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aprile 2006

Codice 034E05 Studi SolargeVersione 1Committente Ing. Piero BalossiStato del documento approvatoAutore CalderoniRevisione WolterApprovazione Pauschinger

Analisi per unimpianto solare termico

sul fabbricato di via Tovo – Olgiate Olona

ANALISI IMPIANTO SOLARE TERMICO – OLGIATE OLONA

COD: AI-034E05-06 VERS: 01 DATA: 31/019/06 PAGINA: 2: 14

SOMMARIO

SINTESI DEI RISULTATI OTTENUTI............................................................................................................... 3

1 INTRODUZIONE ..................................................................................................................................... 4

2 DESCRIZIONE DELL’EDIFICIO............................................................................................................. 5

L’edificio ........................................................................................................................................................... 5

L’impianto termico........................................................................................................................................... 5

3 FABBISOGNO TERMICO....................................................................................................................... 6

4 PROPOSTA DI IMPIANTO ..................................................................................................................... 7

5 DIMENSIONAMENTO............................................................................................................................. 9Variante 1 – impianto da 30 m2 .................................................................................................................... 9Variante 2 – impianto da 40 m2 .................................................................................................................... 9

6 VALUTAZIONI ECONOMICHE ............................................................................................................ 11

Costi d’investimento ..................................................................................................................................... 11

Calcolo economico........................................................................................................................................ 11

7 POSSIBILI SINERGIE........................................................................................................................... 13Solarge ....................................................................................................................................................... 13



SINTESI DEI RISULTATI OTTENUTI

Questo studio esamina la fattibilità di un impianto solare termico autocostruito per il fabbricato divia Tovo, presso il Comune di Olgiate (VA).

Si propongono due varianti di impianto, una a media copertura del fabbisogno, l’altra a coperturaelevata.

Variante 1 Variante 2

Superficie di collettori 30 m2 40 m2

Volume di accumulo 3.200 l 3.200 l

I benefici energetici degli impianti solari nelle due varianti sono i seguenti:


Gas risparmiato 2.200 m3/a (55 %) 2.600 m3/a (62 %)

Emissioni CO2 evitate 5 t/a 6 t/a

L’analisi economica dei due impianti fornisce i risultati riassunti in tabella:


Costo d’investimento 19.550 € 21.850 €

Prezzo del calore prodottodall’impianto solare

0,094 €/kWh 0,089 €/kWh

Prezzo del calore prodottodall’impianto convenzionale

0,108 €/kWh



1 INTRODUZIONE

L'obiettivo di questo lavoro consiste nell’eseguire uno studio di fattibilità per un impianto solaretermico da installare sul fabbricato di via Tovo, presso il comune di Olgiate Olona (VA).

Il solare termico è una tecnologia in espansione in tutta Europa e in molti paesi del resto delmondo. Negli ultimi decenni è stata portata a maturità e quindi resa disponibile per il mercatograzie alla stretta collaborazione tra ricerca e industria. Sono cresciuti in Europa mercaticaratterizzati da notevoli tassi di incremento, tanto che è stato possibile installare, ad oggi, neipaesi della comunità europea circa 15 milioni di metri quadrati di collettori solari.

L’adozione di un impianto solare permette di abbassare notevolmente la quantità di combustibilefossile necessaria al riscaldamento dell’acqua calda sanitaria e degli ambienti. A seconda deldimensionamento scelto in fase di progettazione, il sistema può coprire percentuali più o menoelevate del fabbisogno complessivo. La scelta del tipo di dimensionamento dipende daconsiderazioni di carattere tecnico ed economico e va operata con attenzione a seconda del tipo diutenza.

L’applicazione al momento più redditizia è rappresentata dagli impianti solari con diverse centinaiadi metri quadrati di superficie di collettori, che coprono il 20 – 40 % del fabbisogno totale di caloreper case plurifamiliari, all’interno di piccole reti di teleriscaldamento, per ospedali, residenze peranziani o per studenti e nel settore turistico. Grazie alle dimensioni, il costo specifico dell’impiantodiminuisce senza penalizzarne l’efficienza.

La copertura del fabbisogno termico da parte degli impianti solari può anche arrivare al 50 - 80%con impianti solari centralizzati ad accumulo stagionale, nei quali l’energia solare termica captatadurante i mesi estivi viene stoccata e utilizzata per il riscaldamento durante la stagione fredda.Oggi esistono in Europa più di cinquanta grandi impianti in cui i collettori hanno una superficiesuperiore ai 500 m2.



2 DESCRIZIONE DELL’EDIFICIO

L’edificioIl fabbricato di via Tovo è in fase di ristrutturazione e ospiterà, a lavori ultimati, dodici appartamenti.La struttura si sviluppa su due piani fuori terra. L’utenza massima è stimata in 45 persone.

Figura 1: Il fabbricato di via Tovo

L’impianto termicoL’impianto termico è costituito da una caldaia (eventualmente a condensazione) a gas che coprel’intero fabbisogno per riscaldamento e acqua calda sanitaria (ACS). Quest’ultima viene preparatacon l’ausilio di un serbatoio tampone e di un serbatoio per acqua sanitaria, che viene riscaldato,nella parte superiore, dalla caldaia. L’impianto di distribuzione è dotato di apparato di ricircolo, permantenere sempre in temperatura le tubazioni ed evitare ritardi nell’erogazione dell’acqua calda. Ilricircolo è da considerarsi a tutti gli effetti come un ulteriore consumatore di energia.

Caldaia 187 kW

Serbatoio ACS 1.200 l

Serbatoiotampone (solare)

2.000 l

Ricircolo presente

Tabella 1: Caratteristiche dell’impianto termico



3 FABBISOGNO TERMICO

Il fabbisogno termico è un dato essenziale per il dimensionamento della superficie di collettori.

La presenza di un impianto di riscaldamento degli ambienti a pavimento, operante a bassetemperature, porta normalmente a considerare la possibilità di apporto di energia solare anche peril riscaldamento della struttura. Poichè in questo caso, oltre all’impianto a pavimento, sono presentianche alcuni radiatori, l’impianto termico lavora comunque ad alta temperatura; la scelta ricadepertanto su un sistema solare per la sola produzione di acqua calda.

Nel caso di strutture residenziali il fabbisogno termico per la produzione di acqua calda sanitaria èpiù o meno costante durante l’anno. Dalla norma UNI 9182 si ricava un fabbisogno pro capite diacqua calda a 40 °C pari a 70 - 80 l/g (litri al giorno). L’esperienza suggerisce tuttavia valori piùcontenuti. In questo studio si considera un fabbisogno pro capite, riferito a una temperatura di45 °C, pari a 50 l/g.

Il calcolo del fabbisogno complessivo si effettua semplicemente moltiplicando il valore pro capiteper il numero di utenti. La struttura in esame ospiterà al massimo 45 abitanti. Nel calcolo si ipotizzauna presenza di 40 persone.

Si ottiene così un fabbisogno di 730 m3/a di acqua a 45 °C. Ipotizzando una temperatura mediadell’acqua fredda di 10 °C (8 °C nei mesi invernali, 12 °C in quelli estivi), la quantità di energianecessaria risulta pari a circa 27,5 MWh/a.

Il calore consumato dall’impianto di ricircolo è estremamente variabile da caso a caso, a secondadel grado di coibentazione delle tubazioni, della lunghezza delle stesse e delle ore difunzionamento giornaliero della pompa. Ipotizzando un sistema mediamente coibentato e gestitooculatamente, si stima un fabbisogno pari al 20 % del fabbisogno complessivo per ACS, da cui sideduce un consumo di circa 5,5 MWh/a.

Il fabbisogno termico complessivo per la preparazione dell’ACS risulta pari a 33 MWh/a.Ipotizzando un rendimento medio stagionale delle caldaie pari al 75 %, il consumo di gas ammonta(nell’ipotesi che l’intero fabbisogno venga coperto dall’impianto convenzionale) a 4.000 m3/a.

Grafico 1: Fabbisogno termico mensile

Fabbisogno termico

0500

1.0001.5002.0002.5003.0003.5004.000

G F M A M G L A S O N D

kWh/

mes

e

RicircoloFabbisogno ACS



4 PROPOSTA DI IMPIANTO

I collettori solari vengono installati sulle falde esposte a sud delle coperture di uno o di entrambi icorpi centrali. Tramite opportune staffe di fissaggio, essi vengono agganciati al tetto esistente asostituzione delle tegole, rispettandone l’inclinazione per migliorare l’impatto estetico dell’impianto.Questo tipo di intervento garantisce il mantenimento dell’impermeabilità della copertura.

La falda sud del primo corpo centrale può ospitare fino a 30 – 34 m2 di collettori, se utilizzata intutta la sua lunghezza. In caso di impedimenti legati ad eventuali camini, oppure in caso di sceltadi un impianto di superficie maggiore, è possibile sfruttare anche la copertura del secondo corpocentrale.L’immagine in figura 2 mostra la possibile sistemazione di un campo collettori da 30 m2, nell’ipotesidi utilizzare uno solo dei corpi centrali.

Figura 2: sistemazione dei collettori solari termici sulla copertura del corpo centrale

Il campo collettori è collegato ad un accumulo tampone, situato nel locale tecnico, tramite unatubazione di mandata e una di ritorno. Esse trovano spazio nei cavedi del vano (o dei vani) scala.Queste tubazioni devono essere accuratamente coibentate. Nel caso di installazione su entrambi icorpi centrali del complesso, una linea dovrà essere interrata per circa 15 m.

L’accumulo tampone viene posizionato nel locale tecnico ed è collegato, tramite uno scambiatoredi calore, al serbatoio ACS. Da questo, l’acqua calda viene smistata ai punti di prelievo.La caldaia riscalda la parte superiore del serbatoio ACS (circa un terzo del volume). La parteinferiore viene riscaldata dall’impianto solare quando esiste energia disponibile.E’ possibile prevedere un sistema antilegionella, che permette di riscaldare, tramite la caldaia,l’intero volume del serbatoio ACS. Tale scelta comporta un sostanziale aumento dei consumitermici, poichè l’intero volume del serbatoio ACS viene riscaldato a temperature elevate; per



questo motivo, inoltre, si riduce la capacità dello stesso serbatoio di accumulare calore solare, conconseguente diminuzione della resa dell’impianto.L’impianto solare è gestito da una centralina apposita che confronta la temperatura all’uscita deicollettori (punto più caldo del circuito) con quella sul fondo del serbatoio (punto più freddo). Lacaldaia si accende quando l’impianto solare non è in grado di riscaldare la parte superioredell’accumulo fino alla temperatura desiderata.In figura 3 è raffigurato uno schema di massima di integrazione del sistema solare nell’impiantotermico esistente.

Figura 3: Schema impiantistico di massima



5 DIMENSIONAMENTO

I criteri di dimensionamento degli impianti solari forniscono indicazioni riguardo alla superficie dicollettori più adatta al singolo caso, ma consentono comunque una certa libertà di scelta. Nel casoin esame, dato il basso costo dei collettori autocostruiti, si propongono due varianti: la primaprevede un impianto a copertura media del fabbisogno per acqua sanitaria; la seconda variantepropone una superficie di collettori più ampia, che raggiunge una copertura del fabbisogno piùelevata.

Variante 1 – impianto da 30 m2

Componente Caratteristiche

collettori solari 30 m2 ; inclinazione 20° ; esposizione 12° sud

serbatoio solare (puffer + serbatoio ACS) 2.000 l + 1.200 l

tubazioni impianto solare (mandata e ritorno) 70 m (20 m nel caso di utilizzo di un solocorpo dell’edificio)

Tabella 2: principali caratteristiche dell’impianto solare – variante 1

L’impianto così dimensionato ha le performance energetiche riassunte in tabella 3.

gas risparmiato (ηcaldaia = 75 %) 2.200 m3/a (55 %)

energia termica fornita dal serbatoiod’accumulo solare

19 MWh/a

emissione di CO2 evitate 5 t/aTabella 3: performance energetiche dell’impianto solare – variante 1

Variante 2 – impianto da 40 m2

Componente Caratteristiche

collettori solari 40 m2 ; inclinazione 20° ; esposizione 12° sud

serbatoio solare (puffer + serbatoio ACS) 2.000 l + 1.200 l

tubazioni impianto solare (mandata e ritorno) 70 m (20 m nel caso di utilizzo di un solocorpo dell’edificio)

Tabella 4: principali caratteristiche dell’impianto solare – variante 2



L’impianto così dimensionato ha le performance energetiche riassunte in tabella 5.

gas risparmiato (ηcaldaia = 75 %) 2.600 m3/a (62 %)

energia termica fornita dal serbatoiod’accumulo solare

22,5 MWh/a

emissione di CO2 evitate 6 t/aTabella 5: principali caratteristiche dell’impianto solare – variante 2

Copertura solare del fabbisogno energetico per la preparazione dell'acs

0500

1.0001.5002.0002.5003.0003.5004.000


[kW

h] Energia caldaiaEnergia solare

Grafico 2: Copertura del fabbisogno energetico per la preparazione dell’ACS – variante 1

Copertura solare del fabbisogno energetico per la preparazione dell'acs

0500

1.0001.5002.0002.5003.0003.5004.000


[kW

h] Energia caldaiaEnergia solare

Grafico 3: Copertura del fabbisogno energetico per la preparazione dell’ACS – variante 2



6 VALUTAZIONI ECONOMICHE

Costi d’investimentoI costi d’investimento per la realizzazione degli impianti solari proposti per i due scenari sonoelencati nella tabella successiva. Si tratta di una stima realistica, fatta sulla base delle attualicondizioni del mercato del solare termico. Per ottenere cifre più dettagliate deve essere richiestoun preventivo a una ditta installatrice.

COSTI D’INVESTIMENTO [€] VARIANTE 130 m2

VARIANTE 240 m2

Campo collettori e integrazione nel tetto 7.250 8.750

Scossaline in rame 1.300 1.600

Serbatoi (tampone + ACS) e relativacomponentistica

8.000 8.500

Gruppo pompe e sicurezza 470 470

Circuito solare 1.800 1.800

Sistema di controllo 330 330

Manodopera inclusa inclusa

Progettazione esclusa esclusa

Sistema di monitoraggio 400 400

Totale impianto solare 19.550 21.850

Tabella 6: Costi d’investimento per la realizzazione dell’impianto solare (IVA al 10 % esclusa)

Calcolo economicoSulla base dei costi d’investimento, note le condizioni al contorno riportate in tabella 7, si valutano idue investimenti calcolando il costo annuo e il prezzo del calore.

Per quanto riguarda il prezzo del combustibile (metano) si è fatto riferimento ad alcune bolletterelative ad edifici localizzati nella stessa zona.

Ciclo di vita 20 anni

Interessi sul capitale 4%

Annuità 7,36%

Prezzo del combustibile 0,62 €/m3

Tabella 7: Condizioni al contorno stimate per il calcolo economico



Variante 1 – 30 m2 Variante 2 – 40 m2

Investimento complessivo perl’impianto solare

19.550 € 21.850 €

Costo annuo perl’investimento (annuità7,36 %)

1.440 € 1.610 €

Costi di esercizio (operazione+ manutenzione)

350 €/a 400 €/a

Costo annuo totaleimpianto solare

1.790 €/a 2.010 €/a

Energia fornita dall’impiantosolare

19 MWh 22,5 MWh

Prezzo del calore solare 0,094 €/kWh 0,089 €/kWh

Prezzo del calore prodottodall’impianto convenzionale

0,108 €/kWh

prezzo combustibile: 0,62 €/m3

rendimento annuo caldaie: 75 % aumento prezzo energia: 4 % all’anno

Tabella 8: Calcolo economico

I risultati dell’analisi economica evidenziano che il chilowattora prodotto dall’impianto solarenell’arco della sua vita utile costa, rispettivamente, 0,094 € (impianto da 30 m2) e 0,089 € (impiantoda 40 m2), mentre il prezzo del chilowattora prodotto con l’impianto convenzionale, considerandoun tasso di aumento dei prezzi dell’energia del 4 % annuo, è pari a 0,108 € (prezzo medio in 20anni).



7 POSSIBILI SINERGIESolargeNell’ambito del programma “EIE Intelligent Energy – Europe” della Commissione Europea,Ambiente Italia implementa in Italia il progetto “Solarge – Enlarging Solar Thermal Systems inMulti-Family-Houses, Hotels, Public and Social Buildings in Europe”. Si tratta di una campagna perla diffusione di impianti solari temici di grandi dimensioni per edifici residenziali ed alberghi.L’impianto in oggetto, se realizzato, rientrerebbe a pieno titolo nella campagna Solarge, facendoparte di un elenco online di impianti “best practice” di tutta Europa, venendo citato all’interno di unabrochure specifica e presentato in occasione di convegni e fiere.Per ulteriori informazioni sulla campagna Solarge, si rimanda al sito internet www.solarge.org.

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