Università degli Studi di Perugia
Facoltà di Ingegneria
Corso di Impatto ambientale
Modulo b) Aspetti energetici
prof. ing. Francesco Asdrubali
a.a. 2007/08
PRODUZIONE E DISTRIBUZIONE
CENTRALIZZATA DI CALORE
INTRODUZIONE
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
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
CONFIGURAZIONE RETE
ad albero
ad anello
a maglia
PARTICOLARI COSTRUTTIVI
accessibilità
isolamento (anche idrico)
dilatazioni
infiltrazioni
urti e correnti vaganti
FLUIDO TERMOVETTORE
acqua calda
acqua surriscaldata
vapore (fluidi diatermici)
DIMENSIONAMENTO DELLE RETI
minimo costo di distribuzione del calore “c”
COSTO CAPITALE
- scavi, ripristini, opere civili
- tubazioni, accessori
- organi intercett., compens.
- sottocentrali, allacci
- pompe
- interessi sul capitale
5-20%
5-40%
5-30%
10-40%
1-3%
(10-30%)
COSTO DI ESERCIZIO
- personale, spese generali, manutenzione
10-40%
COSTO MARGINALE
- energia per circolazione fluidi
- dispersioni e perdite
1-30%
5-30%
L’ottimizzazione si esegue provvedendo a definire i diametri
in via iterativa, ottimizzando contemporaneamente lo
spessore di isolante.
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 più
piccolo 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
ASPETTI ECONOMICI
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
Dl 
volumetria servita
lunghezza rete
l
q
i
i
Q
 li
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)
ASPETTI ECONOMICI
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.
USO STAGIONALE u = 0,25
L’aliquota di potenza complementare ad u risulta
improduttiva
Per limitare i costi fissi si può contenere la potenza
massima installata con serbatoi di raccolta del
fluido caldo
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
POMPE DI CALORE
Come per la cogenerazione, si cerca una produzione
ottimale di calore a bassa temperatura.
ANALISI ENERGETICA
L   el mc H i
QPdC  COP x L  COP x  el mc H i
QG
G 
mc H i
QPdC  QG se
G
 G 0,88
COP 
ad es.

 2,44
 el
 el 0,36
ANALISI ECONOMICA
Costo combustibile per una caldaia tradizionale (metano):
0,66 €/mc
Ipotizzando un rendimento del generatore pari all’88%,
la resa calorica è:
Cter
C
0 ,66


 0,0212 €/MJ
G H i 0 ,88 x 35,4
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:
Cel
Cel
0,0361
 Cter ovvero COP 
ad es. COP 
 1,70
COP
Cter
0,0212
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.
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:
Cel 
0 ,0361 


Q Cter 
  613 € / anno
  90720 0 ,0212 
COP 
2 ,50 


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.
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.