto di consumi
di energia, agendo su tre fattori:
il miglioramento della gestione operativa del sistema edificio - impianto;
la riduzione dei carichi interni;
la realizzazione di interventi sull’involucro edilizio e sull’impianto di
condizionamento dell’aria.
È stata eseguita una simulazione al calcolatore considerando un ipotetico
spazio adibito ad uso ufficio, localizzato a Roma (Lat. 43° N) e caratterizzato da una struttura di massa media ed un unico affaccio con 80% di superficie vetrata. La simulazione ha considerato vari orientamenti del modulo e
diverse misure di conservazione dell’energia.
I risultati hanno evidenziato la possibilità di conseguire risparmi significativi (fino al 45%) semplicemente adottando misure di raffrescamento passivo. Questi risultati, proprio perché riferiti ad un determinato manufatto
edilizio, non possono essere assunti come valori generali.
Descrizione degli interventi
Gestione
operativa
Costo
Risparmi %
Regolazione della temperatura interna in ogni ambiente
nullo
0 - 6%
Aumento della temperatura ambiente (cioè 27 °C invece di 25 °C)
nullo
4 - 8%
Aumento della umidità relativa ambiente (cioè 60-55% invece di 50%)
nullo
1 - 5%
Uso corretto dell’illuminazione artificiale e delle apparecchiature elettriche
nullo
3 - 7%
Gestione corretta di finestre esterne e persiane
nullo
0 - 5%
Regolazione dell’impianto di illuminazione (variazione di intensità, sensori di presenza,
basso
4 - 6%
basso
2 - 4%
medio
10 - 13%
Schermature interne
basso
2 - 5%
Schermature esterne
medio
8 - 19%
Applicazione di sporti verticali (0,6 m )
alto
2 - 18%
Applicazione di sporti orizzontali (1,5 m)
alto
1 - 9%
Applicazione di sporti orizzontali (0,6 m)
alto
2 - 8%
Applicazione di doppi vetri riflettenti
alto
4 - 7%
Applicazione di pellicola riflettente
medio
3 - 11%
Tinteggiatura della superficie di muri esterni con colori chiari a basso assorbimento
basso
1 - 8%
ecc.) con lampade incandescenti
Riduzione
dei carichi
termici interni
Regolazione dell’impianto di illuminazione (variazione di intensità, sensori di presenza,
ecc.) con lampade fluorescenti
Utilizzo di apparecchiatura con lampade a basso consumo (cioè lampade fluorescenti
invece di lampade incandescenti)
Interventi
sull’involucro
edilizio
Isolamento a cappotto dei muri perimetrali
alto
0,6 - 1%
Realizzazione di pareti ventilate
alto
0,2 - 0,6%
medio
3 - 6%
Sistemi di ombreggiamento della copertura
alto
3 - 6%
Realizzazione di tetti ventilati
alto
2 - 8%
Realizzazione di tetti verdi
alto
4 - 15%
Installazione di ricuperatore di calore dall’aria di estrazione
alto
2 - 4%
medio
4 - 8%
Installazione di efficienti sistemi di regolazione
alto
2 - 8%
Utilizzo di terminali radianti (soffitti freddi, travi fredde, ecc.)
alto
2 - 8%
Isolamento del tetto
Interventi
sul sistema
impianto
Favorire il free-cooling e la ventilazione notturna
Tabella 1 - Interventi tecnici e di gestione operativi per la riduzione dei carichi termici estivi, i relativi costi e risparmi energetici.
9
3
IMPIANTI DI CONDIZIONAMENTO AD
E N E R G I A S O L A R E : PA N O R A M I C A T E C N I C A
Negli impianti di condizionamento ad energia solare, l’energia termica generata dall’impianto solare viene utilizzata per alimentare il processo di raffreddamento. La Tabella 2 ripropone in sintesi le principali tecnologie
utilizzate per queste applicazioni impiantistiche. Gli impianti di condizionamento ad energia solare possono
essere classificati in:
- sistemi chiusi: si tratta di macchine frigorifere alimentate da vettori termici (acqua calda o vapore) che
producono direttamente acqua refrigerata, che può essere impiegata nelle unità di trattamento degli impianti
di condizionamento ad aria (raffreddamento, deumidificazione) o distribuita attraverso una rete di tubazioni ai
terminali di condizionamento decentralizzati nei vari locali da climatizzare (ad esempio, fan coil). Sul mercato sono già disponibili da tempo macchine frigorifere di questo tipo: le più comuni sono quelle ad assorbimento e ad adsorbimento (poche centinaia di applicazioni nel mondo, ma con un crescente interesse per le
applicazioni alimentate ad energia solare);
- sistemi aperti: si tratta di sistemi che consentono un completo trattamento dell’aria, che viene raffreddata e deumidificata per garantire le esigenze di comfort ambientale. Il refrigerante è sempre l’acqua, in diretto
contatto con l’aria ambiente. I sistemi più diffusi sfruttano il principio del desiccant cooling ed impiegano
deumidificatori rotanti con sostanze assorbenti solide.
10
Metodo
Ciclo chiuso
Ciclo aperto
Ciclo refrigerante
Ciclo refrigerante chiuso
Il refrigerante (acqua) è in diretto
contatto con l’atmosfera
Principio
Acqua refrigerata
Deumidificazione dell’aria e
raffreddamento evaporativo
Fase di assorbimento
solido
liquido
solido
liquido
Materiale
acqua – silica gel
acqua – bromuro di litio
ammoniaca - acqua
acqua – silica gel
acqua – cloruro di litio
acqua – cloruro di calcio
acqua – cloruro di litio
Tecnologia disponibile
sul mercato
Macchina ad adsorbimento
Macchina ad assorbimento
Desiccant cooling
Prossimo alla commercializzazione
Tipica taglia di potenza
(raffreddamento)
50 – 430 kW
15 kW – 5 MW
20 kW – 350 kW
(per modulo)
Tipico COP
0.5 – 0.7
0.6 – 0.75 (singolo effetto)
0.5 – >1
>1
Temperatura di
funzionamento
60 – 90 °C
80 – 110 °C
45 – 95 °C
45 – 70 °C
Collettori solari
Tubi sotto vuoto, collettori
solari piani
Tubi sotto vuoto
Collettori solari piani,
collettori ad aria
Collettori solari piani,
collettori ad aria
Tabella 2 - Rassegna delle principali tecnologie di climatizzazione ad energia solare.
3.1 - Macchine frigorifere alimentate da sorgente termica
Le macchine frigorifere alimentate da vettori termici possono essere caratterizzate da tre livelli di temperatura:
- un livello di alta temperatura corrispondente all’alimentazione termica
del processo;
- un livello di bassa temperatura al quale opera il ciclo di refrigerazione;
- un livello medio di temperatura, corrispondente al calore dissipato dall’acqua che compie il ciclo ed al fluido esterno che asporta il calore.
Per rimuovere questo calore dissipato dalla macchina, in molti casi è
necessaria una torre evaporativa.
Figura 10
Schema di base del processo: Qcold è il calore
assorbito dall’acqua da refrigerare nell’evaporatore della macchina (potenza refrigerante), Qheat è il
calore richiesto dal generatore per attivare il processo; la quantità di calore Qreject,, somma di Qcold
e Qheat deve essere smaltita ad un livello intermedio di temperatura TM.
Qheat è fornito alla macchina dall’impianto solare,
e da calore prodotto da un sistema integrativo (ad
esempio, attraverso il teleriscaldamento o un bruciatore a gas).
L’efficienza di una macchina frigorifera ad alimentazione termica viene
misurata attraverso il coefficiente termico di prestazione (COP), definito
come rapporto tra il calore assorbito dal ciclo frigorifero attraverso l’evaporatore e il calore richiesto per far funzionare il ciclo stesso (COPtermico =
Qcold / Qheat). La definizione si differenzia da quella prevista per una macchina frigorifera tradizionale a compressione, con alimentazione elettrica
(COPconv = Qcold / Eelettr., dove Eelettr. corrisponde alla quantità di energia
elettrica consumata dalla macchina).
Questa definizione di COPtermico non considera i consumi accessori di energia elettrica. Un confronto realistico tra differenti tecnologie, quindi, deve
tener conto dell’input energetico complessivo (termico ed elettrico per
elettropompe, ventilatori, ecc.). È da notare che, diminuendo il COP,
aumentano l’energia termica richiesta (input) e l’energia termica smaltita
attraverso la torre evaporativa. Viceversa, aumentando il COP, si riduce
l’input energetico e con esso gli altri consumi energetici necessari.
La temperatura dell’acqua refrigerata dipende dal sistema di climatizzazione utilizzato negli ambienti. Nel caso in cui sia richiesta la deumidificazione dell’aria (temperatura dell’aria nei fan coil al di sotto del punto di
rugiada), occorre acqua refrigerata ad una temperatura compresa tra 6 °C
e 9 °C. Per rimuovere il solo calore sensibile dagli ambienti attraverso
sistemi a tutta aria, sistemi radianti freddi a soffitto o altro, è richiesta una
temperatura dell’acqua superiore, compresa tra 12 °C e 15 °C, a tutto vantaggio delle migliori prestazioni della macchina.
Figura 11
Schema di una macchina frigorifera ad assorbimento.
L’effetto frigorifero si basa sull’evaporazione del refrigerante (acqua)
all’interno dell’evaporatore ad una pressione molto bassa. Il refrigerante
evaporato viene assorbito nell’assorbitore, diluendo la soluzione H2O/LiBr.
Per rendere efficiente il processo di assorbimento, la soluzione diluita
deve essere raffreddata. La soluzione viene continuamente pompata nel
generatore, all’interno del quale viene rigenerata attraverso la fornitura di
calore (ad esempio, con acqua calda). Il refrigerante che esce dal generatore viene condensato nel condensatore attraverso acqua di raffreddamento e da qui ritorna all’evaporatore passando attraverso una valvola di
espansione.
Le potenze frigorifere tipiche delle macchine ad assorbimento sono dell’ordine di parecchie centinaia di kW. Queste macchine vengono alimentate con calore proveniente da una rete di teleriscaldamento, da calore di
recupero o da calore cogenerativo. La temperatura richiesta per la sorgente calda è normalmente superiore agli 80 °C per macchine a singolo
effetto ed il COP si mantiene in un range compreso tra 0,6 e 0,8. Le macchine a doppio effetto con due stadi di generazione richiedono temperature di funzionamento al di sopra dei 140 °C, ma il COP, in questi casi, può
raggiungere valori prossimi a 1,2.
MACCHINE FRIGORIFERE AD ASSORBIMENTO
Le macchine ad assorbimento sono le macchine frigorifere alimentate da
vettori termici più diffuse a livello mondiale. Attraverso la combinazione
di una soluzione liquido refrigerante /assorbente e di una fonte di calore
è possibile sostituire il compressore elettromeccanico. Per gli utilizzi tipici
del settore del condizionamento, con acqua refrigerata ad una temperatura al di sopra degli 0 °C, come refrigerante viene utilizzata una soluzione liquida H2O/LiBr (acqua e bromuro di litio). Diverse macchine utilizzano una pompa interna, che consuma una limitata quantità di energia elettrica. Durante il funzionamento di una macchina con ciclo ad assorbimento H2O/LiBr, deve essere evitata la cristallizzazione della soluzione,
utilizzando un sistema di controllo della temperatura interna in corrispondenza del circuito di raffreddamento.
La Figura 11 illustra i principali componenti di una macchina frigorifera ad
assorbimento.
Figura 12
Macchina frigorifera ad assorbimento (Rethimno Village Hotel, Isola di Creta).
11
Non sono molte le macchine ad assorbimento con capacità inferiore ai
50 kW. Negli impianti di condizionamento ad energia solare, spesso sono
proprio richieste macchine di taglie piccole.
Un tipo di macchina recentemente sviluppata per soddisfare le piccole
capacità è in grado di operare a carico parzializzato con potenza frigorifera ridotta, partendo da una temperatura di alimentazione del vettore termico di 65 °C e con un COP stimato pari circa a 0,7, compromesso ideale
per le applicazioni solari. Ciò dimostra che esiste ancora un potenziale di
miglioramento delle prestazioni delle macchine ad assorbimento.
MACCHINE FRIGORIFERE AD ADSORBIMENTO
In questo caso, in alternativa alle soluzioni liquide, vengono impiegati
materiali assorbenti solidi: quelli disponibili sul mercato impiegano acqua
come refrigerante e silica gel come assorbente.
Queste macchine sono costituite da due compartimenti assorbenti (1 e 2
nella Figura 13), un evaporatore e un condensatore. Quando l’assorbente
nel primo compartimento è rigenerato utilizzando acqua calda da una
fonte di calore esterna, ad esempio collettori solari, l’assorbente nel compartimento 2 (adsorbitore) adsorbe il vapore d’acqua proveniente dall’evaporatore (questo compartimento deve essere raffreddato allo scopo di
garantire un adsorbimento continuo). L’acqua nell’evaporatore viene trasformata nella fase gassosa essendo stata riscaldata da un circuito di acqua
esterno; in questa parte della macchina viene prodotto il freddo. Se la
capacità refrigerante si riduce oltre ad un certo limite a causa della saturazione dell’assorbente, il funzionamento delle due camere si inverte.
Attualmente solo poche aziende asiatiche sono in grado di produrre macchine frigorifere ad adsorbimento.
Le tipiche condizioni operative con una temperatura di alimentazione
della sorgente calda di circa 80 °C consentono di raggiungere un COP
pari a circa 0,6, pur se il funzionamento delle macchine è comunque
garantito anche a temperature pari a 60 °C. Il range delle potenze frigorifere di queste macchine è compreso tra i 50 e i 500 kW.
La semplicità costruttiva delle macchine frigorifere ad adsorbimento e la
loro robustezza rappresentano indubbi vantaggi.
Non sussiste alcun pericolo per la cristallizzazione e, di conseguenza, non
esistono limiti per la temperatura dell’acqua di raffreddamento.
All’interno della macchina non è prevista una pompa per la soluzione e il
consumo elettrico è limitato. Gli svantaggi sono costituiti dalle dimensioni, tutt’altro che trascurabili, e dal peso. Inoltre, a causa del numero limitato di produttori, il prezzo delle macchine frigorifere ad adsorbimento è
relativamente elevato. Per le future generazioni di queste macchine è
auspicabile un miglioramento delle prestazioni degli scambiatori di calore all’interno dei due compartimenti e una conseguente riduzione del loro
peso e del loro volume.
Figura 14
Macchina frigorifera ad adsorbimento (Sarantis, Grecia).
Figura 13
Schema di una macchina frigorifera ad adsorbimento.
12
3.2 - I sistemi desiccant cooling
Il desiccant cooling (raffreddamento con sostanze essiccanti) è un sistema
che si basa su un ciclo aperto, che utilizza come refrigerante acqua che
scambia direttamente con l’aria. Il ciclo di raffreddamento è generato termicamente da una combinazione di raffreddamento evaporativo e aria
deumidificata da un assorbente (materiale igroscopico). Per questa applicazione possono essere utilizzati materiali liquidi o solidi. Il termine “aperto” indica che il refrigerante, trasferito all’ambiente dopo aver subito il
trattamento di raffreddamento viene integrato da un altro refrigerante in
un ciclo continuo. Per questo motivo l’unico mezzo refrigerante a poter
essere utilizzato è l‘acqua, dal momento che il refrigerante entra direttamente in contatto con l’aria atmosferica. La tecnologia più comunemente
utilizzata sono oggi le ruote ad essiccanti, che utilizzano silica gel oppure
cloruro di litio come materiale assorbente.
DESICCANT COOLING CON SISTEMI ROTANTI A
SOSTANZE SOLIDE
Nella Figura 15 sono illustrati i principali componenti di un sistema con
ciclo frigorifero desiccant cooling alimentato ad energia solare. Si descrive nel seguito un tipico processo di condizionamento ad aria.
B - Modalità riscaldamento
In periodi caratterizzati da un carico termico ridotto, possono essere sufficienti il calore recuperato dall’aria espulsa e l’entalpia scambiata utilizzando la ruota essiccante in modalità con velocità elevata. Nel caso in cui
aumenta il carico termico, deve essere utilizzato il calore fornito dall’impianto solare oppure, ove necessario, quello fornito da un sistema termico integrativo (4-5).
Nell’impianto solare che fornisce l’energia termica al sistema possono
essere utilizzati collettori solari piani. L’impianto può essere costituito da
collettori solari ad acqua e da un accumulo termico utile per estendere il
periodo di utilizzo dell’impianto stesso. Questa configurazione richiede
l’impiego aggiuntivo di scambiatori di calore acqua/aria che devono essere collegati al sistema ad aria. Una soluzione alternativa, certamente più
economica, consiste nella fornitura del calore necessario per la rigenerazione attraverso collettori solari ad aria.
Nel caso in cui queste tecnologie vengano applicate in aree estreme, ad
esempio lungo la costa delle regioni mediterranee, è necessario provvedere ad una progettazione più specifica del ciclo essiccante. A causa degli
elevati valori dell’umidità dell’aria, infatti, una configurazione standard
del sistema desiccant cooling non è in grado di ridurre l’umidità al di sotto
di un valore sufficiente a garantire il raffreddamento evaporativo diretto.
Una progettazione più specifica dell’unità di trattamento aria, ad esempio
attraverso l’utilizzo di una ruota entalpica addizionale o l’aggiunta di raffreddatori d’aria alimentati da acqua refrigerata, può rappresentare la
soluzione del problema.
DESICCANT COOLING CON SOSTANZE LIQUIDE
Figura 15
Schema di un sistema di raffreddamento con ciclo aperto desiccant cooling ad
energia solare.
Un recente sviluppo, prossimo alla commercializzazione, è quello dei
sistemi di desiccant cooling che utilizzano come sostanza assorbente una
soluzione liquida acqua/cloruro di litio. Questi sistemi offrono diversi vantaggi, come, ad esempio, un più elevato livello di deumidificazione a
parità di temperatura di alimentazione del vettore termico, rispetto ai sistemi che utilizzano sostanze solide e la possibilità di immagazzinare molta
energia attraverso sistemi di stoccaggio della soluzione concentrata.
Questa tecnologia è una opzione interessante, nell’immediato futuro, nel
settore degli impianti di condizionamento ad energia solare.
A - Modalità raffreddamento
L’aria calda e umida proveniente dall’ambiente condizionato attraversa
una ruota essiccante che gira lentamente. La parte di acqua contenuta
nell’aria viene assorbita, deumidificando così l’aria (1-2). L’aria riscaldata
dal processo di assorbimento, passando attraverso uno scambiatore di
calore rotante, cede il suo calore (2-3) e viene quindi pre-raffreddata.
Successivamente l’aria viene umidificata e quindi raffreddata da un sistema di umidificazione (3-4), in funzione della temperatura e dell’umidità
richieste. L’aria di ripresa proveniente dagli ambienti viene umidificata
(6-7) fino a raggiungere il punto di saturazione, in modo da recuperare il
massimo potenziale di raffreddamento e garantire così un funzionamento
efficiente del recuperatore di calore (8). La ruota assorbente deve essere
rigenerata (9-10) utilizzando calore a temperatura relativamente bassa
(50-75 °C), per garantire continuità al processo di deumidificazione.
Figura 16
Sistema desiccant cooling con sostanze liquide installato nel nuovo
“Solar building innovation center” (SOBIC) a Friburgo (Germania).
13
3.3 - I collettori solari
La Tabella 3 illustra le diverse tipologie di collettori solari disponibili sul
mercato. Non sono stati considerati i collettori solari ad alta temperatura,
come, ad esempio, i collettori parabolici ad inseguimento.
Negli impianti di condizionamento ad energia solare, a differenza degli
impianti solari per altri usi termici (acqua calda sanitaria, riscaldamento,
ecc.), i collettori hanno la necessità di operare a temperature elevate, indispensabili per alimentare e far funzionare le macchine frigorifere cui sono
collegati. Per una macchina frigorifera ad energia termica la temperatura
di funzionamento richiesta al vettore termico è mediamente superiore agli
80 °C. Per i sistemi desiccant cooling la temperatura richiesta è compresa
tra un valore minimo di 55 °C ed un valore massimo di 90 °C. Nei sistemi
ad acqua, a causa della elevata portata del fluido nel circuito di alimentazione termica, è difficile instaurare la stratificazione all’interno del serbatoio di accumulo e la temperatura del fluido di ritorno ai collettori solari
è perciò relativamente elevata. Questo fatto comporta alcune limitazioni
nella scelta dei collettori solari più adatti per applicazioni di questo tipo. I
collettori solari piani standard possono trovare un impiego limitatamente
ai sistemi che operano secondo il ciclo del desiccant cooling.
Nelle configurazioni impiantistiche che utilizzano macchine frigorifere ad
adsorbimento o ad assorbimento a singolo effetto, l’impiego di collettori
solari piani con superficie captante selettiva è limitato alle aree caratterizzate da elevati valori della radiazione solare. Per le altre situazioni e per
macchine frigorifere che richiedono una elevata temperatura di funzionamento, devono essere previsti collettori solari ad alta efficienza (ad esempio, collettori sotto vuoto).
Tra i sistemi di captazione “fissi”, possono essere raggiunte temperature
elevate attraverso collettori sotto vuoto dotati di concentratori parabolici,
che rappresentano una interessante opportunità per gli impianti di condizionamento ad energia solare che utilizzano macchine ad assorbimento
ad alta efficienza (ad esempio, a doppio effetto).
Tipo di collettore
Collettore solare
ad aria
Collettore solare
piano
Sigla
SAC
FPC
copertura trasparente
copertura trasparente
Collettore parabolico Collettore a tubi sotto
fisso
vuoto
CPC
copertura trasparente
EHP, EDF, SYC
Esempio di collettore con tubi sotto vuoto
tubo sotto vuoto
coibentazione assorbitore contenitore
termica con canali fluido
coibentazione assorbitore contenitore
termica
con canali aria
contenitore
riflettore coibentazione
termica assorbitore
con canali fluido
Elemento assorbitore con
canale (geometria concentrica
per entrata e uscita fluido)
Tubi in vetro sotto vuoto per ridurre
Riscaldamento di un liquido
(acqua, acqua - glicole);
Principio
Riscaldamento diretto
Riscaldamento di un liquido
dell’aria
(acqua, acqua - glicole)
concentrazione della
radiazione senza
inseguimento
Principali applicazioni
Prevalenti applicazioni
nel settore del
condizionamento ad
energia solare
Preriscaldamento dell’aria
Preparazione dell’acqua calda Preparazione dell’acqua calda
di ventilazione
per usi domestici
per usi domestici e industriali
Sistemi “desiccant cooling”,
le perdite termiche
EHP: tubi sotto vuoto con “heat-pipe”
EDF: tubi sotto vuoto con flusso diretto
SYC: tubi sotto vuoto con riflettore
concentratore (tipo Sydney)
Preparazione dell’acqua calda per
usi domestici e industriali
Macchine frigorifere con alimenta-
Sistemi di raffreddamento
macchine frigorifere con
Macchine frigorifere
zione termica (a singolo stadio).
aperti (ad esempio,
alimentazione termica
con alimentazione termica
Macchine frigorifere con
“desiccant cooling”)
(a singolo stadio) con
(a singolo stadio)
alimentazione termica
assorbitori selettivi
14
Tabella 3 - Rassegna delle tipologie di collettori solari commercializzati.
(a doppio stadio): SYC
3.4 - Torri evaporative e unità di trattamento dell’aria:
precauzioni operative
Le unità tradizionali di trattamento dell’aria in genere utilizzano sistemi di
umidificazione, mentre le macchine ad assorbimento necessitano di torri
evaporative. Entrambe queste tecnologie possono presentare rischi di formazione della legionella, nel caso in cui non sia previsto un rigoroso
piano di manutenzione degli impianti.
Non si tratta di un rischio proprio degli impianti di condizionamento ad
energia solare: procedure standard di manutenzione e sicurezza possono
evitare l’insorgenza di qualunque rischio.
È opportuno quindi fare riferimento agli standard tecnici nazionali fin
dalla fase di progettazione.
3.5 - Investimenti e costi di esercizio
Molte delle realizzazioni odierne conservano un carattere di progetti sperimentali o dimostrativi. Gli sforzi tecnici ancora necessari nella implementazione degli impianti di condizionamento ad energia solare sono
elevati, soprattutto se confrontati con quelli degli impianti tradizionali.
Ciò è dovuto, da un lato, al costo aggiuntivo dell’impianto solare termico
e dall’altro all’incremento del sistema di raffreddamento, dal momento
che le macchine frigorifere ad energia termica, avendo un COP inferiore
rispetto a quelle convenzionali a compressione, richiedono lo smaltimento verso l’ambiente esterno di una maggiore quantità di calore.
Inoltre il costo di alcuni elementi impiantistici è ancora elevato: è il caso,
ad esempio, delle macchine frigorifere, per le quali è ancora lontana la
possibilità di una produzione in serie su larga scala.
In sintesi, i costi di investimento necessari sono considerevolmente superiori rispetto a quanto accade per le soluzioni di tipo tradizionale.
Il divario si riduce per i sistemi a desiccant cooling, nei quali il costo maggiore del sistema di ventilazione è richiesto tanto dal sistema alimentato
ad energia solare quanto dal sistema tradizionale e il costo aggiuntivo dei
collettori solari è parzialmente compensato dall’assenza della macchina
frigorifera, che sarebbe necessaria nei sistemi tradizionali.
D’altra parte i costi operativi degli impianti di condizionamento ad energia
solare sono considerevolmente inferiori rispetto ai sistemi convenzionali,
specialmente nel caso in cui in un edificio il picco di potenza elettrica
richiesto da un compressore convenzionale aumenta la tariffa energetica.
Sebbene la valutazione economica esatta di un impianto di condizionamento ad energia solare dipenda dalle specificità del singolo sistema, in
generale i costi annuali di esercizio di un impianto di condizionamento ad
energia solare (investimento o costo del capitale, costi energetici, costi di
manutenzione, ecc.) sono superiori rispetto ad un sistema convenzionale.
Per i sistemi con desiccant cooling è auspicabile una moderata riduzione
dei costi dei componenti, che possa rendere queste soluzioni più competitive in alcune applicazioni.
Per quanto riguarda le macchine frigorifere alimentate da vettori termici
sono necessarie molte azioni finalizzate al miglioramento del rapporto
costo/prestazioni. Nonostante siano prevedibili considerevoli riduzioni dei
costi delle macchine ad assorbimento e dei collettori solari con tubi sotto
vuoto, sarà opportuno operare uno sforzo per aumentare le prestazioni
(COP) delle macchine frigorifere.
Una più approfondita esperienza da parte di produttori e installatori di
queste tipologie di sistemi potrebbe portare ad una riduzione dei costi di
progettazione, installazione e gestione.
Attraverso queste misure, i sistemi potrebbero raggiungere gradualmente
costi competitivi rispetto ai sistemi convenzionali, consentendo un considerevole risparmio della quantità di energia primaria richiesta e contribuendo a raggiungere l’obiettivo della riduzione delle emissioni inquinanti in atmosfera.
15
1
Wolfferts
Köln (D)
14
Uffici
AB - 70 kWf
VTC - 196 m2 - 1995
2
Ott & Spies
Langenau (D)
Uffici, aula seminari
AD - 245 kWf
FPC - 2000 m2 - 2000
*
Bundespresseamt
Berlino (D)
16
Clinica Universitaria
Friburgo (D)
Laboratori
AD - 70 kWf
VTC - 230 m2 - 1999
5
IHK
Friburgo (D)
*
*
Salone convegni
DEC - 60 kWf
SAC - 100 m2 - 2001
6
Fraunhofer Umsicht
Oberhausen (D)
Uffici, laboratori
AB - 58 kWf
VTC - 108 m2 - 2001
7
Bundesverkehrministerium, Berlino (D)
Rete acqua refrigerata
AB - 70 kWf
FPC - 229 m2 - 2000
8
ZAE Bayern
Garching (D)
Uffici, laboratorio
AB - 7 kWf
VTC - 30 m2 - 1999
9
Zander
Stoccarda (D)
Uffici
AB - 143 kWf
VTC - 300 m2 - 2000
Malteser-Krankenhaus
Kamenz (D)
17
Ecotec
Brema (D)
*
Le installazioni contrassegnate con un asterisco vengono presentate in dettaglio nelle
pagine successive.
Tipo di collettore
VTC : Collettore con tubi sotto vuoto
FPC : Collettore piano
CPC : Collettore con riflettore parabolico
SAC: Collettore solare ad aria
Stadtwerke
Bückeburg (D)
16
Guadeloupe
17
51
Gründerzentrum
Riesa (D)
6
11
1
Salone convegni
DEC - 18 kWf
FPC - 23 m2 - 1997
20
9
Fachhochschule
Stoccarda (D)
20
21
4 5
22
Salone fiere
DEC - 18 kWf
SAC - 20 m2 - 1999
21
Mayer
Alt-Hengstett (D)
Industria
DEC - 108 kWf
SAC - 100 m2 - 2000
22
53
Fraunhofer ISE
Freiburg (D)
Impianto dimostrativo
DEC - 24 kWf
SAC+FPC - 40 m2 - 2000
50
27 40
32
10
Technologiezentrum
Köthen (D)
Uffici
AB - 15 kWf
VTC - 100 m2 - 2000
11
Stadtwerke
Remscheid (D)
Uffici
AD - 105 kWf
FPC - 170 m2 - 1999
12
Bautzener Str
Dresda (D)
Uffici
AD - 71 kWf
FPC - 156 m2 - 1996
13
Götz
Würzburg (D)
Uffici
AD - 70 kWf
FPC - 80 m2 - 1996
16
Tecnologia
AB: Assorbimento
AD: Adsorbimento
DEC: Desiccant Cooling
ILK
Dresda (D)
Salone convegni
DEC - 18 kWf
FPC - 20 m2 - 1996
19
*
Destinazione d’uso dell’edificio
Tecnologia – Capacità di raffrescamento (kWf)
Tipo di collettore – Superficie lorda del collettore - Anno inizio funzionamento
Aula seminari, atrio
DEC - 30 kWf
SAC - 115 m2 - 1998
18
IMPIANTI DI
AD ENERGIA
N° Località (Paese)
Uffici
AD - 70 kWf
VTC - 175 m2 - 2000
Uffici
AB - 70 kWf
VTC - 348 m2 - 2000
4
15
Ospedale
AD - 105 kWf
TIM-FPC - 140 m2 - 2000
Uffici
AB - 35 kWf
VTC - 45 m2 - 1997
3
4
LfU
Augsburg (D)
23
NCSR "Demokritos“
Laboratorio Solare
Atene (GR)
52
45
33
Uffici e laboratori
AB - 35 kWf
FPC - 160 m2 - 2003
41
42 39
29
44
24
Sarantis SA
Viotia (GR)
Industria (magazzino)
AD - 700 kWf
FPC - 2700 m2 - 1999
25
Rethymno Village
Hotel - Creta (GR)
Hotel
AB - 105 kWf
FPC - 450 m2 - 2000
26
Lentzakis S.A.
Creta (GR)
Hotel
AB - 105 kWf
FPC - 450 m2 - 2002
34
38
31 30
35
*
28
*
46
36
37
43
27
CONDIZIONAMENTO
SOLARE
Clara Campoamor
Centre, Barakaldo (E)
40
Centro socio-culturale
AB - 229 kWf
FPC - 163 m2 - 2004
Hotel
AB - 105 kWf
FPC - 173 m2 - 2002
Dipartimento
Educazione
Toledo (E)
41
Vengono qui mostrati gli impianti operativi in edi-
28
fici a destinazione “commerciale” (industrie,
uffici, hotel..., fatta eccezione per le installazioni
Uffici
AB - 252 kWf
VTC - 1095 m2 - 2004
a carattere puramente dimostrativo) identificati
nei Paesi che partecipano al progetto Climasol.
29
Fábrica del Sol
Barcelona (E)
Siemens, Cornellá del
Vallés (E)
Uffici
AB - 105 kWf
CPC - 214 m2 - 2003
Fundación Metrópoli
Alcobendas (E)
43
Inta
El Arenosillo (E)
Laboratorio
AB - 10 kWf
FPC+VTC - 53 m2 - 1994
Uffici
AB - 105 kWf
VTC - 105 m2 - 2004
31
Cartif
Valladolid (E)
Uffici e laboratorio
AB - 35 kWf
FPC+VTC - 99 m2 - 2002
42
Uffici
AB - 105 kWf
VTC - 175 m2 - 2004
30
Laia Hotel
Derio (E)
Centro Sportivo Daoiz y
Velarde, Madrid (E)
44
Fontedoso
El Oso (E)
3
7
7
19
12 15
18
32
Inditex
Arteixo (E)
*
Uffici, negozi
AB - 170 kWf
FPC - 1626 m2 - 2003
13
10
2
Industria
AB - 105 kWf
FPC - 528 m2 - 2003
Centro sportivo
AB - 170 kWf
VTC - 740 m2 - 2003
14
33
8
Casa di Riposo
Fustiñana (E)
Casa di riposo
AB - 105 kWf
VTC - 149 m2 - 2003
45
Stella-Feuga, Santiago
de Compostela (E)
Uffici
AB - 115 kWf
FPC - 63 m2 - 2003
46
Ineti, Lisbon (P)
*
Uffici
DEC - 36 kWf
CPC - 48 m2 - 1999
48
34
49
47
Università Rovira i
Virgili - Tarragona (E)
Uffici
AB - 35 kWf
VTC - 140 m2 - 2003
35
Sede Uffici Viessmann
Pinto (E)
Uffici
AB - 105 kWf
FPC+VTC - 123 m2 - 2001
36
Belroy Palace Hotel
Benidorm (E)
Hotel
AB - 125 kWf
VTC - 345 m2 - 1992
37
Scuola di Ingegneria
Sevilla (E)
Laboratorio
AB - 35 kWf
FPC - 158 m2 - 2001
24
38
23
Università Carlos III
Leganés (E)
Laboratorio
AB - 35 kWf
FPC+VTC - 128 m2 - 2000
25 26
39
Pompeu i Fabra
Library, Mataró (E)
Biblioteca
DEC - 55 kWf
SAC - 105 m2 - 2002
47
Agenzia per lo
Sviluppo - Trento (I)
*
Uffici, salone fiere
AB - 108 kWf
FPC - 265 m2 - 2004
48
Ökopark
Hartberg Styria (A)
*
Uffici, aule seminari
DEC - 30 kWf
VTC - 12 m2 - 2000
49
Vineyard Peitler
Leutschach Styria (A)
Cantina vinicola
AB - 10 kWf
FPC - 100 m2 - 2003
50
CSTB
Sophia Antipolis (F)
Laboratori
AB - 35 kWf
VTC - 58 m2 - 2003
51
DIREN
Guadeloupe (F)
Uffici
AB - 35 kWf
VTC - 100 m2 - 2003
52
GICB
Banyuls (F)
*
Cantina vinicola
AB - 52 kWf
VTC - 215 m2 - 1991
53
ASDER
Chambéry (F)
Aula seminari
DEC - 7 kWf
FPC - 16 m2 - 2004
17
Ott & Spiess
Langenau
NUMERO SULLA MAPPA: 2
PAESE
Germania
Descrizione :
CAPACITÀ DI
RAFFRESCAMENTO:
35 kWf
Nel nuovo edificio della compagnia Ott & Spiess,
un’area di 415 m2 adibita ad ufficio viene raffrescata attraverso soffitti freddi e grazie al sistema di
ventilazione distribuita con un volume di flusso
pari a 2.600 m3/h. Gli uffici sono posizionati lungo
la facciata circolare orientata a Sud/Sud-Ovest, in
modo da sfruttare il contributo solare durante la
stagione di riscaldamento. L’acqua raffreddata
viene fornita da un refrigeratore ad assorbimento.
Il sistema termico di riscaldamento/condizionamento installato si trova in un’area parzialmente
vetrata per consentirne la visione ai visitatori.
Il sistema di collettori solari termici, fornito di una
cisterna di acqua calda del volume di 2 m3 , fornisce calore per entrambi gli utilizzi, alimentando il
refrigeratore nella stagione di condizionamento e
il riscaldamento in inverno.
Calore in aggiunta, in caso di basso contributo
solare o di bassa temperatura dell’acqua di riserva,
può essere ottenuto da un cogeneratore per la
TECNOLOGIA:
Refrigeratore ad assorbimento
Dati di investimento e finanziari :
TIPOLOGIA COLLETTORE:
Tubi sotto vuoto, flusso diretto
Costo totale dell’investimento: 285.000 €
Costo totale esclusi i soffitti freddi e il riscaldamento a pavimento: 176.000 €
LOCALITÀ
Langenau (Stato Federale
del Baden Württemberg)
DESTINAZIONE D’USO:
Uffici
SUPERFICIE LORDA DEL
COLLETTORE:
45 m2
ANNO INIZIO
FUNZIONAMENTO:
1997
produzione combinata di calore/elettricità (19,5
kW termici, 8 kW elettrici). Nel caso in cui la
domanda di calore superi ancora la capacità del
sistema solare termico o del cogeneratore, entra in
funzione una caldaia a gas da 50 kW. L’acqua raffreddata dal refrigeratore ad acqua/bromuro di
litio viene immagazzinata in una cisterna della
capacità di 1 m3.
Per il suo duplice utilizzo, sia nei soffitti freddi che
nel sistema di ventilazione, l’acqua refrigerata è
fornita alla temperatura di 13 °C.
Una torre di raffreddamento raffredda l’acqua
affinché possa essere utilizzata nel circolo di raffreddamento del condensatore e nell’assorbitore
del refrigeratore. Nel 1999 il COP (freddo
utile/calore di funzionamento) del refrigeratore è
stato pari a 0,56. Il 9% circa del calore totale
immesso nell’edificio per il raffrescamento ed il
riscaldamento viene fornito dal sistema solare.
Il progetto è stato co–finanziato dal Ministero
Federale per l’Istruzione e la Ricerca.
Aspetti energetici ed ambientali :
A causa della limitata potenza, l’unità di cogenerazione si integra perfettamente con il contributo
che viene assicurato dal sistema a pannelli solari.
Con questa soluzione impiantistica è possibile
ottenere un elevato utilizzo contemporaneo sia
del sistema solare termico sia dell’impianto di
cogenerazione, limitando il fabbisogno elettrico di
picco nella stagione di condizionamento.
Il risparmio di energia primaria e la connessa riduzione delle emissioni di CO2 rispettano le attese.
Contatti :
Wolfgang Mößle, Ingenieurbüro Ott & Spiess
e-mail: [email protected]
18
Per maggiori informazioni: www.raee.org/climasol
Ospedale Universitario
di Friburgo
NUMERO SULLA MAPPA: 4
PAESE:
Germania
LOCALITÀ:
Friburgo (Stato Federale del
Baden Württemberg)
DESTINAZIONE D’USO:
Laboratori
CAPACITÀ DI
RAFFRESCAMENTO:
70 kWf
TECNOLOGIA:
Refrigeratore ad adsorbimento
TIPOLOGIA COLLETTORE:
Tubi sotto vuoto, flusso diretto
SUPERFICIE LORDA DEL
COLLETTORE:
230 m2
ANNO INIZIO
FUNZIONAMENTO:
1999
Descrizione :
L’ospedale dell’Università di Friburgo, la “Klinikum
Freiburg”, contiene diverse strutture dedicate ad
attività di laboratorio. Un edificio a sé stante è fornito di un sistema di condizionamento assistito da
energia solare. L’area dell’edificio complessivamente servita dal sistema di condizionamento è di
circa 550 m2. Sono funzionanti due sistemi di ventilazione a flusso variabile (10.550 e 6350 m2/h
nominali), che utilizzano scambiatori di calore per
la fornitura di energia durante la stagione di
riscaldamento. Nella stagione di raffrescamento,
l’aria necessaria viene raffreddata attraverso
scambiatori termici con acqua fredda, dotati di un
refrigeratore ad assorbimento. L’aria viene mantenuta ad una temperatura di 18 °C. Il calore fornito
dal sistema di collettori solari viene utilizzato in
estate per far funzionare il refrigeratore ad assorbimento, in inverno per riscaldare l’aria di ricam-
bio. Sono integrati nell’impianto un accumulo di
acqua calda (6 m3 di capienza) ed uno di acqua
fredda (2 m3 di capienza). In caso di radiazione
solare insufficiente e di bassa temperatura dell’acqua calda immagazzinata, si integra con il calore
aggiuntivo derivato dalla rete di teleriscaldamento distrettuale dell’ospedale. Una torre di raffreddamento rinfresca l’acqua, affinché possa essere
utilizzata nei circuiti di raffreddamento del condensatore e nel corso della fase di assorbimento.
In seguito ad opportuni aggiustamenti del sistema
di controllo, i dati di monitoraggio, a partire dal
2002, rivelano un COP (freddo utile/calore di funzionamento), per molte giornate della stagione di
condizionamento, vicino al valore di 0,60. È stata
registrata una efficienza netta dei collettori pari al
32%.
Dati di investimento e finanziari :
Costo totale dell’investimento per il sistema:
352.000 € (esclusi i costi per il monitoraggio).
L’installazione è stata co-finanziata dal Ministero
Federale per l’Economia ed il Lavoro e dalla com-
pagnia Sulzer Infra. Il contributo è stato complessivamente di 262.000 €.
I costi dovuti per l’attività annuale e la manutenzione ammontano a circa 12.000 €.
Aspetti energetici ed ambientali :
Grazie ad un sistema così concepito, è possibile un
utilizzo regolare della rete esistente di distribuzione del vapore, evitando i carichi di picco sia dei
consumi di vapore che di elettricità in concomitanza con elevati carichi di raffrescamento, dovuti a
forti guadagni solari.
I risparmi di energia primaria e le emissioni di CO2
evitate rispettano le attese.
Nel refrigeratore ad assorbimento sono stati utilizzati esclusivamente materiali eco–compatibili.
Contatti :
Dipl.-Ing. Hendrik Glaser, University Hospital, Department Energy supply.
e-mail: [email protected]
Per maggiori informazioni: www.raee.org/climasol
19
IHK (Camera di Commercio)
Friburgo
NUMERO SULLA MAPPA: 5
PAESE:
Germania
LOCALITÀ:
Friburgo (Stato Federale del
Baden Württemberg)
DESTINAZIONE D’USO:
Uffici (2 Aree di incontro)
CAPACITÀ DI
RAFFRESCAMENTO:
60 kWf
Descrizione :
Alla Camera di Commercio di Friburgo (IHK
Südlicher Oberrhein) è attivo il primo sistema
tedesco desiccant cooling completamente alimentato ad energia solare.
Gli spazi serviti dal sistema sono due stanze per
incontri e convegni, raffrescate in estate e preriscaldate in inverno. La superficie della stanza più
piccola è pari a 65 m2, mentre quella più grande è
ampia 148 m2. Le stanze possono ospitare complessivamente 120 persone, mentre il loro volume
è pari a 815 m3. Le facciate sono completamente
vetrate, fornite di dispositivi per l’oscuramento
interno ed esterno. Il volume del flusso di aria del
sistema desiccant cooling varia da 2500 a 10200
m3/h. Nessun sistema di raffrescamento passivo è
stato previsto, dato che i carichi termici estivi corrispondono sostanzialmente ai guadagni solari. In
inverno un sistema di riscaldamento integrativo
viene impiegato per ottenere la temperatura
richiesta dell’aria di mandata. Per ridurre i costi
delle opere accessorie, i collettori sono stati montati paralleli al tetto con un’inclinazione di 15°.
In virtù del disegno impiantistico, che ha previsto
l’utilizzo di collettori solari ad aria, e per la sostanziale corrispondenza tra i carichi di condizionamento ed il contributo solare, non è previsto alcun
sistema di accumulo di calore.
Come conseguenza della completa autonomia
estiva di funzionamento assicurata dall’energia
solare, gli scostamenti del grado di comfort (come
definito nella norma DIN 1946, Parte 2) si sono
manifestati all’interno dell’intervallo di valori previsto per un tempo limitato del funzionamento del
sistema.
Dati di investimento e finanziari :
cifico dell’unità di condizionamento è di circa 9,50
€/m3 di volume di flusso d’aria nominale (costi di
installazione esclusi). Il progetto è stato supportato
dall’Unione europea (NNE5 – 1999 – 531).
TECNOLOGIA:
Desiccant cooling ad energia
solare totalmente autonomo
Grazie ai costi contenuti di installazione dei collettori solari, il costo specifico del collettore, comprensivo delle strutture accessorie, è di 210 €/m2 di pannelli installati, corrispondente al 10% del costo
complessivo del sistema (210.000 €). Il costo spe-
TIPOLOGIA COLLETTORE:
Collettore solare piano
Aspetti energetici ed ambientali :
SUPERFICIE LORDA DEL
COLLETTORE:
100 m2
ANNO INIZIO
FUNZIONAMENTO:
2001
I benefici ambientali ed i risparmi di energia vengono stimati mettendo a confronto i consumi di
calore e di elettricità del sistema di condizionamento alimentato ad energia solare con i consumi
propri di una unità di trattamento dell’aria convenzionale, dove il calore viene fornito in inverno
da una caldaia a gas, e con una macchina frigori-
fera a compressione alimentata ad energia elettrica per il condizionamento dell’aria in estate.
Nell’ambito di questa valutazione, l’energia primaria risparmiata ogni anno è stimata in 30.000 kWh
e la riduzione delle emissioni di CO2 è pari a circa
8.800 kg/anno.
Contatti :
Carsten Hindenburg, Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE).
e-mail: [email protected]
Per maggiori informazioni: www.raee.org/climasol
20
Gr. Sarantis S.A.,
Viotia
NUMERO SULLA MAPPA: 24
PAESE:
Grecia
LOCALITÀ:
Oinofyta, Viotia
Descrizione :
Il progetto è chiamato “PHOTONIO” e si occupa
della installazione di sistemi centralizzati di condizionamento alimentati ad energia solare per il
riscaldamento o il raffrescamento dei nuovi edifici
e magazzini di prodotti cosmetici della Sarantis
S.A. L’area servita dal sistema di condizionamento
è di 22.000 m2 (per un volume di 130.000 m3). Per
questa finalità, l’azienda SOLE S.A. ha prodotto ed
installato un parco di collettori solari piani selettivi per una superficie complessiva di 2.700 m2.
Dati di investimento e finanziari :
DESTINAZIONE D’USO:
Magazzino di prodotti
cosmetici
CAPACITÀ DI
RAFFRESCAMENTO:
700 kWf
TECNOLOGIA:
Ad adsorbimento
TIPOLOGIA COLLETTORE:
Collettori solari piani selettivi
SUPERFICIE LORDA DEL
COLLETTORE:
2.700 m2
ANNO INIZIO
FUNZIONAMENTO:
1999
Costo totale dell’investimento: circa 1.306.000 €,
la metà dei quali finanziati dal Programma
Operativo Nazionale per l’Energia del Ministero
dell’Ambiente greco.
Il progetto ha ottenuto l’”Energy Globe Award
2001” come miglior investimento per l’energia rinnovabile a livello mondiale nel 2001 ed è stato
riconosciuto dal CRES (Centro per le Energie
Rinnovabili) come il miglior investimento per il
risparmio energetico in Grecia nel 1999.
Aspetti energetici ed ambientali :
Il fabbisogno complessivo di raffrescamento dell’edificio è di circa 2.700.000 kWh/anno.
I collettori solari, fornendo acqua calda alla temperatura di 70 – 75 °C, alimentano due refrigeratori ad
assorbimento che operano con un coefficiente di
performance pari al 60%.
I due condizionatori ad assorbimento utilizzano
l’acqua calda come fonte di energia e producono
acqua fredda alla temperatura di 8 – 10 °C. I refrigeratori non necessitano di parti mobili e utilizzano
una quota minima di energia elettrica per il funzionamento delle pompe per vuoto (1,5 kW). La potenza utile è di 350 kW ciascuno.
Per coprire il carico di picco sono stati installati tre
condizionatori tradizionali elettrici da 350 kW ciascuno. Nella stagione invernale, i collettori solari
producono acqua calda alla temperatura di circa 55
°C, che viene messa in circolazione direttamente nei
fan coil presenti nell’edificio. Le caldaie sostituiscono i collettori in caso di radiazione solare insufficiente.
L’acqua fredda durante l’estate e l’acqua calda in
inverno vengono inviate alle unità locali di condizionamento dell’aria che raffreddano o riscaldano
l’aria degli ambienti a seconda delle necessità.
Risultati tecnici
Periodo di monitoraggio: 12 mesi
Energia solare prodotta: 1.719.000 kWh
Condizionamento: 1.090.000 kWh
Riscaldamento: 629.000 kWh
Energia totale richiesta: 614.000 kWh
Contributo fornito dall’impianto solare: 66%
Riduzione emissione di CO2 : 5.124.596 kg/anno
Contatti :
GR. SARANTIS S.A. (Proprietario dell’edificio)
Atene, Grecia
e-mail: [email protected]
Sito web: www.sarantis.gr
SOLE S.A. (progettazione, fornitura materiali, installazione) - Acharnes, Grecia
e-mail: [email protected]/ - Sito web: www.sole.gr
Per maggiori informazioni: www.raee.org/climasol
21
“Rethimno Village” Hotel,
Creta
NUMERO SULLA MAPPA: 25
Descrizione :
PAESE:
Grecia
LOCALITÀ:
Rethimno, Isola di Creta
Il Rethimno Village Hotel si trova nell’omonima
località, nell’Isola di Creta, Sud della Grecia. Si
tratta di una struttura a destinazione prevalentemente turistica: è dotata di 170 posti letto e lavora
a pieno regime nel periodo estivo, mentre in
inverno viene utilizzata per il 45% della sua capacità ricettiva.
L’impianto installato utilizza collettori piani
(superficie selettiva pari a 448 m2) per il sistema
centralizzato di condizionamento dell’aria (raffrescamento e riscaldamento). Inoltre, quasi 200 m2
di pannelli in polipropilene forniscono acqua
calda per il riscaldamento della piscina.
La progettazione, la fornitura dei materiali e l’installazione del sistema sono state curate da SOLE
S.A. Il sistema serve una superficie complessiva di
3000 m2.
Dati di investimento e finanziari :
DESTINAZIONE D’USO:
Struttura alberghiera
CAPACITÀ DI
RAFFRESCAMENTO:
105 kWf
TECNOLOGIA:
Ad assorbimento
TIPOLOGIA COLLETTORE:
Collettori solari piani con
superficie selettiva
SUPERFICIE LORDA DEL
COLLETTORE:
448 m2
ANNO INIZIO
FUNZIONAMENTO:
2000
Costo totale dell’investimento: circa 264.000 €
Il progetto è stato co - finanziato per una quota
pari al 50% dal Programma Operativo nazionale
per l’Energia del Ministero dell’Ambiente greco.
Aspetti energetici ed ambientali :
I collettori solari alimentano un refrigeratore ad
assorbimento con acqua calda alla temperatura di
70–75 °C, che funziona con un COP del 60%. Il
refrigeratore ad assorbimento utilizza l’acqua calda
come fonte di energia per produrre, a sua volta,
acqua fredda alla temperatura di 8 – 10 °C. Il fluido
refrigerante è l’acqua stessa (in sostituzione del
Freon o dell’Ammoniaca). Il refrigeratore ad assorbimento comporta un consumo di energia elettrica
minimo per il funzionamento della pompa per
vuoto (0,5 kW).
La potenza utile è di 105 kW. È stata installata anche
una caldaia a gas della potenza di 600 kW, che
sostituisce i collettori in presenza di condizioni di
cielo nuvoloso oppure ogni qual volta ci sia una
richiesta di aria condizionata nelle ore notturne.
Nel periodo invernale i collettori solari producono
acqua calda a 55 °C, che raggiunge direttamente i
termosifoni distribuiti nell’edificio.
La stessa caldaia sostituisce i collettori in caso di
tempo nuvoloso. L’acqua fredda in estate e l’acqua
calda nella stagione invernale sono inviate alle singole unità del sistema di condizionamento, ove,
attraverso precisi meccanismi fisici, raffreddano o
riscaldano l’aria degli ambienti.
Risultati annuali
Energia solare prodotta: 650.743 kWh
Energia totale richiesta: 1.498.247 kWh
Contributo fornito dall’impianto solare: 43%
Risparmio di energia primaria: 650.743 kWh/anno
Riduzione emissioni CO2 : 1.094.972 kg/anno
Contatti :
Koutroulis Bros S.A. (Proprietario)
Rethimno, Isola di Creta
Tel: 28310 25523/22693
Per maggiori informazioni: www.raee.org/climasol
22
L’impianto ha ottenuto un riconoscimento dal
CRES (Centro per le Energie Rinnovabili) come
miglior investimento per il risparmio energetico in
Grecia nell’anno 2000.
SOLE S.A. (progettazione, fornitura materiali,
installazione) - Acharnes, Grecia
e-mail: [email protected] / Website: www.sole.gr
Sito web: www.sole.gr
Sede centrale Inditex
Arteixo - La Coruna
NUMERO SULLA MAPPA: 42
PAESE:
Spagna
LOCALITÀ:
Arteixo, La Coruna
DESTINAZIONE D’USO:
Uffici e Magazzini
CAPACITÀ DI
RAFFRESCAMENTO:
170 kWf
TECNOLOGIA:
Refrigeratore ad assorbimento
(LiBr-HO)
2
TIPOLOGIA COLLETTORE:
Collettori solari piani con
superficie selettiva
SUPERFICIE LORDA
DEL COLLETTORE:
1.626 m2
ANNO INIZIO
FUNZIONAMENTO:
2003
Descrizione :
L’edificio, dotato di collettori solari, è la sede centrale della Inditex e si compone prevalentemente
di uffici, con un’area riservata ai magazzini. È costituito da due piani di 10.000 m2 ciascuno. Il piano
superiore ospita i laboratori di design dei prodotti
a marchio ZARA (abiti e accessori di moda) ed è un
open space, con altezza massima di 4,10 metri. Il
condizionamento è ottenuto attraverso tre unità di
trattamento dell’aria a quattro tubi, controllati da
sensori della temperatura ambiente su un valore
costante di 23 °C.
Il piano terra è organizzato in più divisioni e le
unità di trattamento dell’aria sono associate a ventilconvettori.
Anche qui è installato un sistema a 4 tubi, così che
ciascuno sia in grado di regolare la temperatura in
base ai propri specifici bisogni.
L’edificio viene utilizzato dalle 8.00 alle 22.00, dal
lunedì al venerdì, ed ha un’occupazione media di
500 persone sui due piani.
Il sistema in origine prevedeva due pompe di calore elettriche ed un condizionatore elettrico, necessari per garantire tutto l’anno acqua calda a 55 °C
ed acqua fredda a 7 °C, con un ritorno rispettivamente a 45 °C e a 12 °C. Il calore prodotto dall’impianto solare viene accumulato in due cisterne
della capacità di 30.000 litri. Quando la temperatura nelle cisterne supera i 55 °C, il sistema di controllo dà l’input affinché il sistema solare invii
acqua al collettore dell’acqua calda, evitando
l’entrata in funzione delle pompe di calore.
In estate, dato che la richiesta di calore è minima,
una volta che la temperatura nelle cisterne raggiunge gli 80 °C, l’acqua calda viene inviata dal
sistema alla macchina ad assorbimento e l’acqua
refrigerata viene quindi inviata nel collettore dell’acqua fredda, consentendo di ridurre i tempi di
funzionamento del condizionatore elettrico.
Dati di investimento e finanziari :
Costo totale dell’investimento: 900.000 €
L’impianto è stato co-finanziato dal Ministero
dell’Industria e del Commercio della Galizia
(100.000 €) e dall’Istituto per la Diversificazione
e il Risparmio Energetico (IDEA) spagnolo
(300.000 €).
Aspetti energetici ed ambientali :
L’impianto solare consentirà un risparmio totale di
565.060 kWh/a (pari al 15% dell’energia totale
richiesta), con una conseguente riduzione di 282 t
delle emissioni di CO2 e di altri gas inquinanti.
Contatti :
www.inditex.com
Per maggiori informazioni: www.raee.org/climasol
23
Ineti
Lisbona
NUMERO SULLA MAPPA: 36
PAESE:
Portogallo
LOCALITÀ:
Lisbona
DESTINAZIONE D’USO:
Uffici
CAPACITÀ DI
RAFFRESCAMENTO:
36 kWf
TECNOLOGIA:
Unità di raffrescamento ad
essiccazione ed evaporazione
e pompa di calore
TIPOLOGIA COLLETTORE:
Collettore con riflettore
parabolico
SUPERFICIE LORDA DEL
COLLETTORE:
48 m2
ANNO INIZIO
FUNZIONAMENTO:
1999
Descrizione :
L’edificio è la sede del Dipartimento Energie
Rinnovabili di INETI, centro di ricerca applicata che
si occupa di solare termico, fotovoltaico, biomasse, energia eolica ed energia dai moti ondosi.
Comprende laboratori chimici e meccanici, oltre
ad uffici.
I 12 uffici posti al primo piano sono condizionati
esclusivamente grazie ad un sistema DEC, integrato da una pompa di calore e assistito da 24 collettori solari CPC (superficie lorda di 48 m2, superficie dell’apertura pari a 46 m2), collocati sulla
copertura dell’edificio.
Le finestre coprono il 70% della superficie dei
muri perimetrali e sono orientate a Sud - Ovest
(28° O), facendo sì che si verifichi un picco del fabbisogno di raffrescamento nelle ore del tardo
pomeriggio.
Dati di investimento e finanziari :
Il sistema è stato acquistato nel quadro di un progetto europeo per essere utilizzato in una realizzazione concreta, mantenendo comunque anche
una finalità dimostrativa. La dotazione di un set
completo di sensori per il controllo ed il monitoraggio ha determinato un costo finale molto ele-
vato per questo sistema sperimentale.
La duplicazione di questo sistema, così come è
(campo solare–unità di trattamento dell’aria–
sistemi di controllo, verifica e monitoraggio),
ammonta a circa 75.000 €.
Aspetti energetici ed ambientali :
Questi aspetti sono direttamente connessi ai risparmi energetici assicurati dall’impianto solare, che,
nella configurazione attuale del sistema, si attestano su valori poco significativi.
Il sistema ha funzionato in accordo alla configurazione iniziale, che prevede anche una pompa di
calore che contribuisce al raffrescamento estivo.
La dimensione dei canali di distribuzione ha limita-
Contatti :
João A. Farinha Mendes DER/INETI - Lisbona
e-mail: [email protected]
Per maggiori informazioni: www.raee.org/climasol
24
Le dimensioni limitate dei canali di distribuzione
dell’aria hanno richiesto l’integrazione di una
pompa di calore nel progetto dell’impianto solare.
Il clima è di tipo mediterraneo. Il sistema è stato
progettato per operare in specifiche condizioni
ambientali: flusso d’aria massimo di 5.000 m3/h
(aria esclusivamente prelevata dall’esterno), con
una temperatura estiva dell’aria esterna pari a
32 °C, un tasso di umidità relativa del 40,4% ed un
tasso assoluto di umidità pari a 12 g/kg. Nelle
stanze le condizioni ottimali di comfort sono una
temperatura di 24 °C ed un tasso di umidità relativa pari al 50%.
Il sistema è stato bene accolto dagli utenti degli
uffici, proprio perché il comfort era una loro esigenza dichiarata. Il grado di soddisfazione quindi
è piuttosto elevato.
to il flusso di aria ed ha costretto quindi alla riduzione della sua temperatura (imponendo l’integrazione con la pompa di calore), in modo da poter
supplire al fabbisogno di raffrescamento.
Comunque, il calore fornito dal condensatore
della pompa di calore è sufficiente per la ricarica
del materiale essicante della ruota, rendendo quasi
sempre superfluo il contributo solare in estate.
Agenzia per lo Sviluppo
Pergine Trento
NUMERO SULLA MAPPA: 47
PAESE:
Italia
LOCALITÀ:
Pergine Valsugana - Trento
DESTINAZIONE D’USO:
Centro per l’innovazione
CAPACITÀ DI
RAFFRESCAMENTO:
108 kWf
TECNOLOGIA:
Refrigeratore ad assorbimento
(LiBr – HO)
ad effetto singolo
2
TIPOLOGIA COLLETTORE:
Collettori solari piani con
superficie selettiva
SUPERFICIE LORDA DEL
COLLETTORE:
265 m2
ANNO INIZIO
FUNZIONAMENTO:
2004
Descrizione :
L’edificio è situato nella zona artigianale ed industriale che si sta sviluppando nel territorio comunale di Pergine, a 1 km da Trento. La struttura è
composta da due piani ed è una costruzione di
oltre 9800 m2, localizzata a poca distanza da
alcuni magazzini recentemente ristrutturati.
Gli uffici sono dotati anche di un impianto di climatizzazione, un sistema idraulico per la prevenzione degli incendi ed un sistema per la produzione di acqua calda sanitaria.
I collettori solari, orientati a Sud con un’inclinazione di 30°, producono in inverno acqua calda a
45 °C, con un differenziale di temperatura (pannello/aria ambiente) pari a 55 °C, mentre in estate
viene prodotta acqua calda a 90 °C, con lo stesso
differenziale. I carichi termici nominali in inverno
sono pari a circa 230 kW ed il sistema di teleriscaldamento è stato dimensionato per questa
capacità. Se in inverno la somma dei carichi termici di ogni singolo spazio corrisponde al carico dell’intero edificio, durante la stagione estiva il carico
complessivo risulta inferiore alla somma algebrica (ogni zona presenterà il carico massimo in orari
diversi in funzione della sua esposizione solae,
mentre l’intero edificio avrà un unico orario di
massimo carico). La somma dei singoli carichi
estivi di picco (escluso il recupero di calore) è pari
a 188 kW, mentre il carico massimo complessivo è
di 170 kW. Quando si presentano le condizioni di
massimo carico, i collettori solari forniscono 145
kW, che consentono di produrre 108 kWf tramite
l’assorbitore. Con cielo nuvoloso, il carico termico
si riduce a 120 kW.
La macchina refrigerante a compressione è
comunque predisposta per sostenere questo carico ridotto. In condizioni estive normali il gruppo a
compressione e quello ad assorbimento forniscono quindi rispettivamente 120 e 108 kW, per un
totale di 228 kW, con un margine di 58 kW (pari al
34%) rispetto al carico di picco (stimato a 32 °C per
la giornata del 20 luglio).
Dati di investimento e finanziari :
Investimento complessivo: 540.000 €
La Provincia di Trento ha co-finanziato il 32% dei
costi complessivi dell’impianto.
Aspetti energetici ed ambientali :
Energia primaria risparmiata in inverno: 258.000 MJ
Energia primaria risparmiata in estate: 176.000 MJ
La capacità dell’impianto solare garantirà un
risparmio complessivo di 434.000 MJ (120.556
kWh) all’anno, con una corrispondente riduzione
di 28 t di CO2 e di altri gas inquinanti.
Il sistema è stato progettato per fornire il 70% del
condizionamento richiesto dall’edificio, utilizzando i collettori solari solo nei mesi di massima insolazione. Il rimanente 30% viene garantito da un
refrigeratore elettrico a compressione, messo in
parallelo con il sistema ad assorbimento.
Contatti :
www.puntoenergia.com
Per maggiori informazioni: www.raee.org/climasol
25
Istituto di Ricerca
"Ökopark Hartberg"
NUMERO SULLA MAPPA: 48
PAESE:
Austria
LOCALITÀ:
Hartberg, Stiria
DESTINAZIONE D’USO:
Istituto di ricerca
TECNOLOGIA:
Desiccant cooling
CAPACITÀ DI
RAFFRESCAMENTO:
30 kWf
TIPOLOGIA COLLETTORE:
Collettore con tubi sotto vuoto
SUPERFICIE LORDA DEL
COLLETTORE:
12 m2
ANNO INIZIO
FUNZIONAMENTO:
2000
Descrizione :
L’edificio in cui ha sede l’Istituto di Ricerca “Ökopark
Hartberg” ha visto la realizzazione del primo esempio austriaco di impianto pilota che impiega un
sistema DEC (“Condizionamento ad essiccazione ed
evaporazione”) alimentato da energia rinnovabile.
L’impianto è ad alto contenuto dimostrativo.
L’edificio ospita seminari e conferenze ed è anche
provvisto di uffici.
Ci sono due piani, ciascuno di superficie pari a
140 m2, con una facciata vetrata esposta a Sud, nella
cui parte inferiore sono stati integrati 11 collettori
con tubi sotto vuoto.
A partire dal 2001, l’esperienza ha dimostrato che
un sistema di condizionamento, in assenza di un
contributo integrativo di calore, è sufficiente per il
50 – 70% delle giornate estive, mentre nei giorni ad
alta umidità, è necessario provvedere alla fornitura
di calore aggiuntivo al sistema di condizionamento
ad assorbimento. Il calore necessario viene in questo caso dai collettori solari (superficie lorda pari a
12 m2) e da una caldaia alimentato a pellet, utilizzata come sistema di backup.
C’è poi un serbatoio (capacità pari a 2.000 litri) di
accumulo (raffrescamento e riscaldamento).
Dati di investimento e finanziari :
Costo totale dell’investimento (IVA esclusa):
105.000 €
Quota co–finanziata: 60%.
Il progetto è stato finanziato dal Governo della
Stiria e dalla Ökoplan Gmbh di Hartberg.
L’Istituto di Ricerca Joanneum di Graz si è fatto
carico della pianificazione e della gestione del
progetto.
Aspetti energetici ed ambientali :
COP annuale: 0,6 (carico di condizionamento
annuale/calore di rigenerazione)
COP in funzionamento adiabatico: 3–5
Portata d’aria: 6.000 m3/h
Carico di condizionamento totale: 20 kW (calore
sensibile: 17.130 W; calore latente: 3.320 W)
Carico di riscaldamento totale: 24 kW
Massima capacità refrigerante del sistema: 30.400 W
Massima capacità di raffrescamento nell’edificio:
21.800 W
In termini ambientali, l’utilizzo dell’energia solare
e del calore fornito dalle biomasse consentono di
ridurre le emissioni di CO2, che si produrrebbero
con l’utilizzo di fonti energetiche fossili.
Un contributo indiretto minore, sia pure comunque non trascurabile, all’aumento dell’effetto
serra deriva poi dai consumi energetici connessi al
funzionamento delle utenze elettriche (ventilatori, ruota etc.).
Contatti :
Dr. Erich Podesser
Joanneum Research, Graz
e-mail: [email protected]
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Nadja Richler, O.Ö. Energiesparverband, Linz
e-mail: [email protected]
Per maggiori informazioni: www.raee.org/climasol
GICB (cantina vinicola)
Banyuls/Mer
NUMERO SULLA MAPPA: 52
PAESE:
Francia
LOCALITÀ:
Banyuls/Mer
DESTINAZIONE D’USO:
Cantina per l’invecchiamento
dei vini
TECNOLOGIA:
Refrigeratore ad assorbimento
CAPACITÀ DI
RAFFRESCAMENTO:
52 kWf
TIPOLOGIA COLLETTORE:
Collettore con tubi sotto
vuoto
SUPERFICIE LORDA DEL
COLLETTORE:
215 m2
ANNO INIZIO
FUNZIONAMENTO:
1991
Descrizione :
Nel 1989 il Gruppo Produttori Vinicoli Banyuls
(G.I.C.B.) ha costruito una cantina per l’invecchiamento del vino in bottiglie. Questa struttura ha
una superficie utile totale di 3.500 m2, con una
capacità di 15.000 m3, distribuita su tre livelli, due
dei quali sono interrati. La capienza si aggira attorno ai 3 milioni di bottiglie. I manager della struttura hanno voluto installare un sistema di condizionamento alimentato ad energia solare, perché
solo un dispositivo di questo genere era in grado
di soddisfare il fabbisogno di condizionamento
salvaguardando il rispetto dell’ambiente.
Il sistema di condizionamento si compone di:
- 130 m2 di collettori con tubi sotto vuoto (superficie utile) Cortec Giordano, posati sul tetto ed
orientati a Sud/Sud-Ovest;
- un vano tecnico, collocato al livello 2, comprendente:
un serbatoio di accumulo di 1.000 litri;
un refrigeratore ad assorbimento indiretto ad
effetto singolo YAZAKI tipo WFC 15, con una potenza refrigerante di 52 kW;
pompe di circolazione per i differenti circuiti ed
un pannello elettrico di controllo generale;
una torre di raffreddamento a ciclo aperto con
potenza nominale di 180 kW, installata nella facciata Nord;
tre unità di condizionamento dell’aria (una per
ciascun livello) dotate di filtro, uno scambiatore di
freddo per l’acqua refrigerata (oltre ad uno scambiatore di calore al servizio del piano terra) ed una
ventola centrifuga con un flusso di 25.000 m3/h.
Dati di investimento e finanziari :
L’installazione realizzata nel 1991 ha avuto un
costo di 294.500 € (IVA esclusa), corrispondente
ad un extra costo di circa 150.000 € rispetto ad
un tradizionale sistema a compressione.
L’investimento consente di realizzare un risparmio
annuale di circa il 40% sui consumi energetici
della G.I.C.B.
Aspetti energetici ed ambientali :
Ecco le tipiche misurazioni delle reali condizioni
operative nel periodo giugno – settembre:
- energia mediamente derivata dal circuito primario:
298 kWh/g
- energia mediamente derivata dal circuito del
generatore: 256 kWh/g;
- energia mediamente derivata dal circuito dell’evaporatore: 145 kWh/g;
- COP del refrigeratore ad assorbimento: 0,57.
Il sistema, utilizzando energia disponibile in natura,
moltiplica i benefici ambientali:
- sostituendo i CFC e gli HCFC, fluidi di raffreddamento che vengono utilizzati nei tradizionali sistemi
di condizionamento, ritenuti fattori responsabili dell’aumento dell’effetto serra e dell’assottigliamento
dello strato di ozono;
- attraverso la riduzione della produzione di CO2 che,
a sua volta, contribuisce all’incremento dell’effetto
serra.
Questo tipo di refrigeratore ad assorbimento si
caratterizza per una maggiore silenziosità rispetto ai
sistemi tradizionali, proprio perché non prevede
parti in movimento. Grazie a questa caratteristica
l’impianto si contraddistingue per una vita media
molto più lunga rispetto ai tradizionali refrigeratori
elettrici che lavorano con le pompe.
Contatti :
[email protected]
Per maggiori dettagli: www.raee.org/climasol
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5
LA GESTIONE DEL PROGETTO
Il condizionamento dell’aria ad energia solare è una tecnologia innovativa ed ancora in via di perfezionamento rispetto ad altre applicazioni solari di uso ormai consolidato. La tecnologia infatti si è sino ad ora tradotta in progetti di tipo dimostrativo. Sono possibili differenti soluzioni tecniche, in funzione della tipologia
edilizia, dell’utenza e delle condizioni generali, come, ad esempio, il clima e l’esistenza di infrastrutture tecniche. In questa sezione viene presentato uno schema utile per facilitare la scelta del sistema di condizionamento solare, attraverso la considerazione di regole base per la progettazione, il dimensionamento e un
approfondito studio di pre-fattibilità.
5.1 - La scelta della tecnologia
Qui di seguito, nella Figura 17, viene presentato uno schema semplificato per facilitare la scelta del sistema di condizionamento alimentato ad energia
solare.
Edificio
Mezzo di distribuzione
Calcolo del carico di raffrescamento
(parametri costruttivi, ad esempio materiali,
geometria, orientamento, carichi interni,
condizioni climatiche) => fabbisogno energetico,
ricambi d’aria (per la salubrità degli ambienti).
Tecnologia
Sistema semplice
ad acqua refrigerata
Clima
moderato ed estremo
Refrigeratore alimentato ad energia termica
Temperatura dell’acqua refrigerata: 6 – 9 °C
L’installazione di un sistema centralizzato di
trattamento dell’aria è possibile e auspicabile?
no
Clima
si
moderato ed estremo
Il ricambio d’aria (per la salubrità degli ambienti)
copre i carichi termici?
no
Sistema di condizionamento con
semplice immissione dell’aria + sistema
ad acqua refrigerata
AHU
Refrigeratore alimentato
ad energia termica
si
La tipologia edilizia è appropriata
(edificio a tenuta) ad ospitare un sistema
di climatizzazione a doppio canale
(mandata/ritorno)?
Clima
no
moderato
si
La tipologia edilizia è appropriata (edificio a
tenuta) ad ospitare un sistema di climatizzazione
a doppio canale (mandata/ritorno)?
Sistema ad aria a doppio canale
(mandata/ritorno) + sistema ad
acqua refrigerata
no
si
Sistema DEC,
configurazione standard.
Temperatura dell’acqua
refrigerata: 12 - 15 °C
Clima
moderato
Sistema DEC,
configurazione standard
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AHU
Refrigeratore
alimentato ad energia
termica. Temperatura
dell’acqua: 6 – 9 °C
Sistema DEC,
configurazione speciale.
Temperatura dell’acqua refrigerata: 12 - 15 °C
Sistema di condizionamento con semplice
immissione dell’aria + sistema ad
acqua refrigerata
Figura 17
Schema di valutazione delle tecnologie per i sistemi di condizionamento
alimentati ad energia solare.
Legenda: DEC=Desiccant cooling; AHU=Unità di trattamento aria.
estremo
estremo
AHU
Refrigeratore
alimentato ad energia
termica. Temperatura
dell’acqua: 6 – 9 °C
Sistema DEC,
configurazione speciale
Il controllo della temperatura e del grado di umidità all’interno dell’edificio
è una funzione fondamentale.
L’obiettivo finale è di adottare una soluzione che preveda l’utilizzo di energia
solare termica per il condizionamento degli ambienti; il punto di partenza è
comunque sempre il calcolo dei carichi termici, in funzione dei quali, anche
rispetto alle aspettative degli occupanti/proprietari, sarà quindi possibile
scegliere tra le diverse soluzioni disponibili per la climatizzazione. La scelta
tecnica dipende in primo ordine dal fatto che i ricambi d’aria necessari a
garantire la salubrità degli ambienti siano o meno sufficienti per coprire
anche i carichi di raffrescamento (calore sensibile + calore latente). Questo è
il caso tipico di stanze o edifici caratterizzati da una elevata portata di ventilazione, come ad esempio, le aule per la didattica.
Tuttavia un sistema di ricambio dell’aria con mandata e ritorno è efficace
solo se l’edificio è sufficientemente a tenuta, altrimenti le dispersioni attraverso la struttura sarebbero troppo elevate.
Nel caso di un sistema di ventilazione con mandata e ritorno forzato possono essere applicati entrambi i sistemi di condizionamento alimentati ad
energia termica, sia quindi quelli che utilizzano il sistema desiccant cooling
sia quelli che utilizzano refrigeratori ad assorbimento. In tutti gli altri casi
possono essere utilizzati solo i refrigeratori alimentati ad energia termica per
sfruttare l’energia termica solare. Il valore inferiore di temperatura dell’acqua
raffreddata è determinato dal tipo di deumidificazione: tramite tecnica convenzionale, ovvero raffreddando l’aria al di sotto del punto di rugiada, o tramite processo di essiccazione. In questo secondo caso la temperatura del-
l’acqua può essere più elevata perché deve compensare solo gli apporti di
calore sensibile. L’applicazione della tecnica di deumidificazione in situazioni climatiche estreme (elevata umidità nell’aria ambiente) richiede soluzioni
particolari.
Ulteriori scelte impiantistiche, che non possono essere trattate in questa
pubblicazione, sono ad esempio:
la necessità di un sistema ausiliario per la produzione di freddo o per permettere l’indipendenza dal sole del sistema di condizionamento solare;
la flessibilità delle condizioni di comfort (variazioni della temperatura
desiderata);
le questioni economiche;
la disponibilità di acqua per umidificare l’aria in ingresso o per le torri di
raffreddamento;
il comfort interno: i fan coil hanno costi di investimento inferiori, ma consentono la deumidificazione solo quando sono connessi ad un sistema di
drenaggio; il raffrescamento a soffitto e altri sistemi di raffrescamento simili
richiedono alti costi di investimento, pur garantendo un comfort maggiore.
Nel caso di sistemi desiccant cooling in cui è richiesto un raffrescamento
aggiuntivo per compensare carichi di picco, per ragioni di economia, la
quota richiesta può essere fornita da sistemi elettrici a compressione.
5.2 - Regole base per la progettazione e il dimensionamento
In base a considerazioni generali e all’esperienza acquisita nella realizzazione di progetti dimostrativi, si possono dedurre alcune regole di base per la
progettazione ed il dimensionamento dei sistemi di condizionamento solare:
un sistema di raffrescamento alimentato ad energia termica, con un COP
termico relativamente basso e un sistema ausiliario alimentato a combustibili fossili, richiede un elevato contributo solare per poter ottenere risparmi
significativi di energia primaria. È necessario, a questo scopo, che venga previsto un opportuno disegno del sistema, ad esempio un’adeguata superficie
di collettori solari, un sistema di stoccaggio sufficiente oltre ad altre misure
accessorie che consentano di ottimizzare l’uso dell’energia solare termica;
Ulteriori suggerimenti per la progettazione di sistemi di condizionamento
solari sono reperibili nelle Linee Guida dedicate ai progettisti, agli installatori
e ad altre figure professionali sulla homepage del progetto SACE – Solar AirConditioning in Europe (http://www.ocp.tudelft.nl/ev/res/sace.htm) e nella
pubblicazione “Solar - Assisted Air-Conditioning in Buildings - A. Handbook
for Planners”, indicata in Bibliografia.
in alternativa, può essere impiegato come sistema ausiliario un refrigeratore convenzionale. In questo caso tutta l’energia fornita dal sistema solare
riduce la quantità di freddo che deve essere fornita dal sistema convenzionale. Questa configurazione consente un risparmio di energia primaria
anche in presenza di bassi apporti di energia solare, comportando soprattutto una riduzione dei consumi di energia elettrica;
quando si utilizza un sistema ausiliario convenzionale, ogni sostituzione
di combustibili fossili con combustibili da fonti rinnovabili, come ad esempio le biomasse, ridurrà il consumo di energia primaria del sistema.
i sistemi con refrigeratori alimentati ad energia termica con elevato COP
termico e con sistema ausiliario alimentato a combustibile fossile possono
essere realizzati anche con contributi di energia solare inferiori. Il motivo è
che il calore proveniente dalla combustione viene convertito con un alto
COP termico, competitivo rispetto ad un sistema convenzionale sotto il profilo del risparmio di energia primaria;
l’uso di collettori solari, in ogni caso, deve essere ottimizzato utilizzando
il calore fornito anche per altri usi, come il riscaldamento dell’edificio o la
produzione di acqua calda sanitaria.
Figura 18
Collettori solari integrati sul tetto del DIREN (Guadaloupe, F)
29
5.3 - L’importanza degli studi di fattibilità
La scelta della tecnologia di condizionamento e della struttura del sistema
richiede la valutazione non solo dei parametri di funzionamento nominali,
ma anche della variabilità degli apporti derivanti dall’energia solare, che
nella maggior parte dei casi permette al sistema di non operare necessariamente a pieno regime.
Inoltre, le condizioni di funzionamento e le caratteristiche del processo di
applicazioni nuove, come il raffreddamento per assorbimento o i sistemi a
raffreddamento per deumidificazione completa, non sono sufficientemente
conosciuti alla maggioranza dei progettisti e degli installatori. Ad oggi non
è facile reperire sul mercato un software che permetta una semplice e veloce selezione delle tecnologie di condizionamento solare più appropriate.
Per queste ragioni, uno studio di fattibilità ben organizzato è strategico nella
fase iniziale di programmazione.
Lo studio di fattibilità può articolarsi in diverse fasi:
la determinazione dei carichi termici;
la selezione della tecnologia di condizionamento ad energia solare più
appropriata e layout del sistema;
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il pre-dimensionamento dei componenti, ad esempio dei collettori solari,
e dell’accumulatore di calore/freddo;
l’analisi delle strategie di controllo e degli effetti sulle prestazioni del sistema;
il calcolo dei parametri di efficienza e prestazione, come il COP del sistema di raffrescamento, la percentuale di energia solare utilizzata dal sistema,
l’efficienza netta dei collettori, ecc.;
il calcolo dei consumi (elettricità, acqua, gas);
la valutazione dell’impegno finanziario e dei risparmi di energia primaria.
La scelta di quali siano le fasi, tra quelle sopra elencate, a dover essere sviluppate in uno studio di fattibilità dipende dalla specificità di ogni progetto
e dal dettaglio dell’informazione richiesta e disponibile.
In ogni caso, i risultati di ogni studio di fattibilità possono contribuire ad
accrescere la comprensione della potenzialità dei sistemi di condizionamento ad energia solare.
Bibliografia :
- Natural and Low Energy Cooling in Buildings,
CRES, Thermie Programme, for the European Commission, Directorate-General XVII for Energy, 1994
- Design tools for low energy buildings,
Technology selection and early design guidance, Nick Barnard and Denice Jounzens, ECBCS,
International Energy Agency, 2001
- Heating, Ventilating and Air-Conditioning Systems and Equipment,
ASHRAE Handbook, ISBN 0-910110-87-5, Ed.: American Society of Heating, Refrigerating and
Air-Conditioning Engineers, Inc. Atlanta, 1992
- Solar-Assisted Air-Conditioning in Buildings – A Handbook for Planners,
ISBN 3-211-00647-8, Springer Wien/New York; Ed: Hans-Martin Henning, published in the
frame of Task 25 of the Solar Heating & Cooling Programme of the International Energy Agency
(IEA), 2004
- Solar Thermal Systems,
ISBN 3-934595-24-3, Solarpraxis Berlin, Ed: Dr.Felix A. Peuser, Karl-Heinz Remmers,
Martin Schmauss, 2002
- Solar Cooling Technologies in Greece,
T. Tsoutsos, J. Anagnostou, C. Pritchard, M. Karagiorgas, D. Agoris, Applied Thermal Engineering,
23, pp 1427-1439, 2003
- Manuale dell’architettura bioclimatica,
C. Benedetti, Maggioli Editore, Rimini, 1996
- Gli impianti nell’Architettura,
G. Dall’Ò (a cura di), UTET, Torino, 2000
Siti web :
- http://www.iea-shc-task25.org/ : Solar Heating and Cooling Program of the International Energy
Agency : task 25 - Solar Assisted Air-Conditioning of Buildings
- http://www.ocp.tudelft.nl/ev/res/sace.htm : EU project SACE – Solar Air-Conditioning in Europe
- http://www.raee.org/climasol : EU project Climasol : Promoting Solar Air-Conditioning
- http://www.tecsol.fr/RafrSol/index.htm
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