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Università degli Studi di PerugiaFacoltà di Ingegneria
Corso di Impatto ambientale Modulo b) Aspetti energetici
prof. ing. Francesco Asdrubalia.a. 2007/08
PRODUZIONE E DISTRIBUZIONECENTRALIZZATA DI CALORE
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La tendenza verso la centralizzazione ha incontrato in questo settore difficoltà maggiori che per altri servizi
(elettricità, gas, acqua)
VANTAGGI - migliori rendimenti combustione
(pieno carico)
- gestione dei guasti
- minori costi di gestione
- riduzione rischi incendio
- minori ingombri per volumi tecnici
- possibilità bruciare combustibili diversi
- possibilità depurare fumi
- possibilità tecniche controllo e gestione
- minore manodopera
- minori trasporti
RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE IMPIANTI AUTONOMI 70-75%
RENDIMENTO MEDIO STAGIONALE IMPIANTI CENTRALIZ. 90%
PERDITE RETE IMPIANTI CENTRALIZZATI 5-10%
VANTAGGIO IN TERMINI DI RENDIMENTO 5-15%
(0,01-0,1 tep anno pro-capite)
2-3% consumo totale fonti primarie
INTRODUZIONE
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IMPIANTI di TELERISCALDAMENTO
- di quartiere (DISTRICT HEATING)- urbani
OSTACOLI - cooperazione di soggetti pubblici e privati- pianificazione urbanistica e edilizia- elevati costi capitali
ITALIA - tendenza forte individualismo- contenuta durata stagione invernale
- lunghi tempi ritorno (brevi inverni)- interferenza con altri reti tecnologiche
ad alberoCONFIGURAZIONE RETE ad anello
a maglia
accessibilitàisolamento (anche idrico)
PARTICOLARI COSTRUTTIVI dilatazioniinfiltrazioniurti e correnti vaganti
acqua caldaFLUIDO TERMOVETTORE acqua surriscaldata
vapore (fluidi diatermici)
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DIMENSIONAMENTO DELLE RETI
minimo costo di distribuzione del calore “c”
COSTO CAPITALE- scavi, ripristini, opere civili 5-20%- tubazioni, accessori 5-40%- organi intercett., compens. 5-30%- sottocentrali, allacci 10-40%- pompe 1-3%- interessi sul capitale (10-30%)
COSTO DI ESERCIZIO- personale, spese generali, manutenzione 10-40%
COSTO MARGINALE- energia per circolazione fluidi 1-30%- dispersioni e perdite 5-30%
L’ottimizzazione si esegue provvedendo a definire i diametriin via iterativa, ottimizzando contemporaneamente lo spessore di isolante.
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Valutazione costi: analisi di sensitività
Per una data area, il costo c è tanto minore quanto maggiore è la potenza termica totale installata e quanto piùpiccolo è il numero di sottocentrali su cui si ripartisce.
I valori dell’area della zona servita non superabili sono:
acqua calda : pochi km2
acqua surriscaldata : fino a 10 km2
vapore : più di 10 km2
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COSTO TOTALE DEL SERVIZIO produzione e distribuzione del calore C
costo sia delle centrali che della rete
- il costo di primo impianto di una centrale risulta sempre minore della somma dei costi di piccole centrali di uguale potenza totale
- il costo delle rete può essere superiore a quello della centrale
ASPETTI ECONOMICI
rete lunghezza
servita volumetriaDl
Q
lql i
ii
Densità edilizia lineare (m3/m): rapporto tra la volumetria edilizia servita da una sottocentrale e il tratto di rete necessario per collegarle.
raggio medio di azione: distribuzione nello spazio dei carichi termici.
Il costo C totale risulta crescente con il raggio medio di azione, al punto di poter individuare un valore oltre il quale non risulta più conveniente centralizzare la produzione di calore (pochi km)
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ASPETTI ECONOMICI
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ASPETTI ECONOMICI
Diseconomie riscaldamento urbano centralizzato
- posa in opera reti in centri storici;
- rete del gas già esistente.
VALUTAZIONE INTEGRATA
• costi
• moltiplicazione del rischio
• combustibili utilizzabili
• impatto ambientale
Si deve considerare il funzionamento a regime variabile, in genere lontano dalle condizioni
estremali considerate per il dimensionamento.
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USO STAGIONALE u = 0,25
Per limitare i costi fissi si può contenere la potenza massima installata con serbatoi di raccolta del
fluido caldo
L’aliquota di potenza complementare ad u risulta improduttiva
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Al fine di aumentare per quanto possibile l’utilizzazione dell’impianto si ricorre spesso a produzione in cascata
di energia elettrica e termica (cogenerazione).
Il funzionamento può anche avvenire nei mesi estivi, impiegando il calore in macchine frigorifere ad
assorbimento (trigenerazione)
ASPETTI FINANZIARI E TARIFFE
Auspicabile tariffa binomia come per en. Elettrica
Non esistono codificazioni valutazione exergetica
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Come per la cogenerazione, si cerca una produzione ottimale di calore a bassa temperatura.
ANALISI ENERGETICA
POMPE DI CALORE
ic
GG Hm
Q
icel HmL icelPdC Hm x COP L x COPQ
44,20,36
0,88 es. ad COP seQ Q
el
G
el
GGPdC
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Ipotizzando un rendimento del generatore pari all’88%, la resa calorica è:
€/MJ 0,0212 35,4 x 88,0
66,0
H
CC
iGter
Costo energia elettrica per la pompa di calore:
Cel = 0,13 €/kWh = 0,0361 €/MJ
Affinchè risulti conveniente impiegare la pompa di calore, deve risultare:
70,10,0212
0,0361COP es. ad
C
CCOP ovvero C
COP
C
ter
elter
el
ANALISI ECONOMICA
Costo combustibile per una caldaia tradizionale (metano):
0,66 €/mc
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ANALISI GLOBALE
Per installare una pompa di calore si deve affrontare un extra-costo
In base al diagramma la pompa di calore può funzionare per 2/3 della stagione a 3/4 della sua potenza nominale.
Ciò avviene perchè al di sotto di certe temperature esterne, è comunque necessario ricorrere a sistemi di riscaldamento tradizionali.
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Ipotizzando una potenza nominale di 20 kW, che funzioni per 14 ore al giorno e che la stagione duri 180 giorni, l’energia complessivamente fornita è:
Q = 20 x 3/4 x 180 x 2/3 x 14 x 3,6 = 90720 MJ/anno
Il risparmio ottenuto è pari a:
Se l’extra-costo della pompa di calore è assunto pari a 1000 €/kW ovvero 20000 € per l’intero dispositivo, l’investimento non risulta sostenibile.
anno/€ 61350,2
0361,00212,090720
COP
CCQ el
ter
Se viene acquistato un refrigeratore per il raffrescamento estivo, l’extra-costo della pompa di calore è limitato solo al maggiore investimento per il funzionamento invernale, con conseguente variazione del conto economico.