La possibilità tecnologica di avvalersi di grandi adduttori acquedottistici a supporto della climatizzazione civile rappresenta una soluzione ancora solo parzialmente esplorata, sebbene esistano già esperienze equivalenti che valorizzano i reflui fognari come sorgente termica per grandi gruppi a pompa di calore accoppiati a reti di teleriscaldamento. In analogia, la rete acquedottistica costituisce una infrastruttura diffusa nel tessuto urbano e può rappresentare un potenziale vettore termico, in relazione all’elevato calore specifico dell’acqua ed alla temperatura in condotta, tendenzialmente meno antagonista di quella dell’aria. La disposizione in ipogeo determina, inoltre, la possibilità di uno scambio termico, quanto meno parziale, con il terreno circostante, in analogia ai sistemi geotermici orizzontali superficiali. Il tema è qui proposto per un adduttore cittadino primario a Ferrara (DN400, 5090 l/s, 825 °C), nell’ipotesi di una rete di teleriscaldamento a bassa temperatura (55 °C) destinato ad un nuovo comparto urbano di 90,000 m3. L’indagine ha sviluppato l’analisi di fattibilità nell’ambito di una ricerca svolta per il gestore del sistema acquedottistico. Preliminarmente, le prestazioni di un gruppo a pompa di calore (R134a) sono parametrizzate in funzione delle sole temperature agli scambiatori; in analogia, il fabbisogno energetico per climatizzazione è messo in funzione della temperatura oraria dell’aria esterna e della classe energetica dell’edificio (A, B). Noto il regime invernale ed estivo in condotta sia termini di portata, sia di temperatura, è quindi possibile legare il fabbisogno elettrico per climatizzazione alle sole temperature in condotta e in aria, nonché alla classe energetica dell’edificio tipo. L’indagine è sviluppata sia per il caso con sorgente acquedottistica (WS, water source), sia per il caso tradizionale con sorgente l’aria (AS, air source). Nel contesto considerato, il COP medio giornaliero rimane quasi sempre superiore a 3.6 per il caso WS e superiore a 2.8 per il caso AS. L’insufficienza del sistema WS è raggiunta per una domanda discontinua all’utenza, che determina una elevata potenza al ripristino delle condizioni termiche indoor dopo una prolungata interruzione. Tale eventualità rimane tuttavia remota per sistemi radianti, frequentemente previsti in simili classi energetiche. Il servizio di teleraffrescamento è invece attuabile solo in presenza di un sistema ibrido (AWS, air-water source), a seguito delle elevate temperature in condotta durante il mese di agosto. Più in generale, la soluzione ibrida risulterebbe comunque più adeguata, quale sorgente occasionalmente più vantaggiosa ed a cautela di un eventuale disservizio in rete. L’analisi economico-finanziaria è condotta impiegando il metodo dei flussi di cassa scontati (Discounted Cash Flow Method), al fine di valutare il payback del sistema ibrido AWS rispetto al tradizionale AS. Al netto di eventuali benefici fiscali e della non monetizzazione di quelli ambientali, il payback del solo servizio di teleriscaldamento risulterebbe accettabile (<10 anni) a fronte di un extra costo del sistema AWS rispetto alla soluzione AS non superiore a circa 250 €/kWt, di un risparmio in gestione non inferiore a 3.4 c€/kWht e con un consumo complessivo superiore a 1,6 MWht/anno. Con l’estensione del servizio al teleraffrescamento, il rientro (<10 anni) dello stesso extra costo (250 €/kWt) si raggiungerebbe per risparmi in gestione pari a 2.3 c€/kWht, a fronte di un consumo di 2.2 MWht/anno (=1.6+0.6). In presenza di una temperatura in condotta stabile e pari a 14 °C (pozzi idropotabili), il COP migliora di circa mezzo punto e risulta superata l’insufficienza estiva.
Valorizzazione di adduttori acquedottistici a fini termici: un caso studio
Gabrielli L.;
2012-01-01
Abstract
La possibilità tecnologica di avvalersi di grandi adduttori acquedottistici a supporto della climatizzazione civile rappresenta una soluzione ancora solo parzialmente esplorata, sebbene esistano già esperienze equivalenti che valorizzano i reflui fognari come sorgente termica per grandi gruppi a pompa di calore accoppiati a reti di teleriscaldamento. In analogia, la rete acquedottistica costituisce una infrastruttura diffusa nel tessuto urbano e può rappresentare un potenziale vettore termico, in relazione all’elevato calore specifico dell’acqua ed alla temperatura in condotta, tendenzialmente meno antagonista di quella dell’aria. La disposizione in ipogeo determina, inoltre, la possibilità di uno scambio termico, quanto meno parziale, con il terreno circostante, in analogia ai sistemi geotermici orizzontali superficiali. Il tema è qui proposto per un adduttore cittadino primario a Ferrara (DN400, 5090 l/s, 825 °C), nell’ipotesi di una rete di teleriscaldamento a bassa temperatura (55 °C) destinato ad un nuovo comparto urbano di 90,000 m3. L’indagine ha sviluppato l’analisi di fattibilità nell’ambito di una ricerca svolta per il gestore del sistema acquedottistico. Preliminarmente, le prestazioni di un gruppo a pompa di calore (R134a) sono parametrizzate in funzione delle sole temperature agli scambiatori; in analogia, il fabbisogno energetico per climatizzazione è messo in funzione della temperatura oraria dell’aria esterna e della classe energetica dell’edificio (A, B). Noto il regime invernale ed estivo in condotta sia termini di portata, sia di temperatura, è quindi possibile legare il fabbisogno elettrico per climatizzazione alle sole temperature in condotta e in aria, nonché alla classe energetica dell’edificio tipo. L’indagine è sviluppata sia per il caso con sorgente acquedottistica (WS, water source), sia per il caso tradizionale con sorgente l’aria (AS, air source). Nel contesto considerato, il COP medio giornaliero rimane quasi sempre superiore a 3.6 per il caso WS e superiore a 2.8 per il caso AS. L’insufficienza del sistema WS è raggiunta per una domanda discontinua all’utenza, che determina una elevata potenza al ripristino delle condizioni termiche indoor dopo una prolungata interruzione. Tale eventualità rimane tuttavia remota per sistemi radianti, frequentemente previsti in simili classi energetiche. Il servizio di teleraffrescamento è invece attuabile solo in presenza di un sistema ibrido (AWS, air-water source), a seguito delle elevate temperature in condotta durante il mese di agosto. Più in generale, la soluzione ibrida risulterebbe comunque più adeguata, quale sorgente occasionalmente più vantaggiosa ed a cautela di un eventuale disservizio in rete. L’analisi economico-finanziaria è condotta impiegando il metodo dei flussi di cassa scontati (Discounted Cash Flow Method), al fine di valutare il payback del sistema ibrido AWS rispetto al tradizionale AS. Al netto di eventuali benefici fiscali e della non monetizzazione di quelli ambientali, il payback del solo servizio di teleriscaldamento risulterebbe accettabile (<10 anni) a fronte di un extra costo del sistema AWS rispetto alla soluzione AS non superiore a circa 250 €/kWt, di un risparmio in gestione non inferiore a 3.4 c€/kWht e con un consumo complessivo superiore a 1,6 MWht/anno. Con l’estensione del servizio al teleraffrescamento, il rientro (<10 anni) dello stesso extra costo (250 €/kWt) si raggiungerebbe per risparmi in gestione pari a 2.3 c€/kWht, a fronte di un consumo di 2.2 MWht/anno (=1.6+0.6). In presenza di una temperatura in condotta stabile e pari a 14 °C (pozzi idropotabili), il COP migliora di circa mezzo punto e risulta superata l’insufficienza estiva.
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