2011 2012 2013 2014
Fascia F3 (ore fuori punta): comprende le fasce orarie dalle 23.00 alle 7.00 dei giorni feriali e dei sabati e tutte le ore delle domeniche e dei festivi (1° e 6° di Gennaio, lunedì di Pasquetta, 25 Aprile, 1° Maggio, 2 Giugno, 15 Agosto, 1° Novembre, 8, 25 e 26 Dicembre). Mese F1 [kWh] F2 [kWh] F3 [kWh] Totali [kWh] gennaio 2873 579 777 4229 febbraio 2888 636 749 4273 marzo 2549 602 654 3805 aprile 1467 408 661 2536 maggio 1580 458 673 2711 giugno 763 369 653 1785 luglio 90 228 571 889 agosto 15 198 561 774 settembre 548 278 562 1388 ottobre 2673 748 975 4396 novembre 3165 704 965 4834 dicembre 2334 535 864 3733 TOTALE 20945 5743 8665
35353
Tabella 4.5.1 Consumi elettrici fatturati nell’anno 2014
Andando ad esaminare in dettaglio i consumi di un anno di riferimento (per esempio nella tabella precedente sono stati riportati i dati mensili relativi al 2014) si vede che durante tutto luglio e agosto, mesi di chiusura estiva della scuola e perciò non vi è attività all’interno e presenza di personale, ci sono stati dei consumi discreti nelle fasce F2 e F3 a differenza di quelli che si sono registrati nella fascia F1. Durante tali mesi gli apparecchi in funzione interni allo stabile sono quelli ad uso continuativo (in particolare un frigorifero ed un congelatore) e non spiegherebbero il netto “gap” tra i kWh della fascia F1 e F3.
In particolare i consumi avvenuti nella fascia F3 del mese di agosto ammontano a 560 kWh e rappresentano approssimativamente quelli che si hanno, per tutta la durata del mese, durante le ore di buio nella fascia oraria compresa tra le 23.00 e le 7.00.
In una prima ipotesi tali consumi sono stati imputati all’illuminazione esterna. Si è proceduto quindi ad una verifica degli apparecchi impiegati in tale ambito ed è risultato che l’illuminazione esterna, mantenuta in funzione nelle ore notturne, è costituita da due faretti con lampade a vapori di mercurio da 250 W l’uno per una potenza totale di 0,5 kW. Questi faretti sono mantenuti in funzione durante le ore serali e notturne comportando, per esempio per il mese di agosto, un consumo di 120 kWh in fascia F3.
Tale quantità è quindi nettamente inferiore a quella fatturata nella bolletta energetica risultando un ammanco superiore ai 400 kWh.
Successivamente, affinando le ricerche, il rimanente consumo notturno è stato imputato alle resistenze interne dei serbatoi di accumulo dei pannelli solari termici a circolazione naturale presenti sulla copertura. Queste resistenze infatti entrano in funzione se non vi è radiazione sufficiente a riscaldare l’acqua circolante nei pannelli ed è quindi comprensibile che nel corso della notte queste comportino consumi che non si hanno durante le ore diurne.
Impianto di produzione ACS mensa:
La produzione di ACS della mensa scolastica è affidata ad un impianto a pannelli solari termici a convezione naturale. Durante i giorni in cui non vi è radiazione sufficiente, l’acqua accumulata è riscaldata e mantenuta alla temperatura idonea da alcune resistenze interne ai serbatoi.
Nella fig. 4.5.2 si riporta una foto dell’impianto in questione che è formato da 6 pannelli solari piani di 2,34 m2 di superficie captante ciascuno, esposti a sud, non integrati e con inclinazione rispetto al piano orizzontale pari a 45° e da due bollitori da 300 litri posti sulla sommità. All’interno di quest’ultimi e in ciascuno di essi, è presente una resistenza da 4 kW ciascuna, mantenuta perennemente in funzione.
- Gestione, poiché l’integrazione elettrica è mantenuta sempre in funzione, sia durante il corso della notte che durante i mesi estivi in cui la scuola è chiusa. Infatti, come già detto, i consumi della fascia serale-notturna che vanno dalle 19.00 fino alle 8.00 sono per lo più presumibilmente dovuti all’entrata in funzione della resistenza elettrica. Occorre innanzitutto stabilire degli orari di spegnimento notturno e stagionali durante i quali non vi è alcuna necessità di produzione di ACS;
- Manutenzione, perché non vi è la presenza di un addolcitore e ciò comporta un continuo deposito di calcare sulle resistenze interne e nelle tubature che determina un ulteriore aumento dei consumi e addirittura la mancata produzione di acqua calda nella maggior parte dell’anno.
- “Filosofia” dell’impianto, poiché il pannello solare termico piano a convezione naturale è una tecnologia ideale per la produzione di acqua calda soprattutto nei mesi estivi nei quali invece la scuola è chiusa. Infatti la percentuale di calore su base annua fornita dai collettori è esigua rispetto a quella generata dall’integrazione.
Risulta quindi necessario un immediato intervento a tale impianto poiché, nello stato di fatto, non produce alcun beneficio ma solo sprechi di energia.
Allargando l’analisi alla fascia F2 si può effettuare un confronto tra i consumi imputabili alla fascia F1 e alla F23, quest’ultima data dalla somma delle fasce F2 e F3.
Nel grafico a colonne di fig. 4.5.3 è rappresentata la ripartizione percentuale dei consumi elettrici dal 2011 fino al 2014.
Figura 4.5.3 Andamento nel corso degli anni della percentuale dei consumi nelle varie fasce La quota relativa alla fascia F1 rappresenta approssimativamente (escludendo il contributo trascurabile dei mesi estivi) i consumi della scuola e della mensa quando vi è attività al loro interno, mentre i kWh nella fascia F23, comprendente tutti i giorni feriali dalle 19.00 alle 8.00 e tutte le ore dei sabati e delle domeniche, ci indicano il consumo effettivo dello stabile quando non vi è alcuna presenza di utenze. Si nota che il 40 % dei consumi si registra nelle ore in cui né la scuola, né la mensa sono aperte e non vi è attività di alcun genere all'interno. È proprio su questi consumi che prima di tutto occorre intervenire.
Figura 4.5.4 Andamento dei consumi elettrici avvenuti nel corso del 2014
39,9 % 41,3 % 38,9 % 40,8 % 60,1 % 58,7 % 61 % 59,2 % 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 2011 2012 2013 2014 consumi F1 consumi F23 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 consumi F1 consumi F23 consumi tot
Si riporta nel grafico a colonne di fig. 4.5.4 l’andamento dei consumi mensili avvenuti nel corso del 2014, in modo tale da poter confrontare i consumi relativi alla fascia F1 ed F23 su base stagionale. Nei mesi estivi il contributo della fascia F23 è preponderante e tende a diminuire avvicinandoci alla stagione invernale, mantenendo comunque una percentuale superiore al 30 % dei consumi totali.
A questo punto è stato interessante effettuare una ripartizione su base mensile dell’energia consumata nella fascia F23 in modo tale da stimare la quota richiesta per l’illuminazione esterna e per riscaldare l’acqua dei pannelli con l’ausilio delle resistenze interne. Tale valutazione è stata determinata per tutti i mesi prendendo come riferimento la ripartizione dei carichi del mese di agosto poiché in tale periodo all’interno dello stabile non vi sono né attività né personale e la quasi totalità delle apparecchiature ad uso continuativo è disattivata.
Quindi sottraendo ai 759 kWh fatturati nella fascia F23 nel mese di agosto, i consumi imputabili all’illuminazione esterna calcolabili come prodotto della potenza delle lampade per il numero di ore in cui è richiesta l’illuminazione esterna al giorno per il numero di giorni del mese di agosto 0,5 kW *10h/giorno*31giorni=155 kWh, si ottiene la quota relativa alla produzione di ACS che ammonta, per il mese di agosto, a 600 kWh.
Considerando inoltre che in tale mese le giornate sono lunghe e le temperature elevate (si necessita quindi di una minore richiesta di illuminazione e di integrazione per la produzione di ACS) nei restanti mesi dell’anno questa energia tenderà a crescere in funzione degli orari di alba e tramonto e della temperatura media mensile esterna.
Si riporta nella tabella seguente una stima dei kWh annui necessari per l’illuminazione notturna e per la produzione di ACS della mensa ad opera delle resistenze elettriche interne.
Fascia F23 Illum. est. in F23 Produzione ACS integrazione gennaio 1356 186 923 febbraio 1385 161 822 marzo 1256 170 853 aprile 1069 157 773 maggio 1131 155 733 giugno 1022 135 624 luglio 799 147 630 agosto 759 155 600 settembre 840 165 630 ottobre 1723 178 737 novembre 1669 180 796 dicembre 1399 186 894 TOTALE 14408 1977 9014 Percentuale - 18 % 63 %
Tabella 4.5.2 Ripartizione dei consumi relativi alla fascia F23
Si nota che dei 14408 kWh della fascia F23, il 18 % è utilizzato per l’illuminazione esterna, il 63 % per la produzione di ACS dall’integrazione elettrica e il restante 19 % per il funzionamento degli apparecchi ad uso continuativo (boiler e macchine frigorifere).
I consumi elettrici principali relativi invece alla fascia F1, sono dovuti ai boiler elettrici, alle apparecchiature utilizzate per il mantenimento e la cottura dei cibi all’interno della mensa e all’illuminazione interna.
Consumo dei boiler elettrici per produzione ACS:
Non avendo a disposizione i consumi di acqua calda sanitaria della scuola è stato considerato un consumo di 8 litri/giorno*persona di acqua a 40° (prospetto 31 normativa[33]) per circa 140 persone comprendenti i bambini della scuola materna di 5 sezioni più i docenti e il personale ATA, e quindi il consumo di energia elettrica per portare 4 litri d’acqua da 15 a 65 gradi a persona.
Quindi per 4 litri, con deltaT di 50° occorrono: 4,186
3600 ℎ
moltiplicando per il numero di bambini si ottiene il consumo giornaliero di energia termica:
0,23 ℎ ∙ 140 = 32 ℎ
Tale energia termica è prodotta a partire dalla dissipazione per effetto joule della corrente elettrica che circola attraverso una resistenza interna al boiler. In questa modalità il rendimento di generazione è prossimo all’unità consapevolmente al fatto che tende però a diminuire nel corso degli anni a causa della deposizione di calcare sulla resistenza comportando quindi un aumento dei consumi di energia elettrica. Dato che i boiler hanno più di 10 anni è stato considerato un rendimento di generazione pari a 0,85 che, insieme al rendimento di erogazione di 0,95, fornisce un rendimento globale pari a 0,8 comportando quindi un consumo di energia elettrica pari a:
34 0,8= 40
ℎ
Considerando 168 il numero dei giorni in cui si ha la presenza dei bambini nella scuola risulta un consumo di 6700 kWhel all’anno a cui però vanno aggiunte le perdite per funzionamento in stand-by. Tali perdite ammontano a circa 1 kWh durante il corso delle 24 ore per ciascun boiler (schede tecniche prodotto) e fatta eccezione per i mesi di chiusura estiva, in cui tutti i boiler sono disattivati, sono sempre presenti durante il corso dell’anno quindi:
1 ℎ
∙ ∙ 5 ∙ (365 − 92) = 1365
ℎ
In totale si consumano circa 8065 kWhel all’anno per la produzione di ACS con i boiler elettrici.
Consumi elettrici apparecchiature mensa scolastica:
Durante un colloquio con il personale della mensa mi sono state fornite le caratteristiche di tutte le apparecchiature. Di seguito vengono riportate le stime dei consumi di quelle più energivore cioè che possiedono elevata potenza e/o significativo tempo di utilizzo:
i. Macchine frigorifere: sono presenti 3 armadi frigoriferi, due di questi, anche se di marche differenti hanno la stessa capacità (700 litri) e vengono utilizzati nel periodo compreso tra ottobre e maggio (273/365 giorni l’anno), l’altro invece ha dimensioni più grandi (1300 litri), è stato acquistato più recentemente e viene mantenuto in funzione tutto l’anno. Secondo gli attuali standard di efficienza i consumi per un frigocongelatore statico in classe A (ormai divenuta da anni la classe più bassa per i frigoriferi commerciabili) di 300 litri si attesta intorno ai 360 kWh/anno. Considerando che gli armadi in questione non hanno il congelatore ma sono molto datati, è stato considerato un coefficiente di aumento del consumo annuo di 1,2 e di 1,5 rispettivamente per gli armadi da 600 l e per quello da 1300 l:
360 ℎ ∙ 1,2 ∙ 2 ∙ 0,75 + 360 ℎ ∙ 1,5 = 1180 ℎ
Per il mantenimento dei cibi che richiedono temperature più basse sono presenti 4 congelatori a pozzetto da 400 litri. Essendo anche questi molto datati e prossimi alla fine del loro ciclo vita è stato ipotizzato un consumo di circa 500 kWh/anno ciascuno, valore che corrisponde a circa 4 volte quello di un odierno congelatore in classe A+++. Solo però uno di questi è tenuto acceso per tutto l’anno mentre gli altri tre sono spenti nel periodo di giugno-settembre risulta quindi:
3 ∙ 500 ℎ ∙ 0,75 + 500 ℎ = 1600 ℎ
Inoltre nella medesima stanza vi è in funzione un condizionatore split per mantenere la temperatura al di sotto dei 17°C ed è stato ipotizzato un consumo di 150 kWh/anno.
ii. Lavastoviglie: nel locale lavastoviglie sono presenti una lavapiatti e una lavabicchieri. Ogni giorno di servizio sono circa 425 coperti. La lavapiatti impiega 90 secondi per effettuare 1 ciclo. Nei primi 60 secondi utilizza l’ACS a 55°C per effettuare il primo lavaggio e successivamente utilizza circa 3 litri di acqua a 85°C (preventivamente prodotta nel boiler interno) per effettuare il risciacquo. Stimando quindi che i cicli, determinati in base al numero di coperti e al numero di piatti lavabili per ciclo, siano circa 20 al giorno la lavastoviglie deve scaldare 60 litri d’acqua da 55° a 85°C consumando 2,5 kWh/giorno. Oltre a questo va considerato il contributo della pompa di lavaggio da 1,5 kW e quello della resistenza interna alla vasca per un totale di circa 4 kWh/giorno. La lavabicchieri ha caratteristiche molto simili anche se, avendo una maggiore capienza, richiede un minor numero di cicli giornalieri portando ad un consumo stimabile intorno ai 2,5 kWh/giorno. Per la pulizia delle stoviglie, risulta quindi un consumo annuo di 6,5*168 = 1092 kWh.
Si nota quindi che il contributo del consumo di energia elettrica legato alla pulizia delle stoviglie è modesto, bisogna però considerare che l’utilizzo di queste apparecchiature comporta un consumo di ACS non da sottovalutare e stimabile intorno ai 150 litri al giorno per un totale di 25200 litri annui.
iii. Cappa aspirazione: la cappa di aspirazione è centrale e a soffitto, di notevoli dimensioni in grado di aspirare una portata di 6000 m3/h con una richiesta di potenza elettrica in ingresso di 3 kW. Viene mantenuta in funzione continuativa per 2-3 ore per ogni giorno di servizio della mensa comportando un consumo di 1260 kWh all’anno. iv. Scalda vivande: i cibi prima di essere serviti sono mantenuti in caldo, in attesa
dell’arrivo dei bambini, all’interno di un tavolo armadio riscaldato da una resistenza interna di potenza massima pari a 2 kW. Questo è mantenuto acceso per 5-6 ore il giorno che corrispondono a circa 3 ore equivalenti per un consumo annuale di 1008 kWh.
v. Forno elettrico: il forno elettrico, anche se di potenza elevata (7600 W) dà anch’esso un piccolo contributo poiché viene utilizzato, in parallelo ad uno invece funzionante a gas, per 3 ore al giorno 7 volte al mese. Risulta un dispendio di elettricità pari a 1350 kWh.
I consumi elettrici legati alla gestione della mensa, ad eccezione del contributo dovuto all’illuminazione, ammontano a 7660 kWh/anno.
Consumi illuminazione interna: All’interno della mensa vi sono:
o n°23 plafoniere ad incasso per controsoffitto con lampade fluorescenti 4x36 W nella sala da pranzo;
o n°12 plafoniere a soffitto con lampade fluorescenti 2x58 W nella cucina e locale lavastoviglie;
o n°8 lampade fluorescenti da 18 W ubicate nei servizi e negli spogliatoi del personale mensa.
per una potenza totale impegnata nell’illuminazione di 4,7 kW che rimane in funzione per circa 3-4 h equivalenti giornaliere, calcolate nella media dei giorni (168) in cui la mensa è aperta, quindi 2760 kWh circa all’anno.
Invece nella scuola sono presenti:
o n° 6 lampade alogene da 200 W nel salone attività libere ma non vengono utilizzate; o n°60 plafoniere formate da 2 lampade fluorescenti T8 da 58 W ciascuna nelle aule; o n°10 lampade da 18 W nei servizi e negli spogliatoi personale.
per una potenza totale impegnata nell’illuminazione di 7,4 kW che rimane in funzione per circa 4-5 h equivalenti giornaliere, calcolate nella media dei giorni (168) in cui la mensa è aperta, quindi 5590 kWh/anno.
Risulta un consumo legato all’illuminazione interna di 8350 kWh che sommati ai circa 2000 kWh utilizzati per l’illuminazione esterna si ottengono 10350 kWh. Tale valore è stato confermato inserendo, nella scheda relativa all’illuminazione del software SEAS, le potenze e il numero delle lampade presenti.
A questo punto è stato preso un consumo totale pari alla media di quelli che si sono avuti nei 4 anni di gestione dello stabile dal 2011 al 2014. Sottraendo al valore così ottenuto i kWh impiegati dagli scaldabagni, dall’illuminazione e dagli apparecchi della mensa si è ottenuto il consumo effettivo dell’integrazione elettrica nei serbatoi di accumulo.
Come si può vedere dal grafico
ACS della mensa è responsabile di quasi 1/3 dei
Nella tabella successiva invece
calcolata con il software SEAS_FV, dell’impianto fotovoltaico.
Gennaio Febbraio Marzo Aprile Mag Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Totale Tabella 4.5 8065 kWh 8350 kWh