efficienza energetica ed impatto ambientale degli impianti termic

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Efficienza energetica di impianti autonomi e centralizzati
16-10-2009
EFFICIENZA ENERGETICA ED IMPATTO AMBIENTALE
DEGLI IMPIANTI TERMICI, AUTONOMI E CENTRALIZZATI,
NEL CONTESTO NORMATIVO NAZIONALE E REGIONALE.
RAPPORTO TECNICO SUI RISULTATI OTTENUTI.
CONSORZIO L.E.A.P.
LABORATORIO ENERGIA & AMBIENTE PIACENZA
VIA NINO BIXIO 27
29100 PIACENZA (PC)
TEL: 0523-356879
FAX: 0523-623097
16-10-2009
Laboratorio Energia & Ambiente Piacenza (L.E.A.P.) è stato costituito nel maggio 2005 a
Piacenza su iniziativa della Sede di Piacenza del Politecnico di Milano ed è uno dei laboratori della
Rete di Alta Tecnologia della Regione Emilia Romagna. Il consorzio L.E.A.P. è partecipato da:
- Politecnico di Milano sede di Piacenza (CSPP), Dipartimento di Energia, Dipartimento di
Elettronica, Dipartimento di Elettrotecnica, Dipartimento di Chimica, Dipartimento
DIIAR;
- Comune di Piacenza;
- Provincia di Piacenza;
- Fondazione di Piacenza e Vigevano;
- Groppalli s.r.l.;
- Enìa S.p.A.;
- A2A S.p.A.;
- Unical AG.
Attualmente il Laboratorio opera nel settore energetico e ambientale con le seguenti attività:
- valutazione modellistica e sperimentale delle prestazioni di componenti e sistemi per la
produzione di energia;
- valutazione e misura delle emissioni da impianti per la produzione di energia, in
particolare di polveri fini e ultrafini;
- analisi e sperimentazione di sistemi CCS (Carbon Capture & Storage);
- fattibilità e analisi del ciclo di vita di tecnologie per il recupero di materia ed energia da
rifiuti;
- produzione di elettricità o combustibili da biomasse;
- potenzialità della produzione di biomasse;
- analisi e sperimentazione di componenti di impianti nucleari di nuova generazione;
- simulazione e valutazione delle prestazioni di tecnologie per la riduzione delle emissioni
di gas serra;
- tecnologie per le energie rinnovabili: solare fotovoltaico, solare termico, eolico.
Il Consorzio L.E.A.P. ha l'obiettivo di:
- realizzare attività di ricerca e consulenza tecnico-scientifica sia per l'industria che per
soggetti/enti pubblici in campo energetico-ambientale;
- promuovere e sostenere la collaborazione fra università e industria, in particolare
attraverso la fornitura di servizi quali:
- consulenze, studi di fattibilità, verifiche tecnologiche;
- prove e certificazioni di apparecchiature, componenti e sistemi per la produzione di
energia ed il contenimento del relativo impatto ambientale;
- corsi di formazione;
- promuovere la collaborazione con aziende ed enti del territorio piacentino e della Regione
Emilia-Romagna, in modo di favorire lo sviluppo di soluzioni innovative che ne
aumentino la competitività nel settore energetico a livello nazionale ed internazionale.
L.E.A.P. si propone come punto di riferimento delle istituzioni locali, per l'integrazione tra i
percorsi di ricerca e gli obiettivi del contesto universitario con le esigenze e le aspettative del
contesto produttivo/aziendale.
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INDICE
Premessa
Introduzione
1. Caratteristiche dell’edificio....................................................................................................... 1
2. Involucro di nuova costruzione (normativa 2010) .................................................................. 4
2.1 Stratigrafia e trasmittanza delle strutture disperdenti........................................................ 4
2.1.1
Caratteristiche tecniche e stratigrafiche dei componenti opachi verticali ............. 4
2.1.2
Caratteristiche tecniche e stratigrafiche dei componenti opachi orizzontali ......... 5
2.1.3
Caratteristiche tecniche e stratigrafiche degli infissi ............................................. 6
3. Analisi in regime di funzionamento continuo per impianto in involucro di nuova
costruzione .................................................................................................................................. 8
3.1 Calcolo dispersione termica di progetto............................................................................. 8
3.2 Calcolo fabbisogni di energia termica per riscaldamento e produzione di acqua calda
sanitaria (A.C.S.) ................................................................................................................ 8
3.3 Valutazione rendimenti degli impianti termici ................................................................... 8
3.4 Impianti autonomi ............................................................................................................. 11
3.4.1 Influenza dell’esposizione sui rendimenti e i fabbisogni per il riscaldamento
ambiente ................................................................................................................ 11
3.4.2 Impianto autonomo con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura ...... 15
3.4.3 Impianto autonomo con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura ..... 17
3.4.4 Impianto autonomo con caldaia a condensazione e terminali ad alta temperatura . 19
3.4.5 Impianto autonomo con caldaia a condensazione e terminali a bassa temperatura 21
3.4.6 Confronto tra le diverse soluzioni di impianto autonomo..................................... 23
3.5 Impianti centralizzati ........................................................................................................ 24
3.5.1 Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura.. 24
3.5.2 Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura . 26
3.5.3 Impianto centralizzato con caldaia a condensazione e terminali ad alta
temperatura............................................................................................................ 28
3.5.4 Impianto centralizzato con caldaia a condensazione e terminali a bassa
temperatura............................................................................................................ 30
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3.5.6 Confronto tra le diverse soluzioni di impianto centralizzato ................................ 32
3.6 Confronto impianti autonomi e centralizzati .................................................................... 33
4. Analisi in regime di funzionamento intermittente per impianto in involucro di nuova
costruzione ................................................................................................................................ 36
4.1 Calcolo dispersione termica di progetto........................................................................... 36
sanitaria (A.C.S.) .............................................................................................................. 36
4.3 Valutazione rendimenti degli impianti termici ................................................................. 41
4.4 Impianti autonomi ............................................................................................................. 41
4.4.1 Impianto autonomo con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura ...... 41
4.4.2 Impianto autonomo con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura ..... 43
4.4.3 Impianto autonomo con caldaia a condensazione e terminali ad alta temperatura . 44
4.4.4 Impianto autonomo con caldaia a condensazione e terminali a bassa temperatura 45
4.4.5 Impianto autonomo con caldaia a condensazione e terminali ad alta temperatura
accoppiato ad impianto centralizzato solare per la produzione di A.C.S. ............ 46
4.4.6 Impianto autonomo con caldaia a condensazione e terminali a bassa temperatura
4.4.7 Confronto tra le diverse soluzioni di impianto autonomo..................................... 50
4.5 Impianti centralizzati ........................................................................................................ 53
4.5.1 Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura.. 54
4.5.2 Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura . 55
4.5.3 Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura
4.5.4 Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura
4.5.5 Impianto centralizzato con caldaia a condensazione e terminali ad alta
temperatura............................................................................................................ 59
4.5.6 Impianto centralizzato con caldaia a condensazione e terminali a bassa
temperatura............................................................................................................ 60
4.5.7 Impianto centralizzato con caldaia a condensazione e terminali ad alta temperatura
4.5.8 Impianto centralizzato con caldaia a condensazione e terminali a bassa temperatura
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4.5.9 Confronto tra le diverse soluzioni di impianto centralizzato ................................ 63
4.6 Confronto impianti autonomi e centralizzati .................................................................... 65
5. Involucro di recente costruzione (normativa 2006) .............................................................. 71
5.1 Stratigrafia e trasmittanza delle strutture disperdenti...................................................... 71
5.1.1 Caratteristiche tecniche e stratigrafiche dei componenti opachi verticali............. 71
5.1.2 Caratteristiche tecniche e stratigrafiche dei componenti opachi orizzontali......... 72
5.1.3 Caratteristiche tecniche e stratigrafiche degli infissi ............................................ 73
6. Analisi in regime di funzionamento intermittente per impianto in involucro di recente
costruzione ................................................................................................................................ 75
sanitaria (A.C.S.) .............................................................................................................. 75
7. Involucro rappresentativo degli anni ‘60............................................................................... 80
8. Analisi in regime di funzionamento intermittente per impianto in involucro
rappresentativo degli anni ‘60 ................................................................................................ 84
sanitaria (A.C.S.) .............................................................................................................. 84
9. Involucro rappresentativo degli anni ‘30............................................................................... 89
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10. Analisi in regime di funzionamento intermittente per impianto in involucro
rappresentativo degli anni ‘30 ................................................................................................ 93
sanitaria (A.C.S.) .............................................................................................................. 93
11. Fabbisogni totali di energia primaria al variare della tipologia di involucro edilizio ....... 97
12. Conclusioni ............................................................................................................................. 99
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Premessa
Il presente lavoro è stato svolto nell’ambito di un contratto conferito dall’Assotermica a
L.E.A.P. (Laboratorio Energia & Ambiente Piacenza) per la durata di mesi 8.
Scopo del lavoro è stato quello di valutare attraverso metodi di calcolo il comportamento di
impianti di riscaldamento autonomi e centralizzati. In particolare sono stati calcolati il rendimento
di diverse soluzioni impiantistiche e il fabbisogno di energia primaria al variare della stratigrafia
dell’involucro.
Il presente lavoro è stato elaborato dal gruppo Generatore di Energia Termica ad Alta
Efficienza del L.E.A.P.. Questa area di ricerca è incentrata sullo studio e lo sviluppo di prototipi di
generatori di energia termica (caldaie a gas, a condensazione, a biomassa) per il riscaldamento di
unità abitative, con l'obiettivo di ridurre i consumi, ottimizzare le prestazioni, aumentare il comfort
all'interno degli ambienti, ridurre l'impatto ambientale. Questi obiettivi sono perseguiti attraverso
aumenti del rendimento e riduzione delle emissioni alle effettive condizioni di carico in esercizio
(sia residenziali, che commerciali).
Il gruppo Generatore di Energia Termica ad Alta Efficienza del L.E.A.P. è costituito da:
Ing. Matteo Zago
Ing. Andrea Casalegno
Ing. Fabio Rinaldi
Prof. Renzo Marchesi
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INTRODUZIONE
In questo rapporto tecnico sono riportati i risultati dello studio avente per oggetto la
valutazione dell’efficienza energetica e dell’impatto ambientale degli impianti termici autonomi e
centralizzati, nel contesto normativo nazionale e regionale.
I risultati ottenuti sono stati ricavati assumendo quali dati rappresentativi delle caratteristiche
dei generatori di calore, quelli forniti da Assotermica. Si ritiene pertanto di dover sottolineare che le
valutazioni e le conclusioni presentate in questo studio siano da riferirsi ai casi presi in
considerazione.
Con riferimento all’oggetto dello studio e alla descrizione delle attività contenute nel contratto
stipulato tra Assotermica e il laboratorio L.E.A.P. (Laboratorio Energia & Ambiente Piacenza), il
gruppo di lavoro ha proceduto, su specifica indicazione di Assotermica a:
1) Considerare un unico edificio di riferimento costituito da 12 appartamenti disposti su tre
piani, con autorimesse ricavate in due piani interrati. Il complesso è stato ipotizzato in
zona climatica E: periodo di attivazione dell’impianto di riscaldamento compreso tra il 15
ottobre e il 15 aprile.
2) Considerare quattro tipologie di involucro dell’edificio: due ben isolate e con trasmittanza
termica secondo quanto prescritto dal Decreto Legislativo 311, rispettivamente per l’anno
2010 e 2006, una tipica degli anni ’60 ed una rappresentativa di edifici degli anni ’30.
3) Considerare cinque tipologie di generatore di calore:
- caldaia autonoma tradizionale (3 stelle) a camera stagna, da interni, con ventilatore
a giri fissi;
- caldaia autonoma a condensazione (4 stelle) da interni, con ventilatore a giri
variabili;
- caldaia autonoma a condensazione (4 stelle) da interni solo riscaldamento, con
ventilatore a giri variabili (considerata solo nel caso di accoppiamento con
impianto solare);
- caldaia centralizzata tradizionale (3 stelle);
- caldaia centralizzata a condensazione (4 stelle).
Le potenze dei generatori da installare sono state scelte, tra quelle commercialmente
disponibili, su indicazione di Assotermica.
4) Considerare le temperature di funzionamento degli impianti termici e quindi dei terminali
di emissione, rispettivamente di 60°C per terminali ad alta temperatura e di 35°C per
quelli a bassa temperatura, riferite ad involucri previsti per gli anni 2006 e 2010.
5) Considerare le temperature di funzionamento degli impianti termici e quindi dei terminali
di emissione, rispettivamente di 70°C per terminali ad alta temperatura e di 42,5°C per
quelli a bassa temperatura, riferite ad involucri previsti per gli anni ‘60 e ‘30.
6) Valutare l’incidenza dell’integrazione della produzione di acqua calda sanitaria (A.C.S.)
con impianto solare termico, solo per le nuove installazioni (edificio 2010). In accordo
con Assotermica si sono decise le seguenti configurazioni impiantistiche: per impianto
centralizzato due accumuli, uno lato solare, uno lato caldaia (sia tradizionale, che a
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condensazione), mentre per quello autonomo un accumulo centrale e rilancio sui singoli
accumulatori da 80 litri integrati nelle caldaie a condensazione.
7) Simulare il comportamento dei sistemi analizzati in conformità alla norma UNI TS 11300.
In particolare è stato valutato il rendimento in:
a) Regime di funzionamento continuo (solo per edificio rappresentativo dell’anno 2010),
utilizzando i valori di temperatura esterna media mensile desunti dalla norma UNI
10349.
b) Regime di funzionamento intermittente, utilizzando profili di temperatura esterna e di
radiazione solare quarto d’ora per quarto d’ora. Per migliorare l’accuratezza dei
risultati è stata calcolata la temperatura dell’aria ambiente durante lo spegnimento
notturno dell’impianto, per la conseguente valutazione del fabbisogno di energia
termica necessario per ripristinare le condizioni di temperatura interna di progetto
all’accensione dell’impianto. L’andamento della temperatura interna è stato stimato
con il metodo delle differenze finite.
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CARATTERISTICHE DELL’EDIFICIO
L’edificio ad uso abitativo è costituito da dodici appartamenti distribuiti su tre piani. Ogni
appartamento si compone di:
-
Soggiorno/Cucina di 28 m2;
Camera letto di 19 m2;
Bagno di 9,5 m2;
Disimpegno di 3,5 m2;
2 Balconi rispettivamente di 5,5 m2 e 15,5 m².
Ne risulta una configurazione caratterizzata da:
-
Superficie utile di: 60 m2;
Superficie lorda di 70 m2;
Volume netto di 162 m3;
Volume lordo di 189 m3.
Per l’intera struttura si ha quindi:
-
Superficie utile di 720 m2;
Superficie lorda di 840 m2;
Superficie disperdente di 1556 m2;
Volume netto di 1944 m3;
Volume lordo di 2824 m3;
Rapporto S/V di 0,55.
L’edificio si trova in zona climatica E: il periodo di funzionamento dell’impianto di
riscaldamento è quindi compreso tra il 15 ottobre e il 15 aprile.
La zona per il rimessaggio delle vetture è stata ricavata in due piani interrati raggiungibili
internamente ed esternamente mediante due rampe indipendenti. La struttura è in cemento armato,
con presenza nella parte superiore di un sottotetto con altezza media di 2 m. Per maggior chiarezza
si riportano le seguenti immagini rappresentative dell’edificio.
1
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Fig. 1.1 – Vista frontale dell’edificio.
Fig. 1.2 – Prima rampa ingresso autorimesse.
2
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Fig. 1.3 – Seconda rampa ingresso autorimesse.
Al solo scopo di supportare la relazione tecnica, vengono inoltre allegati i seguenti elementi
tipologici:
-
ALLEGATO 1-2: piante di ciascun piano dell’edificio con orientamento e indicazione
d’uso prevalente dei singoli locali.
ALLEGATO 3: stratigrafia dettagliata delle strutture per edificio di nuova costruzione,
rappresentativo di costruzioni tipiche dell’anno 2010. Le caratteristiche tecniche e
stratigrafiche riportate nel secondo capitolo differiscono leggermente da quanto riportato
in allegato, senza comunque influire sui valori di trasmittanza termica e di capacità
termica della struttura.
3
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2
INVOLUCRO DI NUOVA COSTRUZIONE (NORMATIVA 2010)
2.1
Stratigrafia e trasmittanza delle strutture disperdenti
Al fine di ottenere valori di trasmittanza termica inferiori a quelli limite (ad esempio UK =
0,34 [W/m²K] per le pareti esterne verticali), in ottemperanza a quanto prescritto dall’allegato C del
D. Lgs. 311, sono stati considerati componenti con le seguenti caratteristiche.
2.1.1
Caratteristiche tecniche e stratigrafiche dei componenti opachi verticali:
Parete perimetrale esterna
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
Resistenza superficiale esterna
0,04
Intonaco calce e cemento
0,005
0,9
0,006
Polistirene espanso estruso
0,07
0,034
2,059
Muratura in Poroton
0,25
0,358
0,698
Muratura in mattoni
0,08
0,247
0,324
0,015
0,9
0,017
Resistenza superficiale interna
0,13
Totale
3,27
Tab. 2.1 – Stratigrafia e caratteristiche tecniche parete perimetrale esterna.
UK[W/m²K]
0,31
Parete vano scala
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,13
0,015
0,9
0,017
Muratura in mattoni
0,15
0,297
0,505
0,06
0,034
1,765
Muratura in mattoni
0,15
0,297
0,505
0,015
0,9
0,017
0,13
Totale
3,07
Tab. 2.2 – Stratigrafia e caratteristiche tecniche parete vano scala.
UK[W/m²K]
0,33
4
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Parete divisoria alloggi
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,13
0,015
0,9
0,017
Muratura in mattoni
0,15
0,297
0,505
Fibre minerali (pannelli rigidi)
0,02
0,038
0,526
Muratura in mattoni
0,15
0,297
0,505
0,015
0,9
0,017
0,13
Totale
1,83
Tab. 2.3 – Stratigrafia e caratteristiche tecniche parete divisoria alloggi.
2.1.2
0,55
Caratteristiche tecniche e stratigrafiche dei componenti opachi orizzontali:
Solaio interpiano (flusso discendente)
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,17
0,015
0,9
0,017
Soletta in laterizio
0,24
0,535
0,449
CLS argilla espansa
0,04
0,31
0,129
0,01
0,038
0,263
CLS cellulare
0,05
0,19
0,263
Sottofondo sabbia-cemento
0,03
1,4
0,021
Pavimento in ceramica
0,015
1,163
0,013
0,17
0,67
Totale
1,49
Tab. 2.4 – Stratigrafia e caratteristiche tecniche solaio interpiano (flusso discendente).
Solaio interpiano (flusso acendente)
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,10
0,015
1,163
0,013
0,03
1,4
0,021
CLS cellulare
0,05
0,19
0,263
0,01
0,038
0,263
CLS argilla espansa
0,04
0,31
0,129
0,24
0,535
0,449
0,015
0,9
0,017
0,10
0,74
Totale
1,35
Tab. 2.5 – Stratigrafia e caratteristiche tecniche solaio interpiano (flusso ascendente).
5
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Solaio piano terra (flusso discendente)
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,04
0,24
0,535
0,449
CLS argilla espansa
0,04
0,31
0,129
0,08
0,038
2,105
CLS cellulare
0,05
0,19
0,263
0,03
1,4
0,021
0,015
1,163
0,013
0,17
Totale
3,19
0,31
Tab. 2.6 – Stratigrafia e caratteristiche tecniche solaio piano terra (flusso discendente).
Copertura
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,04
Rivestimento con coppi
0,005
1
0,005
CLS
0,06
1,61
0,037
Intercapedine d’aria
1,5
5,56
0,270
CLS
0,04
1,48
0,027
0,08
0,034
2,353
0,24
0,535
0,449
0,015
0,9
0,017
0,10
Totale
3,30
Tab. 2.7 – Stratigrafia e caratteristiche tecniche copertura.
2.1.3
UK[W/m²K]
0,30
Caratteristiche tecniche e stratigrafiche degli infissi:
Porta blindata
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,13
Abete
0,02
0,12
0,167
Acciaio inossidabile
0,002
17
0,0001
0,03
0,038
0,789
Abete
0,02
0,12
0,167
0,13
Totale
1,38
Tab. 2.8 – Stratigrafia e caratteristiche porta blindata.
UK[W/m²K]
0,72
6
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Componente vetrato: vetrocamera 6/7 – 15 - 6/7
Composizione
s [m]
[kg/m3]
Vetro
0,006
2500
0,015
1,23
Vetro
0,006
2500
Tab. 2.9 – Stratigrafia e caratteristiche componente vetrato.
c [kJ/kgK]
0,75
1,008
0,75
Per il calcolo della trasmittanza termica dei componenti vetrati, si fa riferimento a quanto
riportato nella UNI EN ISO 10077.
Ag [m²]
1,3
Finestra bagno e camera
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,38
7,2
1,2
2,035
0,06
Tab. 2.10 – Trasmittanza termica finestra bagno e camera.
Uw [W/m²K]
1,65
Ag [m²]
4,4
Portafinestra salotto 2 ante
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,66
12,8
1,2
2,035
0,06
Tab. 2.11 – Trasmittanza termica portafinestra salotto 2 ante.
Uw [W/m²K]
1,46
Ag [m²]
1,53
Portafinestra salotto 1 anta
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,3
5,8
1,2
2,035
0,06
Tab. 2.12 – Trasmittanza termica portafinestra salotto 1 anta.
Uw [W/m²K]
1,53
Ag [m²]
2,2
Portafinestra camera
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,56
10,8
1,2
2,035
0,06
Tab. 2.13 – Trasmittanza termica portafinestra camera.
Uw [W/m²K]
1,60
dove:
- Ag area della vetrata;
- Af area del telaio;
- Ig perimetro totale della vetrata;
- Ug trasmittanza termica della vetrata;
- Uf trasmittanza termica del telaio;
- Ψg trasmittanza termica lineare.
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3
ANALISI IN REGIME DI FUNZIONAMENTO CONTINUO PER
IMPAINTO IN INVOLUCRO DI NUOVA COSTRUZIONE
Solo per la tipologia d’involucro rappresentativa dell’anno 2010, vengono calcolati la
dispersione termica di progetto, i fabbisogni per riscaldamento ed i relativi rendimenti dell’impianto
termico in regime di funzionamento continuo, ovvero temperatura interna mantenuta costante per
tutta la durata del periodo di attivazione dell’impianto di riscaldamento.
3.1
Calcolo dispersione termica di progetto
Per il calcolo della dispersione termica di progetto, utilizzata per il dimensionamento
dell’impianto di riscaldamento, si fa riferimento alla norma UNI 12831, utilizzando una temperatura
esterna di progetto di -6°C. La dispersione termica risultante è pari a:
 picco   T  V
[3 .1]
dove:
- T dispersione termica di progetto per trasmissione;
- V dispersione termica di progetto per ventilazione.
3.2
Calcolo fabbisogni di energia termica per riscaldamento e produzione di
acqua calda sanitaria (A.C.S.)
Il calcolo dei fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e la produzione di A.C.S. è
stato effettuato in conformità alla norma UNI TS 11300.
I fabbisogni per il riscaldamento sono stati valutati mensilmente, utilizzando i valori di
temperatura esterna media mensile riportati nella norma UNI 10349 ed il consumo di acqua calda
sanitaria è stato ripartito uniformemente durante ogni mese.
3.3
Valutazione rendimenti degli impianti termici
Utilizzando il metodo analitico esposto nell’appendice B della norma UNI TS 11300, si
valutano i rendimenti di diverse tipologie d’impianto termico autonomo e centralizzato. Tale
metodo, noti i fabbisogni di energia termica da fornire al fluido termovettore e i dati tecnici del
generatore, si basa su un bilancio energetico, come riportato in figura:
8
16-10-2009
Fig. 3.1 – Bilancio energetico del sottosistema di generazione.
Ogni impianto analizzato è destinato a soddisfare i fabbisogni per il riscaldamento in regime
continuo e per la produzione di acqua calda sanitaria. Per ogni tipologia impiantistica si stimano:
-
Rendimento termico utile tu: rapporto tra l’energia termica utile fornita dal generatore e il
relativo fabbisogno di energia primaria, è indice dell’efficienza del generatore di calore.
 tu 
Q gn ,out  Q aux , af , rh
Q gn ,in
[3 .2 ]
dove:
- Qgn,out è l’energia termica in uscita dal generatore;
- Qaux,af,rh è l’energia termica recuperata dagli ausiliari posti dopo il bruciatore;
- Qgn,in è l’energia primaria del combustibile in ingresso al generatore.
-
Rendimento di produzione p: rapporto tra l’energia termica fornita dal generatore e il
relativo fabbisogno di energia primaria (Qtot), considera il consumo di energia primaria
degli ausiliari (Qaux,in), per il quale è stato usato un rendimento del sistema elettrico
nazionale sen pari a 0,411.
p 
1
Q gn ,out
Q gn ,in  Q aux ,in

Q gn ,out
Q gn ,in  Q aux  sen
[ 3 . 3]
Decreto Regione Lombardia 15833 del 13/12/2007 “Aggiornamento della procedura di calcolo per predisporre
l’attestato di certificazione energetica degli edifici, previsto con DGR 5018/2007 e successive modifiche e
integrazioni”, pag. 28, relazione [45].
9
16-10-2009
dove:
- Qtot = Qgn,in + Qaux,in
- Qaux è l’energia elettrica necessaria al funzionamento degli ausiliari.
-
Rendimento globale g: rapporto tra il fabbisogno termico utile ideale coperto dal
generatore (Qh,gn) e il fabbisogno di energia primaria del generatore (Qtot), è indice
dell’efficienza dell’impianto (considera la qualità dei sottosistemi di generazione,
emissione, regolazione, distribuzione, erogazione ed accumulo).
Nel funzionamento in solo riscaldamento è pari a:
g 
dove:
-
Q gn , out
Q tot
  e   rg   d
[3 .4 ]
Qh,gn = Qgn,out . e . rg . d ;
e rendimento di emissione;
rg rendimento di regolazione;
d rendimento di distribuzione.
Nel funzionamento in sola produzione A.C.S. è pari a:
g 
dove:
-
Q gn , out
Q tot
  er   dACS   s
[3 .5 ]
Qh,gn = Qgn,out . er . dACS . s ;
er rendimento di erogazione;
dACS rendimento di distribuzione A.C.S.;
s rendimento di accumulo.
In conformità alla norma UNI TS 11300 appendice B, si assume che la potenza in uscita dal
generatore sia identica al fabbisogno termico dell’utenza.
10
16-10-2009
3.4
Impianti autonomi
La prima tipologia impiantistica analizzata è quella di impianto autonomo, ovvero singola
unità abitativa servita da un sistema con proprio generatore di calore. In modo particolare si
analizzano impianti autonomi al variare della tipologia di generatore (tradizionale e a
condensazione) e della tipologia di emettitore (alta e bassa temperatura), mentre la logica di
gestione rimane la medesima (temperatura di mandata variabile con sonda climatica esterna).
Negli impianti con terminali a bassa temperatura è presente un separatore idraulico e quindi
una pompa di rilancio al secondario: data la logica di gestione con sonda climatica esterna, la
pompa a bordo caldaia è in funzione solo quando lo è il generatore, mentre quella di rilancio è
sempre attiva. Negli impianti con terminali ad alta temperatura, invece, non c’è disgiunzione
idraulica tra il circuito caldaia e quello dell’impianto di riscaldamento e la pompa a bordo caldaia è
sempre in funzione.
Per quanto riguarda la produzione di A.C.S., le caldaie prese in considerazione sono
istantanee, con scambiatore a piastre integrato nel generatore.
3.4.1
Influenza dell’esposizione sui rendimenti e i fabbisogni per il riscaldamento ambiente
Il fabbricato è composto da 12 appartamenti con diverse esposizioni e superfici disperdenti.
Questo non influisce sui fabbisogni di energia termica per la produzione di acqua calda sanitaria,
ma incide su quelli per il riscaldamento ambiente e quindi anche sui relativi rendimenti. Per questo
motivo, prima di valutare i rendimenti delle diverse tipologie d’impianto termico, considerando sia i
fabbisogni per il riscaldamento, che quelli per la produzione di A.C.S., si conduce uno studio
sull’influenza dell’esposizione di un appartamento sia sui fabbisogni, che sui rendimenti. In
particolare si considerano 3 appartamenti:
-
appartamento con esposizione Nord-Est posto all’ultimo piano;
appartamento con esposizione Sud-Ovest posto al piano intermedio;
appartamento tipo, caratterizzato da dispersioni e fabbisogni dati dalla media tra le
dispersioni e i fabbisogni di tutti gli appartamenti del fabbricato.
Per ogni esposizione, considerando i soli fabbisogni di energia termica per il riscaldamento, si
valuta il rendimento termico utile, di produzione e globale per le seguenti tipologie d’impianto
termico:
-
impianto autonomo con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura;
impianto autonomo con caldaia a condensazione e terminali ad alta temperatura;
impianto autonomo con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura;
impianto autonomo con caldaia a condensazione e terminali a bassa temperatura.
11
16-10-2009
Per rendere la trattazione più schematica non si riportano le tabelle con i dati dell’impianto e
del generatore, che vengono comunque esposte nei paragrafi dedicati a ciascuna tipologia
impiantistica analizzata, ma si riportano i risultati in grafici riassuntivi. Utilizzando terminali di
emissione ad alta temperatura, al variare dell’esposizione e della tipologia di generatore, si
ottengono i seguenti valori dei rendimenti:
1,00
0,95
0,90
Rendimento termico utile
0,85
Rendimento di produzione
0,80
Rendimento globale
0,75
0,70
0,65
Nord
Sud
Medio
TRADIZIONALE
Nord
Sud
Medio
CONDENSAZIONE
Graf. 3.1 – Influenza dell’esposizione sui rendimenti con terminali di emissione ad alta temperatura.
Dal grafico emerge come, a pari tipologia di generatore, i valori del rendimento termico utile
rimangano circa costanti2 al variare dell’esposizione: infatti gli impianti termici sono eserciti agli
stessi livelli di temperatura (parametro di notevole influenza per il rendimento di un generatore).
Diversamente il rendimento di produzione è variabile con l’esposizione: è interessante notare
come gli impianti con maggior fabbisogno di energia termica (esposizione Nord) presentino valori
più elevati di questo rendimento. Per esposizioni differenti il fabbisogno di energia primaria
necessaria al funzionamento degli ausiliari rimane costante, dal momento che la pompa di
circolazione è sempre in funzione (grafico 3.2), mentre il fabbisogno di energia primaria del
generatore aumenta proporzionalmente al fabbisogno di energia termica da fornire al fluido
termovettore (valori del rendimento termico utile costanti). Con riferimento alla formula [3.3] è
evidente che, per ridotti fabbisogni di energia termica (esposizione Sud), il peso del consumo degli
ausiliari è sempre più rilevante, andando a penalizzare fortemente il rendimento di produzione
dell’impianto.
Il rendimento globale rispecchia l’andamento di quello di produzione, che si ottiene
moltiplicando quest’ultimo per i rendimenti di emissione, regolazione e distribuzione, che con
terminali di emissione ad alta temperatura rimangono costanti al variare dell’esposizione.
2
In conformità al metodo di calcolo previsto dalla UNI TS 11300, si ottengono lievi differenze nel rendimento termico
utile dovute alla diversa incidenza delle perdite all’involucro.
12
16-10-2009
3000
2500
[kWh]
2000
Fabbisogno totale Qtot
1500
Fabbisogno generatore Qgn,in
Fabbisogno ausiliari Qaux,in
1000
500
0
Nord
Sud
Medio
TRADIZIONALE
Nord
Sud
Medio
CONDENSAZIONE
Graf. 3.2 – Influenza dell’esposizione sui fabbisogni di energia primaria (espressi in kWh) con terminali di
emissione ad alta temperatura.
Gli appartamenti con esposizione Sud, anche se presentano valori inferiori di rendimento
globale, richiedono fabbisogni di energia primaria per il riscaldamento notevolmente inferiori a
quelli degli appartamenti con esposizione Nord.
Utilizzando terminali di emissione a bassa temperatura si ottengono i seguenti risultati:
1,10
1,05
1,00
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
0,70
0,65
0,60
Rendimento globale
Nord
Sud
Medio
TRADIZIONALE
Nord
Sud
Medio
CONDENSAZIONE
Graf. 3.3 – Influenza dell’esposizione sui rendimenti con terminali di emissione a bassa temperatura.
13
16-10-2009
3500
3000
[kWh]
2500
2000
1500
1000
500
0
Nord
Sud
Medio
TRADIZIONALE
Nord
Sud
Medio
CONDENSAZIONE
Graf. 3.4 – Influenza dell’esposizione sui fabbisogni di energia primaria (espressi in kWh) con terminali di
emissione a bassa temperatura.
Come per impianti con terminali di emissione ad alta temperatura, a pari tipologia di
generatore i valori di rendimento termico utile non variano con l’esposizione. Il consumo di energia
primaria necessario al funzionamento degli ausiliari rimane circa costante al variare
dell’esposizione (pompa di rilancio sempre in funzione, circolatore a bordo caldaia in moto solo
quando lo è il generatore) e questo influisce negativamente sui valori di rendimento di produzione
degli appartamenti che richiedono minori fabbisogni di energia termica per il riscaldamento.
Rispetto al caso con terminali ad alta temperatura, l’influenza del consumo degli ausiliari è più
marcata a causa del maggior assorbimento della pompa lato riscaldamento (rispetto ai radiatori si
dimezza il T di dimensionamento e quindi la portata raddoppia).
I terminali di emissione a bassa temperatura annegati a pavimento sono caratterizzati da
perdite di energia termica verso il locale sottostante pari al 10 % dell’energia termica fornita. A
seconda della collocazione dell’appartamento il valore del rendimento di distribuzione cambia: in
particolare gli appartamenti al primo e secondo piano hanno perdite minori poiché disperdono verso
il basso, ma ricevono un contributo dai locali sovrastanti, cosa che per gli appartamenti all’ultimo
piano non accade. Ne consegue che l’appartamento con esposizione Nord collocato all’ultimo piano
presenta perdite di distribuzione maggiori e quindi aumenta la differenza tra il rendimento di
produzione e quello globale3. Dall’analisi effettuata emerge che per gli impianti autonomi esiste una
certa influenza sulle prestazioni energetiche sia in funzione della disposizione (Nord, Est, Sud,
Ovest), che della collocazione (piano).
Nel seguito, per il calcolo dei rendimenti degli impianti autonomi, considerando sia i
fabbisogni di energia termica per il riscaldamento, che quelli per la produzione di A.C.S., ci si
riferisce all’appartamento rappresentativo della media del condominio.
3
Per gli appartamenti collocati all’ultimo piano il rendimento di distribuzione è pari a 0,9, per quelli al primo e secondo
piano si ipotizza un valore di rendimento pari a 1 (perdite uguali al contributo degli appartamenti sovrastanti), mentre
per l’appartamento rappresentativo della media del condominio si assume un valore di rendimento di distribuzione pari
alla media dei rendimenti di tutti gli appartamenti (d = 0,97).
14
16-10-2009
3.4.2
Impianto autonomo con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura
Dati impianto e generatore di calore
Potenza termica al focolare a carico nominale
Potenza termica utile a carico nominale
Potenza termica al focolare a carico minimo
Potenza termica utile a carico minimo
Assorbimento elettrico a carico nominale bruciatore + ventilatore
Assorbimento elettrico a carico minimo bruciatore + ventilatore
Assorbimento elettrico pompa a bordo caldaia
Perdite al camino a bruciatore acceso a carico nominale
Perdite al camino a bruciatore acceso a carico minimo
Perdite al camino a bruciatore spento
Perdite al mantello
Emissioni di CO a potenza nominale
Emissioni di CO a potenza minima
Emissioni di NOx a potenza nominale
25,9
24
10,7
9,3
41
38
40
6,4
12,1
0,02
0,7
66
89
265
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
Emissioni di NOx a potenza minima
176
[mg/kWh]
Dispersione termica di progetto (Test,prog=-6°C)
3368
[W]
Temperatura di mandata di progetto
65
[°C]
Temperatura di ritorno di progetto
55
[°C]
Rendimento di emissione e
0,97
[-]
Rendimento di regolazione rg
0,98
[-]
Rendimento di distribuzione d
0,99
[-]
Produzione A.C.S.
Istantanea
Consumo giornaliero (TA.C.S.=45°C)
108
[l/giorno]
Rendimento di erogazione A.C.S. er
0,95
[-]
Rendimento di distribuzione A.C.S. dACS
Tab. 3.1 – Dati utilizzati per la simulazione.
0,96
[-]
Risultati della simulazione
tu
p 
Riscaldamento
0,912
0,783
Produzione A.C.S.
0,925
0,919
Riscaldamento + Produzione A.C.S.
0,919
0,843
Tab. 3.2 – Risultati della simulazione.
g 
0,732
0,838
0,779
15
16-10-2009
0,95
0,90
0,85
0,80
Rendimento di produione
Rendimento globale
0,75
0,70
0,65
Riscaldamento
Produzione A.C.S. Riscaldamento +
Produzione A.C.S.
Graf. 3.5 – Valori dei rendimenti dell’impianto.
Dal grafico è evidente il peso del consumo degli ausiliari nel funzionamento in riscaldamento,
infatti la differenza tra rendimento termico utile e quello di produzione è elevata. Durante la
produzione di A.C.S., in cui il circolatore è in funzione solo quando lo è il generatore, il consumo di
energia primaria degli ausiliari è irrilevante, infatti i valori di tu ed p sono quasi uguali.
16
16-10-2009
3.4.3
Impianto autonomo con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura
Assorbimento elettrico pompa circuito riscaldamento
Perdite al mantello
25,9
24
10,7
9,3
41
38
40
65
6,4
12,1
0,02
0,7
66
89
265
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
176
[mg/kWh]
3368
[W]
37,5
[°C]
32,5
[°C]
0,98
[-]
0,97
[-]
0,97
[-]
Produzione A.C.S.
Istantanea
108
[l/giorno]
0,95
[-]
0,96
[-]
tu
p 
Riscaldamento
0,924
0,724
Produzione A.C.S.
0,925
0,919
0,925
0,805
g 
0,665
0,838
0,737
17
16-10-2009
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
Rendimento globale
0,70
0,65
0,60
Riscaldamento
Produzione A.C.S.
Rispetto alla soluzione con terminali di emissione ad alta temperatura, l’utilizzo di quelli a
bassa temperatura da un lato aumenta il rendimento termico utile (minori perdite termiche),
dall’altro influisce negativamente sul rendimento di produzione (maggior assorbimento elettrico
degli ausiliari, dovuto ad una maggior portata circolante) e su quello globale (perdite di
distribuzione più elevate). Il funzionamento in produzione di acqua calda sanitaria rimane invariato
rispetto al caso precedente.
18
16-10-2009
3.4.4
Impianto autonomo con caldaia a condensazione e terminali ad alta temperatura
Perdite al mantello
Tenore di ossigeno nei fumi a potenza nominale
Tenore di ossigeno nei fumi a potenza minima
T fumi acqua a potenza nominale (TR=60°C)
24,9
24
5
4,7
43
23,6
45
2
1,7
0,15
0,7
4,17
5,07
19
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[°C]
T fumi acqua a potenza minima (TR=60°C)
8
[°C]
29
[°C]
17
[°C]
208
[mg/kWh]
5
[mg/kWh]
35
[mg/kWh]
16
[mg/kWh]
3368
[W]
65
[°C]
55
[°C]
0,97
[-]
0,98
[-]
Produzione A.C.S.
0,99
[-]
Istantanea
108
[l/giorno]
0,95
[-]
0,96
[-]
tu
p 
Riscaldamento
0,981
0,811
Produzione A.C.S.
0,922
0,915
0,95
0,858
g 
0,759
0,835
0,793
19
16-10-2009
1,00
0,95
0,90
0,85
Rendimento globale
0,80
0,75
0,70
Riscaldamento
Produzione A.C.S.
Il grafico evidenzia valori di rendimento termico utile più elevati nel funzionamento in
riscaldamento, che nella produzione di acqua calda sanitaria. Questo è dovuto alla gestione
dell’impianto con sonda climatica esterna, che in alcuni periodi dell’anno permette di ottenere
temperature di mandata tali da consentire il recupero del calore di transizione di fase del vapore
contenuto nei fumi, con conseguente aumento del rendimento termico utile.
Anche con questa tipologia di generatori, nel funzionamento in riscaldamento il consumo
elettrico degli ausiliari fa decadere il rendimento di produzione.
20
16-10-2009
3.4.5
Impianto autonomo con caldaia a condensazione e terminali a bassa temperatura
Perdite al mantello
24,9
24
5
4,7
43
23,6
45
70
2
1,7
0,15
0,7
4,17
5,07
19
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[°C]
8
[°C]
29
[°C]
17
[°C]
208
[mg/kWh]
5
[mg/kWh]
35
[mg/kWh]
16
[mg/kWh]
3368
[W]
37,5
[°C]
32,5
[°C]
0,98
[-]
0,97
[-]
Produzione A.C.S.
0,97
[-]
Istantanea
108
[l/giorno]
0,95
[-]
0,96
[-]
tu
p 
Riscaldamento
1,052
0,768
Produzione A.C.S.
0,922
0,915
0,982
0,832
g 
0,706
0,835
0,761
21
16-10-2009
1,10
1,05
1,00
0,95
0,90
0,85
Rendimento globale
0,80
0,75
0,70
0,65
Riscaldamento
Produzione A.C.S.
Nel funzionamento in riscaldamento è evidente come l’utilizzo di terminali a bassa
temperatura favorisca la condensazione dei prodotti della combustione: risulta che il rendimento
termico utile, riferito per errata, ma consolidata, convenzione commerciale al potere calorifico
inferiore, presenta valori superiori all’unità.
L’energia primaria necessaria al funzionamento degli ausiliari è sempre rilevante nella
determinazione del rendimento globale dell’impianto.
22
16-10-2009
3.4.6
Confronto tra le diverse soluzioni di impianto autonomo
Per valutare quale sia la soluzione di impianto autonomo energeticamente più efficiente si
confrontano tra loro i rendimenti delle soluzioni analizzate, considerando sia i fabbisogni per il
riscaldamento, che quelli per la produzione di A.C.S..
Rendimenti impianto
tu
p 
g 
Tradizionale alta temperatura
0,919
0,843
0,779
Tradizionale bassa temperatura
0,925
0,805
0,737
Condensazione alta temperatura
0,95
0,858
0,793
Condensazione bassa temperatura
0,982
0,832
0,761
Tab. 3.9 – Valori dei rendimenti degli impianti autonomi (riscaldamento + produzione A.C.S.).
1,00
0,95
0,90
0,85
0,80
Rendimento globale
0,75
0,70
0,65
Tradizionale Tradizionale Condensaz.
alta T
bassa T
alta T
Condensaz.
bassa T
Graf. 3.9 – Valori dei rendimenti degli impianti autonomi (riscaldamento + produzione A.C.S.).
Impianti alimentati da generatori a condensazione presentano rendimenti più elevati, dal
momento che rispetto alle caldaie tradizionali, consentono il recupero del calore di transizione di
fase del vapore contenuto nei fumi.
L’utilizzo di terminali a bassa temperatura da un lato aumenta il rendimento termico utile
(soprattutto se abbinati con caldaia a condensazione), dall’altro penalizza il rendimento di
produzione (maggiori assorbimenti elettrici degli ausiliari) e quello globale (perdite di distribuzione
più elevate). Terminali ad alta temperatura, al contrario, riducono il valore del rendimento termico
utile, ma richiedono minori assorbimenti elettrici del circolatore e presentano minori perdite di
distribuzione, andando a favorire l’impianto per quanto riguarda i rendimenti di produzione e
globale.
Negli impianti autonomi il consumo di energia primaria necessaria al funzionamento degli
ausiliari è molto rilevante al punto che, gli impianti autonomi che utilizzano terminali di emissione
ad alta temperatura, nonostante tu inferiori rispetto agli impianti con terminali a bassa temperatura,
sono energeticamente più efficienti.
23
16-10-2009
3.5
Impianti centralizzati
La seconda tipologia impiantistica analizzata è quella di impianto centralizzato, sistema
destinato a servire più unità immobiliari in un unico edificio. Come per l’impianto autonomo si
valutano i rendimenti degli impianti al variare della tipologia di generatore (tradizionale e
condensazione) e della tipologia di emettitore (alta e bassa temperatura), mentre la logica di
gestione rimane la medesima (sonda climatica esterna). Su specifica indicazione del committente,
sia con terminali ad alta temperatura, che con quelli a bassa, è presente un separatore idraulico: la
pompa lato riscaldamento è sempre in funzione, mentre quella lato caldaia è attiva solo quando lo è
il generatore. La produzione di A.C.S. avviene caricando un accumulo centrale di capacità di 700
litri, mantenuto alla temperatura di 60°C per evitare il proliferarsi della legionella. All’ingresso di
ogni appartamento è presente un contabilizzatore di calore, per suddividere le spese in base ai
consumi effettivi.
3.5.1
Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura
Assorbimento elettrico pompa caldaia
Assorbimento elettrico pompa carico bollitore
Assorbimento elettrico pompa ricircolo
Perdite al mantello
69
62,2
35
31,6
70
70
80
168
50
62
7,8
11
0,04
0,7
6,9
3,6
190,2
155
40418
65
55
0,97
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
[W]
[°C]
[°C]
[-]
0,98
[-]
Produzione A.C.S.
0,97
[-]
Bollitore
1296 [l/giorno]
0,95
[-]
0,93
[-]
Rendimento di accumulo A.C.S. s
0,97
[-]
24
16-10-2009
tu
p 
Riscaldamento
0,906
0,850
Produzione A.C.S.
0,901
0,845
0,903
0,848
g 
0,781
0,689
0,735
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
Rendimento globale
0,70
0,65
0,60
Riscaldamento
Produzione A.C.S.
La pompa di circolazione del circuito di riscaldamento è a giri variabili con una buona
efficienza: questo comporta che, nonostante sia in funzione per tutto il tempo di attivazione del
riscaldamento, il consumo di energia primaria necessaria al suo funzionamento non produce elevate
differenze tra il rendimento termico utile e quello di produzione (peso non rilevante del consumo
degli ausiliari). Nel funzionamento in riscaldamento la maggior inefficienza è legata alle perdite
termiche della rete di distribuzione del fluido termovettore (grande differenza tra p ed g).
La produzione centralizzata di A.C.S. prevede la realizzazione della tubazione di ricircolo
(per ridurre i tempi di attesa dell’acqua calda delle utenze più lontane), il che comporta la presenza
di una pompa per mantenere in circolazione il fluido termovettore: nella produzione di A.C.S.
l’influenza di questo ausiliario è sensibile, tanto che la differenza tra tu ed p è dello stesso ordine
di grandezza di quella del funzionamento in riscaldamento. Le elevate perdite termiche della
tubazione di ricircolo, della rete di distribuzione e dell’accumulo centrale mantenuto in temperatura
fanno sì che il rendimento globale dell’impianto in produzione di A.C.S. sia scadente.
25
16-10-2009
3.5.2
Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura
Perdite al mantello
69
62,2
35
31,6
70
70
80
308
50
62
7,8
11
0,04
0,7
6,9
3,6
190,2
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
155
[mg/kWh]
40418
[W]
37,5
[°C]
32,5
[°C]
0,98
[-]
0,97
[-]
0,95
[-]
Produzione A.C.S.
Bollitore
1296
[l/giorno]
0,95
[-]
0,93
[-]
Rendimento di accumulo A.C.S. s
0,97
[-]
tu
p 
Riscaldamento
0,92
0,826
Produzione A.C.S.
0,901
0,845
0,91
0,836
g 
0,75
0,689
0,72
26
16-10-2009
0,95
0,90
0,85
0,80
0,75
Rendimento globale
0,70
0,65
0,60
Riscaldamento
Produzione A.C.S.
L’utilizzo di terminali a bassa temperatura comporta minori perdite di energia termica del
generatore, ma allo stesso tempo maggior assorbimento elettrico del circolatore ed elevate perdite
della rete di distribuzione. Nel complesso la soluzione con terminali di emissione a bassa
temperatura presenta rendimento globale inferiore rispetto a quella con terminali ad alta
temperatura.
27
16-10-2009
3.5.3
Impianto centralizzato con caldaia a condensazione e terminali ad alta temperatura
Perdite al mantello
74,6
72,6
18,5
18,1
72
36
80
168
50
62
2,3
1,7
0,01
0,4
4,89
5,46
15
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[°C]
6
[°C]
25
[°C]
13
[°C]
182
[mg/kWh]
7
[mg/kWh]
53
[mg/kWh]
28
[mg/kWh]
40418
[W]
65
[°C]
55
[°C]
0,97
[-]
0,98
[-]
Produzione A.C.S.
0,97
[-]
Bollitore
1296
[l/giorno]
0,95
[-]
0,93
[-]
Rendimento di accumulo s
0,97
[-]
tu
p 
Riscaldamento
0,986
0,915
Produzione A.C.S.
0,929
0,871
0,956
0,892
g 
0,841
0,711
0,773
28
16-10-2009
1,00
0,95
0,90
0,85
0,80
Rendimento globale
0,75
0,70
0,65
Riscaldamento
Produzione A.C.S.
L’installazione di un generatore a condensazione garantisce elevati valori di rendimento
termico utile nel funzionamento in riscaldamento. Come per gli impianti centralizzati alimentati da
generatore tradizionale, il consumo di energia primaria necessaria al funzionamento degli ausiliari
non è il fattore di perdita maggiore, rappresentato invece dall’energia termica dispersa dalla rete di
distribuzione e dall’accumulo di acqua calda sanitaria.
29
16-10-2009
3.5.4
Impianto centralizzato con caldaia a condensazione e terminali a bassa temperatura
Perdite al mantello
74,6
72,6
18,5
18,1
72
36
80
308
50
62
2,3
1,7
0,01
0,4
4,89
5,46
15
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[°C]
6
[°C]
25
[°C]
13
[°C]
182
[mg/kWh]
7
[mg/kWh]
53
[mg/kWh]
28
[mg/kWh]
40418
[W]
37,5
[°C]
32,5
[°C]
0,98
[-]
0,97
[-]
Produzione A.C.S.
0,95
[-]
Bollitore
1296
[l/giorno]
0,95
[-]
0,93
[-]
0,97
[-]
tu
p 
Riscaldamento
1,052
0,922
Produzione A.C.S.
0,929
0,871
0,984
0,895
g 
0,837
0,711
0,771
30
16-10-2009
1,10
1,05
1,00
0,95
0,90
0,85
Rendimento globale
0,80
0,75
0,70
0,65
Riscaldamento
Produzione A.C.S.
L’utilizzo del generatore a condensazione accoppiato a terminali a bassa temperatura
comporta valori di rendimento termico utile superiori all’unità (calcolato sulla base del potere
calorifico inferiore). In questa soluzione impiantistica, nel funzionamento in riscaldamento,
l’assorbimento elettrico degli ausiliari, aumentato per le maggiori portate, pesa di più rispetto alle
perdite della rete di distribuzione.
31
16-10-2009
3.5.5
Confronto tra le diverse soluzione di impianto centralizzato
Considerando sia i fabbisogni per il riscaldamento, che quelli per la produzione di A.C.S., si
confrontano le diverse soluzioni di impianto centralizzato per valutare quale sia la soluzione
energeticamente più efficiente.
Rendimenti impianto
tu
p 
g 
Tradizionale alta temperatura
0,903
0,848
0,735
Tradizionale bassa temperatura
0,91
0,836
0,72
Condensazione alta temperatura
0,956
0,892
0,773
Condensazione bassa temperatura
0,984
0,895
0,771
Tab. 3.18 – Valori dei rendimenti degli impianti centralizzati (riscaldamento + produzione A.C.S.).
1,00
0,95
0,90
0,85
0,80
Rendimento globale
0,75
0,70
0,65
Tradizionale Tradizionale Condensaz.
alta T
bassa T
alta T
Condensaz.
bassa T
Graf. 3.14 – Valori dei rendimenti degli impianti centralizzati (riscaldamento + produzione A.C.S.).
A parità di terminale di emissione impianti alimentati da generatore a condensazione
garantiscono una miglior efficienza.
L’utilizzo di terminali ad alta temperatura penalizza il rendimento termico utile del
generatore, ma grazie al minor assorbimento elettrico del circolatore e a perdite di distribuzione
comunque contenute, impianti con questa tipologia di terminale di emissione sono energeticamente
più efficienti di quelli che utilizzano terminali di emissione a bassa temperatura.
Per ridurre le inevitabili perdite termiche della rete di distribuzione e migliorare quindi
l’efficienza dell’impianto bisogna installare il generatore in una posizione favorevole, che
garantisca la minima estensione della rete di distribuzione e scegliere in maniera opportuna il
percorso delle tubazioni, in modo da poter recuperare parte delle perdite termiche per il
riscaldamento ambiente.
32
16-10-2009
3.6
Confronto impianti autonomi e centralizzati
Si confrontano le soluzioni di impianto autonomo e centralizzato a parità di terminale di
emissione, considerando sia i fabbisogni per il riscaldamento, che quelli per la produzione di acqua
calda sanitaria.
Il primo confronto effettuato è tra impianti con terminali ad alta temperatura. Il grafico 3.15
evidenzia come nell’autonomo la differenza fra rendimento termico utile e quello di produzione sia
più elevata a causa del maggior peso del consumo degli ausiliari, mentre nel centralizzato siano più
rilevanti le perdite della rete di distribuzione e dell’accumulo di A.C.S. (differenza tra rendimento
di produzione e rendimento globale).
1,00
0,95
0,90
0,85
Rendimento globale
0,80
0,75
0,70
Tradizionale
Condensazione
AUTONOMO
Tradizionale
Condensazione
CENTRALIZZATO
Graf. 3.15 – Confronto tra i rendimenti degli impianti autonomi e centralizzati con terminali di emissione ad alta
temperatura (riscaldamento + produzione A.C.S.).
I risultati appena illustrati sono confermati dai consumi di energia primaria riportati nel
grafico 3.16. Infatti nell’impianto centralizzato il fabbisogno di energia primaria necessario alla
conversione nel generatore è più elevato a causa delle perdite di energia termica della rete di
distribuzione e dell’accumulo, che richiedono al generatore maggior energia termica. Al contrario,
il fabbisogno di energia primaria necessario al funzionamento degli ausiliari è inferiore rispetto
all’autonomo, dato che la pompa installata è a giri variabili con una buona efficienza.
33
16-10-2009
4000
3500
[kWh]
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Tradizionale
Condensazione
AUTONOMO
Tradizionale
Condensazione
CENTRALIZZATO
Graf. 3.16 – Confronto tra i fabbisogni di energia primaria (espressi in kWh) degli impianti autonomi e
centralizzati con terminali di emissione ad alta temperatura (riscaldamento + produzione A.C.S.).
Dai grafici di cui sopra (3.15-16) si evince che con terminali ad alta temperatura l’impianto
autonomo risulta più efficiente del centralizzato. Le differenze tra impianto autonomo e
centralizzato in termini di energia primaria (e quindi di costo del combustibile) sono comunque
contenute.
Confrontando gli stessi impianti con terminali a bassa temperatura si ottengono i seguenti
risultati:
1,05
1,00
0,95
0,90
0,85
Rendimento globale
0,80
0,75
0,70
Tradizionale
Condensazione
AUTONOMO
Tradizionale
Condensazione
CENTRALIZZATO
Graf. 3.17 – Confronto tra i rendimenti degli impianti autonomi e centralizzati con terminali di emissione a
bassa temperatura (riscaldamento + produzione A.C.S.).
34
16-10-2009
4500
3750
[kWh]
3000
2250
1500
750
0
Tradizionale
Condensazione
AUTONOMO
Tradizionale
Condensazione
CENTRALIZZATO
Graf. 3.18 – Confronto tra i fabbisogni di energia primaria (espressi in kWh) degli impianti autonomi e
centralizzati con terminali di emissione a bassa temperatura (riscaldamento + produzione A.C.S.).
Terminali a bassa temperatura innalzano il rendimento termico utile dei generatori, ma allo
stesso tempo richiedono l’aumentano delle portate di fluido termovettore e quindi degli
assorbimenti della pompa. Poiché tali assorbimenti hanno notevole influenza nell’impianto
autonomo, risulta che la differenza tra rendimento termico utile e quello di produzione aumenta
rispetto alla soluzione con terminali ad alta temperatura.
Utilizzando terminali a bassa temperatura, con caldaia a condensazione l’impianto
centralizzato è leggermente più efficiente dell’autonomo, mentre nel caso tradizionale l’autonomo è
favorito. Questo è principalmente dovuto alla scarsa efficienza del generatore tradizionale
centralizzato.
35
16-10-2009
4
ANALISI IN REGIME DI FUNZIONAMENTO INTERMITTENTE PER
IMPIANTO IN INVOLUCRO DI NUOVA COSTRUZIONE
Per migliorare l’accuratezza dei risultati ottenuti, si ripete il calcolo dei rendimenti
considerando un regime di funzionamento intermittente dell’impianto termico (periodo di
attivazione dalle 7 alle 21, situazione più vicina alla realtà rispetto al regime di funzionamento
continuo). Si considera inoltre come base temporale di calcolo un intervallo di 15 minuti, anziché di
un mese. Per fare questo è stato sviluppato un modello in Matlab® che, dati opportuni profili di
temperatura e di radiazione solare, simula il comportamento dell’impianto quarto d’ora per quarto
d’ora.
A causa del regime di funzionamento intermittente, che prevede lo spegnimento notturno
dell’impianto, è stato necessario stimare la temperatura a cui si porta l’aria ambiente, per la
conseguente valutazione del fabbisogno di energia termica necessario per ripristinare le condizioni
di temperatura interna di progetto all’accensione dell’impianto. L’andamento della temperatura
interna è stato calcolato con il metodo delle differenze finite.
4.1
Per il calcolo della dispersione termica di progetto, utilizzata per il dimensionamento
dell’impianto di riscaldamento, si fa riferimento alla norma UNI 12831, utilizzando una temperatura
esterna di progetto di -6°C. La dispersione termica risultante è pari a:
 picco   T   V   RH
[ 4 .1]
dove:
- T dispersione termica di progetto per trasmissione;
- V dispersione termica di progetto per ventilazione;
- RH potenza di ripresa richiesta per compensare gli effetti del riscaldamento
intermittente dello spazio riscaldato.
4.2
Calcolo fabbisogni di energia termica per riscaldamento e produzione di
acqua calda sanitaria (A.C.S.)
La determinazione dei fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e la produzione di
A.C.S. è stato effettuato in conformità alla norma UNI TS 11300.
Il calcolo dei fabbisogni per il riscaldamento si esegue quarto d’ora per quarto d’ora. Nelle
figure sottostanti sono riportati i profili di temperatura esterna e di radiazione solare utilizzati
(estratti da TRNSYS®):
36
16-10-2009
Fig. 4.1 – Profili temperatura esterna.
Fig. 4.2 – Profili radiazione solare su superficie orizzontale.
37
16-10-2009
Fig. 4.3 – Profili radiazione solare su parete verticale esposta a Nord.
Fig. 4.4 – Profili radiazione solare su parete verticale esposta a Est.
38
16-10-2009
Fig. 4.5 – Profili radiazione solare su parete verticale esposta a Sud.
Fig. 4.6 – Profili radiazione solare su parete verticale esposta a Ovest.
39
16-10-2009
Per il consumo giornaliero di A.C.S. si introducono dei profili di carico (estratti da T-Sol®,
riportati rispettivamente in figura 4.7-8), sia per impianto autonomo, che centralizzato.
Fig. 4.7 – Andamento del consumo di A.C.S. per impianto autonomo.
Fig. 4.8 – Andamento del consumo di A.C.S. per impianto centralizzato.
40
16-10-2009
4.3
Analogamente a quanto fatto in regime di funzionamento continuo (vedi paragrafo 3.3), il
calcolo dei rendimenti per le diverse tipologie d’impianto autonomo e centralizzato viene effettuato
seguendo il metodo analitico esposto nell’appendice B della norma UNI TS 11300.
4.4
Impianti autonomi
Si valuta l’efficienza energetica di impianti autonomi al variare della tipologia di generatore
(tradizionale e condensazione) e della tipologia di emettitore (alta e bassa temperatura), mantenendo
invariata la logica di gestione (sonda climatica esterna).
Negli impianti con terminali a bassa temperatura, in cui è presente il separatore idraulico, la
pompa di rilancio si arresta dopo 15 minuti dall’ultimo spegnimento del bruciatore, mentre quella a
bordo caldaia è in funzione solo quando il bruciatore è acceso. Negli impianti con terminali ad alta
temperatura, in cui non c’è disgiunzione idraulica tra il circuito caldaia e quello dell’impianto di
riscaldamento, la pompa a bordo caldaia si ferma dopo 15 minuti dall’ultimo spegnimento del
bruciatore.
Per quanto riguarda la produzione di acqua calda sanitaria il committente ha specificato le
seguenti soluzioni impiantistiche:
-
produzione istantanea con scambiatore a piastre integrato nel generatore;
integrazione con impianto solare centralizzato (stoccaggio centrale e rilancio sulle caldaie
a condensazione individuali accoppiate a piccoli bollitori da 80 litri ciascuno).
Rispetto al regime di funzionamento continuo la dispersione termica di progetto aumenta a
causa della potenza necessaria al ripristino delle condizioni interne, passando da 3368 W a 4190 W,
mentre non cambiano i dati d’impianto e quelli del generatore. Per questo motivo, a parte il caso di
impianto con integrazione solare, in cui viene installato un nuovo generatore, nei paragrafi dedicati
a ciascuna tipologia di impianto autonomo non si riportano le tabelle relative all’impianto e al
generatore.
4.4.1
Impianto autonomo con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura
tu
p 
Riscaldamento
0,91
0,812
Produzione A.C.S.
0,938
0,932
0,927
0,883
g 
0,765
0,85
0,815
41
16-10-2009
Dalla tabella si può notare l’elevata differenza tra il rendimento termico utile e quello di
produzione nel funzionamento in solo riscaldamento: questo è dovuto al consumo di energia
primaria per il funzionamento della pompa di circolazione.
Graf. 4.1 – Andamento in corso d’anno dei rendimenti tu, p ed g.
Nel grafico sono riportati gli andamenti dei rendimenti tu (linea rossa), p (linea blu) ed g
(linea magenta) in corso d’anno, con decorrenza dal 1° gennaio. È interessante notare come
l’andamento del rendimento termico utile sia più elevato quando il riscaldamento non è attivo:
infatti per la produzione di A.C.S. la caldaia funziona sempre a potenza nominale. Inoltre è evidente
l’influenza del controllo con sonda climatica esterna: il rendimento termico utile aumenta nei mesi
primaverili ed autunnali a causa delle minori temperature di funzionamento in riscaldamento (a cui
corrispondono minori perdite di generazione).
La differenza tra rendimento termico utile e quello di produzione è elevata quando è attivo il
riscaldamento (peso rilevante del consumo del circolatore, soprattutto nei mesi caratterizzati da
minori fabbisogni di energia termica per il riscaldamento ambiente), mentre si riduce bruscamente
nei periodi in cui il riscaldamento non è in funzione (il circolatore è in moto solo quando lo è la
caldaia).
L’andamento del rendimento globale è analogo a quello del rendimento di produzione, poiché
tiene in considerazione anche le perdite dei sottosistemi di regolazione, emissione, distribuzione,
erogazione ed accumulo, che rimangono circa costanti.
42
16-10-2009
4.4.2
Impianto autonomo con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura
tu
p 
Riscaldamento
0,922
0,773
Produzione A.C.S.
0,938
0,932
0,932
0,864
g 
0,716
0,85
0,793
L’andamento del rendimento termico utile è analogo alla soluzione precedente, con valori
leggermente superiori nel periodo di attivazione del riscaldamento (temperature di funzionamento
più basse e quindi minori perdite termiche del generatore).
Rispetto alla soluzione con terminali di emissione ad alta temperatura, la differenza tra
rendimento termico utile e di produzione è più marcata a causa del maggior consumo della pompa
di circolazione: i terminali a bassa temperatura sono infatti progettati con differenze di temperatura
dimezzate e quindi la portata raddoppia.
43
16-10-2009
4.4.3
tu
p 
Riscaldamento
0,98
0,851
Produzione A.C.S.
0,936
0,93
0,951
0,898
g 
0,802
0,848
0,83
Durante il funzionamento in produzione di A.C.S. il generatore funziona a potenza nominale
con acqua in mandata a 80°C e in ritorno a 60°C: a questi livelli di temperatura non avviene il
recupero del calore di transizione di fase del vapore contenuto nei fumi. Nel funzionamento in
riscaldamento la caldaia funziona a potenze molto basse ed inoltre i livelli di temperatura
favoriscono la condensazione: i valori del rendimento termico utile sono più elevati nei periodi in
cui è attivo il riscaldamento.
Per il peso del consumo di energia primaria degli ausiliari valgono le stesse considerazioni
fatte in precedenza per impianti autonomi alimentati da caldaia tradizionale.
44
16-10-2009
4.4.4
tu
p 
Riscaldamento
1,042
0,83
Produzione A.C.S.
0,936
0,93
0,972
0,889
g 
0,769
0,848
0,815
L’andamento dei rendimenti è analogo a quello dell’impianto con terminali ad alta
temperatura (paragrafo 4.4.3). L’utilizzo di terminali a bassa temperatura innalza il rendimento
termico utile, ma comporta assorbimenti elettrici del circolatore e perdite della rete di distribuzione
maggiori.
45
16-10-2009
4.4.5
accoppiato ad impianto centralizzato solare per la produzione di A.C.S.
Perdite al mantello
12,3
12
2
1,9
28
21,6
45
2
2,2
0,02
0,89
3,99
5,16
14
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[°C]
6
[°C]
18
[°C]
8
[°C]
177
[mg/kWh]
7
[mg/kWh]
133
[mg/kWh]
38
[mg/kWh]
4190
[W]
65
[°C]
55
[°C]
0,97
[-]
0,98
[-]
Produzione A.C.S.
0,99
[-]
0,95
[-]
0,95
[-]
0,99
[-]
108
Solare
[l/giorno]
tu
p 
Riscaldamento
0,994
0,845
Produzione A.C.S.
0,979
0,95
0,987
0,888
g 
0,794
0,861
0,822
46
16-10-2009
L’impianto solare per la produzione di acqua calda sanitaria prevede lo stoccaggio centrale e il
rilancio sulle caldaie individuali accoppiate a bollitori da 80 litri ciascuno. L’integrazione con il
solare copre circa il 60 % del fabbisogno di A.C.S. (figura 4.9, simulazione effettuata con T-Sol®), i
componenti principali dell’impianto sono:
- 8 collettori piani di superficie lorda di 2,5 m2 ciascuno, inclinati di 40° sull’orizzontale ed
esposti a Sud;
- un accumulo centrale di capacità di 700 litri;
- 12 bollitori da 80 litri accoppiati alle rispettive caldaie autonome a condensazione da interni.
Fig. 4.9 – Fabbisogno di energia termica coperto dall’impianto solare.
Per l’acqua calda sanitaria, rispetto alla produzione istantanea, l’integrazione con impianto
solare comporta un minor numeri di cicli di accensione e spegnimento del bruciatore. Il generatore
lavora quindi in modo più continuo e pertanto aumenta il rendimento termico utile.
La presenza dell’accumulo e della rete di distribuzione principale dell’A.C.S. implica perdite
di energia termica, che fanno aumentare la differenza tra p ed g rispetto al caso di produzione
istantanea. Nel complesso, nonostante il maggior assorbimento elettrico degli ausiliari per la
produzione di A.C.S., la soluzione con integrazione solare è più efficiente.
Per maggior semplicità si riporta solo l’andamento in corso d’anno del rendimento termico
utile (vedi grafico 4.5): si può osservare come, rispetto alla soluzione con caldaia a condensazione e
produzione istantanea di A.C.S., il rendimento termico utile aumenti nei mesi primaverili ed
autunnali perché diminuisce il fabbisogno di energia termica per A.C.S. coperto dalla caldaia. Nei
mesi estivi ci sono dei giorni in cui il generatore non entra in funzione, dal momento che il
fabbisogno per l’A.C.S. è interamente coperto dall’impianto solare centralizzato (vedi grafico 4.6).
In corrispondenza di bassi valori di energia termica fornita dal generatore per la produzione di
A.C.S., il rendimento termico utile decade di circa due punti percentuali, a causa del maggior peso
delle perdite all’involucro.
47
16-10-2009
Graf. 4.5 – Andamento in corso d’anno del rendimento termico utile tu.
Graf. 4.6 – Andamento in corso d’anno dell’energia termica fornita dal generatore per la produzione di A.C.S..
48
16-10-2009
4.4.6
Perdite al mantello
12,3
12
2
1,9
28
21,6
45
70
2
2,2
0,02
0,89
3,99
5,16
14
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
6
[°C]
18
[°C]
8
[°C]
177
[mg/kWh]
7
[mg/kWh]
133
[mg/kWh]
38
[mg/kWh]
4190
[W]
37,5
[°C]
32,5
[°C]
0,98
[-]
0,97
[-]
Produzione A.C.S.
0,97
[-]
0,95
[-]
0,95
[-]
0,99
[-]
108
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[°C]
Solare
[l/giorno]
tu
p 
Riscaldamento
1,069
0,808
Produzione A.C.S.
0,979
0,95
1,026
0,864
g 
0,745
0,861
0,789
49
16-10-2009
Analogamente alla soluzione precedente, l’integrazione solare della produzione di acqua calda
sanitaria risulta più efficiente di quella istantanea. L’utilizzo di terminali a bassa temperatura
comporta valori di rendimento termico utile più elevati, ma le prestazioni globali dell’impianto
diminuiscono a causa degli assorbimenti elettrici e delle perdite della rete di distribuzione maggiori.
Per quanto riguarda l’andamento in corso d’anno del rendimento termico utile valgono le
stesse considerazioni fatte al paragrafo precedente. L’andamento in corso d’anno dell’energia
termica fornita dal generatore per la produzione di A.C.S. è identico a quello riportato nel grafico
4.6, dal momento che l’impianto solare è lo stesso.
4.4.7
Confronto tra le diverse soluzione di impianto autonomo
Tipologia impiantistica
Riscaldamento
tu
p 
g 
Produzione A.C.S.
tu
p 
g 
Totale
tu
p 
g 
Qtot
0,91 0,81 0,77 0,94 0,93 0,85 0,93 0,88 0,82
3200
Tradizionale alta T
0,92
0,77
0,72
0,94
0,93
0,85
0,93
0,86
0,79
3292
Tradizionale bassa T
0,98 0,85 0,80 0,94 0,93 0,85 0,95 0,90 0,83
3145
Condensaz. alta T
1,04
0,83
0,77
0,94
0,93
0,85
0,97
0,89
0,82
3200
Condensaz. bassa T
0,99 0,85 0,79 0,98 0,95 0,86 0,99 0,89 0,82
1768
Condensaz. alta T+solare
1,07
0,81
0,75
0,98
0,95
0,86
1,03
0,86
0,79
1841
Condensaz. bassa T+solare
Tab. 4.9 – Confronto rendimenti e fabbisogni di energia primaria totali (espressi in kWh) impianti autonomi.
50
16-10-2009
Dai valori tabulati si nota come gli impianti alimentati da caldaia a condensazione siano più
efficienti rispetto a quelli con generatore tradizionale, per il fatto che in quest’ultimi non avviene il
recupero del calore di transizione di fase del vapore contenuto nei gas di scarico.
La produzione istantanea di A.C.S., a causa delle più frequenti accensioni del generatore,
risulta meno efficiente per quanto riguarda il rendimento termico utile ma, le minori perdite della
rete di distribuzione e la mancanza delle perdite di accumulo, fanno sì che il rendimento globale di
questa soluzione risulti confrontabile con quello dell’impianto con integrazione solare.
L’utilizzo di terminali a bassa temperatura da un lato migliora il rendimento termico utile del
generatore di calore, dall’altro aumenta l’assorbimento elettrico degli ausiliari (maggior differenza
tra tu ed p) e le perdite della rete di distribuzione (maggior differenza tra p ed g). Il consumo
degli ausiliari è il fattore di perdita maggiore negli impianti autonomi e quindi l’utilizzo di terminali
ad alta temperatura incrementa il rendimento globale medio stagionale.
Condensazione bassa T + solare
Condensazione alta T + solare
Condensazione bassa T
Condensazione alta T
Tradizionale alta T
0,76
0,77
0,78
0,79
0,80
0,81
0,82
0,83
0,84
Rendimento globale medio stagionale
Graf. 4.8 – Rendimento globale medio stagionale impianti autonomi.
Il rendimento globale medio stagionale è riferito all’impianto termico costituito dal
generatore, dai relativi ausiliari e dai sottosistemi di emissione, regolazione, accumulo, erogazione e
distribuzione, in esso non viene incluso l’impianto solare termico. Il rendimento globale è dunque
calcolato sulla base dei fabbisogni di energia termica coperti dal generatore, utilizzando energia
primaria non rinnovabile (gas metano ed energia elettrica dalla rete per il funzionamento degli
ausiliari). Il grafico 4.8 non considera pertanto il contributo energetico dell’impianto solare.
Il rendimento dell’intero sistema di generazione, in cui viene considerato anche l’impianto
solare termico, è definibile come rapporto tra il fabbisogno termico utile (Qh) e l’energia primaria
complessivamente assorbita dal sistema stesso. Tale energia è la somma dell’energia primaria non
rinnovabile utilizzata dal generatore e da tutti gli ausiliari presenti nel sistema e di quella
rinnovabile (sotto forma di energia solare) captata dall’impianto solare.
Per mettere in evidenza il contributo dell’impianto solare, in termini di risparmio sull’energia
primaria non rinnovabile utilizzata, è possibile utilizzare un parametro che definiamo efficienza del
51
16-10-2009
sistema di generazione (), esso è inteso come il rapporto tra il fabbisogno termico utile ideale (Qh)
e il fabbisogno di energia primaria del solo generatore (Qtot):
 
Qh
Q tot
[ 4 .2 ]
dove:
- Qh fabbisogno termico utile ideale;
- Qtot fabbisogno di energia primaria del generatore.
Tradizionale alta T
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
Efficienza del sistema di generazione
Graf. 4.9 – Efficienza del sistema di generazione.
Dal grafico è evidente come l’integrazione della produzione di A.C.S. con fonte solare
migliori le prestazioni del sistema. Quando non è presente l’integrazione solare l’efficienza del
sistema di generazione coincide con il rendimento globale medio stagionale del generatore.
Nei grafici sottostanti si riportano i valori i consumi di energia primaria ed elettrica per le
soluzioni di impianto autonomo analizzate. Dal grafico 4.10 è evidente come l’integrazione della
produzione di A.C.S. con fonte solare riduce i fabbisogni di energia. Dal grafico 4.11 emerge invece
il maggior assorbimento elettrico dovuto all’utilizzo di terminali a bassa temperatura (portate
maggiori rispetto alla soluzione con terminali ad alta temperatura).
52
16-10-2009
Tradizionale alta T
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
[kWh]
Fabbisogno per produzione A.C.S.
Fabbisogno per riscaldamento
Graf. 4.10 – Fabbisogno di energia primaria del solo generatore per impianti autonomi (espresso in kWh).
Tradizionale alta T
0
20
40
60
80
100
120
140
160
[kWhe]
Consumo di energia elettrica degli ausiliari
Graf. 4.11 – Consumo di energia elettrica degli ausiliari per impianti autonomi (espresso in kWhe).
4.5
Impianti centralizzati
Si valuta l’efficienza energetica di impianti centralizzati al variare della tipologia di
generatore (tradizionale e condensazione) e di emettitore (radiatori e pannelli radianti), mentre la
logica di gestione rimane la medesima (sonda climatica esterna). Considerando il regime di
funzionamento intermittente, la pompa del circuito dell’impianto di riscaldamento non è sempre
attiva, ma un suo arresto è previsto dopo un’ora dall’ultimo spegnimento del bruciatore.
Per quanto riguarda la produzione di acqua calda sanitaria si analizzano le seguenti
configurazioni impiantistiche:
-
produzione con accumulo centrale;
53
16-10-2009
-
integrazione con impianto solare centralizzato con due accumulatori (uno lato solare, uno
lato caldaia).
Con il regime di funzionamento intermittente il fabbisogno di picco passa da 40 kW (regime
continuo) a 50 kW, mentre i dati d’impianto e del generatore rimangono quelli utilizzati per la stima
dei rendimenti in regime continuo.
4.5.1
Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura
tu
p 
Riscaldamento
0,904
0,857
Produzione A.C.S.
0,92
0,908
0,914
0,889
g 
0,803
0,779
0,788
Dalla tabella 4.10 e dal grafico 4.12 si può osservare come nell’impianto centralizzato gli
assorbimenti elettrici degli ausiliari non hanno peso rilevante nella determinazione dell’efficienza
(rendimento termico utile e di produzione non si discostano di molto), mentre le perdite termiche
della rete di distribuzione e dell’accumulo dell’A.C.S. hanno notevole influenza (differenza media
di circa 10 punti percentuali tra rendimento di produzione e globale).
54
16-10-2009
4.5.2
Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura
tu
p 
Riscaldamento
0,917
0,842
Produzione A.C.S.
0,92
0,908
0,919
0,882
g 
0,767
0,779
0,775
L’andamento dei rendimenti è analogo alla soluzione analizzata precedentemente. L’utilizzo
di terminali a bassa temperatura comporta minori perdite termiche del generatore (in questo caso
valori di tu leggermente superiori), ma l’assorbimento elettrico della pompa lato riscaldamento e le
perdite termiche della rete di distribuzione sono maggiori.
55
16-10-2009
4.5.3
Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali ad alta temperatura accoppiato
ad impianto centralizzato solare per la produzione di A.C.S.
L’impianto solare per la produzione di acqua calda sanitaria copre circa il 60 % (simulazione
effettuata con T-Sol®) del fabbisogno di A.C.S. e risulta composto da:
- 8 collettori piani di superficie lorda di 2,5 m2 ciascuno, inclinati di 40° sull’orizzontale ed
esposti a Sud;
- un accumulo lato impianto solare di capacità di 700 litri;
- un accumulo lato caldaia di capacità di 700 litri;
tu
p 
Riscaldamento
0,904
0,856
Produzione A.C.S.
0,915
0,893
0,908
0,87
g 
0,802
0,799
0,801
Anche con integrazione della produzione di acqua calda sanitaria con impianto solare il
fattore di maggior inefficienza è legato alle perdite termiche dei sottosistemi di distribuzione ed
accumulo (elevata differenza tra p ed g nel funzionamento in produzione di A.C.S.). Una quota di
tali perdite termiche è coperta dall’impianto solare e quindi non grava sul generatore: l’impianto
con integrazione solare è più efficiente di quello con accumulo centrale accoppiato unicamente al
generatore.
Si riportano in seguito l’andamento in corso d’anno del rendimento termico utile e
dell’energia termica fornita dal generatore per la produzione di acqua calda sanitaria. In alcuni
giorni dell’anno il fabbisogno di energia termica per la produzione di A.C.S. è completamente
soddisfatto dall’impianto solare ed il generatore non entra in funzione.
56
16-10-2009
Graf. 4.15 – Andamento in corso d’anno dell’energia termica fornita dal generatore per la produzione di A.C.S..
57
16-10-2009
4.5.4
Impianto centralizzato con caldaia tradizionale e terminali a bassa temperatura accoppiato
ad impianto centralizzato solare per la produzione di A.C.S.
tu
p 
Riscaldamento
0,917
0,84
Produzione A.C.S.
0,915
0,893
0,916
0,86
g 
0,765
0,799
0,778
L’andamento dei rendimenti dell’impianto con terminali a bassa temperatura è analogo a
quello con terminali ad alta temperatura. Minori temperature di funzionamento innalzano il
rendimento termico utile del generatore, ma il maggior assorbimento elettrico della pompa di
circolazione e le elevate perdite termiche della rete di distribuzione fanno sì che il rendimento
globale sia inferiore rispetto a quello dell’impianto con terminali ad alta temperatura.
58
16-10-2009
4.5.5
tu
p 
Riscaldamento
0,981
0,921
Produzione A.C.S.
0,974
0,961
0,977
0,946
g 
0,862
0,825
0,839
Nel funzionamento in riscaldamento, l’utilizzo di un generatore a condensazione gestito con
sonda climatica esterna permette di ottenere valori di rendimento termico utile più elevati di quelli
con generatore tradizionale. Le perdite di energia termica dovute alla distribuzione e all’accumulo
rimangono il fattore di perdita maggiore.
59
16-10-2009
4.5.6
tu
p 
Riscaldamento
1,043
0,939
Produzione A.C.S.
0,974
0,961
0,998
0,953
g 
0,856
0,825
0,837
Dal grafico è evidente come l’utilizzo di terminali a bassa temperatura favorisca la
condensazione dei prodotti della combustione: risulta che, durante il funzionamento dell’impianto
di riscaldamento, il rendimento termico utile, riferito per errata ma consolidata, convenzione
commerciale al potere calorifico inferiore, presenta valori anche superiori all’unità.
60
16-10-2009
4.5.7
tu
p 
Riscaldamento
0,981
0,92
Produzione A.C.S.
0,97
0,946
0,976
0,93
g 
0,861
0,847
0,856
Come per impianti alimentati da caldaia tradizionale, l’integrazione della produzione di
A.C.S. con impianto solare migliora l’efficienza energetica del sistema. L’andamento del
rendimento termico utile presenta dei picchi nei mesi primaverili: questo è dovuto alle basse
temperature nel funzionamento in riscaldamento e alla scarsa influenza del rendimento in
produzione di acqua calda sanitaria, poiché la maggior parte del fabbisogno di A.C.S. è coperto da
fonte solare.
61
16-10-2009
4.5.8
tu
p 
Riscaldamento
1,043
0,938
Produzione A.C.S.
0,97
0,946
1,013
0,941
g 
0,854
0,847
0,851
L’andamento del rendimento termico utile con terminali di emissione a bassa temperatura è
analogo al caso precedente, ma con valori più elevati durante la stagione di riscaldamento. Anche in
questo caso l’integrazione della produzione di A.C.S. con fonte solare migliora l’efficienza del
sistema.
62
16-10-2009
4.5.9
Confronto tra le diverse soluzioni di impianto centralizzato
Riscaldamento
tu
p 
Produzione A.C.S.
g 
tu
p 
g 
Totale
tu
p 
g 
Qtot
0,90 0,86 0,80 0,92 0,91 0,78 0,91 0,89 0,79
3290
Tradizionale alta T
0,92 0,84 0,77 0,92 0,91 0,78 0,92 0,88 0,78
3347
0,90
0,86
0,80
0,92
0,89
0,80
0,91
0,87
0,80
2016
Tradizionale alta T+solare
2074
Tradizionale bassa T+solare 0,92 0,84 0,77 0,92 0,89 0,80 0,92 0,86 0,78
0,98
0,92
0,86
0,97
0,96
0,83
0,98
0,95
0,84
3090
Condensaz. alta T
1,04
0,94
0,86
0,97
0,96
0,83
1,00
0,95
0,84
3098
Condensaz. bassa T
0,98 0,92 0,86 0,97 0,95 0,85 0,98 0,93 0,86
1887
1,04
0,94
0,85
0,97
0,95
0,85
1,01
0,94
0,85
1896
Tab. 4.18 – Confronto rendimenti e fabbisogni di energia primaria totali (espressi in kWh) impianti autonomi.
Come per gli impianti autonomi la soluzione con caldaia a condensazione è più efficiente
rispetto a quella con generatore tradizionale e l’utilizzo di terminali a bassa temperatura, da un lato
migliora il rendimento termico utile della caldaia, dall’altro aumenta l’assorbimento elettrico degli
ausiliari (maggior differenza tra tu ed p) e le perdite della rete di distribuzione (maggior
differenza tra p ed g). Gli impianti con terminali ad alta temperatura sono energeticamente più
efficienti di quelli che utilizzano terminali a bassa temperatura, ma con caldaia a condensazione tali
differenze si riducono, dato che le basse temperature favoriscono il recupero del calore di
transizione di fase del vapore contenuto nei fumi (vedi grafico 4.21).
L’integrazione della produzione di A.C.S. con fonte solare migliora le prestazioni
dell’impianto, dal momento che parte delle perdite termiche di distribuzione ed accumulo sono
coperte dall’impianto solare e non vanno quindi a pesare sul funzionamento del generatore.
Nei grafici sottostanti si riportano i valori del rendimento globale medio stagionale,
dell’efficienza del sistema di generazione ed i consumi di energia primaria ed elettrica:
Tradizionale bassa T + solare
Tradizionale alta T + solare
Tradizionale alta T
0,74
0,76
0,78
0,8
0,82
0,84
0,86
Graf. 4.21 – Rendimento globale medio stagionale impianti centralizzati.
63
16-10-2009
Tradizionale alta T
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
Efficienza del sistema di generazione
La definizione dell’efficienza del sistema di generazione permette di evidenziare il contributo
degli apporti solari gratuiti, che nel rendimento globale medio stagionale non vengono considerati.
Il contributo degli apporti solari si osserva anche nel grafico 4.23, in cui gli impianti con
integrazione della produzione di A.C.S. con fonte solare presentano ridotti fabbisogni di energia
primaria. Dal grafico 4.24 emerge invece il maggior assorbimento elettrico dovuto all’utilizzo di
terminali a bassa temperatura (portate maggiori rispetto alla soluzione con terminali ad alta
temperatura).
Tradizionale alta T
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
[kWh]
Fabbisogno produzione A.C.S.
Graf. 4.23 – Fabbisogno di energia primaria del solo generatore per impianti centralizzati (riferito al singolo
appartamento, espresso in kWh).
64
16-10-2009
Tradizionale alta T
0
10
20
30
40
50
60
70
80
[kWhe]
Graf. 4.24 – Consumo di energia elettrica degli ausiliari per impianti centralizzati (riferito al singolo
appartamento, espresso in kWhe).
4.6
Confronto impianti autonomi e centralizzati
Riscaldamento
tu
Tradizionale alta T
Condensaz. alta T
Condensaz. bassa T
0,91
0,92
0,98
1,04
0,99
1,07
Produzione A.C.S.
Totale
p 
g 
tu
p 
g 
Qtot
IMPIANTI AUTONOMI
0,81 0,77 0,94 0,93
0,77 0,72 0,94 0,93
0,85 0,80 0,94 0,93
0,83 0,77 0,94 0,93
0,85 0,79 0,98 0,95
0,81 0,75 0,98 0,95
0,85
0,85
0,85
0,85
0,86
0,86
0,93
0,93
0,95
0,97
0,99
1,03
0,88
0,86
0,90
0,89
0,89
0,86
0,82
0,79
0,83
0,82
0,82
0,79
3200
3292
3145
3200
1768
1841
p 
g 
tu
IMPIANTI CENTRALIZZATI
0,90
0,86
0,80 0,92 0,91 0,78 0,91 0,89 0,79
3290
Tradizionale alta T
0,92 0,84 0,77 0,92 0,91 0,78 0,92 0,88 0,78
3347
0,90
0,86
0,80
0,92
0,89
0,80
0,91
0,87
0,80
2016
Tradizionale alta T+solare
2074
Tradizionale bassa T+solare 0,92 0,84 0,77 0,92 0,89 0,80 0,92 0,86 0,78
0,98
0,92
0,86
0,97
0,96
0,83
0,98
0,95
0,84
3090
Condensaz. alta T
1,04 0,94 0,86 0,97 0,96 0,83 1,00 0,95 0,84
3098
Condensaz. bassa T
0,98
0,92
0,86
0,97
0,95
0,85
0,98
0,93
0,86
1887
1,04
0,94
0,85
0,97
0,95
0,85
1,01
0,94
0,85
1896
Tab. 4.19 – Confronto rendimenti e fabbisogni di energia primaria totali (espressi in kWh) impianti autonomi e
centralizzati.
65
16-10-2009
Centralizzato tradizionale bassa T + solare
Centralizzato tradizionale alta T + solare
Centralizzato condensazione bassa T + solare
Autonomo condensazione bassa T + solare
Centralizzato condensazione alta T + solare
Autonomo condensazione alta T + solare
Centralizzato condensazione bassa T
Autonomo condensazione bassa T
Centralizzato condensazione alta T
Autonomo condensazione alta T
Centralizzato tradizionale bassa T
Autonomo tradizionale bassa T
Centralizzato tradizionale alta T
Autonomo tradizionale alta T
0,77
0,78
0,79
0,80
0,81
0,82
0,83
0,84
0,85
0,86
Graf. 4.25 – Rendimento globale medio stagionale impianti autonomi e centralizzati.
Dalla tabella 4.19 e dal grafico 4.25 si evidenzia come con generatore tradizionale l’impianto
autonomo è più efficiente del centralizzato, mentre con caldaia a condensazione la situazione si
inverte. Nel centralizzato le perdite di efficienza sono dovute principalmente alla distribuzione e
all’accumulo (maggior differenza tra p ed g), mentre nell’autonomo sono causate
dall’assorbimento degli ausiliari (maggior differenza tra tu ed p).
Nel grafico 4.26, in cui si riporta l’efficienza dei sistemi di generazione analizzati, si mette in
evidenza l’effetto degli apporti solari gratuiti, che sia per impianti autonomi, che centralizzati,
migliora decisamente le prestazioni del sistema. Gli impianti con integrazione della produzione di
A.C.S. con fonte solare presentano ridotti fabbisogni di energia primaria (vedi grafico 4.27).
Gli impianti centralizzati presentano maggior consumo di energia primaria del generatore,
dovuto alle perdite della rete di distribuzione e dell’accumulo (vedi grafico 4.27), mentre gli
impianti autonomi presentano maggiori assorbimenti elettrici degli ausiliari (vedi grafico 4.28).
66
16-10-2009
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
Efficienza sistema di generazione
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
[kWh]
Graf. 4.27 – Fabbisogno di energia primaria del solo generatore per impianti autonomi e centralizzati (riferito al
singolo appartamento, espresso in kWh).
67
16-10-2009
0
25
50
75
100
125
150
175
[kWhe]
Graf. 4.28 – Consumo di energia elettrica degli ausiliari per impianti autonomi e centralizzati (riferito al singolo
Il grafico 4.29 mostra invece il fabbisogno totale di energia primaria, in cui il consumo di
energia elettrica degli ausiliari è stato riportato in termini di energia primaria, con un rendimento di
conversione pari a 0,41. È evidente come le differenze di fabbisogno di energia primaria (quindi di
costo del combustibile), a volte a favore dell’autonomo, altre a favore del centralizzato, sono
contenute nell’ordine dell’incertezza del metodo di calcolo.
La differenza più elevata tra i consumi di energia primaria di impianti autonomi e centralizzati
è di circa 119 kWh all’anno, a favore dell’autonomo nella soluzione con caldaia a condensazione,
terminali ad alta temperatura ed integrazione con fonte solare. Assumendo il potere calorifico
inferiore del gas metano pari a 9,88 kWh/Nm3 ed un costo del combustibile di 0,7 €/Nm3, si ottiene
un risparmio di neanche 9 euro all’anno (119 / 9,88 . 0,7 = 8,4 €/anno).
Le differenze in termini di costo del combustibile sono quindi estremamente contenute: non si
può pertanto affermare quale sia la soluzione energeticamente più efficiente tra impianto autonomo
e centralizzato. Inoltre l’efficienza di un impianto è fortemente influenzata da numerosi parametri,
quali assorbimenti elettrici, modalità di controllo e qualità dei componenti, che sono molto variabili
da impianto ad impianto. Ad esempio, un centralizzato con una rete di distribuzione estesa
risulterebbe, con molta probabilità, meno efficiente di un autonomo, a causa dell’incremento delle
perdite relative al sottosistema di distribuzione.
68
16-10-2009
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
[kWh]
Fabbisogno totale di energia primaria
Graf. 4.29 – Fabbisogno totale di energia primaria per impianti autonomi e centralizzati (riferito al singolo
Alla luce dei risultati ottenuti appare evidente che per determinare quale sia la soluzione
impiantistica energeticamente più efficiente, risulti indispensabile analizzare attentamente ogni
soluzione tecnica adottata nella realizzazione dell’impianto stesso. Particolare attenzione dovrà
essere posta nella progettazione e gestione dei sottosistemi di regolazione e distribuzione
dell’impianto, che risultano determinanti nel determinare l’efficienza energetica globale.
L’ultimo aspetto analizzato nel confronto tra impianti autonomi e centralizzati riguarda le
emissioni inquinanti di NOx e CO. I risultati ottenuti (vedi grafici 4.30-31) sono fortemente
influenzati dai dati sulle emissioni dei generatori utilizzati per la simulazione (tabelle 3.1, 3.3, 3.5,
3.7, 3.10, 3.12, 3.14, 3.16, 4,5 e 4,7).
In generale l’integrazione della produzione di A.C.S. con fonte solare diminuisce le emissioni
inquinanti e l’utilizzo di un generatore a condensazione, rispetto ad uno tradizionale, riduce le
emissioni di NOx, ma non quelle di CO.
Le emissioni di NOx con caldaia tradizionale sono minori nel centralizzato, mentre con quella
a condensazione lo sono nell’autonomo. Le emissioni di monossido di carbonio, invece, sono
sempre più basse negli impianti centralizzati.
69
16-10-2009
0
100
200
300
400
500
600
700
[g/anno]
Emissioni NOx
Graf. 4.30 – Emissioni inquinanti di NOx per impianti autonomi e centralizzati (riferite al singolo appartamento,
espresse in g/anno).
0
50
100
150
200
250
300
350
400
[g/anno]
Emissioni CO
Graf. 4.31 – Emissioni inquinanti di CO per impianti autonomi e centralizzati (riferite al singolo appartamento,
espresse in g/anno).
70
16-10-2009
5
INVOLUCRO DI RECENTE COSTRUZIONE (NORMATIVA 2006)
5.1
Per l’edificio considerato, vengono illustrate le caratteristiche tecniche e stratigrafiche delle
strutture disperdenti, rispondenti ai limiti di trasmittanza termica imposti dal D. Lgs. 311 per l’anno
2006.
5.1.1
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,04
0,015
0,9
0,017
Muratura in mattoni forati (esterno)
0,15
0,26
0,577
Intercapedine d'aria
0,05
0,26
0,192
Poliuretano espanso
0,04
0,034
1,176
Muratura in mattoni forati (interno)
0,15
0,247
0,607
0,015
0,9
0,017
0,13
Totale
2,76
UK[W/m²K]
0,36
Parete vano scala
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,13
0,015
0,9
0,017
Muratura in mattoni forati
0,15
0,247
0,607
0,05
0,26
0,192
Poliuretano espanso
0,04
0,04
1
Muratura in mattoni forati
0,15
0,247
0,607
0,015
0,9
0,017
0,13
Totale
2,70
UK[W/m²K]
0,37
71
16-10-2009
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,13
Rasatura in scagliola
0,01
0,35
0,029
Blocchi CLS alleggerito vibrocompresso
0,12
0,6
0,200
0,02
0,038
0,526
Blocchi CLS alleggerito vibrocompresso
0,12
0,6
0,200
Rasatura in scagliola
0,01
0,35
0,029
0,13
Totale
1,24
5.1.2
0,80
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,17
0,015
0,9
0,017
Impalcato in latero cemento (pignatte)
0,22
0,7
0,314
Poliuretano espanso
0,02
0,034
0,588
Ripartizione dei carichi in CLS armato
0,05
0,27
0,185
Collegamento con malta bastarda
0,01
1,12
0,009
0,015
1,163
0,013
0,17
Totale
1,47
0,68
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,10
0,015
1,163
0,013
Collegamento con malta bastarda
0,01
1,12
0,009
Ripartizione dei carichi in CLS armato
0,05
0,27
0,185
Poliuretano espanso
0,02
0,034
0,588
0,22
0,7
0,314
0,015
0,9
0,017
0,10
Totale
1,33
0,75
72
16-10-2009
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,04
Rasatura in gesso
0,01
0,35
0,029
0,22
0,7
0,314
Poliuretano espanso
0,05
0,034
1,471
Ripartizione dei carichi in CLS
0,06
0,27
0,222
0,03
1,4
0,021
0,015
1,163
0,013
0,017
Totale
2,13
0,47
Copertura
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,04
0,005
1
0,005
Massetto in CLS
0,05
1,61
0,031
1,5
5,56
0,270
Massetto in CLS
0,05
1,48
0,034
Polistirene estruso
0,05
0,034
1,471
Membrana impermeabile in bitume
0,008
0,17
0,047
Elemento portante in latero-cemento
0,22
0,7
0,314
0,015
0,9
0,017
0,10
Totale
2,33
5.1.3
UK[W/m²K]
0,43
Porta blindata
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,13
Abete
0,02
0,12
0,167
Acciaio inossidabile
0,002
17
0,0001
0,025
0,038
0,658
Abete
0,02
0,12
0,167
0,13
Totale
1,25
Tab. 5.8 – Stratigrafia e caratteristiche porta blindata.
UK[W/m²K]
0,80
73
16-10-2009
Componente vetrato: vetrocamera 6/7 – 12 - 6/7
Composizione
s [m]
[kg/m3]
Vetro
0,006
2500
0,012
1,23
Vetro
0,006
2500
c [kJ/kgK]
0,75
1,008
0,75
Ag [m²]
1,3
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,38
7,2
1,9
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
2,19
Ag [m²]
4,4
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,66
12,8
1,9
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
2,07
Ag [m²]
1,53
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,3
5,8
1,9
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
2,11
Ag [m²]
2,2
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,56
10,8
1,9
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
2,16
dove:
74
16-10-2009
6
IMPIANTO IN INVOLUCRO DI RECENTE COSTRUZIONE
6.1
Per il calcolo della dispersione termica di progetto, come per l’edificio con strutture
disperdenti rispondenti ai limiti di legge previsti per il 2010, si seguono le indicazioni della norma
UNI 12831, utilizzando una temperatura esterna di progetto di -6°C. A fronte di un maggior valore
della dispersione termica di progetto, che passa da 4190 W a 5402 W, si dimensiona l’impianto con
gli stessi livelli di temperatura (60°C per terminali ad alta temperatura, 35°C per quelli a bassa
temperatura), andando quindi ad aumentare la superficie di scambio termico dei terminali di
emissione.
6.2
Calcolo fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e la produzione
di A.C.S.
stato effettuato in conformità alla norma UNI TS 11300, conservando i medesimi profili di
temperatura esterna, di radiazione solare e di consumo di A.C.S. riportati nelle figure 4.1-8.
6.3
Come per edificio con strutture 2010, si calcola il rendimento degli impianti termici con il
metodo analitico della norma UNI TS 11300. Le tipologie d’impianto autonomo e centralizzato
analizzate sono le medesime di cui ai paragrafi 4.4 e 4.5 ed anche i generatori di calore sono rimasti
gli stessi (dati impianto e generatore riportati in tabella 3.1, 3.3, 3.5, 3.7, 3.10, 3.12, 3.14 e 3.16).
Come specificato da Assotermica non è stata valutata l’influenza dell’integrazione della produzione
di A.C.S. con impianto solare termico.
Negli impianti autonomi l’assorbimento elettrico della pompa del circuito di riscaldamento
rimane invariato, poiché l’aumento di portata da inviare ai terminali di emissione non è elevato ed il
circolatore a giri fissi rimane impostato alla medesima velocità. Negli impianti centralizzati, al
contrario, si sommano gli effetti dei 12 appartamenti e l’assorbimento elettrico della pompa di
circolazione a giri variabili aumenta.
In particolare gli impianti analizzati ed i relativi assorbimenti elettrici delle pompe di
circolazione del circuito di riscaldamento sono:
-
autonomo tradizionale con terminali ad alta temperatura, l’assorbimento elettrico della
pompa a bordo caldaia rimane di 40 W;
75
16-10-2009
-
autonomo tradizionale con terminali a bassa temperatura, l’assorbimento elettrico della
pompa del circuito di riscaldamento rimane di 65 W;
autonomo a condensazione con terminali ad alta temperatura, l’assorbimento elettrico
della pompa a bordo caldaia rimane di 45 W;
autonomo a condensazione con terminali a bassa temperatura, l’assorbimento elettrico
della pompa del circuito di riscaldamento rimane di 70 W;
centralizzato tradizionale con terminali ad alta temperatura, l’assorbimento elettrico
della pompa del circuito di riscaldamento passa da 168 W a 239 W;
centralizzato tradizionale con terminali a bassa temperatura, l’assorbimento elettrico
centralizzato a condensazione con terminali ad alta temperatura, l’assorbimento elettrico
centralizzato a condensazione con terminali a bassa temperatura, l’assorbimento elettrico
della pompa del circuito di riscaldamento passa da 308 W a 403 W.
Dal momento che i livelli di temperatura a cui viene esercito l’impianto sono gli stessi di
quelli previsti per l’edificio a partire dal 2010, le perdite di energia termica della rete di
distribuzione ed il rendimento dei terminali del sottosistema di emissione rimangono invariati (e
pari a 0,97 per terminali ad alta temperatura, e pari a 0,98 per quelli a bassa temperatura), mentre
per quanto riguarda il sottosistema di regolazione si è tenuta in considerazione una minor qualità dei
dispositivi di regolazione, il cui rendimento diminuisce di un punto percentuale rispetto alla
soluzione 2010 (rg pari a 0,97 per terminali ad alta temperatura, rg pari a 0,96 per quelli a bassa
temperatura).
L’andamento dei rendimenti termico utile, di produzione e globale è analogo al caso di
edificio con strutture tipiche dell’anno 2010. Per rendere la trattazione più sintetica si riportano solo
la tabella di confronto finale ed il grafico con i valori di rendimento globale medio stagionale:
Riscaldamento
tu
Tradizionale alta T
0,91
0,92
0,98
1,04
Produzione A.C.S.
Totale
p 
g 
tu
p 
g 
Qtot
IMPIANTI AUTONOMI
0,83 0,78 0,94 0,93
0,80 0,73 0,94 0,93
0,88 0,82 0,94 0,93
0,87 0,79 0,94 0,93
0,85
0,85
0,85
0,85
0,92
0,93
0,96
0,98
0,88
0,87
0,91
0,90
0,81
0,79
0,84
0,82
3712
3825
3618
3682
p 
g 
tu
0,90 0,86 0,80 0,92 0,91 0,78 0,91 0,88 0,79
3817
Tradizionale alta T
0,92
0,85
0,76
0,92
0,91
0,78
0,92
0,88
0,77
3894
0,98 0,92 0,86 0,97 0,96 0,83 0,98 0,94 0,84
3579
1,04
0,94
0,85
0,97
0,96
0,83
1,00
0,95
0,84
3587
centralizzati.
76
16-10-2009
0,76
0,77
0,78
0,79
0,80
0,81
0,82
0,83
0,84
0,85
Con un edificio meno isolato aumentano i fabbisogni per il riscaldamento e quindi il relativo
rendimento ha un peso maggiore nella definizione del rendimento globale d’impianto. Nonostante
ciò la tabella 6.1 riporta risultati simili a quelli ottenuti per edificio con strutture 2010 (tabella 4.19),
infatti:
-
-
-
-
i rendimenti in produzione di A.C.S. sono invariati, dal momento che sia l’impianto che il
fabbisogno non sono cambiati;
il rendimento termico utile in riscaldamento non ha subito sostanziali modifiche poiché i
livelli di temperatura dell’impianto sono rimasti inalterati;
nell’impianto centralizzato la differenza tra rendimento termico utile e quello di
produzione è rimasta circa costante, poiché il fabbisogno di energia primaria per il
funzionamento delle pompe di circolazione è cresciuto proporzionalmente al fabbisogno
di energia termica (l’assorbimento elettrico del circolatore è aumentato);
nell’impianto autonomo la differenza tra rendimento termico utile e quello di produzione è
diminuita, dato che il fabbisogno di energia primaria per il funzionamento del circolatore
è cresciuto meno rispetto a quello di energia termica;
nell’impianto centralizzato il fattore di perdita maggiore è sempre rappresentato dalle
perdite di energia termica della rete di distribuzione e dell’accumulo di acqua calda
sanitaria;
nell’impianto autonomo il fattore di perdita maggiore è sempre dovuto al consumo degli
ausiliari.
77
16-10-2009
Nei grafici sottostanti si riportano i consumi di energia primaria ed elettrica per le soluzioni
impiantistiche analizzate:
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
[kWh]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
[kWhe]
Consumo di energia elettrica ausiliari
Come per gli impianti asserviti all’edifico con strutture disperdenti 2010, gli impianti
autonomi, a fronte di un minor fabbisogno di energia primaria del generatore, presentano
assorbimenti elettrici del circolatore e degli ausiliari notevolmente maggiori.
78
16-10-2009
Convertendo i consumi di energia elettrica in energia primaria, utilizzando un valore del
rendimento del sistema elettrico nazionale di 0,41, si ottengono i fabbisogni totali di energia
primaria riportati nel seguente grafico:
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
[kWh]
Nel passaggio tra edificio con strutture disperdenti 2010 a quello caratterizzante l’anno 2006,
le già lievi differenze tra impianti autonomi e centralizzati si riducono ulteriormente. La differenza
più elevata tra i consumi di energia primaria di impianti autonomi e centralizzati è di circa 105 kWh
all’anno, a favore dell’autonomo nella soluzione con caldaia tradizionale e terminali ad alta
temperatura. Assumendo il potere calorifico inferiore del gas metano pari a 9,88 kWh/Nm3 ed il
relativo costo di 0,7 €/Nm3, si ottiene un risparmio di neanche 8 euro all’anno.
Dal grafico 6.4 emerge chiaramente che le soluzioni di impianto autonomo e centralizzato si
equivalgono. Nel confronto non è possibile identificare una soluzione energeticamente più
efficiente dell’altra. Come già detto, le differenze tra i rendimenti globali, che risultano dalle
simulazioni effettuate, sono probabilmente contenute entro l’incertezza del metodo di calcolo
utilizzato.
79
16-10-2009
7
INVOLUCRO RAPPRESENTATIVO DEGLI ANNI ‘60
7.1
strutture disperdenti, rappresentative di una costruzione tipica degli anni ’60.
7.1.1
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,04
Intonaco calce e gesso
0,015
0,7
0,021
Blocchi in calcestruzzo di argilla espansa
0,3
0,55
0,545
0,015
0,7
0,021
0,13
Totale
0,76
UK[W/m²K]
1,32
Parete vano scala
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,13
0,015
0,7
0,021
0,25
0,5
0,50
0,015
0,7
0,021
0,13
Totale
0,80
UK[W/m²K]
1,25
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,13
0,015
0,7
0,021
0,25
0,5
0,50
0,015
0,7
0,021
0,13
Totale
0,80
UK[W/m²K]
1,25
80
16-10-2009
7.1.2
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,17
0,015
0,7
0,021
Solaio in latero-cemento
0,22
1,3
0,169
Collegamento con malta
0,02
1,4
0,014
Piastrelle di cemento pressate
0,015
1
0,015
0,17
Totale
0,56
1,79
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,10
0,015
1
0,015
0,02
1,4
0,014
0,22
1,3
0,169
0,015
0,7
0,021
0,10
Totale
0,42
2,38
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,04
Rasatura
0,01
0,7
0,014
0,22
1,3
0,169
0,02
1,4
0,014
0,015
1
0,015
0,17
Totale
0,42
2,37
81
16-10-2009
Copertura
s [m]
Composizione
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,04
0,005
1
0,005
Massetto in CLS
0,05
1,61
0,031
1,5
5,56
0,270
Massetto in CLS
0,05
1,48
0,034
0,22
1,3
0,169
0,015
0,7
0,021
0,10
Totale
0,67
7.1.3
1,49
Porta di ingresso
s [m]
Composizione
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,13
Abete
0,06
0,12
0,50
0,13
Totale
0,76
Tab. 7.8 – Stratigrafia e caratteristiche porta di ingresso.
1,32
Componente vetrato: vetro singolo
Composizione
Vetro
s [m]
[kg/m3]
0,004
2500
c [kJ/kgK]
0,75
Ag [m²]
1,3
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,38
7,2
5,8
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
5,21
Ag [m²]
4,4
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,66
12,8
5,8
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
5,46
82
16-10-2009
Ag [m²]
1,54
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,3
5,8
5,8
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
5,38
Ag [m²]
2,2
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,56
10,8
5,8
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
5,27
dove:
83
16-10-2009
8
8.1
IMPIANTO IN INVOLUCRO RAPPRESENTATIVO DEGLI ANNI ‘60
Per il calcolo della dispersione termica di progetto si segue la procedura della norma UNI
12831, utilizzando una temperatura esterna di progetto di -6°C. A fronte di un maggior valore della
dispersione termica di progetto, che per il singolo appartamento raggiunge i 12,6 kW, si dimensiona
l’impianto con livelli di temperatura più elevati rispetto alle soluzioni precedentemente analizzate
(70°C per i terminali ad alta temperatura, 42,5°C per quelli a bassa).
8.2
Calcolo fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e la produzione
di A.C.S.
La determinazione dei fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e la produzione di
A.C.S. è stata effettuata in conformità alla norma UNI TS 11300, conservando i medesimi profili di
8.3
A fronte di un notevole aumento della dispersione termica di progetto, negli impianti
centralizzati è necessario aumentare la potenzialità dei generatori installati (tabelle 8.1-2), mentre
negli autonomi rimangono gli stessi di cui ai paragrafi 3.4.2-5.
Dati generatore centralizzato tradizionale
165
150
121
110
170
170
120
50
62
7,8
11
0,04
Perdite al mantello
0,45
6,9
3,6
190,2
155
Tab. 8.1 – Dati generatore centralizzato tradizionale.
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
[mg/kWh]
84
16-10-2009
Dati generatore centralizzato a condensazione
Perdite al mantello
175
170
44
43
229
45
120
50
62
2,3
1,7
0,01
0,5
4,89
5,46
15
[kW]
[kW]
[kW]
[kW]
[W]
[W]
[W]
[W]
[W]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[%]
[°C]
6
[°C]
25
[°C]
13
[°C]
182
[mg/kWh]
7
[mg/kWh]
53
[mg/kWh]
28
Tab. 8.2 – Dati generatore centralizzato a condensazione.
[mg/kWh]
L’elevata dispersione termica di picco comporta portate maggiori: gli assorbimenti elettrici
delle pompe di circolazione aumentano sia per impianto autonomo, che centralizzato. Gli impianti
analizzati, con i relativi assorbimenti elettrici delle pompe di circolazione, sono:
-
pompa a bordo caldaia è di 90 W;
pompa a bordo caldaia e di quella del circuito di riscaldamento è di 90 W ciascuna;
della pompa a bordo caldaia è di 90 W;
della pompa a bordo caldaia e di quella del circuito di riscaldamento è di 90 W ciascuna;
della pompa del circuito di riscaldamento è di 463 W;
della pompa del circuito di riscaldamento è di 881 W.
85
16-10-2009
Dal momento che gli impianti sono eserciti a temperature superiori rispetto a quelli per
edificio 2010 e 2006, le perdite di energia termica della rete di distribuzione aumentano ed il
rendimento del sottosistema di emissione si riduce, assumendo un valore di 0,9 per terminali ad alta
temperatura e di 0,96 per quelli a bassa temperatura. Si considera inoltre la presenza di dispositivi di
regolazione di minor qualità e precisione: il relativo rendimento è di 0,96 per terminali ad alta
temperatura e di 0,95 per quelli a bassa temperatura.
Come per impianto a servizio dell’edificio caratterizzante l’anno 2006, si riportano la tabella
di confronto finale e il grafico con i valori di rendimento globale medio stagionale:
Riscaldamento
tu
Tradizionale alta T
Totale
p 
g 
tu
p 
g 
Qtot
IMPIANTI AUTONOMI
0,85 0,73 0,94 0,93
0,84 0,74 0,94 0,93
0,92 0,79 0,94 0,93
0,91 0,81 0,94 0,93
0,85
0,85
0,85
0,85
0,90
0,91
0,97
1,00
0,86
0,86
0,92
0,92
0,75
0,76
0,80
0,82
9626
9477
9005
8873
p 
0,90
0,91
0,98
1,02
Produzione A.C.S.
g 
tu
0,90
0,88
0,76 0,92 0,91 0,78 0,91 0,89 0,76
9470
Tradizionale alta T
0,92 0,87 0,77 0,92 0,91 0,78 0,92 0,88 0,77
9352
0,97
0,94
0,81
0,97
0,96
0,82
0,97
0,95
0,81
8873
Condensazione. alta T
1,02 0,96 0,85 0,97 0,96 0,82 1,01 0,96 0,84
8572
centralizzati.
0,72
0,74
0,76
0,78
0,80
0,82
0,84
0,86
86
16-10-2009
Dalla tabella 8.3 e dal grafico 8.1 risulta evidente come l’impianto centralizzato sia più
efficiente dell’autonomo. Con edificio molto disperdente i fabbisogni di energia primaria necessari
al riscaldamento ambiente sono notevolmente superiori rispetto a quelli per la produzione di acqua
calda sanitaria (vedi grafico 8.2). Il rendimento dell’impianto in riscaldamento, che negli impianti
centralizzati è maggiore a causa della minor incidenza del consumo degli ausiliari, ha quindi un
peso notevole nella definizione del rendimento globale medio stagionale.
Come per gli impianti analizzati nei paragrafi precedenti, gli impianti autonomi, a fronte di un
minor fabbisogno di energia primaria del generatore (vedi grafico 8.2), presentano assorbimenti
elettrici del circolatore e degli ausiliari notevolmente maggiori (vedi grafico 8.3).
0
2000
4000
6000
8000
10000
[kWh]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
[kWhe]
87
16-10-2009
Convertendo i consumi elettrici degli ausiliari in energia primaria, assumendo un valore del
rendimento del sistema elettrico nazionale pari a 0,41, si ottengono i seguenti fabbisogni totali di
energia primaria:
8000
8250
8500
8750
9000
9250
9500
9750
[kWh]
I fabbisogni di energia primaria confermano una miglior efficienza da parte degli impianti
centralizzati. La differenza più elevata tra i consumi di energia primaria di impianti autonomi e
centralizzati è di circa 300 kWh all’anno, a favore del centralizzato nella soluzione con caldaia a
condensazione e terminali a bassa temperatura, a cui corrisponde un risparmio di circa 21 euro
all’anno.
In termini di chilowattora di energia primaria le differenze tra impianto autonomo e
centralizzato aumentano, ma percentualmente tali differenze rimangono contenute nell’incertezza
del metodo di calcolo.
88
16-10-2009
9
INVOLUCRO RAPPRESENTATIVO DEGLI ANNI ‘30
9.1
strutture disperdenti, rappresentative di una costruzione tipica degli anni ’30.
9.1.1
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,04
0,01
0,9
0,011
Muratura in mattoni
0,7
0,7
1
0,01
0,9
0,011
0,13
Totale
1,19
UK[W/m²K]
0,84
Parete vano scala
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,13
0,01
0,9
0,011
Muratura in mattoni
0,4
0,7
0,571
0,01
0,9
0,011
0,13
Totale
0,85
UK[W/m²K]
1,17
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
0,13
0,01
0,9
0,011
Muratura in mattoni
0,4
0,7
0,571
0,01
0,9
0,011
0,13
Totale
0,85
UK[W/m²K]
1,17
89
16-10-2009
9.1.2
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,17
0,015
0,9
0,017
Massetto in cemento armato
0,2
2,3
0,087
Strato di sabbia
0,04
0,3
0,133
Calcestruzzo di ghiaietto
0,03
1,15
0,026
Sottofondo lisciato
0,015
1,4
0,011
Rivestimento in linoleum
0,005
0,17
0,029
0,17
Totale
0,64
1,55
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,10
0,005
0,17
0,029
Sottofondo lisciato
0,015
1,4
0,011
0,03
1,15
0,026
Strato di sabbia
0,04
0,3
0,133
0,2
2,3
0,087
0,01
0,9
0,011
0,10
Totale
0,50
2,01
Composizione
s [m]
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,04
0,2
2,3
0,087
Strato di sabbia
0,04
0,3
0,133
0,03
1,15
0,026
Sottofondo lisciato
0,015
1,4
0,011
0,005
0,17
0,029
0,17
Totale
0,50
2,01
90
16-10-2009
Copertura
s [m]
Composizione
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,04
0,005
1
0,005
1,5
5,56
0,270
Sottofondo lisciato
0,015
1,4
0,011
0,03
1,15
0,026
Strato di sabbia
0,04
0,3
0,133
0,2
2,3
0,087
0,01
0,9
0,011
0,10
Totale
0,68
9.1.3
1,46
Porta di ingresso
s [m]
Composizione
λ [W/mK]
R [m²K/W]
UK[W/m²K]
0,13
Abete
0,06
0,12
0,50
0,13
Totale
0,76
Tab. 9.8 – Stratigrafia e caratteristiche porta di ingresso.
1,32
Componente vetrato: vetro singolo
Composizione
Vetro
s [m]
[kg/m3]
0,004
2500
c [kJ/kgK]
0,75
Ag [m²]
1,3
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,38
7,2
5,8
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
5,21
91
16-10-2009
Ag [m²]
4,4
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,66
12,8
5,8
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
5,46
Ag [m²]
1,54
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,3
5,8
5,8
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
5,38
Ag [m²]
2,2
Af [m²]
Ig [m]
Ug [W/m²K]
Uf [W/m²K]
Ψg [W/mK]
0,56
10,8
5,8
2,035
0,06
Uw [W/m²K]
5,27
dove:
92
16-10-2009
10
IMPIANTO IN INVOLUCRO RAPPRESENTATIVO DEGLI ANNI ‘30
10.1 Calcolo dispersione termica di progetto
Per il calcolo della dispersione termica di progetto si segue la procedura della norma UNI
12831, utilizzando una temperatura esterna di progetto di -6°C. A fronte di un valore della
dispersione termica di progetto di 10 kW, si dimensiona l’impianto con gli stessi livelli di
temperatura degli impianti per edificio caratteristico degli anni ‘60 (70°C per i terminali ad alta
temperatura, 42,5°C per quelli a bassa), andando quindi a diminuire la superficie di scambio
termico dei terminali di emissione.
10.2 Calcolo fabbisogni di energia termica per il riscaldamento e la produzione
di A.C.S.
stato effettuato in conformità alla norma UNI TS 11300, conservando i medesimi profili di
10.3 Valutazione rendimenti degli impianti termici
Il calcolo dei rendimenti è eseguito seguendo le linee guida del metodo analitico esposto
nell’appendice B della norma UNI TS 11300.
I generatori installati sono i medesimi di quelli per edificio rappresentativo degli anni ’60,
così come le perdite della rete di distribuzione ed i rendimenti di emissione e regolazione
dell’impianto (stessi livelli di temperatura e qualità dei dispositivi di controllo). Le soluzioni
impiantistiche analizzate, con i relativi assorbimenti elettrici delle pompe di circolazione, sono:
-
pompa a bordo caldaia è di 90 W;
pompa a bordo caldaia e di quella del circuito di riscaldamento è di 90 W ciascuna;
della pompa a bordo caldaia è di 90 W;
della pompa a bordo caldaia e di quella del circuito di riscaldamento è di 90 W ciascuna;
93
16-10-2009
-
della pompa del circuito di riscaldamento è di 749 W.
I risultati della simulazione sono riportati nella tabella di confronto finale e nel grafico
rappresentativo dei rendimenti globali medi stagionali:
Riscaldamento
Tradizionale alta T
Totale
p 
g 
tu
p 
g 
Qtot
IMPIANTI AUTONOMI
0,84 0,72 0,94 0,93
0,83 0,74 0,94 0,93
0,91 0,78 0,94 0,93
0,91 0,80 0,94 0,93
0,85
0,85
0,85
0,85
0,91
0,92
0,97
1,00
0,86
0,86
0,92
0,91
0,75
0,76
0,80
0,81
8142
8013
7663
7535
tu
p 
0,90
0,91
0,98
1,02
Produzione A.C.S.
g 
tu
0,90 0,88 0,76 0,92 0,91 0,78 0,91 0,89 0,76
7979
Tradizionale alta T
0,92 0,87 0,77 0,92 0,91 0,78 0,92 0,88 0,77
7897
0,97
0,94
0,81
0,97
0,96
0,82
0,97
0,95
0,81
7499
1,03 0,96 0,85 0,97 0,96 0,82 1,01 0,96 0,84
7254
centralizzati.
0,73
0,75
0,77
0,79
0,81
0,83
0,85
94
16-10-2009
Per gli impianti a servizio dell’edificio caratteristico degli anni ’30 valgono le stesse
considerazioni fatte per quelli a servizio del fabbricato tipico degli anni ’60: la soluzione
energeticamente più efficiente è quella di impianto centralizzato, con differenze contenute
nell’incertezza del metodo di calcolo. Si riportano in seguito i fabbisogni di energia primaria ed
elettrica degli impianti analizzati:
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
[kWh]
0
50
100
150
200
250
300
350
[kWhe]
95
16-10-2009
7000
7200
7400
7600
7800
8000
8200
[kWh]
96
16-10-2009
11
FABBISOGNI TOTALI DI ENERGIA PRIMARIA AL VARIARE
DELLA TIPOLOGIA DI INVOLUCRO EDILIZIO
0
Anni '30
Anni '60
2006
2000
2010
4000
6000
8000
10000
2010 con integrazione solare A.C.S.
Graf. 11.1 – Fabbisogno totale di energia primaria al variare della tipologia di involucro edilizio (riferito al
Dal grafico è evidente come l’imposizione di strutture edilizie sempre più isolate comporta
una notevole diminuzione dei fabbisogni totali di energia primaria. I fabbisogni di energia primaria
si riducono di circa 2/3 passando da edificio rappresentativo di costruzioni tipiche degli anni ’60, ad
uno di nuova costruzione caratterizzante l’anno 2010. Se si considera inoltre l’integrazione della
produzione di acqua calda sanitaria con fonte solare, il fabbisogno totale di energia primaria
diminuisce dell’80%.
97
16-10-2009
0
Anni '30
Anni '60
0,1
0,2
0,3
0,4
2006
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
2010
Graf. 11.2 – Rendimento globale medio stagionale al variare della tipologia di involucro edilizio.
Tra le soluzioni impiantistiche analizzate, al variare della tipologia di involucro edilizio non è
possibile individuare una tipologia impiantistica nettamente più efficiente rispetto ad un’altra.
Si noti che i risultati ottenuti e le valutazioni effettuate sono soggette ad una considerevole
incertezza, talvolta analoga alle differenze riscontrate tra i casi analizzati, determinata sia
dall’affidabilità dei dati utilizzati, sia dall’influenza delle effettive soluzioni tecniche adottate nella
realizzazione degli impianti e degli involucri.
98
16-10-2009
12
CONCLUSIONI
Dai confronti effettuati si evince che tra impianti autonomi e centralizzati non esiste una
sostanziale differenza in termini di efficienza energetica. In modo particolare si è messo in luce che
negli impianti centralizzati si hanno inevitabilmente delle perdite sulla rete di distribuzione e
sull’accumulo, che richiedono un maggior consumo di combustibile, mentre negli autonomi,
soprattutto con ridotti fabbisogni di energia termica dell’involucro, il fattore di maggior perdita è
rappresentato dal consumo degli ausiliari.
Mentre le perdite di energia termica nella rete di distribuzione, se ben progettata e coibentata
e nel sistema d’accumulo degli impianti centralizzati sono solo in piccola parte eludibili, il consumo
della pompa di circolazione nell’autonomo può essere anche notevolmente ridotto, o con una logica
di gestione dell’impianto diversa, che interrompe il funzionamento della pompa a bruciatore spento,
oppure con l’utilizzo di un circolatore con assorbimenti elettrici inferiori.
Le differenze dei parametri di merito, consumo di energia primaria e rendimento medio
globale, tra impianti autonomi e centralizzati sono esigue: è sufficiente una lieve modifica, anche e
solo alla logica di funzionamento dell’impianto, per favorire una soluzione rispetto all’altra. I valori
dei parametri di merito sono notevolmente influenzati dalle soluzioni tecniche adottate e dai dati
relativi alle prestazioni dei generatori di calore. Particolarmente significativa è l’influenza delle
perdite percentuali (termiche al mantello e al camino) sul rendimento termico utile e
dell’assorbimento energetico degli ausiliari sul valore del rendimento di produzione dell’impianto
termico.
Se ne deduce quindi che, date le innumerevoli soluzioni impiantistiche disponibili, per
stabilire quale sia la soluzione energeticamente più efficiente, sia necessario che il progettista
dell’impianto, in modo sinergico con il progettista dell’involucro edilizio, analizzi attentamente la
soluzione più adatta.
Per valutazioni maggiormente esaustive è auspicabile un’estensione dell’indagine con
valutazione sperimentale, sostenuta con adeguate risorse economiche.
99

efficienza energetica ed impatto ambientale degli impianti termic

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