Studio di fattibilità per la climatizzazione di edificio residenziale di nuova costruzione mediante sistema di trigenerazione Il presente studio si propone di analizzare i vantaggi derivanti dall'utilizzo di un sistema di trigenerazione (produzione combinata di energia elettrica, caldo per riscaldamento invernale e fresco per climatizzazione estiva) a servizio degli impianti di climatizzazione di un palazzo di nuova costruzione. A tal fine è stato preso in esame un palazzo fittizio, ubicato a Bari, in zona urbana, con le seguenti caratteristiche costruttive, conformi a quanto stabilito dalle recenti norme sul contenimento energetico degli edifici (D.Lgs. 192/05, D.Lgs. 311/06, DPR 59/09, UNI TS 11300). • n. 5 piani fuori terra, con altezza di interpiano pari a 3 m • n.2 appartamenti di superficie utile 100 m2 e n.2 appartamenti di superficie utile 150 m2 per ciascun piano • Trasmittanza termica delle pareti verticali: circa 3,1 W/m2K • Trasmittanza termica delle coperture: circa 3 W/m2K • Infissi in alluminio a taglio termico, vetro-camera 6-12-6 basso-emissivo e schermature solari mobili esterne Si tratta, quindi, di un edificio ben isolato e schermato, come richiesto dalla legge. Per questo motivo i carichi termici, sia invernali che estivi, risulteranno notevolmente ridotti rispetto ad un edificio di uguale volume ma costruito verso la metà del secolo scorso. Di seguito è rappresentata schematicamente la pianta del piano tipo:
Naturalmente si tratta di un esempio puramente indicativo, ma considerazioni simili possono essere applicate, con le opportune considerazioni, anche a edifici di tipologia e forma differenti. Il palazzo in esame avrà un carico termico complessivo contemporaneo per la climatizzazione invernale pari a circa 50 kW. La climatizzazione estiva, invece, richiede una potenza frigorifera complessiva contemporanea di circa 90 kW. A questi fabbisogni c'è da aggiungere la richiesta di calore per la produzione di acqua calda sanitaria, che consuma in media 2500 kWh di energia termica ogni mese, pari a circa 560 m3 di gas (ipotizzando di usare una caldaia a metano per la produzione di a.c.s.) Se si decide di installare un impianto di climatizzazione invernale ed estiva centralizzato per l'intero edificio (come, peraltro, consiglia di fare il DPR 59/09) è possibile utilizzare dei generatori unici che permettano di produrre acqua calda per il riscaldamento e per gli usi igienico-sanitari e acqua fredda, durante l'estate, per il condizionamento. In queste ipotesi si può pensare all'utilizzo di un gruppo di trigenerazione, che produca contemporaneamente energia elettrica ed energia termica o frigorifera, a seconda della stagione e, quindi, delle necessità. Il gruppo che verra previsto in questo studio sarà composto dai seguenti componenti principali:
• Motore alternativo a combustione interna alimentato a gas metano • Alternatore per la produzione di energia elettrica • Sistema di recupero del calore di raffreddamento del motore per utilizzo nel'impianto di riscaldamento o per la produzione di acqua calda sanitaria • Serbatoio di accumulo per l'acqua calda sanitaria • Gruppo frigorifero ad assorbimento per la produzione di acqua fredda da utilizzare per la climatizzazione estiva In sostanza con il sistema proposto sarà possibile soddisfare in maniera praticamente totale i fabbisogni dell'intero edificio in termini di: • Energia elettrica • Calore per riscaldamento • Calore per produzione di acqua calda sanitaria • Freddo per condizionamento estivo Di seguito si riportano i dati relativi ai consumi mensili della struttura
La tabella che segue riassume i risultati dei calcoli annuali di costi e ricavi dovuti al funzionamento con un impianto di questo genere. DATI MOTORE TIPO CASA MODELLO Potenza elettrica COGEN Potenza termica COGEN Rendimento elettrico COGEN
MW MW -
MCI SOCOGES 0,06 0,12 0,3
DATI ASSORBITORE Potenza frigorifera ASS EER ASS
MW -
0,0804 0,67
En. ELETTRICA richiesta En. TERMICA richiesta En. FRIGORIFERA richiesta
MWhe MWht MWht
250 142 115
ore esercizio cogeneratore
-
5773
En. ELETTRICA da cogeneratore En. Elettrica autoconsumata En. Elettrica immessa in rete En. Elettrica acquistata dalla rete En. TERMICA da cogeneratore En. TERMICA recuperata da COGEN (TOT) En. TERMICA recuperata da COGEN (TH) En. TERMICA recuperata da COGEN (FR) En. TERMICA dispersa da COGEN En. TERMICA non coperta da COGEN En. FRIGORIFERA da assorbitore En. FRIGORIFERA non coperta da ASS En. FUEL consumata dal COGEN
MWhe MWhe MWhe MWhe MWht
351,0314 189,5735 161,4578 60,42648 690,8995
MWht
276,3902
MWht
139,9963
MWht MWht
136,3939 414,5093
MWht MWhf
2,00371 91,38392
MWhf MWhc
23,61608 1163,452
€ € € € € € € € €
38390,53 11302,05 5941,801 7117,753 14566,05 45923,29 4914,439 913,8392 25566,62
RISULTATI ENERGETICI
RISULTATI ECONOMICI Ricavi En. El. autoconsumata Ricavi En. El. immessa in rete Ricavi En. Th. prodotta da COGEN Ricavi En. Fr. prodotta da ASS Ricavi Defiscalizzazione FUEL Costo Combustibile COGEN Costo Manut COGEN Costo Manut ASS UTILE solo COGEN
Si nota subito che, a fronte di una spesa dovuta al consumo del gas metano pari a circa 46.000 € annui, si hanno i seguenti risparmi: • Circa 38.000 € di risparmi complessivi per energia elettrica autoprodotta (e quindi non acquistata dalla rete) • Circa 11.000 € di guadagno per energia elettrica prodotta ed immessa in rete • Circa 6.000 € di energia termica risparmiata per riscaldamento e produzione di a.c.s. • Circa 7.000 € di energia frigorifera risparmiata per climatizzazione estiva • Circa 15.000 € di guadagni dovuti agli incentivi statali di titoli di efficienza energetica e defiscalizzazione del combustibile In conclusione questo sistema permette un utile annuo, calcolato come totale dei risparmi conseguiti e degli effettivi guadagni per energia venduta ed incentivi, che si aggira intorno ai 25.000 €. Il tempo di ritorno dell'investimento può essere brevissimo (circa 2-3 anni) se si considera che il sistema descritto venga installato al posto di un sistema tradizionale, composto quindi da caldaia + refrigeratore d'acqua + boiler per acqua sanitaria etc. Naturalmente i calcoli riassunti in questa breve relazione sono puramente indicativi, e i risultati possono variare in base alle effettive esigenze dell'edificio. Per questo motivo è necessario, volta per volta, effettuare uno studio più approfondito che sia effettuato sul reale progetto architettonico ed impiantistico dell'edificio stesso.
