solare in caseificio

5/13/2018 Solare in Caseificio - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/solare-in-caseificio 1/5

62

Scienza & Tecnica casearia

62

Il solare incaseificio

Lo sfruttamento dell’energia del

sole mediante collettori termi-

ci solari costituisce una tra le

tecniche di riscaldamento di

un fluido, l’acqua, alternative

all’uso dei combustibili fossili. Attualmen-

te la tecnologia dei collettori solari è pie-

namente sviluppata e, per una realtà indu-

striale che deve affrontare costi energetici

in continua crescita, costituisce una pos-

sibile soluzione a supporto del fabbisogno

energetico a integrazione degli impianti di

generazione di acqua calda di processo ri-

chiedendo investimenti economicamentegiustificati.

Il recupero di energia mediante l’impiego di

collettori solari dipende, innanzi tutto, dalla

Lo sfruttamento dell’energia solare termica per la produzione di calore di processo e di servizio nell’industria casearia consente di ottenere significativi risparmi economici e di abbassare l’impatto ambientale dovuto all’uso di combustibili fossili.La Viessmann propone differenti soluzioni tecnologiche utilizzando le quali è stata compiuta presso il Politecnico di Milano una simulazione impiantistica per un caseificio in provincia di Caserta.

disponibilità complessiva di energia solare

che in Italia corrisponde a un irraggiamen-

to medio annuo compreso tra 1.100 e 1.700

kWh/m2 equivalente al contenuto energeti-

co di circa 100-170 litri di gasolio o di 100-

170 metri cubi di metano. Comunemente

un impianto solare, a seconda del colletto-

re impiegato, delle dimensioni e del posizio-

namento, consente di trasformare in calore

fino al 75% dell’irraggiamento globale, da-

to dalla somma di quello diretto e di quello

diffuso. In Italia un impianto a collettori so-

lari fornisce il massimo rendimento, ovvia-

mente nei mesi centrali dell’anno, con i col-lettori orientati verso sud e inclinati di 30°

rispetto al piano orizzontale; l’installazio-

ne risulta comunque conveniente anche in

condizioni sensibilmente scostate da quelle

ottimali, ossia con orientamento tra sud-est

e sud-ovest e inclinazione compresa tra 25

e 70°. Collettori posizionati secondo un gra-

do di inclinazione elevato forniscono una

produzione di energia maggiormente equi-

librata nell’arco dell’anno mentre un gra-

do di inclinazione basso, inferiore ai 20°, è

sconsigliabile in quanto ridurrebbe in mo-

do inaccettabile la capacità autopulente dei

collettori stessi.

La curva caratteristica di rendimento del

collettore è funzione del rendimento otti-

co (per effetto della riflessione del vetrodi copertura l’irraggiamento solare non vie-

ne totalmente assorbito) e della cessione

di calore per irraggiamento e convezione.

di Roberto Molteni

il latte • maggio 2007



63il latte • maggio 2007

Nella scelta del tipo di collettore, oltre al-

la disponibilità di spazio e alle condizioni

di installazione, bisogna considerare anche

la differenza di temperatura che si instau-

ra tra quella media del collettore e quella

dell’aria circostante in quanto il rendimen-

to ottico è massimo quando detta differen-

za è nulla.

Le soluzioni impiantistichetermico-solariPoiché l’impiego dell’energia solare termi-

ca non solo migliora il rendimento dell’im-

pianto di produzione di calore per i proces-

si industriali ma permette anche un signifi-

cativo risparmio energetico, la Viessmann(con sede italiana a Balconi di Pescantina,

Verona) ha sviluppato nuove applicazioni

destinate ai processi produttivi industriali

nell’ottica del risparmio energetico e della

riduzione delle emissioni inquinanti. L’im-

piego dei sistemi solari termici per i pro-

cessi industriali a bassa e media tempera-

tura costituisce una considerevole integra-

zione al fabbisogno di calore con conse-

guente interessante riduzione dei costi di

gestione.

I collettori solari piani o sottovuoto della Viessmann, a seconda della stagione e del-

la zona climatica, consentono di generare

calore con temperature oltre i 100 °C. Tale

tecnica permette di produrre direttamente

acqua calda e vapore per alcuni processi

industriali tra i quali generazione di vapo-

re, lavaggio, essiccazione, secrezione, ste-

rilizzazione, pastorizzazione. Nell’ambito

della produzione casearia, il solare termi-

co presenta un grande potenziale di appli-

cazione essendo richiesto in larga parte ca-

lore a temperature non superiori agli 80 °C

per i processi di pastorizzazione, di lavag-

gio, di CIP, di preriscaldamento del fluido

di lavoro (per esempio nella filatura o nel-

la alimentazione del generatore di vapore)

ecc. L’investimento medio per un impianto

solare termico applicato a un processo in-

dustriale può rientrare, grazie ai risparmi

ottenuti sul combustibile, in un periodo di

tempo compreso tra i 4 e i 6 anni, con una

riduzione dei costi energetici che, a medio

termine, potrebbe raggiungere il 50%. Inol-

tre, i tempi di ammortamento del costo del-

l’impianto sono destinati a ridursi ulterior-mente nel caso di sovvenzioni o incentivi

alla installazione di sistemi volti al rispar-

mio energetico.

Collettori termici solariLa Viessmann propone i collettori solari

della serie Vitosol realizzati secondo tre ti-

pologie costruttive tutte con superficie di

assorbimento con rivestimento Sol-Titan in

grado di assicurare un elevato assorbimen-

to delle radiazioni solari.

Il collettore Vitosol 100 è di tipo piano con

assorbitore in rame che presenta uno svi-luppo a meandro e tubazioni di collegamen-

to integrate con sistema a innesto con tubo

flessibile in acciaio inossidabile. Il rivesti-

mento è altamente selettivo, la copertura

è realizzata in vetro solare a basso conte-

nuto di ferro e l’efficace isolamento termi-

co permette un notevole sfruttamento del-

l’irraggiamento solare. Il collettore Vitosol

100 è disponibile con superficie di assorbi-

mento di 2,3 oppure di 4,76 m2 e può esse-

re installato in posizione sia verticale sia

orizzontale.

Il modello Vitosol 200 è un collettore solare

a tubi sottovuoto a flusso diretto. Il vuoto

nei tubi in vetro assicura il massimo isola-

mento termico evitando, così, le dispersio-

ni termiche tra tubo e assorbitore e consen-tendo di sfruttare anche le minime radia-

zioni diffuse. L’assorbitore è integrato nei

tubi sottovuoto e, pertanto, è protetto con-

tro gli agenti atmosferici e contro eventuale

sporcizia assicurando, in tal modo, un ren-

dimento costantemente elevato nel tempo. Il

collettore Vitosol 200, installabile sia in ver-

ticale sia in orizzontale, è realizzato secondo

Producibilità annua e specifica per un impianto di preriscaldamento acqua per la produzione di vapore

valutato per dimensioni del campo collettori tra i 50 e i 100 l/m 2 coll (linea continua) e di 70 l/m2 coll

(linea tratteggiata)



64


il principio della modularità inserendo i sin-

goli tubi, mediante un sistema a innesto, nel

tubo collettore. I vari collettori sono connes-

si tra loro a innesto attraverso un tubo fles-

sibile in acciaio inossidabile. I vari tubi pos-

sono essere ruotati singolarmente per il loro

ottimale orientamento verso il sole.

Il collettore Vitosol 300 funziona in base al

principio heat-pipe secondo il quale il fluido

termovettore non scorre direttamente nei tu-

bi del collettore ma all’interno di uno specia-

le tubo termovettore collegato a un conden-

satore. Il fluido evapora per effetto delle radia-

zioni solari e quindi condensa cedendo calo-

re nello scambiatore di calore. I condensatori

sono completamente avvolti nello scambia-tore di calore a doppio tubo Duotec che pre-

senta una elevata capacità di assorbire il calo-

re e di cederlo al fluido termovettore che cir-

cola all’esterno dello scambiatore. I tubi, che

possono essere ruotati singolarmente sul pro-

prio asse per un orientamento ottimale verso

il sole, sono collegati “a secco”, ossia senza

contatto diretto tra il flui-

do termovettore e la mi-

scela acqua-glicole, sem-

plificando l’installazione

e l’eventuale sostituzio-

ne dei tubi che avviene

senza la necessità di

svuotare l’impianto.

Questi collettori tro-

vano tipica applica-

zione negli impian-

ti soggetti a lunghi

periodi di stagna-

zione, ossia con ir-

raggiamento elevato sen-

za prelievi, grazie anche al limitatore ditemperatura integrato che protegge il col-

lettore da eventuali surriscaldamenti.

Le caldaie integrabilicon la tecnologia solareLa caldaia Vitomax 200 HS è un generato-

re di vapore ad alta pressione a gasolio/gas

corrispondente al grup-

po IV della direttiva spe-

cifica per i generatori di

vapore e alle disposizioni

TRD. La pressione massi-

ma di esercizio può esse-

re di 6, 8, 10, 13 e 16 bar

(a richiesta sono ottenibi-

li pressioni maggiori fino a

25 bar) e la caldaia, a tre gi-

ri di fumi con ridotto carico

termico in camera di com-

bustione, assicura una for-

mazione ridotta di emissioni

inquinanti. La camera vapore

di grandi dimensioni e l’ampia superficie di evaporazione con separatore di

gocce integrato forniscono un elevato tito-

lo del vapore. Il generatore presenta ridot-

te dispersioni termiche grazie all’isolamen-

to termico avvolgente da 120 mm di spesso-

re, alla scatola di raccolta dei gas di scarico

con isolamento termico e alla parete fron-

Presso il Politecnico di Milano, in collaborazione

con la European Environmental Company e conriferimento agli impianti solari e termici della

Viessmann è stato effettuato lo studio sulla

possibilità di integrazione di un impianto solare

termico per la produzione del calore di processo

necessario alle lavorazioni di un caseificio. Tale

studio di fattibilità intende evidenziare il potenziale

solare a uso produttivo applicato alla lavorazione

casearia nonché effettuare una prima valutazione

tecnico-economica di un intervento in modalità

“ESCo Solare” (Energy Service Company). Si

è inteso, quindi, definire una configurazione

impiantistica in grado di soddisfare sia le esigenze

del cliente, ossia una integrazione poco invasivadel processo produttivo e una riduzione dei costi

energetici e delle emissioni inquinanti, sia quelle

della ESCo, ossia un intervento redditizio, di facile

gestione e di alta replicabilità. L’intervento ESCo

prevede, tra l’altro, che il cliente non si occupi

minimamente di tutto ciò che riguarda l’impianto

solare a partire dalla ricerca del finanziamento

fino alla progettazione, installazione e gestione

dell’impianto stesso; ciò che il cliente vedrà sarà il

solo calore solare e pagherà una “bolletta solare”

collegata al calore fornito.

Il progetto ha comportato l’analisi dei consumi

(valutazione in termini energetici del ciclo

produttivo e stima dei consumi relativi alla

generazione del calore di processo),

l’analisi dell’intervento (definizione dell’impianto

solare, simulazione delle prestazioni energetiche)

e l’analisi economica (ipotesi di finanziamento

dell’investimento e tariffazione dell’energiasolare, valutazione dei benefici per l’utente del

servizio e per la ESCo).

Lo studio è stato condotto per il caseificio La

Baronia in località Castel di Sasso presso Caserta.

La costruzione è idonea alla installazione di un

campo di collettori solari in quanto il tetto è piano e

presenta una superficie disponibile di circa 500 m2

e una orientazione di circa 25° S-SO.

Attualmente il calore destinato ai processi di lavoro

è prodotto da due generatori di vapore alimentati

a GPL di 600 e 400 kW di potenza utilizzati in

parallelo con funzionamento istantaneo. Il vapore

è utilizzato a perdere in un ciclo aperto senzapossibilità di recupero del calore di scarto.

L’analisi del fabbisogno di calore è stata compiuta

per la produzione di mozzarella di bufala e di ricotta

(escludendo altre lavorazioni poco significative in

termini energetici quali mozzarella fior di latte e

formaggi non freschi) e per le attività di gestione

degli impianti quali, essenzialmente, i lavaggi

dei macchinari, delle cisterne e degli ambienti

di lavoro. Il fabbisogno energetico giornaliero

medio stimato (con variazioni stagionali limitate)

è di circa 1.500 kg di vapore corrispondenti

a circa 1.000 kWh termici (1 kg di vapore alla

temperatura di 119 °C contiene una quantità di

energia pari a circa 2.500 kJ).

Il consumo di combustibile per la produzione di

calore è pari a 99.700 litri di GPL all’anno, a fronte

di una stima di fabbisogno termico a uso produttivo

di 332 MWh termici, e mostra un’alta inefficienza

nella generazione e distribuzione del calore.Lo studio, che non prevede modifiche al ciclo

produttivo per possibili utilizzi del calore solare

direttamente nelle lavorazioni, presenta due

varianti di impianto per l’integrazione del solare

termico. La prima prevede l’utilizzo del calore

solare come solo preriscaldamento dell’acqua in

ingresso ai generatori. Nel caso fosse necessaria

l’installazione di più accumuli, è previsto un

collegamento in serie in modo da massimizzare

la stratificazione e quindi la producibilità

dell’impianto. La seconda prevede l’utilizzo

diretto del calore solare per gli impieghi a bassa

temperatura non di processo (i lavaggi). Questaconfigurazione di impianto prevede due possibili

destinazioni dell’acqua calda dell’impianto solare,

a seconda delle esigenze: da un lato si prevede

l’installazione all’interno del locale lavorazioni di un

rubinetto di acqua in temperatura, dall’altro la linea

solare si inserirà direttamente nella linea di acqua

fredda sul lato lavaggio cisterne. In questo caso,

i serbatoi saranno collegati in parallelo tra loro,

in modo da garantire la maggiore quantità di acqua

a uno stesso livello di temperatura. Utilizzando il

software TRNSYS sono state effettuate simulazioni

dinamiche del funzionamento del sistema per

valutare la producibilità attesa al variare della

dimensione del campo collettori e dei volumi di

accumulo. Per la prima variante, si sono considerati

volumi specifici di accumulo tra i 50 e i 70 l/m2collettore

e superfici del campo collettori tra 40 e 100 m2.

Studio di fattibilità di un impianto solare termico in un caseificio




66

tale raffredda-ta ad acqua non-ché ridotte per-dite di carico dallato gas di scaricograzie alla superfi-cie di scambio ter-mico convettivo contubi fumo di grandidimensioni. La cal-daia ha un ridottoconsumo di energia con un rendimen-to in funzione della pressione massima

di esercizio fino al91% inoltre può es-sere ulteriormenteaumentato lo sfruttamento del-l’energia tramite lo scambiato-

re di calore fumi/acqua per il preriscaldamento dell’acqua

di alimentazione che può es-sere ottenuto anche tramitel’impiego e il collegamento

con collettori solari.La caldaia Vitoplex 100 LS èun generatore di vapore a

bassa pressione a tre giridi fumo alimentato a ga-solio/gas. È una caldaia a basso carico termicoin camera di combu-stione con camera

di vapore di grandidimensioni ed elevata superficie

di evaporazio-ne. La poten-zialità va da

1.700 a 1.450kW con produzio-

ne di vapore da 260 a 2.000 kg/h. La pressione massima di esercizio è 1 bar e ilrendimento stagionale giunge fino al 91%.Per abbassare i consumi energetici è pos-sibile effettuare il preriscaldamento dell’ac-qua di alimentazione utilizzando un impian-to a collettori solari.

z

Impianto

Numero

collettori

63 (tipo Vitosol

100 SH1)

Superficie netta 146 m2

Superficie totale 160 m2

Volume totale

accumulo10 m3

Numero accumuli 2

Resa

energetica

Producibilità

annua

138

MWh/anno

Producibilità

specifica

945

kWh/m2/anno

Frazione solare 20%

Energia primaria

risparmiata

180

MWh/anno

Le simulazioni hanno mostrato una scarsasensitività al volume di accumulo evidenziando

valori di producibilità molto buoni (superiori a 800

kWh/m2 /anno) per dimensioni

del campo fino a 60 m2. Per la seconda variante

i volumi di accumulo sono compresi

tra 50 e 100 l/m2collettore

e il campo collettori

tra 50 e 200 m2. In questo caso i risultati

sono decisamente più confortanti, garantendo

producibilità specifiche superiori agli 800 kWh/m2 /

anno per tutte le simulazioni effettuate.

Considerazioni economiche

La selezione della configurazione miglioreper variante è stata effettuata attraverso una

valutazione del risparmio atteso sulla durata di vita

dell’impianto (20 anni) e considerando le limitazioni

legate alle superfici disponibili.

I parametri economici considerati sono stati: prezzo

del combustibile (€ 0,082 kWh con un tasso di

incremento annuo del 5%); tasso di attualizzazione

(7% annuo); costo operativo dell’impianto

(1,5% della producibilità annua, con un

incremento annuo del 5%); costo annuo di

manutenzione (2% del costo di investimento, con

un incremento annuo pari all’inflazione, ossia 2%);

vita utile dell’impianto (20 anni).

Gli impianti risultanti sono stati i seguenti.

Per la prima variante: un campo collettori da 60 m2

e 3.000 litri di accumulo.

In questo caso si prevede un VAN (valore

attualizzato netto) atteso a 20 anni pari a circa €

29.000. Per la seconda: un campo collettori da 160

m2 e 10.000 litri di accumulo con un valore atteso

a 20 anni di circa € 140.000.

La soluzione scelta è stata la variante

due, le cui caratteristiche sono evidenziate

in tabella. Di questo impianto è stata quindi

realizzata un’analisi di possibile contratto di tipo

“ESCo” in cui il cliente non partecipa al

finanziamento iniziale e paga solo l’energiaprodotta dall’impianto solare.

Ai parametri economici e finanziari prima

considerati sono stati aggiunti l’IVA sulla vendita

dell’energia solare pari al 20% e il costo del denaro(per un mutuo di durata pari a quella contrattuale)

del 5% e gli introiti da certificati bianchi con prezzo

pari a € 85/tep. Sono state fatte simulazioni

economiche dell’intervento per durate di contratto

di 10, 13 e 15 anni mostrando il comportamento

al variare del costo di vendita dell’energia solare

(in un range compreso tra il costo del GPL e uno

sconto su questo del 40%).

I risultati delle simulazioni economiche hanno

mostrato una redditività dell’impianto molto alta.

Senza incentivi pubblici, per esempio,

un contratto di 15 anni permetterebbe alla ESCo

di vendere l’energia con uno sconto del 6%rispetto al prezzo di riferimento (GPL) realizzando

al termine del contratto circa € 36.000 (VAN15

)

con un TIR (tasso interno di rendimento)

pari al 10%: il cliente vedrà un guadagno di

circa € 55.000 (VAN20

). Ipotizzando un sussidio

pubblico del 30% le possibili soluzioni contrattuali

aumentano considerevolmente.

Infatti, garantendo un livello minimo di reddito

dell’intervento (così ipotizzati: per la ESCo, VAN a

termine contratto pari a € 20.000, TIR a termine

contratto 10%; per il cliente, VAN a 20 anni pari a

€ 60.000), all’aumentare della durata di contratto

aumenta la possibilità di sconto sul prezzo di

vendita dell’energia.Si passa quindi da un contratto di 10 anni e sconto

fino al 10% a sconti fino al 20 e al 30% per durate

rispettivamente di 13 e di 15 anni.



Il Vitosol 200 in basso e il Vitosol 100

a destra

solare in caseificio

Documents