8 CASO DI STUDIO COMPLESSO EDIFICI DI EDILIZIA RESIDENZIALE
8.2 Sistema impianto ed energie rinnovabili
Nell’approccio seguito per la progettazione si è tenuto conto sia dei benefici derivanti dall’utilizzo di fonti rinnovabili, sia dei costi da sostenere per la realizzazione dei possibili interventi, in relazione ai vantaggi, considerando i risparmi che si ottengono e quindi il recupero degli investimenti.
Nel progetto si è optato pertanto per il mantenimento dell’impianto di riscaldamento esistente e di intervenire sulla produzione di acqua calda sanitaria tramite pannelli solari termici (ST) e sulla produzione di energia elettrica tramite pannelli fotovoltaici (PV).
8.2.1 Progetto per utilizzo pannelli solari termici
E’ prevista l’installazione solare termico che fornisca acqua calda sanitaria in misura superiore al 50% del fabbisogno ACS calcolato per tutti i 93 alloggi (UNI, 2014).
Analisi dei consumi
Dalla diagnosi energetica eseguita nel 2011, commissionata da A.R.T.E., risulta che per quanto riguarda la produzione di ACS, tutti gli edifici risultano in Classe G, con un valore che varia tra 46,51 e 46,53 KWh/m2 anno.
Secondo tali dati, considerando una media di circa 80 m2 per alloggio, per un totale di 93 alloggi, risulterebbe un consumo annuo di circa 346000 kWh.
Calcolo del fabbisogno di ACS secondo la norma UNI TS 11300 Fabbisogno di energia per
acqua calda sanitaria (Qh,w)
Qh,w = Σ ρ x c x V x (θer - θ0) x G c = 4184 [J/KgK]
Θer = temp. Erogazione = 40 °C Θ0 = temp. Erogazione = 15 °C
Vw = volume d’acqua calda sanitaria richiesto V = a x Nu
a = fabbisogno giornaliero specifico [l/Gm2], da valori tabellari, a per superficie media di 80 m2 = 1,6
Nu= valore della superficie utile dell’abitazione [m2]. Parametro che dipende dalla destinazione d’uso dell’edificio.
Fabbisogno giornaliero di acqua calda a 40°C per appartamento
Vw = a x Nu = 1.6 x 80 = 128 [l/G]
Fabbisogno giornaliero di energia termica utile per appartamento
Qh,w = ρ x c x Vw x (θer - θ0) = 1.000 x 4.184 x 128 x 10-3 x 25 = 13.388.800 J 13.388.800 x 10-3 /3600 = 3.72 KWh/giorno
Fabbisogno giornaliero di energia termica utile per 93 appartamenti
Qh,w = 3.72 x 93 = 346 KWh/G
Fabbisogno annuo
Qh,w= ρ x c x V x (θer - θ0) x G = 346 x 365 = 126.290 kWh/anno
Soluzioni proposte per produzione ACS con pannelli solari
Sono state esaminate due soluzioni, sommariamente descritte nelle Tabelle III-IV-V: la prima prevede impianti separati, ognuno a servizio di una colonna di 2 appartamenti per piano per 4 piani (Fig.2), con collegamento diretto dell’impianto solare termico con gli alloggi; la seconda soluzione prevede invece un unico impianto solare termico centralizzato, collegato all’impianto di riscaldamento.
Ogni impianto sarà costituito da uno o più campi, ognuno dei quali sarà composto dall’abbinamento di più collettori solari (Fig.8.10) con un’inclinazione di 45°.
8. CASO DI STUDIO COMPLESSO EDIVICI DI EDILIZIA RESIDENZIALE PUBBLICA
Fig. 8.6 - Posizionamento componenti sul solaio della colonna ascensore (Soluzione1).
Fig. 8.7 - Visuale prospettica delle coperture e dei serbatoi di accumulo colorati (Soluzione1)
Fig. 8.8 - Soluzione 2 Centralizzata: un unico impianto solare termico centralizzato, collegato all’impianto di riscaldamento
Tabella 8.3 - Confronto delle due soluzioni del Solare Termico.
Tabella 8.4 - Impianto Panelli solari collegato ai singoli alloggi-integrazione e
utilizzo energia solare.
Integrazione solare Invernale 39% Estiva 81% Annuale 60% Utilizzo energia solare Invernale 93% Estiva 95% Annuale 94%
Tabella 8.5 - Impianto pannelli solari centralizzato integrato al sistema di
riscaldamento- integrazione e utilizzo energia solare.
Il fabbisogno di ACS è stato preso in considerazione anche nel progetto con la pompa di calore elioassistita con pannelli ibridi per il sistema combinato (COMBI) per ACS e riscaldamento, descritto nel capitolo 8.3.
8.2.2 Pannelli solari fotovoltaici (PV)
Il complesso degli edifici ha le facciate principali esposte con un orientamento prevalentemente verso sud-est. Si tratta quindi di una soluzione molto favorevole all’installazione di pannelli fotovoltaici, considerando che l’esposizione verso sud ottimizza la quantità di energia raccolta su base giornaliera e annuale.
Si ipotizza l’installazione dei PV sulle coperture (angolo di tilt inclinazione ottimale di 33°con un incremento del 58% dell’energia raccolta su base annuale) e sulle facciate degli edifici (angolo di tilt intorno ai 75°con un incremento di circa il 28% dell’energia raccolta su base annua, rispetto alla posizione verticale) (Vivoli, et al. 2008).
Soluzione 1
Soluzione 2
Superficie collettori 9,0 m2 (2x 4,5m2) 108 m2 (24 x 4,5m2)
Inclinazione collettori 45 ° 45 °
Azimut vari (da -55 a -20) - 20°(Civ. 22)
Volume accumulo solare 1000 litri 10.000 litri Utenza 1,61 litri/(G m2) 80 m2/alloggio (8 alloggi) 1,61 litri/(G m2) 80 m2/alloggio (93 alloggi) Fabbisogno annuo per
ACS
10.929 kWh 127.091 kWh
Potenza solare
installata
6 kW 76 kW
Resa Impianto solare 829 kWh/m2 anno 924 kWh/m2 anno
Risparmio metano
all'anno
1.174 m3 di gas 17.350 m3 di gas
CO2 evitata 2.313 kg/anno 34.180 kg/anno
Integrazione solare Invernale 47% Estiva 77% Annuale 62% Utilizzo energia solare Invernale 98% Estiva 99% Annuale 98%
8. CASO DI STUDIO COMPLESSO EDIVICI DI EDILIZIA RESIDENZIALE PUBBLICA Per il calcolo delle radiazioni solari globali giornaliere medie si è fatto riferimento alle norme UNI 103349, relativamente a superfici verticali, e alla Norma UNI 103345 per esposizione SE e pannelli con angolo tilt 90°.
La distanza minima tra le basi dei pannelli, che viene calcolata secondo la formula: d = [sen (β)/tg (δ)] xL
L lunghezza della sezione del pannello
δ angolo di declinazione al solstizio di inverno (circa 23° a Genova) β angolo di inclinazione del pannello rispetto all’orizzontale (Fig. 8.11).
La soluzione architettonica, che impiega un totale di 900 pannelli disposti sulle coperture e sulle facciate degli edifici è riportata nella Fig. 8.9. Tale numero di pannelli corrisponde ad una superficie complessiva di circa 1700 m2, per una produzione annua di circa 309 MWhel di
energia elettrica, in linea con il fabbisogno elettrico totale di 307.000 kWh ipotizzato per le utenze condominiali ed i consumi privati.
Nel caso si voglia coprire l’intero fabbisogno annuo di 307.000 kWh si avrà: - potenza da installare 246 kW di picco;
- superficie pannelli totale 1722 m2;
- costo totale ≈ 320.000 € (valore di riferimento circa 1500 €/kWp). Fabbisogno annuo di 57.000 kWh) si avrà:
- potenza da installare 47 kWp; - superficie pannelli totale 329 m2;
-
costo totale ≈ 80.000 € (valore di riferimento circa 1700 €/kWp). Fig. 8.11 - Distanza minima tra le basi dei pannelliFig. 8.15- Sezione
verticale con pannello
solare facciata sud
Fig. 8.9 - Indicazione su modello 3D del posizionamento dei pannelli (Soluzione 1)
Fig. 8.10 - Sezione verticale con pannello solare facciata sud
Considerando un valore di mercato dell’energia elettrica di 0,22 € per kWh da utilizzare per i conteggi, si ipotizza risulteranno circa 68.000 € per anno risparmiati.
Ciò corrisponde ad un ritorno dell’investimento in meno di cinque anni, comprendendo anche i costi di manutenzione, generalmente circa 0,5% annuo del capitale investito.