adeguamento del sistema impiantistico - andrea cagni+
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Ing. Andrea Cagni Ing. Andrea Cagni Torino , 28 Maggio 2012 La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio ediliziodi Torino Smart City Ing. Andrea Cagni La curva di Hubbert del petrolio La curva di Hubbert del petrolio Torino , 28 Maggio 2012 La riqualificazione energetica e sociale del patrimonio ediliziodi Torino Smart CityTRANSCRIPT
Ing. Andrea Cagni
Fossile o Rinnovabile?
Ing. Andrea Cagni
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Torino, 28 Maggio 2012
La curva di Hubbert del petrolioLa curva di Hubbert del petrolio
Ing. Andrea Cagni
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Torino, 28 Maggio 2012
La curva di Hubbert del petrolioLa curva di Hubbert del petrolio
L'era della pietra non e' finita per mancanza di pietre
così l'era del petrolio non finirà per mancanza di petrolio
ma perché nuove tecnologie competitive con il petrolio prenderanno il sopravvento…
Ing. Andrea Cagni
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Torino, 28 Maggio 2012
La percezione dellLa percezione dell’’energia termicaenergia termica
La temperatura ideale è: 20 °C
Ogni 1°C in più vuol dire consumare il 7% in più
L’energia che serve a scaldare di 1 °C un litro d’acqua è pari a quella che sarebbe necessaria per alzare lo stesso litro a 427 m di altezza!
Portarlo in cima a un palazzo di 140 Piani…!
Ing. Andrea Cagni
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Combustione di metano (rend. 100%)
10’000 kWht =1’043 mc CH4 = 0,86 TEP = 2,5 tCO2
Combustione di gasolio (rend. 100%)
10’000 kWht = 1’006 lt GASOLIO = 0,85 TEP = 3,0 tCO2
Utilizzo diretto energia elettrica (rend. produzione 39%)
10’000 kWht = 10’000 kWhe = 2,2 TEP = 5,75 tCO2
Pompa di calore (COP medio stagionale 2,56)
10’000 kWht = 3’909 kWhe = 0,86 TEP = 2,5 tCO2
Combustione diretta Biomassa
10’000 kWh BIOMASSA = 0,0 TEP ? = 0,0 tCO2
Fabbisogno di energia primariaFabbisogno di energia primariaabitazione tradizionale da 100 mq
Ing. Andrea Cagni
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Ing. Andrea Cagni
Il prezzo dell’energia
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Costo del metanoCosto del metano
+14% all+14% all’’annoannonegli ultimi 3 anninegli ultimi 3 anni
Fonte AEEG
Ing. Andrea Cagni
Evoluzione degli impianti
Ing. Andrea Cagni
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Generatori di calore (caldaie)Generatori di calore (caldaie)- Combustione a più di 1000°C
- Scarico fumi a 260°C
- Fluido termovettore 90-30°C
- Aria ambiente 20°C
7,2 kWht=75%1m3 CH4
La PREISTORIA
75%EFFICIENZA TOTALE
CH4
9,57 kWhCH
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Generatori di calore a condensazioneGeneratori di calore a condensazione- Combustione a più di 1000°C
- Scarico fumi a 40-80°C
- Fluido termovettore 40-30°C
- Aria ambiente 20°C
10,2 kWht=107%1m3 CH4
IERI
107%EFFICIENZA TOTALE
CH4
9,57 kWhCH
Ing. Andrea Cagni
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Pompa di calorePompa di calore- Alimentazione ad energia elettrica (o altre fonti)
- Sorgente termica ambientale (rinnovabile)
- Nessuna emissione locale in atmosfera
1m3 CH43,75 kWhe
Pompa di calore
COP 3,8
14,3 kWht
10,5 kWht
Aria, acqua, terreno
e=40%
t=98%t=98%
OGGI
149%EFFICIENZA TOTALE
CH4
9,57 kWhCH
Ing. Andrea Cagni
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Pompa di calorePompa di calore- Alimentazione ad energia elettrica (o altre fonti)
- Sorgente termica ambientale (rinnovabile)
- Nessuna emissione locale in atmosfera
1m3 CH45,53 kWhe
Pompa di calore
COP 6,0
33,2 kWht
27,7 kWht
Aria, acqua, terreno
e=59%
t=98%t=98%
DOMANI
2,8 kWhtTeleriscaldamento 375%
EFFICIENZA TOTALE
CH4
9,57 kWhCH
Ing. Andrea Cagni
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DOMANIAccumuli stagionaliAccumuli stagionali
Impianti Heat on demandImpianti Heat on demand Impianti Air on demandImpianti Air on demand
Phase change Phase change materialsmaterials
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Riqualificazione impiantistica: un esempio concreto
Analisi dei fabbisogno in regime semi-dinamico
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Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
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Caratteristiche dellCaratteristiche dell’’edificio edificio –– Residenza per anzianiResidenza per anziani
1)Superficie riscaldata: 3800 m2
2)Posti letto 56
3)Anno di costruzione successivo al a1991 (post L10/1991)
4)Classe Energetica D (53 kWh/m3 anno)
5)Impianto tradizionale a radiatori, con termostati per macro-zone e alcune valvole termostatiche
6)Centrale termica con caldaie alimentate a gas metano (405 kW + 180 kW), per riscaldamento ambienti e produzione Acqua Calda Sanitaria
7)Sistema di estrazione aria dai bagni con reimmissione a tutt’aria esterna mediante U.T.A.
8)Spesa annua per riscaldamento ambienti e produzione ACS: 31’400 € (gas metano agevolato)
Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
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Simulazione energetica dellSimulazione energetica dell’’edificio, passi operativiedificio, passi operativi
L’idea di un impianto IBRIDO (caldaia + ……?……)
Il modello di calcolo per MESI della norma UNI TS 11300 non è adatto
A partire dall’analisi delle bollette energetiche si sono ricostruiti i consumi mensili utili per:generare il modello energetico dell’edificio costruito sul comportamento reale dell’edificio (valutazione tailored rating) conformemente alle vigenti norme della serie UNI TS 11300
Sono stati corretti gli apporti energetici interni secondo la valutazione reale adattata all’utenza. Ad esempio a questo scopo si sono confrontati gli apporti interni delle apparecchiature con i consumi elettrici rilevati, in modo da valutare correttamente gli apporti interni di calore
E’ stato stimato il fabbisogno annuo di ACS effettivamente richiesto, mediante l’analisi delle bollette estive.
Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
Ing. Andrea CagniIng. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
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Il calcolo semiIl calcolo semi--dinamico del fabbisogno annuale (ora per ora)dinamico del fabbisogno annuale (ora per ora)
il modello dell’edificio è costruito tenendo conto degli scambi termici contenuti nelle seguenti equazioni:
Per i parametri dinamici sono stati considerati i fattori di utilizzazione degli apporti solari e interni, secondo UNI TS 11300-1, punto 15.1.1
Due livelli di temperatura: 23°C diurno, 20°C notturno
Dati climatici orari: TORINO IWEC (anno tipo dell'EnergyPlus weather file)
Ing. Andrea CagniIng. Andrea Cagni
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Simulazione del profilo di richiesta termica (ora per ora)Simulazione del profilo di richiesta termica (ora per ora)
Per ogni ora del giorno, e ogni giorno dell’anno, si tiene conto di una serie di parametri normalmente non considerati nel calcolo classico in regime stazionario
a)Irraggiamento solare della località con dettaglio orario
b)Temperatura esterna istantanea (con dettaglio orario)
c)Temperatura di mandata del fluido termovettore in funzione della temperatura dell’aria esterna (regolazione climatica)
d)Energia di ripresa della temperatura ambiente (secondo Norma UNIN12831:2006), intermittenza e attenuazione degli impianti
e)Energia termica “dispersa” (non andata a buon fine) per inefficienze del sistema di regolazione
f)Energia persa per inefficienza del sistema di emissione e di distribuzione dei fluidi termo vettori
g)Energia termica per produzione ACS
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Temperatura di mandataTemperatura di mandata
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Potenza di ripresaPotenza di ripresa
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Potenza persa per inefficienza della regolazionePotenza persa per inefficienza della regolazione
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Potenza persa per inefficienza del sistema di emissionePotenza persa per inefficienza del sistema di emissione
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Potenza persa per dispersioni della rete di distribuzionePotenza persa per dispersioni della rete di distribuzione
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Potenza per produzione di Acqua Calda SanitariaPotenza per produzione di Acqua Calda Sanitaria
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Simulazione del profilo di richiesta termica (ora per ora)Simulazione del profilo di richiesta termica (ora per ora)
Per ogni ora del giorno, risulta quindi chiaro il fabbisogno di potenza per riscaldamento ambienti e produzione sanitaria.
a)Distribuzione delle potenze termiche orarie all'interno di un giorno campione (il più freddo dell’anno)
b)Distribuzione delle potenze termiche orarie all'interno di un giorno campione (con temperature moderate e basso irraggiamento)
c)Distribuzione delle potenze termiche orarie all'interno di un giorno campione (temperature miti e molto soleggiato)
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Profilo di richiesta di calore Profilo di richiesta di calore –– giorno pigiorno piùù freddofreddo
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Profilo di richiesta di calore Profilo di richiesta di calore –– giorno medio invernalegiorno medio invernale
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Profilo di richiesta di calore Profilo di richiesta di calore –– coda di stagionecoda di stagione
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Fattore di carico (distribuzione di frequenza cumulata)Fattore di carico (distribuzione di frequenza cumulata)
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Riqualificazione impiantistica: un esempio concreto
Proposta di riqualificazione:pompe di calore geotermichead assorbimento
alimentate a gas metano
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Caratteristiche del sistema di generazione del calore
• n°2 macchine acqua / acqua
• Potenza massima erogabile @ 50°C: 78,4 kWt
• Temperatura massima lato utenza 65°C
• GUE nominale (sulle fonti primarie): 120% - 170% (indipendente dalle condizioni
ambientali esterne, sottosuolo a temperatura costante, con campo sonde ben dimensionato
Pompe di calore Acqua / Acqua ad assorbimento alimentata a gas MPompe di calore Acqua / Acqua ad assorbimento alimentata a gas Metanoetano
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39 kW39 kW39 kW39 kW180 kW180 kW
405 kW405 kW
Vantaggi
• Utilizzo diretto di una fonte primaria, nessuna trasformazione intermedia
• Buona efficienza anche con alte temperature di mandata 65°C
• Nel caso si versione ad aria, modesto peggioramento del rendimento per temperature
esterne basse
• Non si cambia la fonte di approvvigionamento
• Non si sovraccarica la rete elettrica
Pompe di calore Acqua / Acqua ad assorbimento alimentata a gas MPompe di calore Acqua / Acqua ad assorbimento alimentata a gas Metanoetano
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Fonte Robur spa
Impianto geotermico a sonde verticali (circuito chiuso)Impianto geotermico a sonde verticali (circuito chiuso)
Caratteristiche del campo sonde
- resa del sottosuolo 50 W/m
- n°7 sonde geotermiche da 105 m ciascuna
- scambio diretto terreno / acqua di evaporatore
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Fonte Stiebel Eltron e e-Transfer
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Contributo Caldaia e Pompa di caloreContributo Caldaia e Pompa di calore
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Contributo Caldaia e Pompa di caloreContributo Caldaia e Pompa di calore
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Contributo Caldaia e Pompa di caloreContributo Caldaia e Pompa di calore
Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
Caldaia ATTUALE Imp. ibrido (PdC+caldaia)
Fabbisogno annuo energia primaria [kWh]
Fabbisogni energetici per riscaldamento e ACS
ACS (quota caldaia)
ACS (quota PdC)
Riscaldamento (quota PdC)
Riscaldamento (quota caldaia)
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Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
Indici economici utilizzatiIndici economici utilizzati
1)Valore attuale netto (VAN) è la somma di tutti i flussi di cassa del periodo di durata dell'investimento,
all'anno in cui si effettua la valutazione
2)Tempo di ritorno attualizzato (PBT) è il tempo per il quale si annulla il VAN
3)Tasso interno di rendimento (TIR) è il valore del tasso di sconto che annulla in VAN. Il TIR Può essere
confrontato con il tasso offerto da un investimento a pari rischio
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I numeri dellI numeri dell’’intervento sullintervento sull’’impianto (soluzione cautelativa)impianto (soluzione cautelativa)
1)Costo del metano (case di riposo): 0,573 €/m3 (IVA compresa)
2)Costo di investimento chiavi in mano: 79’000 €
3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 30’000 €, quindi ben sfruttata
4).Tasso di finanziamento: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite
impianti geotermici a bassa entalpia“
5)Incremento annuo del costo dell’energia: 6% su base 2002-2012
6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e
quella pompa di calore supera i 25)
7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 10 anni
8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 144’000 €
9)Tasso di rendimento interno - TIR: 11%
10).Classe Energetica “C” taylored (44 kWh/m3 anno)
11).Classe Energetica “B” asset rating
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Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
I numeri dellI numeri dell’’intervento sullintervento sull’’impianto (soluzione su base 2009impianto (soluzione su base 2009--2012)2012)
1)Costo del metano (case di riposo): 0,573 €/m3 (IVA compresa)
2)Costo di investimento chiavi in mano: 79’000 €
3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 30’000 €, quindi ben sfruttata
4).Tasso di finanziamento: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite impianti
geotermici a bassa entalpia“
5)Incremento annuo del costo dell’energia: 14% su base 2009-2012
6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e
quella pompa di calore supera i 25)
7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 8,4 anni
8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 584’000 €
9)Tasso di rendimento interno - TIR: 18%
10).Classe Energetica “C” taylored (44 kWh/m3 anno)
11).Classe Energetica “B” asset rating
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Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
I numeri dellI numeri dell’’intervento sullintervento sull’’impianto (trasposizione al RESIDENZIALE)impianto (trasposizione al RESIDENZIALE)
1)Costo del metano: 0,879 €/m3 (IVA compresa)
2)Costo di investimento chiavi in mano: 79’000 €
3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 30’000 €, quindi ben sfruttata
4).Tasso di finanziamento: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite
impianti geotermici a bassa entalpia“
5)Incremento annuo del costo dell’energia: 14% su base 2009-2012
6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e
quella pompa di calore supera i 25)
7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 6,8 anni
8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 922’000 €
9)Tasso di rendimento interno - TIR: 24%
10).Classe Energetica “C” taylored (33 kWh/m3 anno)
11).Classe Energetica “B” asset rating
Ing. Andrea Cagni
Riqualificazioneinvolucro + impianto: un esempio concreto
Proposta di riqualificazione:- Isolamento estradosso solaio
- Sostituzione solo vetri- Sostituzione UTA con versioni a recupero
-Pompe di calore geotermiche ad assorbimento alimentate a gas metano- Riduzione delle temperature di mandata
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Contributo Involucro + Caldaia e Pompa di caloreContributo Involucro + Caldaia e Pompa di calore
Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
Caldaia ATTUALE Imp. ibrido (PdC+caldaia)
Fabb
isog
no a
nnuo
ene
rgia
pri
mar
ia [
kWh]
Fabbisogni energetici per riscaldamento e ACS
ACS (quota caldaia)
ACS (quota PdC)
Riscaldamento (quota PdC)
Riscaldamento (quota caldaia)
Ing. Andrea Cagni
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Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
I numeri dellI numeri dell’’intervento GLOBALE (soluzione cautelativa)intervento GLOBALE (soluzione cautelativa)
1)Costo del metano (case di riposo): 0,573 €/m3 (IVA compresa)
2)Costo di investimento chiavi in mano: 202’000 €
3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 100’000 €, quindi ben sfruttata
4).Tasso di finanziamento misto: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite
impianti geotermici a bassa entalpia“ e 8% sui restanti interventi
5)Incremento annuo del costo dell’energia: 6% su base 2002-2012
6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e
quella pompa di calore supera i 25)
7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 8,8 anni
8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 291’000 €
9)Tasso di rendimento interno - TIR: 15%
10).Classe Energetica “B” taylored (26 kWh/m3 anno)
11).Classe Energetica “B” asset rating
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Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
I numeri dellI numeri dell’’intervento (soluzione su base 2009intervento (soluzione su base 2009--2012)2012)
1)Costo del metano (case di riposo): 0,573 €/m3 (IVA compresa)
2)Costo di investimento chiavi in mano: 202’000 €
3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 100’000 €, quindi ben sfruttata
4).Tasso di finanziamento misto: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite
impianti geotermici a bassa entalpia“ e 8% sui restanti interventi
5)Incremento annuo del costo dell’energia: 14% su base 2009-2012
6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e
quella pompa di calore supera i 25)
7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 7,5 anni
8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 1’070’000 €
9)Tasso di rendimento interno - TIR: 23%
10).Classe Energetica “B” taylored (26 kWh/m3 anno)
11).Classe Energetica “B” asset rating
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Ing. Andrea Cagni, Arch. Federico Cerutti
I numeri dellI numeri dell’’intervento (trasposizione al RESIDENZIALE)intervento (trasposizione al RESIDENZIALE)
1)Costo del metano: 0,879 €/m3 (IVA compresa)
2)Costo di investimento chiavi in mano: 202’000 €
3)Massimale detrazione IRPEF 55%: 30’000 €, quindi ben sfruttata
4).Tasso di finanziamento: 0,5% (Fondo Kyoto, misura "Usi Finali: climatizzazione tramite
impianti geotermici a bassa entalpia“
5)Incremento annuo del costo dell’energia: 14% su base 2009-2012
6)Durata di riferimento dell’intervento : 25 anni (in realtà la vita attesa delle sonde supera i 50 anni e
quella pompa di calore supera i 25)
7)Tempo di ritorno dell’investimento - TR: 5,8 anni
8)Valore attuale netto dell’investimento - VAN: 1’700’000 €
9)Tasso di rendimento interno - TIR: 30%
10). Classe Energetica “B” taylored (26 kWh/m2 anno)
11).Classe Energetica “B” asset rating