La Climatizzazione a Gas: innovazione tecnologica e

Transcript

La Climatizzazione a Gas: innovazione tecnologica e differenziazione energetica.
Applicazioni nel settore commerciale
255
La Climatizzazione a Gas: innovazione
tecnologica e differenziazione energetica.
ALBERTO LODI
Responsabile Promozione e Formazione Tecnica – Robur S.p.A. – Verdellino Zingonia (Bg)
1. PREMESSA
Iniziamo con due domande provocatorie:
- Come può una tecnologia che ha visto le sue prime applicazioni nel secolo XIX
costituire elemento di innovazione nel mercato della climatizzazione e della refrigerazione degli anni 2000?
- Quanto le tecnologie che hanno più successo e che maggiormente si diffondono sui
mercati sono sempre e comunque le migliori?
In effetti la storia ci presenta molti casi di “buone tecniche”, già in uso nell’antichità, che poi sono state, almeno per un certo periodo, dimenticate. Ad esempio le
fognature, già in uso nell’antica Roma, nel ‘700 spesso non venivano realizzate, con le
conseguenze igienico-sanitarie che possiamo immaginarci.
Rispondere alla seconda domanda è invece più complesso, ma è facile verificare come
la diffusione delle tecnologie sia legata a vari fattori e non solo alla loro intrinseca validità.
Da questo punto di vista possono giocare anche abitudini che si consolidano a tal
punto da sembrare sempre indiscutibilmente applicabili anche quando, a ben vedere,
altre soluzioni potrebbero essere con maggior vantaggio utilizzate.
2. CENNI STORICI
E’ questo il caso, per entrare nel tema di questa breve relazione, della
Refrigerazione ad Assorbimento Acqua-Ammoniaca alimentata a Gas con il sistema GA,
originata da varie esperienze risalenti all’800 e dal brevetto (1930) di Albert Einstein e
di Leo Szilard.
La produzione su scala industriale del refrigeratore ad assorbimento ad acquaammoniaca viene iniziata dalla Electrolux negli anni ’60 e ad oggi la sua diffusione,
avvenuta principalmente negli USA, conta all’incirca 360.000 esemplari, alcuni dei quali
tuttora funzionanti dopo oltre trent’anni di servizio.
Nel 1991 la società acquista know-how, brevetti e stabilimento e da inizio a diversi
progetti di ricerca incentrati sul GA (Gas Absorption), ciò consente di presentare nel
1998 il nuovo Refrigeratore GA ad Alta Efficienza, l’espressione più moderna di questa
tecnologia, ottimizzato in senso energetico e funzionale (fig. 1).
256
Fig. 1 – Ciclo frigorifero ad assorbimento acqua–ammoniaca alimentato a gas – Unità ad Alta Efficienza
Il sistema GA consente, contrariamente ai refrigeratori di tipo elettrico, i più diffusi
sul mercato, di produrre energia frigorifera a partire da energia primaria (combustione di
gas naturale o GPL) con solo una piccola quota di assorbimento elettrico (meno di 47 W
elettrici assorbiti, per ogni kW frigorifero prodotto), permettendo così di attingere ad una
fonte energetica alternativa per la climatizzazione, lasciando all’alimentazione di tipo
elettrico quelle utenze per le quali non esistono alternative (es. illuminazione, servizi
informatici, produzione delle basse temperature per la conservazione degli alimenti,
etc.).
3. LA CLIMATIZZAZIONE A GAS NEL SETTORE COMMERCIALE
La constatazione della rilevanza che gli impegni elettrici tendono ad assumere
nelle strutture di distribuzione commerciale, penalizzandone spesso in modo eccessivo
la gestione, rendono interessante la differenziazione delle fonti di approvvigionamento
energetico.
Proprio la possibilità di operare una differenziazione energetica nell’ambito della
climatizzazione estiva, unitamente alle doti di elasticità connaturate al sistema, stanno
spingendo un numero sempre crescente di esercizi commerciali a prendere in considerazione la Climatizzazione a Gas come una concreta alternativa, in grado di contenere le
loro già elevate necessità di assorbimento elettrico, pemettendo così di conseguire non
257
solo importanti risparmi sui costi gestionali energetici, ma anche sui costi di
manutenzione. Non di rado sono possibili risparmi anche sui costi globali d’investimento
iniziale.
E’ per i motivi sopra esposti, oltre che per la flessibilità del sistema, che la climatizzazione ad assorbimento acqua-ammoniaca sta conoscendo oggi una “nuova
giovinezza”, presentandosi con caratteristiche sempre più interessanti per magazzini di
vendita, supermercati, centri commerciali e strutture multifunzionali.
4. LE MOTIVAZIONI DELLA SCELTA
Quali sono le motivazioni più ricorrenti nello scegliere l’assorbimento a gas per
condizionare una struttura commerciale?
-
Tra le più frequenti riportiamo:
basso impegno elettrico
raffreddamento ad aria (economia di gestione)
bassi costi di manutenzione (pochi organi meccanici in movimento)
modularità e flessibilità (adattarsi a strutture multifunzionali)
silenziosità (assenza di compressore)
possibilità di gestire la climatizzazione a zone totalmente indipendenti e di passare dal
caldo al freddo (o viceversa) in modo quasi istantaneo
sicurezza del servizio, dovuta al frazionamento della potenza frigorifera prodotta
riduzione delle ridondanze (minori necessità di potenza frigorifera in “stand-by”)
produzione, in un monoblocco esterno, sia di energia termica che frigorifera
assenza di centrale termica e frigorifera (scarse implicazioni tecnico-normative)
utilizzo di fluidi frigorigeni naturali. Ciò pone al riparo non solo dalla prossima messa
al bando dei fluidi frigorigeni sintetici lesivi dell’Ozono stratosferico (HCFC), ma
anche dalla probabile futura regolamentazione di quei fluidi frigorigeni sintetici che,
pur non avendo effetti sull’Ozono, contribuiscono all’effetto serra (HFC).
5. CARATTERISTICHE DI UTILIZZO
Il refrigeratore ad assorbimento GA è progettato per essere installato all’esterno, in
condizioni di buona ventilazione (condensazione ad aria).
Il sistema è di tipo modulare, con alla base del sistema il modulo freddo con
potenza da 17,49 kW frigoriferi oppure il modulo caldo-freddo che, in un monoblocco,
affianca al modulo refrigeratore una caldaia da 28,4 kW. Per le potenze superiori, sia in
freddo che in caldo-freddo, vengono prodotti moduli multipli preassemblati in fabbrica
su unico basamento con un’ampia gamma di potenze, essendo comunque sempre
possibile assemblare direttamente in cantiere anche moduli singoli, non preassemblati.
Vogliamo ora esaminare qualche esempio impiantistico concreto?
258
6. LE “CASE HISTORIES”
6.1. NOVACOOP – TORINO
6.1.1. PROGETTISTA DEGLI IMPIANTI
Dott. Ing. Marco Surra – Studio Consulenza Impianti – Rivoli (To)
6.1.2. DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA
Si tratta di un magazzino commerciale COOP situato nel Comune di Torino, in
Corso Belgio, di proprietà della Società NOVACOOP PIEMONTE S.c.r.l.
L’edificio, ad un solo livello, consiste in un corpo di fabbrica adibito alla vendita
con accesso dall’esterno.
In adiacenza al locale di vendita, posteriormente ad esso, sono posti i locali di
servizio costituiti dal deposito per le merci di riserva e dai laboratori per la conservazione e la preparazione delle carni, dei latticini e degli ortofrutticoli.
Nella stessa zone sono ubicati pure spogliatoi e servizi per il personale. Da ultimo
sono collocati i locali tecnici, con accesso da scala esterna e posti a livello superiore
rispetto al deposito, adibiti a centrale di trattamento dell’aria.
I gruppi frigoriferi, del tipo ad assorbimento a gas, sono ubicati sulla
copertura dell’edificio (Fig. 2). La centrale termica condominiale è ubicata al livello
interrato.
Fig. 2 - Punto vendita COOP – C.so Belgio – Torino
Schema funzionale impianto di condizionamento
259
6.1.3. TIPO DI IMPIANTO
Impianto di climatizzazione estivo per zona di vendita ed uffici ed impianto di
riscaldamento per locali accessori e depositi (Fig. 2).
L’impianto di climatizzazione è del tipo a tutta aria a portata costante. Particolare
attenzione è stata dedicata alla diffusione dell’aria nell’ambiente principale adibito alla
vendita (Fig. 3). Le canalizzazioni a partire dalle UTA sono poste a soffitto ed a vista.
Vengono utilizzati canali in pannelli di poliuretano con rivestimento interno ed esterno
in foglio di alluminio, che è possibile staffare alla copertura dato il loro peso ridotto.
La diffusione è realizzata tramite anemostati ad alta induzione, ad effetto elicoidale
a 36 feritoie, dotati ciascuno di serranda di taratura.
Fig. 3 - Punto vendita COOP – C.so Belgio – Torino
Pianta piano terreno
Il riscaldamento del deposito è ad aerotermi regolabili singolarmente tramite
termostato on-off agente sul ventilatore, mentre negli spogliatoi e nei servizi si adottano
radiatori a piastra con valvole termostatiche.
6.1.4. OBIETTIVI DELL’IMPIANTO
Quali erano gli obiettivi specifici dell’impianto?
· raggiungere il miglior risultato in termini di benessere per operatori e clienti,
migliorando l’omogeneità della diffusione dell’aria in ambiente;
· evitare elevata umidità invernale, introducendo aria esterna di rinnovo (free-cooling)
con sistema modulante commisurato all’effettivo affollamento del punto vendita, nel
rispetto dei valori minimi richiesti dalle normative;
260
· consentire la ventilazione, con aria di rinnovo, di alcune zone ad elevata umidità e ad
essa più sensibili (es. formazione di ghiaccio sugli evaporatori dei banchi frigoriferi).
6.1.5. ELABORATI DEL PROGETTO
Alla presente relazione vengono allegate immagini tratte dai seguenti elaborati:
- Lay-out Generale Impianto (Pianta)
- Schema funzionale impianto
6.1.6. DATI DI PROGETTO
6.1.6.1. CONDIZIONI TERMOIGROMETRICHE DI PROGETTO
INVERNO
- temperatura esterna minima
- umidità relativa esterna
- temperatura interna
- umidità relativa interna
- 9 °C
80 %
20 °C (±1)
50 % (±5)
ESTATE
- temperatura esterna massima
- temperatura interna uffici
- umidità relativa interna uffici
32 °C
60%
25°C (±1)
50% (±5)
6.1.6.2. AFFOLLAMENTO
Si fa riferimento alla norma UNI 10339:
Portate di rinnovo specifiche richieste
- unità commerciali
Totale aria rinnovo fornita
(massimo affollamento)
23,4 m3/h
(6,5 l/s pers.)
4100 m3/h
6.1.6.3 CARATTERISTICHE FLUIDI
Acqua calda
- temperatura uscita caldaia
- salto termico impianto
80 °C
10 °C
Acqua refrigerata
- temperatura uscita
7 °C
5 °C
Centrale trattamento aria
- Temperatura acqua batteria calda
- Salto termico
- Temperatura acqua batteria fredda
- Salto termico
261
variabile, max 80 °C
10 °C
variabile, min 7 °C
5 °C
6.1.6.4. ESTENSIONE DELLA ZONA CLIMATIZZATA
- Superfici
- Volumi
1018 m2
4058 m3
6.1.6.5. REFRIGERATORI INSTALLATI
-
n°2 RTCF 180 – 00
Potenza Frigorifera totale
Potenza elettrica nominale totale
Consumo Gas Naturale alla potenza max
104,94 kW
4,92 kW
15,06 m3/h
Le due unità RTCF 180 – 00 essendo costituite da un totale di N° 6 moduli da
17,49 kW ciascuno, sono in grado di modulare la potenza fino ad un massimo teorico di
N° 6 gradini, senza alcuna penalizzazione di rendimento. Per fare ciò il sistema
accenderà e spegnerà in automatico i singoli moduli, in funzione del carico termico
istantaneo dell’impianto.
6.1.7. MOTIVAZIONI SPECIFICHE DI SCELTA DELLA CLIMATIZZAZIONE
GAS
Tra i fattori decisivi per la scelta del Sistema GA nel caso NOVACOOP, figurano:
·
·
·
·
·
·
·
Modularità / Flessibilità del sistema
Economia di gestione
Semplicità di Manutenzione
Non necessità di realizzare la cabina elettrica
Alleggerimento costi contratto elettrico
Riduzione potenza frigorifera ridondante (riserva)
Silenziosità (l’esercizio è collocato in piena zona residenziale)
6.1.8. CONSIDERAZIONI GESTIONALI SULLA CLIMATIZZAZIONE ESTIVA
[2] [3]
Sono già state ricordate, nel precedente paragrafo, le motivazioni di carattere
economico e funzionale che hanno fatto decidere per la climatizzazione a gas GA.
E’ ora importante trarre qualche indicazione riguardante la gestione economica
delle apparecchiature produttrici dell’acqua refrigerata. Riportiamo perciò di seguito
alcuni parametri di costo gestionale per comparare, nel caso di NOVACOOP - Torino,
262
almeno indicativamente, il sistema GA con sistemi tradizionali a compressione
(dotati di motore elettrico e condensazione ad aria), per quanto riguarda il costo
energetico.
Consumi chiller elettrico
- Tariffa el.considerata (BT/AU, 30 – 200 kW)
- Impegno elettrico Chiller elettrico condensato ad aria
- Impegno elettrico totale dell’esercizio considerato
- Costi fissi impegno elettrico
- Ore di funzionamento considerate
- Costo energetico 1h di funzionamento alla potenza max
168,9 £/kWh
42 kW
150 kW
19.169 £/kWmese
600 h/anno
23.138 £
Consumi refrigeratore ad assorbimento
Acqua-ammoniaca a gas
- Tariffa el. Considerata (BT/AU, 30 – 200 kW)
- Impegno elettrico refrigeratore ad assorbimento
- Impegno elettrico totale dell’esercizio considerato
- Consumo Gas Naturale alla potenza max
- Tariffa Gas considerata
- Costo energetico totale 1 h di funz. a potenza max
168,9 £/kWh
5 kW
150 kW
19.169 £/kWmese
15,06 m3/h
914 £/m3
600 h/ anno
14.612 £
Si evidenzia perciò un risparmio gestionale del refrigeratore ad assorbimento, sulla
sola voce energia, di circa il 37%.
Considerando anche i costi di manutenzione, molto modesti per il sistema ad
assorbimento (per l’assenza del compressore, organo soggetto a sensibili usure
meccaniche) ed il grado di parzializzazione molto spinta raggiungibile del sistema GA
senza penalizzazioni di rendimento, la differenza dei costi di gestione è destinata ad
incrementarsi.
Per completare il quadro indicativo del confronto, è necessario inoltre ricordare
che, nel presente caso, non è stato necessario sostenere i seguenti costi di investimento:
- Cabina Elettrica
- Serbatoio polmone dell’acqua refrigerata (il sistema GA non presenta particolari
criticità sul numero di attacchi/h).
6.2. CENTRO COMMERCIALE DI TAVERNELLE – PANICALE (PG)
6.2.1. PROGETTISTA DEGLI IMPIANTI
P.I. Antonio Del Moro – Bastia Umbra (Pg)
6.2.2. DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA
Magazzino di medie dimensioni disposto su di un solo livello (controsoffittato a
3,5 m) adibito a Centro Commerciale situato nel Comune di Panicale – (Pg), realizzato
263
dalla Soc. GENESI S.r.l.
La struttura è di tipo prefabbricato e contiene al suo interno un Supermercato
alimentare ed altri negozi: articoli sportivi, bar-ristorante, fiorista, Centro Benessere,
personal computer, ottico, noleggio-vendita di videocassette, biancheria ed altro.
In adiacenza al locale di vendita sono posti i locali di servizio costituiti dal deposito
per le merci e dai laboratori per la conservazione e la preparazione delle carni, dei
latticini e degli ortofrutticoli.
I gruppi frigoriferi, del tipo ad assorbimento a gas con annessa caldaia per il
funzionamento in riscaldamento, sono posti a terra (a ca. 10 m dall’edificio) su di
una platea, nelle adiacenze dell’area a parcheggio lato Nord-Ovest (Fig. 4 e 6).
Fig. 4 – Centro Commerciale di Tavernelle
Schema funzionale centrale termofrigorifera
6.2.3. TIPO DI IMPIANTO
Impianto di climatizzazione estivo per zona di vendita e galleria spazi comuni.
Per il Supermercato l’impianto di climatizzazione è del tipo a tutta aria , a portata
costante. Le canalizzazioni, a partire dalle UTA a sezioni componibili, sono poste nella
controsoffittatura. Lo spazio di vendita è servito mediante anemostati ad induzione. Il
controllo dell’umidità viene effettuato solo all’interno del Supermercato.
Per le canalizzazioni (in classe 0) vengono utilizzati pannelli di poli-isocianurato
espanso con densità di 48 kg/m3 e con rivestimento interno ed esterno in alluminio
goffrato (sp.80 micron).
Per quanto riguarda la parte idraulica (Fig. 5), è stato previsto un circuito primario
e due separati circuiti secondari, il primo dei quali alimenta il circuito negozi, con UTA
Supermercato e Termoventilanti dei negozi (esempio di distribuzione interna negozi in
Fig. 7) mentre il secondo alimenta i ventilconvettori a cassetta installati nelle corsie.
Gli impianti sono già stati predisposti per futura adozione di sistema di contabilizzazione.
6.2.4. OBIETTIVI DELL’IMPIANTO
Quali erano gli obiettivi in questo secondo caso impiantistico?
264
Distribuzione circuiti idraulici impianto di condizionamento
Fig. 6 - Centro Commerciale di Tavernelle
Pianta Centrale Termofrigorifera
265
266
Distribuzione circuiti aeraulici di un negozio
267
Le principali caratteristiche che deve possedere un impianto al servizio di una
struttura multifunzionale come un Centro Commerciale sono l’affidabilità, l’economia di
esercizio e la flessibilità, per poter agevolmente servire esercizi con elevata disomogeneità (di carico, di affollamento, di orari etc). Come sottolineato anche da altri autori
[1], sorge a volte la necessità, in edifici di questo tipo, di dover raffreddare i negozi anche
nella stagione invernale, a causa degli elevati carichi termici dovuti ad illuminazione,
informatica etc.
6.2.5. ELABORATI DEL PROGETTO
Alla presente relazione vengono allegate immagini tratte dai seguenti elaborati :
- Schema funzionale e pianta centrale termofrigorifera
- Distribuzione circuiti aeraulici
- Distribuzione circuiti idraulici
6.2.6. DATI DI PROGETTO
6.2.6.1. CONDIZIONI TERMOIGROMETRICHE DI PROGETTO
INVERNO
- temperatura esterna minima
- temperatura interna
- umidità relativa interna
- 3 °C
80 %
20 °C (±1)
50 % (±5)
ESTATE
- temperatura esterna massima
- temperatura interna uffici
- umidità relativa interna uffici
35 °C
60%
26°C (±1)
50% (±5)
6.2.6.2. AFFOLLAMENTO
Stimato sulla base di un affollamento nel Supermercato di 6 persone/m2
Aria di rinnovo per persona
35 m3/h
6.2.6.3 CARATTERISTICHE FLUIDI
Acqua calda
- temperatura uscita caldaia
70 °C
5 °C
Acqua refrigerata
- temperatura uscita
7 °C
5 °C
268
Centrali trattamento aria
- Temperatura acqua batteria calda
- Salto termico
- Temperatura acqua batteria fredda
- Salto termico
variabile, max 70 °C
5 °C
variabile, min 7 °C
5 °C
6.2.6.4. ESTENSIONE DELLA ZONA CLIMATIZZATA
- Superfici
di cui:
2200 m2
N°1
N°10
Supermercato
Negozi
Corsie
1000 m ca.
500 m2 ca.
700 m2 ca.
2
- Volumi
7700 m3
6.2.6.5 UNITA’ TERMOFRIGORIFERE INSTALLATE
-
N° 7 AYF 60 – 108/2
N° 6 ACF 60 – 00
Potenza Frigorifera totale
Potenza Termica totale
Potenza el. nomin. Totale, in condizionamento
Cons. Gas Nat. alla pot. max, in condizionamento
227,37 kW
198,8 kW
10,66 kW
32,63 m3/h
La potenza frigorifera installata, essendo costituita da un totale di N° 13 moduli da
17,49 kW ciascuno, può essere ampiamente modulata (fino ad un massimo teorico di N°
13 gradini), senza alcuna penalizzazione di rendimento. Per fare ciò il sistema accenderà
e spegnerà in automatico i singoli moduli, in funzione del carico termico istantaneo
dell’impianto.
6.2.7. MOTIVAZIONI SPECIFICHE DI SCELTA DELLA CLIMATIZZAZIONE
GAS
Tra i fattori decisivi per la scelta del Sistema GA nel caso in esame, figurano:
·
·
·
·
·
·
·
·
Affidabilità
Economia di gestione
Semplicità di Manutenzione
Possibilità di realizzare un termo/clima - autonomo per ogni esercizio commerciale,
con rapido passaggio da caldo a freddo e viceversa
Assenza di Centrale Termica
Modularità / Flessibilità
Riduzione potenza frigorifera ridondante (di riserva)
Silenziosità
269
6.2.8. CONSIDERAZIONI GESTIONALI SULLA CLIMATIZZAZIONE ESTIVA
[2] [3]
Cercando di trarre qualche indicazione specifica riguardante la gestione economica
delle apparecchiature produttrici dell’acqua refrigerata, esaminiamo di seguito alcuni
parametri di costo gestionale per comparare, nel caso del CENTRO COMMERCIALE
DI TAVERNELLE almeno indicativamente il sistema ad assorbimento a gas con sistemi
tradizionali a compressione dotati di motore elettrico e condensazione ad aria.
Consumi chiller elettrico
- Tariffa el.considerata (BT/MU, 30 - 200 kW)
- Impegno elettrico Chiller elettrico condensato ad aria
- Costo energetico 1h di funzionamento alla potenza max
201,9 £/kWh
90 kW
13.569 £/kWmese
600 h/anno
42.871 £/h
Consumi refrigeratore ad assorbimento
Acqua-ammoniaca a gas
- Tariffa el. Considerata (BT/MU, 30 – 200 kW)
- Impegno elettrico refrigeratori ad assorbimento
- Tariffa Gas considerata
- Consumo Gas Naturale alla potenza max
- Costo energetico totale 1 h di funz. a potenza max
201,9 £/kWh
10,66 kW
13.569 £/kWmese
731 £/m3
32,63
600 h/ anno
26.048 £/h
Si evidenzia perciò un risparmio gestionale del refrigeratore ad assorbimento, sulla
sola voce energia, di circa il 39 %.
Considerando anche i costi di manutenzione, molto modesti per il sistema ad
assorbimento (per l’assenza del compressore, organo soggetto a sensibili usure
meccaniche) ed il grado di parzializzazione molto spinta raggiungibile del sistema GA
senza penalizzazioni di rendimento, la differenza dei costi di gestione è destinata ad
incrementarsi.
Per completare il quadro indicativo del confronto, è necessario inoltre ricordare
che, nel presente caso, non si è reso necessario il serbatoio polmone per l’acqua
refrigerata.
6.3 – CONCLUSIONI
Cercando di dare risposte soddisfacenti alle due domande poste nella premessa,
abbiamo messo in luce quello che costituisce un campo sempre più ampio di applicazione
della Climatizzazione a Gas, una “buona tecnica” che è stata ormai riscoperta con utilità
anche nel settore delle strutture commerciali. Un tipo di impiego nel quale la tecnologia
dell’assorbimento ad acqua-ammoniaca a gas può dare oggi apporti molto significativi,
venendo incontro alle richieste specifiche di “adattabilità” dell’impianto all’esercizio
commerciale ed alla riduzione significativa dei suoi costi di gestione.
270
BIBLIOGRAFIA
[1] Angelo Serratto, Un inedito sistema di climatizzazione a “4 tubi”, 41° Convegno
Annuale AICARR, Milano 22-23 Marzo 2000
[2] R. Lazzarin, Fabbisogno e risorse di energia in Italia e nel mondo, SGEditorialiPadova, 1997
[3] Tariffe elettriche in vigore al novembre ‘99

La Climatizzazione a Gas: innovazione tecnologica e

Transcript

Documenti analoghi

corso di formazione - geo network formazione

Scarica qui un estratto del capitolato d`appalto

E come “Esame di coscienza”

Attivatore remoto GSM/SMS di sistemi di climatizzazione

Passa al verde!

Corso Operatore Elettrico - CIOFS

Scheda clivet 2

monopattino elettrico

OPERATORE ELETTRICO