Nella simulazione del campus il consumo di acqua calda sanitaria è relativo unicamente alla parte del residenziale e della palestra. Per gli altri edifici, questo fabbisogno è trascurato in quanto minore, più saltuario e con standardizzazione per niente prevedibile rispetto ai precedenti. Nell’analisi si ipotizzano dei profili giornalieri orari di utilizzo di acqua calda sanitaria, differenziando per un primo livello tra mesi invernali ed estivi; ma la divisione segue il calendario accademico tipico di un ente universitario e si considera periodo invernale da ottobre a giugno, periodo estivo da luglio a settembre. Inoltre all’interno di ogni singolo mese la separazione si trova anche tra giorni feriali e festivi, perché durante le festività, l’affollamento e la presenza stabile di persone sono inferiori e ridotti possono essere persino gli orari di apertura dei servizi. I profili prevedono dei valori nulli in corrispondenza delle festività e quindi della chiusura totale del campus universitario. La separazione si nota nei differenti valori numerici del consumo e dalla sua distribuzione sulle varie ore del giorno. Questo fabbisogno è soddisfatto tramite l’utilizzo di pannelli solari integrati sul tetto dei rispettivi edifici.
La simulazione permette di calcolare il numero di pannelli solari necessari per soddisfare il fabbisogno mensile di acqua calda sanitaria, ma non è possibile nè conveniente coprire l’intero carico annuale con il solo utilizzo di pannelli solari (Grassi, 2017a). Oggettivamente un numero troppo elevato di pannelli provoca sia un costo troppo elevato e ingiustificato per l’investimento e per l’eccesso di produzione estiva non utilizzabile, sia problematiche per mancanza di spazio per l’installazione fisica degli stessi. Il numero finale realmente da installare deriva dalla media aritmetica dei pannelli di tutti i mesi, eccetto quelli invernali più critici (gennaio, febbraio, novembre e dicembre) che richiedono un numero eccessivo e non economicamente vantaggioso. Tramite una rete di teleriscaldamento si prevede di integrare il difetto tra produzione e richiesta durante l’arco dell’anno.
Per entrambe le utenze, residenziale e palestra, il fabbisogno si riferisce al consumo delle docce (circa 100 litri a persona), in quanto da alcuni resoconti stilati per queste tipologie di edifici, sono l’elemento che incide di più sul consumo finale rispetto agli altri componenti che necessitano di acqua calda sanitaria. Attenendosi alle indicazioni delle linee guida circa la dotazione minima per ciascun blocco di servizi per la realizzazione di edifici ospitanti palestre, sono state previste 12 docce totali per la palestra
81 del campus in relazione al numero di utenti della struttura, conteggiando anche gli utenti dei campi da gioco esterni (Elia, 2012 – Scribd, 2010).
Nella parte del residenziale più semplicemente si prevede un’unica doccia per appartamento.
Ipotizzando un numero ragionevole di utenti giornalieri per ogni doccia, si calcola il consumo di acqua calda sanitaria totale giornaliero espresso in litri e successivamente in kJ e kWh in modo da poter confrontare i dati con la produzione dei pannelli. Per suddividere il fabbisogno giornaliero su base oraria mensile, si moltiplica questo per un fattore che rispecchia il profilo di consumo di ACS per ogni mese. La produzione dei pannelli solari termici è simulata attraverso la raccolta, dai siti specializzati (Enea, 2018), dei dati orari mensili di temperatura esterna (°C) e radiazione solare (𝑊
𝑚2) di Trieste. La potenza utile, ceduta all’acqua può anche essere scritta come la differenza fra quella assorbita dall’assorbitore e quella persa per effetto degli scambi con l’ambiente esterno (Grassi, 2017a):
𝑄𝑢= 〈𝜏𝑎〉𝐴𝑎𝐼 − (𝑈𝑓𝐴𝑎)(𝑇𝑓− 𝑇𝑒)
Il valore di 〈𝜏𝑎〉 è considerato costante per i diversi mesi nell’arco dell’anno, pari a 0,8645, in relazione ai coefficienti di assorbimento, riflessione e trasmissione. Il valore di Tf, temperatura di ingresso al collettore del fluido termovettore, varia tra periodo invernale (valore di riferimento 20°C) ed estivo (valore di riferimento 30°C), mentre il coefficiente Uf di perdita frontale varia per ciascun mese ed è ricavabile da specifiche tabelle (Grassi, 2017a) in funzione dellla temperatura media dell’assorbitore per diverse condizioni climatiche (temperatura esterna, intensità del vento) e diverso numero di vetri di protezione. Ciascun pannello è integrato al tetto dell’edificio, rivolto a Sud e presenta un’inclinazione (angolo di tilt) pari a 45°.Semplicemente dividendo il fabbisogno mensile per la produzione mensile di ACS da pannello si ricava il numero effettivo di pannelli per coprire l’intero fabbisogno, è stata utilizzata la procedura semplificata. In generale, per ogni mese, si ottiene un valore diverso per cui si potrà individuare un numero massimo di pannelli e un numero minimo. Usando il primo si ha una copertura totale per tutto l’anno, con anzi una quota d’energia non utilizzabile e con il massimo costo d’installazione. Adottando il valore minimo si ha la minima copertura del fabbisogno, con il minimo costo d’installazione. La scelta deve essere, perciò, fatta sulla base della valutazione della spesa totale. Prima di scegliere la media aritmetica come metodo per calcolare il numero di pannelli effettivamente installati, procedimento già esposto in precedenza, sono state portate avanti alcune simulazioni con l’ipotesi di coprire una percentuale maggiore di fabbisogno e quindi dover sfruttare in quantità minore l’accumulo e l’integrazione. La produzione in eccesso, che avviene nei mesi estivi in questi ultimi casi provati ed esaminati, è troppo elevata e non paragonabile al beneficio della minor integrazione, comunque necessaria. Per i motivi esposti, si ottengono come dati finali 24 pannelli solari per ciascun edificio del residenziale e 36 pannelli solari per l’edificio adibito a palestra. In entrambi i casi con la dotazione di questi pannelli è possibile coprire il carico termico di ACS per i mesi da maggio a settembre. Nei mesi restanti si utilizza un sistema integrativo.
Infine per entrambi i sistemi è prevista l’installazione di un serbatoio di accumulo, per utilizzare l’acqua calda, quando possibile, anche in momenti in cui non c’è l’irraggiamento. In genere i serbatoi hanno un volume di 50-70 litri per ogni mq di superficie del pannello installato: per ogni singolo edificio residenziale è necessario un volume di circa 3500 litri, mentre per la palestra il volume del serbatoio risulta pari a circa 5400 litri.
A questo punto della simulazione è stato calcolato, sia per la parte del residenziale sia per la palestra, il difetto di produzione dei mesi in cui i pannelli solari non sono sufficienti. Il calcolo è portato avanti su base oraria. Infatti questo dato viene caricato e successivamente utilizzato nei file, sempre con il software MATLAB, di dimensionamento della rete di teleriscaldamento e del cogeneratore, modalità di integrazione e generazione termica scelta per il campus. Dato che non ci sono dati sufficienti per ipotizzare il reale e possibile sfruttamento dell’utilizzazione del serbatoio di accumulo, per rimanere altresì in condizione cautelativa, il fabbisogno termico (dei mesi invernali principalmente), non coperto direttamente dalla produzione dei pannelli, è assegnato, come carico aggiuntivo, alla rete di teleriscaldamento.
82 Di seguito i due grafici a barre raffigurano il confronto per ciascun mese tra consumo e produzione di acqua calda sanitaria nell’arco di un anno per entrambi gli edifici, mostrando in maniera grafica i periodi di eccesso e di difetto (Fig. 4.14-4.15).
Figura 4.14 Confronto produzione-fabbisogno giornaliero ACS palestra
Figura 4.15 Confronto produzione-fabbisogno giornaliero ACS residenziale