Solar cooling: modulo 4 _ lezione 1 Sistemi solari attivi a scala di edificio: solar cooling Autori:Mario Motta SUPSI Scuola Universitaria Professionale

Solar cooling: modulo 4 _ lezione 1

Sistemi solari attivi a scala di edificio: solar cooling

Autori: Mario Motta

SUPSIScuola Universitaria Professionaledella Svizzera Italiana

DipartimentoAmbienteCostruzioni eDesign

Istituto diSostenibilitàApplicata all’AmbienteCostruito 1

UNIVERSITÀDELLASVIZZERAITALIANA

ACCADEMIA DIARCHITETTURA


Indice



Istituto diSostenibilitàApplicata all’AmbienteCostruito


2



Il contesto

Perché usare l’energia solare per il condizionamento

Attività di ricerca e impianti dimostrativi


Il contesto






Il protocollo di Kyoto: riduzione delle emissioni di CO2 del 6,5% rispetto ai livelli del 1990.

Libro bianco: 100 mio m2 di collettori solari termici installati in EU entro 2010, (3 milioni di m2 in Italia). Mercato

Europeo cresciuto del 25% nel 2005, 47% in 2006, (prevista crescita intorno al 30% nel 2007) .

Il parlamento Europeo e poi consiglio d’Europa proposto obiettivi vincolanti per paesi EU: entro il 2020 al 20% la quota di rinnovabili nel mix energetico.

Direttive Europee:

direttiva 2002/91/CE: certificazione energetica degli edifici“: decreti attuativi potrebbero introdurre obbligatorietà per il solare termico per utenze pubbliche

Progetto di direttiva sulla “promotion of the use of energy from renewable source” del 23 Gennaio 2008

I meccanismi di mercato: certificati verdi, bianchi e neri

Struttura peculiare italiana della produzione e dei consumi


Il mercato mondiale del condizionamento dell’aria






Indoor packaged + moveable

7%

Mini-Split49%

Window-Unit12%

Rooftop + multisplit

20%

Chillers12%

Mercato mondiale sistemi di condizionamento dell’aria stazionari circa 39 miliardi US$ nel 2004 previsto (56 miliardi US$ 2008)

Piu‘ grandi Asia e USA, Europeo frazione pari a 12 %

Dominato da RAC più della metà del mercato, leader di mercato in Cina e Asia

Registrano forti crescite mercati Europei: Francia duplica vendite rispetto a 2003 con circa 600.000 unità. Circa 12 % macchine per produzione di acqua refrigerata (cifre non includono unita di trattamento aria centralizzate)


Mercato Europeo CAC






1200 Mio m2 superfice utile condizionata nel 2000 (3m2/abitante),

2200 Mio m2 nel 2010 (5m2/abitante), con quota 25% di tecnologie reversibili.

51 TWh di consumo per AC nel 2000 (18

MtCO2) stimato: 95 TWh nel 2010 (33 MtCO2)

Fonte: EECCAC, National shares of installed CAC-cooled floor area in EU buildings in 1998


Mercato Europeo CAC






Il mercato mondiale, tassi vendita annuale condizionatori piccola taglia (room air conditioners - RAC units)

Fonte: F. Butera: The use of environmental energies for sustainable building in Mediterranean climates; Intelligent Building Middle East, Bahrain, December 2005

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1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

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)

Japan

Asia (excl.Japan)

Middle East

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North America

Central & SouthAmerica

Africa

Oceania


Capacità installata annualmente per RAC






Fonte: F. Butera: The use of environmental energies for sustainable building in Mediterranean climates; Intelligent Building Middle East, Bahrain, December 2005

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Japan

Asia (excl.Japan)

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North America

Central & SouthAmerica

Africa

Oceania


Il mercato italiano (2005)






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1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020

Anno

Mig

liaia

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à

Stima parco installato RAC

Proiezioni su dati di fatturato reali

*fonte: Energy Efficiency of Room Air-Conditioners (EERAC)Study for the Directorate-General for Energy (DGXVII) of the Commission of the European Communities - May 1999**fonte: Indagne statistica sul mercato dei componenti del mercato di condizionamento dell'aria - CO.AER. - da May 2003 a February 2006 - www.coaer.it

Mercato Italiano dei RAC (dal 1990 a 1996 e stime del parco installato fino al 2020*) e proiezioni su dati reali di fatturato **

Previsioni confermate da studi di settore

Mercato 2004 tasso di crescita superiore al 140%, circa 2.8 milioni di unità (Gen-Ago)


Classificazione delle tecnologie






Cen tralizza toSistem i d i ven t i laz io ne

cen tra l izza t i;can alizzazio n i in edifi cio

A ria

Cen tralizza tom acch in a d i ref r igerazio n e;

re te d ist r ib uz io n e acq uare f r ig erata in edifi cio

A cqua refrigerata

Cen tralizza tom acchin a d i re fr ig eraz io ne

e vent i lazio n e;re te acuq a e a ria in edifi cio

A ria-acqua

D istr ib u itisistem i ad u so sin g o le zo ne

(ro o m a irco n d it io n ers)

Refrigerante

Tecn o lo g ie p er ilCo n d iz io n am en to d ell'aria

Mezzo Termovettore

Soluzione Tecnologica

oggi non sono disponibili soluzioni tecnologiche che consentano di sostituire i sistemi distribuiti con sistemi alimentati ad energia solare termica

solo sistemi centralizzati possono essere oggetto di applicazioni basate sullo sfruttamento di energia termica (solare)


Uso degli impianti solari termici






Acqua calda sanitaria (ACS)

Riscaldamento degli edifici + ACS

Reti di teleriscaldamento

Piscine

Climatizzazione dell‘aria/refrigerazione

Utenze industriali


Shares of the European Solar Thermal Market






Fonte: Estif – Solar Thermal Markets in Europe 2006


Stock installato in Europa






Fonte: Estif – Solar Thermal Markets in Europe 2006


Riscaldamento + AC






Domanda calore ed energia solare disponibile

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1500

2000

2500

3000

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

[kWh/month] Radiazione in eccesso Domanda in eccesso

Energia solare utilizzabile Irraggiamento

Consumo di riferimento

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2500

2000

1500

1000

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1


Solar cooling: schema generale






Processo alimentato termicamenteCalore

Acqua refrigerata

Ariacondizionata

Volano termico?

Rilascio calore?

Volano termico?

Carico e distribuzione?

Solar cooling: Condizionamento e refrigerazione

Tipologie di impianto possono essere molto diverse


Adattamento della tecnologia






Adattamento della tecnologia alle condizioni climatiche e all’utenza

Carichi

utenza

condizioni climatiche

macchina refrigerante

condizioni di carico

collettore solare


Carichi di condizionamento estivi






aria mandata

aria esplusione

Trattamento aria esterna (temperatura + umidità)

Trasmissione per conduzione

(temperatura)

Guadagni interni (temperatura + umidita)

Apporti solari (temperatura)


Esempio profili giornalieri






Esempio:

Edificio uffici Madrid

giorno di luglio

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0 4 8 12 16 20 24

Ora del giorno

Ca

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Ra

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ore

, W

h/m

2

carichi di cond. estivo

sul collettore radiazione


Esempio profili annuali






Esempio:

Edificio residenzialeNapoli


Esempio profili annuali






Esempio:

Edificio ufficiMadrid


Perché usare l’energia solare per il condizionamento






Carichi di condizionamento e guadagni solari sono in fase: su base stagionale - il fabbisogno di condizionmento e‘ maggiore quando c‘è più sole!!

Riduzione dei consumi finali: risparmi in termini di energia primaria e riduzione dei picchi di potenza di elettricita dovuti al condizionamento (refrigerazione, deumidificazione)

Impianti solari termici: miglior utilizzo degli impianti, utilizzare l‘energia solare tutto l‘anno. Ammortamento più rapido grazie alla possibilità di coprire più ampia parte del fabbisogno.


Attività di ricerca e sistemi realizzati






Primo impianto, inizio del secolo scorso: 1907 Parigi

Impulso negli anni ottanta: USA e Giappone

Task 25 SHCP (IEA): 1999 concluso Novembre 2004

Task 38 Solar Air-conditioning and refrigeration. Ottobre 2006 Settembre 2009

Impianti dimostrativi: circa 97 impianti in Europa censiti a fine 2007, si stima circa 150 ad oggi. Mondo: 250 unità stimate.

Potenza frigorifera installata circa 7.7 MWfr

Area collettori totale installata circa 21600 m2 (15.1 MWth)

TASK 38Solar Air-

Conditioning and Refrigeration


Esempio 1






Condizionamento dell‘aria presso un‘industria di cosmetici (Grecia)


Esempio 2






Condizionamento dell‘aria clinica universitaria di Friburgo (Germania)


Esempio 3






Raffrescamento cantina, Banylus (Francia)


Esempio 4






Condizionamento dell‘aria macchina edificio uffici – Pristina (Kosovo)


Esempio 5






Condizionamento sala seminari, Friburgo (Germania)


Esempio 6






Condizionamento dell‘aria in un hotel a Dalaman (Turchia)

Documents

Solar cooling: modulo 4 _ lezione 1 Sistemi solari attivi a scala di edificio: solar cooling Autori:Mario Motta SUPSI Scuola Universitaria Professionale