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Riqualificazione e gestione dei sistemi energetici di un grande complesso immobiliare residenziale
20/04/2017
Vincenzo Carrarini

Analisi tecnico-economica di riqualificazione energetica di un impianto termico centralizzato

1 PREMESSA E OBIETTIVI
Il complesso immobiliare oggetto dell’analisi è composto da una decina di palazzine residenziali tra loro indipendenti (circa n. 65 appartamenti complessivi), servite da alcune strutture sportive (piscina e campi da tennis), con accesso principale dalla strada pubblica.
Tali edifici sono connessi ad una rete di teleriscaldamento, interna al complesso, che fornisce l’acqua calda per il riscaldamento invernale e per gli usi igienico sanitari annuali. La centrale termica centralizzata è caratterizzata da n. 2 generatori di calore ad acqua surriscaldata, alimentati a gasolio.

Il condominio del complesso immobiliare ha commissionato un’analisi di fattibilità tecnica e sensibilità economica, avendo manifestato l’esigenza di intervenire sull’attuale impianto termico, al fine di prevedere una riqualificazione energetica dello stesso, dettata anche dai frequenti guasti riscontrati sulla rete di distribuzione idronica. In particolare, il condominio è interessato a ricevere una valutazione tecnico-economica incentrata principalmente sui seguenti due scenari di intervento, oggetto tra l’altro di alcune deliberazioni condominiali, e cioè:

  • impianto centralizzato attuale (con rete di teleriscaldamento e sotto-stazioni termiche di edificio) con passaggio dall’alimentazione a gasolio all’alimentazione a gas naturale e revamping (parziale o totale) della rete di distribuzione dell’acqua calda;
  • caldaia (a gas naturale) autonoma al servizio di ciascun immobile (ovvero una decina di centrali termiche tra loro distinte).

L’obiettivo dello studio è dunque quello di fornire al condominio una serie di valutazioni preliminari in termini di:

  • analisi delle performance tecniche e gestionali dell’impianto termico centralizzato, ovvero un assessment energetico sull'impianto esistente (“as is” o “S_0”), distinto nei vari macro-componenti principali: centrale termica centralizzata, circuito idronico e sotto-stazioni termiche;
  • analisi costi/benefici degli scenari attuale (“S_0”) e di intervento proposti (“S_1” e “S_2”) per la riqualificazione dell’impianto termico.

2 CARATTERIZZAZIONE DELL’IMPIANTO TERMICO ESISTENTE

2.1 DESCRIZIONE DEL LAYOUT IMPIANTISTICO
Il condominio è servito da un’unica centrale termica, caratterizzata da n. 2 generatori di calore ad acqua surriscaldata da 930 kW ciascuno, alimentati a gasolio, che fornisce l’energia termica (riscaldamento ed acqua calda sanitaria, ACS) ai singoli edifici attraverso una rete di teleriscaldamento “ad albero”. In centrale sono presenti n. 2 accumulatori termici da 1.000 litri ciascuno.
Il circuito di distribuzione idronica si estende per circa un chilometro e mezzo (tra mandata e ritorno) nel sottosuolo, direttamente annegato nel terreno, realizzato con tubazioni di acciaio pre-coibentato e costituito dall’abbinamento di un tubo di servizio in acciaio, un isolamento in schiuma di poliuretano e una guaina esterna in polietilene ad alta densità (HDPE). Tuttavia, emergono alcuni aspetti di rilievo: assenza dei giunti di dilatazione sul piping ; assenza di lamierino in acciaio come rivestimento esterno della tubazione pre-coibentata; spessore del materiale coibente non ottimale.
La rete “ad albero” fornisce indirettamente l’energia termica a ciascuno degli edifici, senza necessitare di stazioni di pompaggio (“di rilancio”) durante il percorso. Le utenze sono collegate alla rete per mezzo di sotto-centrali dotate di sistemi di cessione del calore a scambio indiretto, ossia con scambiatori di calore tra il circuito primario (rete di teleriscaldamento) e il circuito secondario (rete interna di distribuzione dell’edificio). Ciascuna sotto-centrale termica ospita dunque uno scambiatore di calore a piastre, un sistema di pompaggio dell’acqua, un sistema di regolazione della temperatura dell’acqua, e n. 2 boiler da 1.000 litri ciascuno per la produzione di acqua calda sanitaria.

2.2 GRIGLIA DI RILEVAZIONE DEI PARAMETRI CARATTERISTICI
Il quadro sinottico di seguito riportato anticipa la metodologia di valutazione adottata, attraverso la (parziale) compilazione della griglia di rilevazione dei parametri caratteristici e valori medi di funzionamento dell’impianto termico esistente, riscontrati durante le visite on site e/o desunti dalle informazioni disponibili.



Figura 1 - Parametri caratteristici e valori medi di funzionamento dell’impianto termico esistente).

2.3 VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE
La valutazione delle performance complessive dell’impianto di teleriscaldamento è stata desunta attraverso la determinazione dei rendimenti dei vari sotto-sistemi impiantistici asserviti alle singole utenze, in relazione al circuito primario dell’impianto termico centralizzato (ovvero, senza analizzare i circuiti secondari dei singoli sistemi edificio-impianto).



Figura 2 - Rendimenti medi stagionali di generazione, distribuzione (TLR), scambio termico e globale del sistema.

Il rendimento globale medio stagionale dell’impianto descrive quantitativamente la prestazione complessiva del sistema centrale termica (generazione dell’energia termica), rete di teleriscaldamento (distribuzione del fluido termovettore) e scambiatore termico in sotto-centrale (fornitura dell’energia termica presso le utenze).
Tale parametro complessivo risulta fortemente influenzato dalla generazione dell’energia termica, essendo a sua volta dipendente dal carico di funzionamento, dalle temperature dell’acqua calda e dal tipo di fabbisogno richiesto dall’utenza (riscaldamento e/o acqua calda sanitaria).

3 IPOTESI DI RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA E SCENARI DI INTERVENTO

3.1 REVAMPING DELL’IMPIANTO TERMICO ESISTENTE
Lo Scenario S_1 analizza la fattibilità tecnico-economica di interventi inerenti alla riqualificazione dell’attuale impianto termico centralizzato, individuando una serie di sotto-scenari. Ciascuno di essi prevede sia riqualificazione parziale e/o totale della rete di teleriscaldamento, sia il cambio del combustibile di alimentazione della centrale termica (da gasolio a gas naturale), al fine di consentire sia la compliance alla delibera regionale sul “piano per il risanamento della qualità dell’aria”, sia un tangibile risparmio economico sull’approvvigionamento (a parità di consumi termici dell’utenza).

Lo Scenario S_1. si declina nei seguenti sotto-scenari di intervento proposti:
• S_1.1: cambio dei bruciatori e riqualificazione parziale della rete di teleriscaldamento (TLR);
• S_1.2: cambio delle caldaie e riqualificazione parziale della rete di teleriscaldamento (TLR);
• S_1.3: cambio delle caldaie e riqualificazione totale della rete di teleriscaldamento (TLR).

La trasformazione di una caldaia da gasolio a gas sostituendo il bruciatore comporta, anche per potenzialità medio-alte, alti costi d’installazione ed una resa complessivamente “non eccellente” del generatore, motivo per cui spesso conviene sostituire direttamente il gruppo termico.

L’installazione di un moderno generatore a condensazione a quattro stelle con bruciatore modulante (come nel caso considerato in questa analisi) può incrementare ulteriormente il rendimento di generazione medio stagionale. A tal fine, occorre aumentare quanto più possibile il salto termico tra mandata e ritorno, agendo sulla riduzione della temperatura del fluido termovettore di ritorno in centrale. Nel caso in analisi, essendo la temperatura dell’acqua di ritorno in caldaia pari a circa 70 °C, si potrebbe ad esempio prevedere uno spillamento sul circuito di ritorno che vada ad alimentare un boiler di pre-riscaldo dell’acqua, al fine di ottimizzare lo sfruttamento del recupero di calore dai fumi espulsi.

L’analisi tecnico-economica è stata effettuata per ciascuno dei sotto-scenari analizzati. A titolo esemplificativo, di seguito si riporta il dettaglio puntuale dello scenario S_1.2, in cui risultano evidenti le performance impiantistiche (consumi energetici e rendimenti) ed il dettaglio dei costi di investimento iniziale (componenti ed opere civili ed impiantistiche) ed operativi (spesa energetica, conduzione e manutenzione).



Figura 3 - Scenario 1.2: Cambio caldaie e riqualificazione parziale rete TLR (S_1.2).

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