Sistema a pompa di calore elioassistita con pannelli solar

In un’ottica di risparmio energetico ed utilizzo di fonti di energia rinnovabili è stato inoltre svolto uno studio per la progettazione di un impianto con pannelli solari ibridi, che consentono sia la produzione dell’ACS che di energia elettrica.

Nel progetto viene inoltre proposta l’installazione di un sistema a pompa di calore elio- assistita di adeguata potenza, per la copertura di una percentuale del fabbisogno termico degli edifici, con integrazione alla caldaia già esistente.

Lo studio è proposto anche in quanto i consumi e i relativi costi di riscaldamento risultano molto elevati.

Consumi e spese di gestione e manutenzione impianto di riscaldamento

Si riporta di seguito il profilo del fabbisogno di riscaldamento dell’intero complesso di Via leva, nel periodo di accensione della caldaia (Ottobre-Aprile) (fonte: Servizio di Gestione pluriennale delle centrali termiche a servizio di edifici di proprietà di ARTE-COFELY CMCI).

8. CASO DI STUDIO COMPLESSO EDIVICI DI EDILIZIA RESIDENZIALE PUBBLICA

Il consumo totale del riscaldamento è di 1229 MWh che equivale a 132144 m3 di metano e il costo totale di riscaldamento per la stagione invernale 2011-12, comprensivo IVA (21%) ammonta a 133371,94 €.

8.3.1 Descrizione pannelli solari ibridi

Per il progetto vengono utilizzati i pannelli solari del tipo ad acqua piani in quanto i pannelli ad aria necessitano di una struttura complessa di supporto, che deve essere inoltre sopraelevata rispetto al piano di appoggio.

Il solare fotovoltaico (modulo fotovoltaico) assorbe le radiazioni solari e la componente di energia termica viene recuperata da uno scambiatore (piastra refrigerante sottostante) che incrementa anche la produzione elettrica fino a circa il 16% in più rispetto a un pannello tradizionale.

La tecnologia dei collettori ibridi (fotovoltaici-termici) si basa sull’idea di applicare sulla piastra assorbente, coprendola parzialmente o totalmente delle celle FV. Le celle FV vengono assicurate alla superficie mediante speciali adesivi che siano resistenti alle alte temperature e si comportino essi stessi da buoni assorbitori.

) T - T ( kA =

Q•_{DISPERSO PAN ACS AMB} -

) T - T ( A G kA - ε A G Q - ε A G = A G Q = η _{ACS AMB} pan sol pan pan sol DISPERSO pan sol pan sol • utile th

k costante dispersione calore dal pannello Ɛ coeff. di assorbimento en. solare Ɛ=0,8÷0,9

K≈5÷10 K m

W

2 se k è grande si avranno tante dispersioni

Mese m3 metano MWh Costo gestione calore (€) Costo manutenzione (€) Costo gestione + manutenzione ott-11 2.425 22 1.915,98 0 1.915,98 nov-11 15.217 147 12.451,58 500,36 12.951,94 dic-11 27.954 242 20.902,53 502,29 21.404,82 gen-12 23.194 232 20.002,62 505,19 20.507,81 feb-12 31.563,00 298 26.169,00 507,12 26.676,12 mar-12 18.291 168 set-40 509,05 15.379,60 apr-12 13.500 120 10.876,54 511,94 11.388,48 Totale 132.144 1.229 107.188,80 3035,95 110.224,75

Fig. 8.12 - Curve di rendimento di un collettore solare termico

La compatibilità tra un sistema termico ed un sistema fotovoltaico non è assoluta: innanzitutto in condizioni estreme (condizioni di stagnazione) un collettore termico può arrivare a lavorare sino a temperature di 150-180°C, mentre i moduli FV sono in grado di sopportare temperature sino a 90°C (nelle condizioni normali La loro temperatura è di circa 40-50°C). Inoltre una superficie ricoperta di pannelli FV non possiede caratteristiche selettive radianti come quelle di una superficie selettiva che sfrutta il cosiddetto effetto serra: alto assorbimento nel visibile (bassa lunghezza d’onda l <3μ) e bassa emissività negli infrarossi (alta lunghezza d’onda cioè con l>3μ), per cui ne risente la capacità di assorbimento e di conseguenza il rendimento.

L’output termico ottimale di questa tecnologia è quello a bassa temperatura (proprio per evitare i problemi succitati).

Si possono ricavare buoni risultati per il riscaldamento dell’acqua sanitaria e per il condizionamento ambientale.

I rendimenti elettrici possono raggiungere il 15%, e il livello medio si attesta sul 10%, fino a circa il 16% in più rispetto a un pannello tradizionale.

8. CASO DI STUDIO COMPLESSO EDIVICI DI EDILIZIA RESIDENZIALE PUBBLICA

8.3.2 Schema funzionale impianto

Schema semplificato del sistema impianto di riscaldamento e ACS.

Caratteristiche dell’impianto

Potenze di picco

1000 W/m2 insolazione di picco (potenza raggiante massima solare nominale) 150 Wel produttività di picco elettrica (ηel≈0,12)

650 Wt produttività di picco termica (ηth≈0,65)

Energie annue medie

150 kWhel/anno/m2 anno energia elettrica annua mediamente prodotta

600 kWt/m2 anno energia termica annua mediamente prodotta

Via Leva fa parte della categoria di edifici costruiti all’inizio degli anni ‘70, è un edificio di edilizia residenziale pubblica in linea a ballatoio. Il consumo energetico del riscaldamento è di circa 177 kWh / (m² anno), ovvero 1316880 kWh.

Se si utilizza una pompa di calore elioassistita con i pannelli ibridi si possono ottenere 600 kWt/m2 anno di energia termica annua mediamente prodotta. Se si installano 1310 m2 di pannelli si copre il fabbisogno del 50% di energia termica per il riscaldamento.

Energia prodotta dal sistema pompa di calore elio-assistita: circa 1 GWh/anno, il 70% del fabbisogno ACS + riscaldamento.

8.3.3 Confronto con la soluzione pannelli solari termici e fotovoltaici

Per quanto riguarda il posizionamento dei pannelli solari ibridi, questo potranno essere collocati sulle coperture, in sostituzione dei pannelli solari termici e fotovoltaici , secondo il progetto descritto al 8.1.1 e Fig. 8.8 Progetto integrato delle coperture a verde e pannelli solari.

In molti casi vi sono vincoli di spazio, che spesso portano il progettista a dover scegliere di privilegiare un fabbisogno rispetto a un altro.

Per far fronte a questi problemi di spazio si può pensare a diverse soluzioni, come per esempio integrare i pannelli solari alle facciate degli edifici, oppure utilizzare pannelli solari termici ad alto rendimento, come alcuni esemplari di quelli sottovuoto, i quali, in numero molto ridotto riescono a soddisfare il fabbisogno di riscaldamento e di Acqua Calda Sanitaria di un gran numero di alloggi.

L’utilizzo di pannelli ibridi permetterebbe un’eccellente ottimizzazione degli spazi disponibili, spesso molto limitati se si pensa per esempio ai condomini i quali hanno a disposizione una sola copertura per i fabbisogni di molti appartamenti.

Grazie alla scelta dell’inserimento dei pannelli solari ibridi sarà possibile ottenere anche una produzione di energia elettrica che può essere utilizzata sia per la circolazione forzata all’interno dei pannelli ad acqua, sia per il consumo elettrico condominiale ed il funzionamento del sistema a pompa di calore.

Ulteriori pannelli fotovoltaici potranno essere comunque installati per un’ulteriore produzione di energia elettrica anche per le singole utenze.

Il dimensionamento dell’impianto solare termico, con pannelli di superficie totale di 108 m2, per fornire ACS a 93 appartamenti ha un costo complessivo di 144.247 € (circa 1300 €/m2), mentre per un impianto di pannelli solari ibridi il costo è di circa 1400 €/m2.

Per questa soluzione bisogna tuttavia considerare anche il collegamento all’impianto di riscaldamento e le modifiche da apportare alla centrale termica.

Per quanto riguarda i costi per la realizzazione dell’impianto fotovoltaico, i prezzi del mercato si aggirano intorno ai 1700 € per ogni kW installato, ma per gli impianti di grandi dimensioni, come nel caso di Via Leva, il costo sarebbe senz’altro inferiore, fino a 1500 € per ogni kW installato ≈ 200 €/m2 ÷ 250 €/m2.

Tale parametro tiene in considerazione i costi complessivi dell’impianto, comprensivo di tutti i componenti del sistema e della loro installazione.