AICARR CDA MARZO 2004

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Reed Business Information Spa - Sped. abb. post. 45% art. 2 comma 20/B legge 662/96 Filiale di Milano- ISSN 0373-7772 Prezzo di copertina € 6,80

Supermercati: controllo dell’umidità e risparmio energetico

Impianti Riscaldamento locale o teleriscaldamento

Tavola rotonda Caldaie a condensazione

Focus mercato Il clima tende al “bello”

Trattamento acqua Come intervenire contro la corrosione

DELL’ARIA • RISCALDAMENTO REFRIGERAZIONE • ORGANO DIRETTIVO NAZIONALE DELL’AICARR TO EN M

Ricerca

CON DI ZI O N A

Elettrotecnica

Effetti della corrente elettrica nel corpo umano

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Sommario N.3/Marzo 2004

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Editoriale

Convegno Aicarr ed Expocomfort: qualità C.M. Joppolo

Comitato di redazione

Franco Adami, Claudia Calabrese, Gianvincenzo Fracastoro, Renato Lazzarin, Eleonora Monti, Ubaldo Nocera, Michele Vio Direttore Scientifico Renato Lazzarin Direttore editoriale Franco Adami Redattori Adriana Del Longo, Eleonora Monti, Federica Orsini, Stefano Rimassa, Maruska Scotuzzi Segreteria Brunella Chiari, Maria Ranieri Prezzo di copertina 2004 Un fascicolo Euro 6,80 Arretrato Euro 13,60 Abbonamenti 2004 Italia Euro 74,00 Estero $ 148.00 Euro 148,00 La rivista è inviata ai Soci AICARR. Il prezzo dell’abbonamento è incluso nella quota associativa.

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Spedizione in abbonamento postale 45%-art.2 comma 20/B legge 662/96 - Milano Reed Business Information SpA è associata a

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Supermercati: controllo umidità e risparmio energetico P. Mazzei, F. Minichiello, D. Palma

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Stato dell’arte

Risparmio energetico nella climatizzazione alberghiera F. D’Aurea, G. Manchisi, M. Ranieri

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Impianti

Riscaldamento locale o teleriscaldamento R. Lazzarin, M. Noro

83

Spazio alla discussione

Caldaie a condensazione

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F. Adami, A. Del Longo

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Impianti

Comfort negli alberghi R. Rho

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Informatica

“Programma” per il rumore C. Calabrese

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Focus mercato

Il clima tende al “bello” C. Casale

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Trattamento acqua

Come intervenire contro la corrosione CDA CONDIZIONAMENTO DELL’ARIA RISCALDAMENTO REFRIGERAZIONE Direttore responsabile Alberto Banal.

Registrazione Tribunale di Milano n. 4545 del 7-2-1958.

Iscrizione al ROC n. 1136. La Direzione non risponde delle idee od opinioni espresse dagli autori nei loro articoli Copyright Reed Business Information Spa - Milano Italia.

Terminato di stampare 25-02-2004 presso Teograf, via Tacito 15/17, Corsico (MI) Testata volontariamente sottoposta a certificazione di tiratura e diffusione in conformità al Regolamento C.S.S.T. Certificazione Stampa Specializzata Tecnica Per il periodo 01/01/2002-31/12/2002 Tiratura media n. 4.169 copie Diffusione media n. 3.799 copie Certificato CSST n. 2002-578 del 21/02/2003 Società di Revisione Grant Thornton Spa Tiratura del presente numero: n. 4.800 copie

R. Laria

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Intervista

Impiantistica a tutto tondo C. Reali, S. Rimassa

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Consulenza elettrotecnica

Sezionamento del neutro A. Porro

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Le Rubriche pag. 19

Associato all’USPI Unione Stampa Periodica Italiana

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Panorama Attualità & Mercato Prodotti & Cataloghi

pag. 126 Block notes Convegni & Mostre pag. 127 Si parla di…

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n.3 marzo 2004

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Cesare Maria Joppolo

Convegno Aicarr ed Expocomfort:

qualità l termine “Qualità” è oredifici e degli impianti, e dunque costituimai così spesso usato da sce un’ottima occasione per chi potrà visiessere sottovalutato o adtarlo per aggiornare la sua visione della dirittura ritenuto ingantecnologia di settore. Non meno impornevole. Credo invece che tante da un punto di vista culturale vuole sia assolutamente necessario concentrare essere l’offerta convegnistica Aicarr, per la la nostra attenzione sulla qualità vera e cioè quale si è scelto il tema “Impianti, edifici, sul processo che porta dalla individuazione città. Integrazione e nuove visioni di procorretta delle esigenze al loro soddisfacigetto e di gestione”, inserita come da traCesare Maria Joppolo mento tenendo nel dovuto conto i diversi vindizione in ExpoComfort. Per l’edizione coli di natura economica, ambientale, ener2004, con l’obiettivo della qualità, abbiagetica, tecnologica ed organizzativa, che caso per caso si mo voluto mantenere gli standard di qualità costruiti nelapplicano. la lunga tradizione Aicarr. Ma abbiamo voluto anche introdurre A ciascuno di noi nella sua specifica competenza di progettista, sia dal punto di vista culturale sia da quello organizzaticostruttore, gestore ecc., il compito di far sì che gli edivo significative innovazioni. Dal punto di vista culturale il fici e l’impiantistica ad essi asservita, determinino il sodprogramma del Convegno si apre alle tematiche dell’energia disfacimento delle esigenze delle persone, delle società e solare e delle nuove energie, nella convinzione che, dopo delle comunità. Qualità dell’ambiente indoor e qualità delun lungo periodo di incubazione, vi siano elementi di conl’ambiente outdoor sono bisogni fondamentali e intimamente creta e significativa applicabilità. La visione dell’impianconnessi tra di loro e con la nostra professionalità. Qualtistica non è solo quella dell’ambiente climatizzato e delcuno parla, e a proposito, della importanza di un coml’edificio, ma a pieno titolo quella dell’impiantistica terportamento etico (“come è possibile che si progettino, rearitoriale con le sue determinanti e le sue scelte alternalizzino, collaudino, gestiscano,... per un generico utente tive. Lo studio dell’insieme edificio-impianto è concretaambienti che coloro i quali hanno contribuito al processo mente condiviso con progettisti architettonici ed edili. Dal complessivo non riterrebbero adeguati per sè stessi”). Ma punto di vista organizzativo si è adottata una struttura più non è solo da questo punto di vista che la qualità è imcompatta che si articola su due mattinate di Convegno laportante: essa costituisce anche da un punto di vista pusciando spazi per la visita della Mostra e per altre occasioni ramente economico la più importante garanzia per manculturali (in particolare per i Seminari di aggiornamento tectenere per ciascuno di noi, per la nostra industria e per la nico) e si sono curati maggiormente gli aspetti di comucollettività cui apparteniamo, la capacità di sostenere e vinnicazione e di relazione sia con i Soci sia con i visitatori di cere le continue competizioni e di svolgere un ruolo tecExpoComfort. L’auspicio è che coloro che verranno in fienologico e industriale che non si appiattisca nella sola ra e parteciperanno alle attività convegnistiche e seminariali dimensione commerciale. trovino concreti elementi per procedere con noi sulla ExpoComfort ha da molto tempo e continua ad avere una strada della qualità. leadership a livello europeo e mondiale nella presentazione Cesare Maria Joppolo dei prodotti e delle aziende che offrono soluzioni innovaChairman del Comitato Scientifico tive e concrete per la qualità dell’ambiente indoor, degli e Organizzatore Convegno Internazionale Aicarr

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n.3 marzo 2004

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Ricerca

Pietro Mazzei, Francesco Minichiello, Daniele Palma

Supermercati: controllo umidità e risparmio energetico Impianti di climatizzazione con ruota essiccante

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In questo lavoro sono esaminate le caratteristiche degli impianti di climatizzazione con ruota essiccante per supermercati, sulla base delle principali indicazioni riportate in letteratura. In particolare è presentato un case-study nel quale si confrontano un impianto tradizionale con uno ibrido. Sono quindi riportati i risultati ottenuti con l’ausilio di un codice di simulazione dinamica, il DesiCalcTM, significativi in termini sia di risparmio sui costi di esercizio, sia di pay-back, sia di prestazioni.

Perché climatizzare nei supermercati Nei supermercati la climatizzazione è necessaria sia per il benessere degli occupanti sia per il corretto funzionamento dei banchi frigoriferi. Di rilievo è lo studio della deumidificazione dell’aria per l’effetto sul carico dei banchi frigoriferi. Inoltre, risulta atipico il rapporto tra i carichi sensibile e latente; infatti, i banchi riducono il primo in misura maggiore del secondo. Pertanto, se si deumidifica con una batteria di raffreddamento, risulta indispensabile il suo sovradimensionamento, nonché il dispendioso post-riscaldamento.

Una possibile soluzione consiste nel ricorrere ad impianti di climatizzazione ibridi con deumidificazione per adsorbimento: i carichi latente e sensibile sono controllabili separatamente; il gruppo frigorifero a compressione ha una taglia inferiore ed un COP maggiore dovendo raffreddare ad un livello termico più alto; può ottenersi un consistente risparmio energetico; i sistemi anti-condensa possono essere eliminati.

Nel presente lavoro, sulla base delle principali indicazio-

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ni riportate in letteratura, sono esaminate le caratteristiche degli impianti di climatizzazione con ruota essiccante per supermercati. È presentato un case-study nel quale si confrontano un impianto tradizionale con uno ibrido. Sono quindi riportati i risultati ottenuti con l’ausilio di un codice di simulazione dinamica, il DesiCalcTM, significativi in termini sia di risparmio sui costi di esercizio, sia di pay-back, sia di prestazioni.

Nei supermercati la climatizzazione è necessaria sia per il benessere degli occupanti sia per il corretto funzionamento dei banchi frigoriferi aperti, ben funzionanti solo se l’umidità dell’aria ambiente è mantenuta bassa. Per i supermercati risulta atipico il rapporto tra le componenti sensibile e latente del carico termico ambiente, per la presenza dei banchi frigoriferi aperti che riducono sostanzialmente il carico sensibile ed in misura minore quello latente [1]. La riduzione del carico sensibile dipende dal numero e dal tipo di banchi [2], ma in media si stima tra il 40% ed il 65% del carico sensibile complessivo [3]. Di conseguenza, nonostante non vi sia uniformità di opinioni

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di esercizio ottenuti per il sistema di refrigerazione; - se si fissa per l’impianto tradizionale l’intervallo 4555% e per quello ibrido l’intervallo 35-45%, seguendo5 le indicazioni di Harriman [3] che sembrano soddisfare meglio le condizioni di comfort termico rispetto agli intervalli fissati di default dal DesiCalcTM (rispettivamente, 20-55% e 2035%), i costi di esercizio sia della soluzione tradizionale che di quella alternativa aumentano, come anche il risparmio corrispondente connesso alla soluzione alternativa (243.075 € - 206.620 € = 36.455 €, da cui deriva un pay-back semplice di 8 mesi); questi risultati discendono dall’aver fatto lavorare in condizioni penalizzanti il sistema di refrigerazione dei banchi, cioè per livelli mediamente più alti di umidità ambientale (666 sono le ore in cui l’impianto tradizionale non mantiene nella zona centrale la U.R. al di sotto del 50%) e dai maggiori costi di esercizio di entrambi gli impianti di climatizzazione in regime invernale, per la necessità di una più spinta umidificazione.

Considerando la città di Milano, non si hanno variazioni rilevanti rispetto ai risultati di tabella 5 e tabella 6, relativi alla città di Roma: si verifica solo un leggero aumento dei costi di esercizio.

Conclusioni Particolarmente interessante si rivela l’impiego di impianti di climatizzazione ibridi con ruota essiccante nella zona centrale dei supermercati, in cui risulta critico il mantenimento di una bassa umidità ambientale per la presenza dei banchi frigoriferi aperti.

L’impiego di un programma di calcolo specificamente orientato agli impianti essiccanti, il DesiCalcTM, alla luce delle indicazioni riportate in letteratura, ha consentito di evidenziare i significativi risparmi ottenibili sui costi di esercizio con l’impiego dei suddetti impianti ibridi al posto di quelli tradizionali; tali risparmi riguardano sia il sistema di 13

refrigerazione degli alimenti (l’aliquota maggiore) che gli impianti di climatizzazione e, mediante un’analisi tecnico-economica di prima approssimazione, hanno condotto a tempi di ritorno semplice dell’investimento dell’ordine dei 2-3 anni al massimo.

Inoltre, con l’impiego dell’impianto ibrido nella zona centrale del supermercato, si riducono la potenza elettrica complessivamente richiesta nel supermercato (di circa il 10%) e la portata d’aria complessivamente immessa13 (di circa il 30%) e quindi gli ingombri dei canali; si mantiene in ambiente un livello di umidità più basso rispetto agli impianti tradizionali, il che giova alla conservazione dei prodotti, riduce la formazione di brina e quindi migliora la visibilità e l’aspetto dei prodotti; si riduce l’impatto ambientale connesso all’impiego dei fluidi refrigeranti.

Sono risultate lievi le variazioni nei risultati al cambiare della città considerata e, per una stessa località, al variare delle condizioni termoigrometriche di progetto dell’aria esterna.

Sembra non convenire l’impiego di un raffreddatore evaporativo indiretto nell’impianto ibrido.

I costi di esercizio per entrambe le soluzioni impiantistiche ed i risparmi connessi alla soluzione alternativa aumentano in modo significativo quando si impone anche all’impianto tradizionale di mantenere nella zona centrale del supermercato valori di umidità più bassi, cioè gli stessi livelli di umidità garantiti dall’impianto ibrido (20-35%), o quando si impone che entrambi gli impianti garantiscano livelli di umidità relativa un po’ più elevati (45-55% per l’impianto tradizionale e 35-45% per l’ibrido).

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Pietro Mazzei, Professore ordinario, Francesco Minichiello Ricercatore, Daniele Palma Dottorando DETEC, Università di Napoli “Federico II”, Napoli

La riduzione della portata d’aria discende dalle indicazioni di letteratura e non dai risultati del presente articolo.

Simboli e unità di misura h MCDB MCWB p RST=SHR T Tba = DB Trug = U V ω U.R. Q ∆ ST DWHS BF

Entalpia specifica J/kg “Mean Coincident Dry Bulb” °C “Mean Coincident Wet Bulb” °C Pressione Pa Rapporto tra carico sensibile e carico totale — Temperatura °C Temperatura di bulbo asciutto (“Dry Bulb”) °C DPTemperatura di rugiada (“Dew Point”) °C Trasmittanza termica unitaria W/(m2⋅K) Volume m3 Umidità specifica dell’aria kgv/kga (o gv/kga) Umidità relativa % Potenza termica o carico termico W Differenza fra valori — Impianto tradizionale — Impianto ibrido con ruota essiccante — (“Desiccant Wheel Hybrid System”) Batteria fredda —

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BC DW IEC COP NA NC

Batteria calda Ruota essiccante (“Desiccant Wheel”) Raffreddamento evaporativo indiretto (“Indirect Evaporative Cooling”) Coefficiente di prestazione Normalmente aperta (serranda) Normalmente chiusa (serranda)

Pedici: a e i m r S L T v

riferito riferito riferito riferito riferito riferito riferito riferito riferito

all’aria secca all’aria esterna all’aria di immissione alla miscela aria esterna - aria di ripresa all’aria interna o di ripresa al carico sensibile al carico latente al carico totale al vapor d’acqua contenuto nell’aria umida

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[3], si ritiene di solito opportuno ridurre la potenzialità della macchina frigorifera per la climatizzazione, per evitare inutili sovra-costi e difficoltà a mantenere la temperatura di comfort in ambiente. Lo sbilanciamento del rapporto RST (rapporto sensibile/totale) è ulteriormente spostato a favore della componente latente in conseguenza dei moderni criteri di progettazione energeticamente efficiente degli involucri edilizi e degli impianti tecnologici asserviti. È chiaro quindi che se la deumidificazione è realizzata con una batteria di raffreddamento tradizionale, risulta indispensabile il suo sovradimensionamento, nonché il successivo post-riscaldamento dell’aria trattata, con notevole dispendio energetico ed economico.

Una possibile soluzione consiste nel ricorrere ad impianti di climatizzazione ibridi con deumidificazione mediante ruota essiccante: l’aria da trattare, detta aria di processo, attraversa una ruota contenente una matrice impregnata di materiale adsorbente caratterizzato da forte affinità nei confronti del vapore d’acqua. La temperatura dell’aria di processo cresce e l’umidità specifica decresce.

L’aria di processo deve pertanto essere successivamente raffreddata usando uno o più dei seguenti componenti: una batteria fredda, un raffreddatore evaporativo indiretto (IEC), un recuperatore di calore [4-6]. Una porzione della ruota è investita da aria calda, detta aria di rigenerazione, che ripristina l’attitudine del materiale ad adsorbire.

Questo processo, che richiede quindi principalmente energia termica (e non meccanica), offre numerosi vantaggi [7-10], tra cui: a) il carico latente e quello sensibile sono controllabili separatamente; b) il gruppo frigorifero a compressione di vapore dell’impianto di climatizzazione ibrido, che bilancia il solo carico sensibile, presenta una taglia significativamente inferiore (a cui corrisponde una diminuzione del costo e della potenza elettrica impegnata), ed un COP maggiore (a cui corrisponde una diminuzione dell’energia elettrica consumata) dovendo raffreddare ad un livello termico più alto; c) può essere ottenuto un consistente risparmio energetico, soprattutto per quanto riguarda l’insieme dei banchi frigoriferi: a tal fine il sistema deumidificante per adsorbimento, che bilancia il carico latente, può utilmente impiegare la potenza di condensazione del gruppo frigorifero a compressione o eventuali cascami di energia termica disponibile per preriscaldare l’aria di rigenerazione, riducendo la potenzialità termica necessaria [11]; d) i sistemi riscaldanti anti-condensa possono essere eliminati o ridotti; e) risulta migliore il controllo dell’umidità in ambiente. È bene osservare che i carichi sensibile e latente indotti dall’aria di rinnovo non sono usualmente in fase; spesso nel-

le ore in cui la temperatura esterna si abbassa significativamente rispetto a quella di progetto, l’umidità mostra una tendenza opposta. Il sistema con ruota essiccante è idoneo a funzionare correttamente in queste circostanze, peraltro molto frequenti per il clima italiano [12]: infatti, la sezione deumidificante sarà chiamata dalla sonda di umidità ad una più profonda azione, mentre il gruppo frigorifero modulerà in diminuzione la potenza erogata. Invece, l’impianto di climatizzazione tradizionale si troverà in questi casi a dover gestire esigenze contrapposte: quella connessa al controllo dell’umidità, che richiede una temperatura di batteria inferiore, e quella connessa al controllo della temperatura, che richiede una temperatura dell’aria di immissione maggiore. Il risultato è che aumentano sia la potenza di refrigerazione che quella per il postriscaldamento. Va osservato che, nelle condizioni più severe di carico parziale, il sistema tradizionale, se non opportunamente dimensionato e regolato, può perdere il controllo dell’umidità1. L’aumento dell’umidità in ambiente ha conseguenze negative di rilievo [3, 14, 15, 16]: a) aumenta il carico imposto ai banchi frigoriferi (la potenza elettrica richiesta dai banchi aumenta al crescere della temperatura di rugiada del locale [3]) e quindi il loro costo di esercizio (di circa l’1,8% per ogni grado di aumento della temperatura di rugiada [6, 17]), come anche quello dei riscaldatori elettrici anti-condensa [18]; b) a causa della formazione di brina, sono richiesti più lunghi periodi di sbrinamento, si abbrevia la vita dei beni esposti, la loro visibilità ed il loro aspetto peggiorano [19], i contenitori di carta si deteriorano rendendo illeggibili le etichette; inoltre, i lunghi periodi di sbrinamento inficiano la sicurezza dei generi alimentari surgelati: la normativa statunitense [20], ad esempio, prevede una temperatura superficiale massima di 5°C, perché valori superiori consentono una più prolifica riproduzione batterica [21]; c) aumentando la temperatura di rugiada dell’aria, si manifestano problemi di condensa superficiale sulle pareti dei banchi, sulle strutture, sulle merci [22, 23].

Il problema dell’umidità è aggravato dal fatto che le elevate portate d’aria esterna, necessarie a diluire odori e vapori dovuti ai prodotti alimentari, inducono forti carichi latenti, maggiori di tutti quelli connessi all’ambiente interno [3].

Nel presente lavoro, sulla base delle principali indicazioni riportate in letteratura, sono esaminate le caratteristiche fondamentali degli impianti di climatizzazione con ruota essiccante per supermercati. È analizzato un case-study relativo ad una località italiana, con l’ausilio di un codice di simulazione dinamica basato sulle procedure di calcolo del DOE [24], il DesiCalcTM 2.0 [25], semplice da utilizzare e specificamente orientato agli impianti con ruota essiccante.

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Si fa implicitamente riferimento al valore medio di umidità nel supermercato; in realtà, l’umidità relativa nell’ambito del supermercato cambia in modo significativo, con variazioni fino al 20% [13].

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Ricerca

Sono quindi riportati i risultati, significativi sia in termini di risparmio sui costi di esercizio rispetto agli impianti ad aria tradizionali, sia di pay-back, sia di prestazioni.

quella innovativa con ruota essiccante (fig. 3); tra le tante possibili configurazioni di impianto con ruota essiccante previste dal programma [9, 25], per i supermercati viene proposta solo la soluzione “Post-cool sensible outdoor air heat exchanger with (or without) evaporative cooler”.

L’impianto tradizionale e quello ibrido sono caratterizzati dalle seguenti principali caratteristiche in comune: - impianti del tipo “roof-top” (quindi con macchina frigorifera e UTA accorpate) e non di tipo centralizzato; - presenza di un recuperatore di calore sensibile, con efficienza del 70%; - presenza di batterie di post-raffreddamento e di post-riscaldamento a valle dello scambiatore; - presenza di un sistema economizzatore che, basandosi sui valori istantanei dell’entalpia dell’aria esterna e dell’aria di ripresa, fa in modo che, quando conviene, l’aliquota di aria di ripresa che viene ricircolata sia sostituita temporaneamente, per azione di serrande coniugate (aperte o chiuse), da una uguale portata di aria esterna non trattata; - recupero del calore di condensazione (ad aria) del gruppo frigorifero, per il riscaldamento/post-riscaldamento; eventuale presenza di raffreddatore evaporativo indiretto; - COP pari a 3 per la soluzione base (quattro impianti tradizionali) ed a 3,5 per la soluzione alternativa per tener conto della presenza di tre impianti tradizionali ed uno ibrido; - riscaldamento, post-riscaldamento ed umidificazione (quando necessaria) a gas.

Per l’impianto ibrido, come aria di rigenerazione della ruota essiccante si usa aria esterna invece che aria di ripresa. È stato quindi considerato un supermercato di circa 3700 m2 (fig. 1), sito in Roma, con le seguenti principali caratteristiche: - edificio ad un piano, suddiviso in quattro zone, con altezza variabile tra 6,1 e 6,7 m; - le principali caratteristiche termofisiche delle pareti, le

Impianti di climatizzazione con ruota essiccante per supermercati Per le particolari caratteristiche dei supermercati, risulta conveniente l’impiego di impianti di climatizzazione ibridi con deumidificazione mediante ruota essiccante.

Il codice di calcolo utilizzato propone una suddivisione del locale supermercato in quattro zone (fig.1), a ciascuna delle quali attribuisce un diverso impianto di climatizzazione, come peraltro suggerito [6] anche in letteratura (sebbene con una suddivisione leggermente diversa): le tre zone periferiche – ristoro, magazzino ed uffici - vengono servite da impianti di climatizzazione tradizionali, mentre per la zona centrale costituita dal centro vendite (“core sales”) e dall’area casse il programma effettua un confronto tecnico-economico tra la soluzione tradizionale (fig. 2) e

cda 58

RISTORO (178 m2)

MAGAZZINO (743 m2)

CENTRO VENDITE (2494 m2)

UFFICI (111 m2)

Figura 1 - Pianta del supermercato esaminato

Ventilatore di ripresa

Aria estratta

NC

all’esterno

Ventilatore di mandata

Spazio condizionato

NA Aria esterna (Aria di ventilazione) NC Recupero di calore sensibile

-

+

BF

BC

Umidificatore

Aria esterna (Economizzatore)

Figura 2 - Impianto di climatizzazione tradizionale

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Aria espulsa

Eventuale raffreddatore evaporativo

Ventilatore di ripresa

Aria estratta

NC all’esterno

+

Spazio condizionato

Batteria calda di rigenerazione

Ventilatore di mandata NA

Aria esterna (Aria di ventilazione NC Ruota essiccante

Recuperatore di calore sensibile

-

+

BF

BC

Aria esterna (Economizzatore)

Figura 3 - Impianto di climatizzazione ibrido con ruota essiccante (“Post-cool sensibile exchanger with [or without] evaporative cooler”)

Tabella 1 -

outdoor air heat

Principali caratteristiche termofisiche delle pareti del supermercato esaminato

Area m2

Area m2

U W/(m2 K)

U W/(m2 K)

Pareti

Finestre

Pareti

Finestre

N

402

0

0,551

2,65

E

415

0

0,551

2,65

S

338

66

0,663*

2,65

W

390

0

0,551

2,65

Tetto

3378

0

0,788

2,65

Pavimento

3415

0

0,58

2,65

Esposizione

cda 59

* è un valore medio (a sud ci sono varie tipologie di pareti)

cui stratigrafie sono state modificate rispetto a quelle di default che proponevano soluzioni tipicamente statunitensi, sono riportate in tabella 1.

Le condizioni di progetto, alcune riferite in particolare alla zona centrale del supermercato, sono le seguenti: — condizioni termoigrometriche dell’aria esterna2: - ASHRAE 1% DB/MCWB (estate: 30/23,3°C, 15.4 g/kg; inverno: -1,1/-2,2°C, 2,7 g/kg) - ASHRAE 1% DP/MCDB (estate: 24,4/27,2°C, 19.4 g/kg; inverno: -3,9/-1,1°C, 2,7 g/kg) — condizioni termoigrometriche dell’aria interna: - T=24°C in estate3; T= 20°C in inverno, in ottemperanza alle indicazioni del DPR 412/93; - U.R.4= 20-55% per l’impianto tradizionale ST, 20-

35% per l’impianto ibrido; sono state effettuate anche prove con, rispettivamente, 45-55% e 35-45%, per tener conto delle indicazioni di Harriman [3]5.

L’umidità relativa è controllata solo nella zona centrale del supermercato (“core”), che occupa circa il 70% del totale, mentre nelle zone rimanenti è controllata solo la temperatura.

Riguardo alle condizioni termoigrometriche da mantenere nella zona centrale del supermercato, è anche utile riportare (tab. 2) alcune indicazioni tratte dalla letteratura tecnica italiana ed internazionale.

— Carichi termici: - valore scelto per il livello di occupazione: 0,17 persone/m2 (valore proposto da Stefanutti [26])6;

2 Sono stati effettuati i calcoli con entrambe le condizioni, nonché con quelle fissate dalla norma italiana UNI 10339: i risultati ottenuti con quest’ultima hanno messo in evidenza differenze marginali rispetto a quelli ottenuti con le condizioni ASHRAE. 3 Si noti che le condizioni di “rating” dei banchi frigoriferi – T=24°C, U.R.=55% - impongono che la temperatura e l’umidità relativa nel locale non siano maggiori rispettivamente di 24°C e 55%, altrimenti i banchi lavorano male e consumano troppo.

4 Valori di default del DesiCalcTM. 5 In realtà, per l’impianto ibrido Harriman suggerisce l’intervallo 35-40%, che però non è accettato dal DesiCalcTM, che ammette intervalli minimi di ampiezza 10%.

6 Altri valori proposti: il valore di default di DesiCalcTM è 0.086 persone/m2, mentre la UNI 10339 prevede 0.25 persone/m2 per la voce “grandi magazzini” (manca la voce specifica relativa ai supermercati).

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Tabella 2 -

Condizioni termoigrometriche di progetto interne riportate da alcune fonti nazionali ed internazionali7

T [°C]

U.R. [%]

Fonte

20-55% (ST); 20-35% (ibrido)

valori di default di DesiCalcTM [25] (U.S.A.)

25

60%

Stefanutti [26] (Italia)

-

40-45

Khattar [27] (U.S.A.)

24

55

Sweetser [28] (U.S.A.)

24

55

Adams [29] (U.S.A.)

24

45

Whitehead [30] (U.S.A.)

24

55% (ST); 40% (ibrido)

Calton [6] (U.S.A.)

24

55

Burns [5] (U.S.A.)

22.2

Tabella 3 -

cda 60

Carichi termici estivi ed invernali di progetto per il supermercato esaminato

Utenza

Area m2

Volume m3

% area

Centro vendite

2494

10642

70,7

79,2

45,6

124,8

11,7

0,63

-174,5

-16,4

Uffici

111

271

3,1

6,5

1,2

7,7

28,5

0,84

-3,0

-11,1

Ristoro

178

761

5,0

10,8

2,8

13,6

17,9

0,79

-9,6

-12,6

Magazzino

743

3.965

21,1

46,2

15,7

61,9

15,6

0,75

-61,5

-15,5

3.5269

15.639

100

142,8 65,3

208,0

13,3

0,69

-248,6

-15,9

Totale o media

Tabella 4 Ora 1-6

Carico termico estivo (Tr=24°C) Qs QL QT QT/V RST kW kW kW W/m3

Carico termico invernale (Tr=20°C) Qs Qs/V kW W/m3

Variazione temporale dei carichi termici interni per il supermercato esaminato8

Livello di occupazione (%) in settimana fine settimana 5

5

Illuminazione ed altri carichi elettrici (%) tutti i giorni 82

7

5

5

91

8

5

5

100

9

10

10

100

10

30

40

100

11

40

60

100

12-13

60

100

100

14

40

60

100

15

35

50

100

16

40

70

100

17-20

60

100

100

21

40

80

100

22

30

60

100

23-24

5

5

100

7 Riguardo a Stefanutti e DesiCalcTM, le suddette condizioni di progetto sono valide solo per il regime estivo; per le altre fonti manca un’esplicita dichiarazione al riguardo, ma è molto probabile che si riferiscano all’intero anno, come è prassi negli U.S.A. 8 L’impianto funziona senza alcuna interruzione.

9 L’area totale del supermercato è di 3716 m2, ma in tabella 3 manca l’area relativa al locale apparecchiature, perché non climatizzato.

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- carico termico totale connesso a ciascuna persona: 132 W; - illuminazione ed altri carichi elettrici: 19 W/m2 e 1,6 W/m2; in [26] si prevedono 15 W/m2, considerando apparecchi illuminanti ad alta efficienza; - ventilazione10: 7 l/(s⋅persona); - infiltrazioni: 0,75 ricambi/ora; - carico termico sensibile sottratto dai banchi frigoriferi all’ambiente: 60 W/m 2 , per un totale di 0,060⋅3.716=223 kW; in [26] si prevedono 50-60 W/m2; — Tariffe11: - elettricità: 0,09968 €/kWh; - gas: 0,61097 €/m3.

I carichi termici di progetto del supermercato esaminato, valutati considerando le condizioni di progetto ASHRAE 1% DB/MCWB per l’aria esterna, sono riportati in tabella 3.

I carichi termici connessi a fonti interne variano nel tempo con la sequenza indicata in tabella 4, mentre quelli esterni variano nel tempo secondo le procedure indicate nel DOE [24].

Tabella 5 -

Risultati Con le ipotesi descritte in precedenza, considerando il funzionamento degli impianti di tutte e quattro le zone, per tutto l’anno e per 24 ore al giorno, con il raffreddatore evaporativo disattivato e con i carichi termici di tabella 3, sono stati ottenuti i risultati riportati in tabella 5, in cui sono presentati i valori di: potenza elettrica richiesta (kW), energia consumata (kWh per l’energia elettrica, MJ per il metano), energia elettrica consumata per unità di superficie (kWh/m2), costo annuo di esercizio (€), differenza tra i costi annui di esercizio dei due impianti (€), risparmio R sui costi di esercizio dell’impianto ibrido rispetto a quello tradizionale (%).

Si è fatto in modo che i due impianti lavorassero nelle condizioni ottimali (U.R.r=20-55% per l’impianto tradizionale, U.R.r=20-35% per l’impianto ibrido).

Si nota innanzitutto che i termini più significativi, sia in termini di potenza che di energia e di costo di esercizio, riguardano la refrigerazione piuttosto che la climatizzazione, per cui la ricerca sugli impianti di climatizzazione alternativi a quelli tradizionali ha il suo effetto maggiore sui

Potenza elettrica richiesta, consumi di energia e costi di esercizio annui per il supermercato esaminato

Utenze elettriche:

COP: 3 U.R.r: 20-55%

COP: 3.5 U.R.r: 20-35%

Con impiego di impianto di climatizzazione tradizionale kWh kWh/m2 KW €

Con impiego di impianto di climatizzazione ibrido nella zona centrale kWh kWh/m2 kW € R%

Illuminazione

553.687

149,00

66,8

55.361

553.687

149,00

66,8

55.104

Apparecchiature varie

54.259

14,60

8,6

5.425

54.259

14,60

8,6

5.400

Climatizzazione (x)

73.943

19,90

61,6

7.393

45.780

12,32

48,2

4.556

Condensatori (x, y)

10.085

2,71

4,3

1.008

6.583

1,77

3,7

655

Pompe & varie (x)

5.735

1,54

1,5

573

120

0,03

0,2

12

Ventilatori (x)

221.584

59,63

25,3

22.155

161.108

43,35

18,4

16.034

Refrigerazione (y)

998.516

268,70

167,4 99.838

935.043

251,62

151

93.057

7.211

1,94

7.211

1,94

1,8

718

1.925.020

518

1.763.791

475

Altro Totale elettrico Climatizzazione (x) + refrigerazione (y)

352.5

Utenze metano: Riscaldamento Climatizzazione Calore supplementare Acqua calda sanitaria Totale metano

MJ 453.650 0 28.485 266.493 748.628

1,8

721

337,3 192.475

298,7 175.535 8,8 Delta el.= -16.940 €

309.1 € 7.199 0 452 4.229 11.880

MJ 454.072 282.423.5 27.430 266.493 1.030.418,5

cda 61

12.3 € 7.206 4.482 435 4.229 16.352

-37,6

Delta metano= +4.472 € 19.444,8 Totale complessivo (con refrigerazione) Totale (senza refrigerazione)

m3 di gas 204.355 104.518

26.764,1 delta=

m3 di gas -12.469

191.887

6,1

-5.688

98.830

5,4

10

Lo standard ASHRAE 62-2001 [31] prevede 8 l/(s⋅persona).

I prezzi riportati, comprensivi di tutte le componenti tranne l’IVA, sono stati ricavati considerando la tariffa più appropriata per il caso in esame.

11

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risparmi indotti indirettamente sul sistema di refrigerazione piuttosto che sui risparmi ottenuti direttamente sull’impianto di climatizzazione.

Il costo di esercizio annuo complessivo con le due soluzioni proposte si aggira intorno ai 200.000 €, mentre il risparmio annuo connesso all’uso dell’impianto ibrido vale circa 12.500 € (quello percentuale si aggira intorno al 6%).

La potenza elettrica richiesta dall’impianto di climatizzazione e da quello di refrigerazione si riduce, per cui la potenza elettrica complessivamente richiesta passa da 337,3 kW a 298,7 kW, con una riduzione complessiva di 38,6 kW (11% circa).

Il consumo specifico annuo di energia elettrica connesso agli impianti di climatizzazione (voci indicate con x in tabella 5) ed al sistema di refrigerazione (y), pari a 352,5 kWh/m2, è coerente con il valore (400 kWh/m2) riporta-

Impianto tradizionale KWh % % Adams [29] Refrigerazione (y) Illuminazione Climatizzazione (x) Altro Totale

cda 62

998.516 553.687 301.262 71.555 1.925.020

51,9 28,8 15,6 3,7 100

54 25 17 4 100

Impianto ibrido kWh %

935.043 553.687 207.008 68.053 1.763.791

Altro 3,7%

53,0 31,4 11,7 3,9 100

Illuminazione 28,8%

Refrigerazione 51,9%

Climatizzazione 15,6%

Figura 4 - Consumi di energia elettrica relativi al supermercato esaminato

to da Orphelin [32]. Per la parte elettrica, escludendo dal confronto le voci “Illuminazione”, “Apparecchiature varie” ed “Altro”, che sono invarianti, la percentuale di risparmio sale al 12.3%. Ancora con riferimento ai consumi annui di energia elettrica, nel diagramma a torta di fig.

4 sono riportate, nel caso di impiego dell’impianto di climatizzazione tradizionale, le varie voci di consumo espresse in percentuale rispetto al totale, mentre nella tabellina sono riportati anche i valori assoluti dei suddetti consumi, i valori percentuali proposti da Adams [29], nonché i valori assoluti e quelli percentuali nel caso di impiego dell’impianto ibrido.

Si può rilevare che per i supermercati, come già osservato in precedenza, al sistema di refrigerazione è associato il consumo massimo di energia elettrica (circa il 50% del totale), mentre il consumo di energia elettrica dell’impianto di climatizzazione è significativamente inferiore (è pari al 15% circa del totale), inferiore anche al consumo connesso all’impianto di illuminazione. Per l’impianto tradizionale, le varie voci di consumo percentuale di energia elettrica sono molto simili a quelle riportate da Adams (tabellina in fig. 4) e da Briganti [33].

I valori di umidità relativa che si ottengono nella zona centrale “core” (l’unica zona in cui è controllata l’umidità relativa) sono sintetizzati in figura 5: i valori risultano opportunamente sempre al di sotto del 50% per l’impianto ibrido, solo per poche ore compresi tra il 50% ed il 60% per l’impianto tradizionale.

Riguardo alle portate d’aria, in letteratura [3, 6, 27, 34] si consiglia un valore medio di circa 18,3 m3/(h⋅m2) [1 cfm/sf] per impianti tradizionali e 11 m3/(h⋅m2) [0,6 cfm/sf] per impianti con deumidificazione per adsorbimento, poiché questi ultimi producono aria più secca e quindi occorre una minore portata d’aria di immissione per rimuo-

7000

DWHS 6000

ST

[numero di ore]

5000

4000

3000 intervalli di U.R.r [%]

2000

10-19 20-29 30-39 40-49 50-59 60-69

1000

ST numero di ore

DWHS numero di ore

2 5178 3003 540 36 0

1 6049 2688 22 0 0

0 10-19

20-29

30-39

40-49

50-59

60-69

U.R.r [%]

Figura 5 - Dispersione dei valori di umidità relativa per la zona centrale del supermercato esaminato

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vere il carico latente. Seguendo queste indicazioni, per il caso in esame si ha: — impianto tradizionale, zona centrale: - portata d’aria di immissione = 18,3 (m3/h)/m2 → 45.630 m3/h, - portata d’aria esterna = 5476 m3/h (12%); — impianto ibrido, zona centrale: - portata d’aria di immissione = 11 (m3/h)/m2 → 27.380 m3/h, - portata d’aria esterna = 5476 m3/h (20%).

Nel complesso, considerando cioè anche le altre tre zone del supermercato (in cui però non sono previste due diverse alternative, ma sempre impianti tradizionali), si ottiene: — impianto tradizionale, tutte e quattro le zone: - portata d’aria di immissione complessiva = 61.781 m3/h, - portata d’aria esterna complessiva = 14.160 m3/h (22,9%); — impianto ibrido nella zona centrale, impianti tradizionali nelle altre tre zone: - portata d’aria di immissione complessiva = 43.530 m3/h, - portata d’aria esterna complessiva = 14.160 m3/h (32,5%).

In definitiva, l’impiego dell’impianto ibrido nella zona centrale del supermercato consente una riduzione significativa della portata d’aria di immissione (di circa il 30% considerando il totale), con conseguente riduzione dei costi di impianto, dei consumi e degli ingombri dei canali.

In figura 6 sono rappresentate sul diagramma psicrometrico le trasformazioni subite dall’aria umida per l’impianto tradizionale e per quello ibrido a servizio del “core”: strettamente connesso alla portata d’aria di immissione è il punto di immissione, che risulta ovviamente spostato più a sinistra per l’impianto ibrido. È stata poi effettuata un’analisi tecnico-economica di prima approssimazione (tab. 6), al fine di poter valutare la convenienza economica dell’investimento legato all’impiego dell’impianto di climatizzazione ibrido con ruota essiccante nella zona centrale del supermercato: a tal fine sono stati utilizzati dati [27] sui costi di impianto relativi ad un supermercato di eguale superficie sito a Miami, in Florida, mentre per i costi di esercizio sono stati impiegati in tabella quelli tratti dalla stessa fonte12 e, successivamente, quelli ricavati mediante DesiCalcTM (tab. 5).

Confrontando l’impianto tradizionale che garantisca una U.R. in ambiente attorno al 55%, con l’impianto ibrido che garantisca il 40%, si è ottenuto un tempo di ritorno semplice dell’investimento pari a 1,9-2,4 anni.

Se invece si considerasse un impianto tradizionale che garantisca anch’esso una U.R. in ambiente attorno al 40%, in base alla fonte di riferimento [27] ci sarebbe addirittura un sovra-costo dell’impianto tradizionale rispetto a quello ibrido. D’altra parte, però, può essere conveniente considerare una maggiorazione dei sovra-costi previsti da Khattar, per tener conto del minore sviluppo del mercato

ω [g/kg]

100

p = 101.325 kPa

cda 63

26 Impianto tradizionale Impianto ibrido

90

24 22

80

20 70

18 16

60

14

h [kJ/kg]

50 12 40

10

30

8

20

6

10

4 2 5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Tba [°C]

Figura 6 - Trasformazioni subite dall’aria umida per l’impianto tradizionale e per quello ibrido a servizio del “core” 12

Si osservi che le tariffe energetiche Miami (Florida, U.S.A.) sono significativamente inferiori a quelle italiane (circa il 23% in meno per l’energia elettrica, circa il 68% in meno per il metano).

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Tabella 6 -

Analisi tecnico-economica per la valutazione del tempo di ritorno semplice connesso all’impiego di un impianto di climatizzazione ibrido con ruota essiccante nella zona centrale del supermercato esaminato [27]

Costo di installazione dell’impianto €

Costi specifici di installazione €/m2

Costi energetici totali complessivi annui €

Costi energetici specifici annui €/m2

A) Impianto tradizionale – U.R.r = 55%*

123.640

33,3

99.779

26,9

B) Impianto tradizionale – U.R.r = 40%

161.599

43,5

104.118

28,0

C) Impianto ibrido – U.R.r = 40%

147.500

39,7

90.018

24,2

∆ costo di installazione (A)-(C) o ∆ costi energetici (A)-(C)

23.860

9.761

Risulta un tempo di ritorno di 2,4 anni (23860/9761); usando, invece, i risparmi annui calcolati con DesiCalcTM, pari a 12.469 €, si ha un tempo di ritorno di 1,9 anni. *la % rappresenta il set-point per la U.R. interna

Anche considerando, come condizioni termoigrometriche esterne di progetto, la coppia ASHRAE 1% DP/MCDB (estate: 24,4/27,2°C, 19,4 g/kg; inverno: -3,9/-1,1°C, 2,7 g/kg) al posto di ASHRAE 1% DB/MCWB (estate: 30/23,3°C, 15,4 g/kg; inverno: -1,1/-2,2°C, 2,7 g/kg), si hanno variazioni ininfluenti sui risparmi di esercizio; risultano, però, più numerose le ore in cui l’impianto tradizionale non mantiene la U.R. nella zona centrale del supermercato al di sotto del 50% (170 ore invece di 36).

Notevoli sono invece le variazioni dei costi di esercizio e dei corrispondenti risparmi quando, mantenendo gli altri parametri invariati rispetto al caso base, si cambiano gli intervalli di U.R. da mantenere nel “core”: - se si fissa per l’impianto tradizionale l’intervallo 2035% (cioè lo stesso fissato per l’impianto ibrido), il costo di esercizio della soluzione tradizionale aumenta e conseguentemente anche il risparmio corrispondente connesso alla soluzione alternativa (218.216 € - 191.887 € = 26.330 €, da cui deriva un pay-back semplice di 11 mesi); questi risultati discendono dall’aver fatto lavorare in condizioni penalizzanti l’impianto tradizionale (cioè per bassi livelli di umidità ambientale), il che non compensa i risparmi

3.00

3.00

2.50

2.50 tempo di ritorno [anni]

tempo di ritorno [anni]

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italiano delle ruote essiccanti rispetto a quello statunitense.

Considerando ancora il confronto tra l’impianto tradizionale che garantisce una U.R. massima in ambiente pari al 55% e l’impianto ibrido che garantisce il 40% ed impiegando i risparmi sui costi di esercizio ottenuti con DesiCalcTM, nelle figure 7a (in termini assoluti) e 7b (in termini percentuali) è diagrammato il tempo di ritorno semplice in funzione del sovra-costo.

Ne risulta che il tempo di ritorno è di circa 2-3 anni, comunque inferiore a quello ottenuto per altre applicazioni, quali i grandi magazzini [10], grazie al risparmio energetico ottenuto sia per l’impianto di climatizzazione che per quello di refrigerazione.

Molte altre prove sono state effettuate cambiando di volta in volta uno dei molteplici parametri in gioco; nel seguito vengono sinteticamente riportati i risultati.

Considerando l’impianto ibrido con il raffreddatore evaporativo indiretto, non si hanno variazioni di rilievo rispetto ai risultati di tabella 5, perché i costi di esercizio connessi alla climatizzazione estiva si riducono, ma aumentano quelli connessi alla rigenerazione (arriva aria più fredda alla batteria di riscaldamento per la rigenerazione).

2.00 (23’860 €; 1.9 anni)

1.50 1.00 0.50

2.00 19.3%; 1.9 anni) 1.50 1.00 0.50

0.00

0.00 20

21

22

23

24 25

26

27

28

29

30

sovra-costo assoluto [M€] a) in funzione del sovra-costo assoluto

31

32

33

16

17

18

19

20 21

22

23

24

25

26

27

28 29

sovra-costo percentuale [%] b) in funzione del sovra-costo percentuale

Figura 7 - Tempo di ritorno semplice in funzione del sovra-costo dell’impianto ibrido (U.R.r=40%) rispetto a quello tradizionale (U.R.r=55%)

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Stato dell’arte

Franco D’Aurea, Giuseppe Manchisi, Manlio Ranieri

Risparmio energetico nella climatizzazione alberghiera Le pompe di calore a recupero totale

cda 68

La scelta del gruppo termofrigorifero al quale affidare la produzione di acqua fredda per il condizionamento e di acqua calda per riscaldamento e usi sanitari è subordinata a molteplici parametri, come il raggiungimento del benessere, il contenimento dei costi e dei consumi, rispetto dell’ecosistema. La progettazione e la costruzione si sono quindi orientate in tale direzione. L’articolo illustra le caratteristiche di una particolare tipologia di macchina studiata specificatamente per quegli impianti a due tubi dove vi è una costante richiesta di acqua calda sanitaria durante tutto l’anno: un tipico esempio di utenze di questo tipo sono le strutture alberghiere.

La caldaia elettrica La macchina alla quale ci si riferisce nel seguito è una particolare pompa di calore a recupero totale a due circuiti d’acqua: il circuito principale, in cui lo scambiatore funge da evaporatore in estate e condensatore in inverno, e un circuito secondario in cui vi è un recuperatore posto in parallelo sia allo scambiatore del circuito principale sia alle batterie di scambio termico con l’aria, specificatamente progettato per la produzione di acqua calda per uso sanitario La differenza rispetto a una normale pompa di calore elettrica consiste nell’adozione di soluzioni innovative nel circuito frigorifero e nel sistema di controllo, che permettono di soddisfare tutte le esigenze degli impianti, sia

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di condizionamento sia sanitari, in ogni stagione. La gamma dei modelli si estende fino a circa 400 kW di potenza frigorifera, rendendo la macchina adatta per qualsiasi tipo di soluzione impiantistica, anche in strutture alberghiere di grosse dimensioni. Collegando il circuito sanitario allo scambiatore secondario e quello di climatizzazione allo scambiatore primario è possibile soddisfare tutte le esigenze di carattere termico dell’albergo.

Le possibili configurazioni di funzionamento Queste unità possono avere due distinte modalità di funzionamento, una per il regime estivo e una per quello invernale.

In estate, o comunque nelle stagioni calde, l’impianto di

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climatizzazione richiede alla macchina acqua refrigerata per il raffreddamento dell’aria; questa può funzionare come semplice chiller per la produzione dell’acqua fredda ma può anche, in contemporanea, produrre acqua calda per usi sanitari tramite il circuito secondario. Può accadere, però, che durante le stagioni intermedie l’impianto di climatizzazione non sia in funzione: in tal caso non vi sarà richiesta né di acqua calda per il riscaldamento né di acqua fredda per il condizionamento. Tuttavia c’è sempre da far fronte al fabbisogno di acqua calda per usi sanitari: in questa situazione la macchina funzionerà in modalità pompa di calore, utilizzando come condensatore lo scambiatore di recupero ed evaporando nella batteria alettata: questo elemento consente di rendere la produzione di acqua calda sanitaria del tutto indipendente dalla produzione di acqua refrigerata.

Durante il periodo invernale la richiesta di acqua calda necessaria al riscaldamento degli ambienti sarà soddisfatta dallo scambiatore principale, che funzionerà da condensatore. Naturalmente, in caso di richiesta di acqua calda per i sanitari, la macchina sarà in grado di produrla tramite lo scambiatore secondario: quest’ultimo diventerà momentaneamente il nuovo condensatore a spese di quello primario. È possibile fissare quale sia l’esigenza da ritenersi prioritaria fra il fabbisogno termico per riscaldamento e quello per usi sanitari; come avviene nelle caldaie d’appartamento, normalmente la priorità è data al sanitario: in caso di richiesta da parte di questo circuito, la produzione di acqua per il riscaldamento viene temporaneamente interrotta, finché non viene soddisfatta la domanda.

Analizziamo nel dettaglio come il circuito frigorifero si adatta a ciascuna delle configurazioni possibili.

Funzionamento estivo: modalità chiller Nella configurazione solo produzione di acqua refrigerata (fig. 1) l’evaporazione avviene all’interno dello scambiatore principale, con il quale viene prodotta acqua refrigerata; la batteria di scambio termico con l’aria, invece, funge da condensatore. La logica di funzionamento è la stessa di un qualunque altro chiller aria/acqua presente in commercio.

Il recuperatore viene by-passato.

Linea liquido Linea gas Linea inattiva

Figura 1 - Funzionamento in modalità chiller

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Linea liquido Linea gas Linea inattiva

Figura 2 - Funzionamento in modalità chiller con recupero totale

Funzionamento estivo: modalità chiller con recupero totale Nella configurazione produzione combinata di acqua refrigerata e acqua calda per uso sanitario (fig. 2) l’evaporazione avviene sempre all’interno dello scambiatore principale, mentre la condensazione avviene nello scambiatore di recupero. Mediante l’utilizzo di entrambi gli scambiatori acqua-freon vengono prodotte contemporaneamente acqua refrigerata nell’evaporatore e acqua calda sanitaria attraverso il circuito di recupero, con l’elevata efficienza che caratterizza le macchine acqua-acqua. La produzione di acqua calda sanitaria è, pertanto, assolutamente gratuita.

cda 69

Funzionamento nelle stagioni intermedie: modalità solo recupero Nella configurazione in cui non si ha alcun fabbisogno di acqua refrigerata, ma solo produzione di acqua calda sanitaria (fig. 3) la batteria di scambio termico con l’aria funge da evaporatore, mentre la condensazione avviene nello scambiatore di recupero con il quale si produce acqua calda sanitaria.

Funzionamento invernale: modalità pompa di calore In questa configurazione dove si ha solo produzione di acqua calda per impianto primario (figura 4) la batteria di

Linea liquido Linea gas Linea inattiva

Figura 3 - Funzionamento in modalità solo recupero

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Stato dell’arte

Linea liquido Linea gas Linea inattiva

Figura 4 - Funzionamento in modalità pompa di calore

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Primario Secondario Dall’acquedotto

Figura 6 - Impianto a due tubi con pompa di calore a recupero totale

scambio termico con l’aria funge da evaporatore, mentre lo scambiatore principale funge da condensatore nel quale viene prodotta acqua calda per i fancoil.

La pompa di calore a recupero è quindi in grado di soddisfare i fabbisogni termici di un edificio in qualunque stagione, senza la necessità di un boiler aggiuntivo. In inverno, una funzione particolare del microprocessore permette di selezionare la priorità sull’acqua calda sanitaria al pari delle caldaie a gas da appartamento (fig. 5).

• consentono la produzione di acqua calda sanitaria minimizzando la penalizzazione del C.O.P, endemica nelle pompe di calore tradizionali, derivante dal maggior livello termico dell’acqua prodotta.

Se 45°C rappresenta una temperatura idonea nel caso di produzione di energia termica di climatizzazione, essa non è più sufficiente qualora si debba fornire acqua riscaldata per uso sanitario: in tal caso sarà preferibile una temperatura di mandata pari a 50°C. È noto che l’efficienza di un gruppo frigorifero, a parità di L’installazione temperatura di evaporazione, diminuisce all’aumentare delLa pompa di calore di questo tipo è di semplice installala temperatura di condensazione e quindi di mandata: zione: il circuito impianto e il circuito acqua calda sanitaria premesso ciò, la produzione di acqua a 50°C anziché a 45°C vanno collegati direttamente ai relativi scambiatori di implica una riduzione delle prestazioni della macchina calore senza bisogno di organi di inversione idraulica o acstessa (fig. 7). cumuli termici; questi ultimi, infatti, sono già previsti alAvvalendosi delle pompe di calore tradizionali, qualora si l’interno della macchina (fig. 6). debba produrre anche acqua calda sanitaria, si è costretti a subire la riduzione del C.O.P appena descritta sull’inValutazioni energetiche tera potenza termica prodotta, dal momento che si è coLe pompe di calore a recupero totale sono delle unità terstretti a produrre anche la quota dedicata al riscaldamenmofrigorifere estremamente interessanti sotto il profilo enerto. Risulta a questo punto interessante determinare di getico per due motivi fondamentali: quanto vari l’efficienza percentuale della pompa di calore • sfruttano il recupero del calore di condensazione perrispetto alla condizione standard (posta pari a 100%) rapmettendo di conseguire elevati risparmi economici; presentata dalla produzione di acqua calda a 45°C (fig. 8).

Dal diagramma di figura 8 emerge che produrre acqua calda a un livello termico superiore di 5°C a quello caInverno sanitari (priorità) Inverno utenze climatizzate ratteristico delle pompe di calore tradizionali comporta una perdita del 15% sull’intera potenza erogata. Al contrario, nel caso della pompa di calore a recupero totale in esame vi è la possibilità di “splittare” i due fabbisogni attraverso l’impostazione di due “set caldi” caratterizzati dai due livelli termici differenti: verrà posta Estate pari a 45°C la temperatura di manutenze o sanitari (utenze + sanitari) data inerente alla produzione di acfunzionamento contemporaneo qua calda per la climatizzazione Figura 5 - Modalità di funzionamento (circuito primario) e pari a 50°C

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6 5 COP

4 3 2 1 0 35

40

45

50

Temperatura acqua OUT scambiatore

Figura 7 - Riduzione del COP al crescere della temperatura di mandata dell’acqua prodotta

150 140

Efficienza percentuale %

140 130

123

120 110 100

100

90 85

80 70 60 35

40

45

50

Temperatura acqua OUT scambiatore

Figura 8 - Variazione dell’efficienza rispetto alla condizione standard (temperatura di mandata 45°C)

quella dedicata all’acqua sanitaria (circuito secondario).

In particolare, qualora si supponga un fabbisogno di acqua calda sanitaria pari al 20% della produzione totale, la riduzione del C.O.P sarà contenuta al 3%, contro il 15% che si sarebbe verificato con una pompa di calore tradizionale.

Valutazioni economiche Nel seguito vengono fatte alcune valutazioni economiche circa i differenti costi di gestione fra la soluzione con pompa di calore a recupero (alimentata a energia elettrica) e la soluzione con caldaia (alimentata a gas naturale), per poter sfatare il preconcetto che l’energia elettrica sia estremamente più costosa del gas naturale.

Il costo del metano varia in Italia tra 0,4 e 0,6 € al Nm3.

Solo gli alberghi, che hanno diritto a imposte erariali e regionali più basse, pagano un prezzo compreso tra 0,25 e 0,4 €/Nm3.

Nel calcolare i costi dovuti all’utilizzo di gas per la produzione di energia termica ci si riferisce ai seguenti dati: - Potere calorifico superiore del metano: p.c.s. = 38,52 MJ/Nm3 - Rendimento della caldaia:

in cui CuMJ è il costo unitario dell’energia al MJ, mentre CNm3 è il costo al Nm3.

Si ricava un costo unitario del MJ termico variabile tra 0,011 e 0,017 € per un privato e tra 0,007 e 0,011 € per un albergo. Le cose non migliorano utilizzando gasolio o gpl.

Il costo dell’energia elettrica è di 0,047 €/MJ nel caso di prelievo in bassa tensione e di 0,028 €/MJ nel caso di prelievo in media tensione (con cabina di trasformazione).

Questi sono costi unitari pesati su un consumo medio.

Ovviamente possono variare, anche di molto, in quanto le tariffe cambiano in funzione dei consumi. Le utenze civili si collocano tra i 35 e i 110 MJ (10 – 30 kWh) consumati ogni giorno.

Consultando le tabelle delle tariffe di distribuzione dell’energia elettrica si vede che i costi possono variare dai 0,078 €/MJ ai 0,047 €/MJ; statisticamente si può rilevare che la maggior parte delle utenze domestiche sono spostate verso la fascia più alta di consumi, corrispondente a un costo di 0,047 €/MJ; nel caso di utenze in media tensione il costo è più o meno pari a 0,028 €/MJ, ma può diminuire con condizioni di fornitura agevolate.

Se la produzione avviene mediante pompa di calore, il costo del MJ termico dipende dalla sua efficienza (COP) ed è quindi direttamente legato alla temperatura dell’aria esterna. Nella figura 9 viene dato, in funzione della temperatura esterna, il rapporto tra costo del gas al Nm3 (Cg) e dell’energia elettrica al MJ per il quale vi è indifferenza nel produrre acqua calda con una pompa di calore o con una caldaia. Per valori di Cg/Ce al di sopra delle curve conviene utilizzare la pompa di calore, per valori al di sotto conviene utilizzare la caldaia.

Al fine di esemplificare quanto appena descritto, può risultare utile fare un esempio pratico.

Analizziamo il caso di una struttura alberghiera nella quale è stata utilizzata una pompa di calore di questo tipo per soddisfare sia il fabbisogno di energia necessario alla climatizzazione sia quello necessario agli usi sanitari. Allo sco-

cda 71

16 15 14 13 Cg/Ce

Variazione del C.O.P.

12 11 10 9 8 7 -10

-6

-2

2

6

10

14

18

Temperatura aria esterna [°C] Produzione acqua = 50°C

Produzione acqua = 45°C

Produzione acqua = 40°C

Figura 9 - Curve economiche di pareggio per produzione con caldaia a gas e pompa di calore

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po di esaminare i consumi energetici della struttura, sono stati rilevati i dati relativi a un periodo di osservazione sufficientemente ampio.

Nel periodo di campionatura, durato 48 ore, è stato rilevato un consumo dell’intero impianto pari a 9.684 MJ, che coincide con un prelievo medio di potenza pari a 56 kW; se si proietta tale dato nell’arco delle 24 ore si ha un consumo giornaliero pari a 4.838 MJ. Dalla fattura Enel si riscontra un costo medio del MJ pari a 0,028 € (0,102 €/kWh), pertanto si ha un costo energetico giornaliero pari a 137,09 €, che proiettato su un mese di esercizio risulta pari a 4.112,7 €.

Per confermare tale dato si è esaminata anche la fattura Enel, che riporta un consumo di 10.784,76 € per un periodo di 64 giorni; da questo dato si può risalire a un consumo giornaliero pari a 168,51 €, che corrisponde a un consumo mensile di 5.033,3 €.

Poiché il consumo dipende anche dalle condizioni atmosferiche esterne, nonché da variazioni di potenza impegnata dovute alle normali attività alberghiere, è ipotizzabile un consumo medio giornaliero pari alla media dei due valori così riscontrati: 152,8 €. Considerando questo valore si può ricavare un consumo medio mensile pari a 4.584 € e un consumo annuo pari a 55.008 €.

In questa cifra sono compresi: • l’energia elettrica utilizzata per il normale funzionamento dell’albergo; • la produzione di acqua calda sanitaria per i servizi igienici; • la climatizzazione dell’intero albergo (320 kW frigoriferi); • l’impianto di aspirazione centralizzato.

La potenza elettrica installata totale è di circa 200 kW; dall’analisi energetica si è riscontrato un prelievo medio di 56 kW, il che corrisponde a un assorbimento pari a circa un quarto della potenza totale installata. Questo garantisce un no-

Tabella 1 -

dove Q è la portata d’acqua in m3/h e il salto termico (che nel caso di acqua sanitaria è 35°C).

La produzione dei 3 m3/h di acqua calda per usi sanitari richiede 122 kW di potenza termica, che nel caso di utilizzo del recupero della pompa di calore sono comunque assicurati dall’energia consumata dal gruppo. Se invece questa energia dovesse essere prodotta tramite una caldaia a metano, essa richiederebbe un consumo giornaliero di

dove Pt è la potenza termica che si vuole ottenere in W, t è il tempo di funzionamento in sec (10 ore, come dalla tabella precedente, pari a 36000 sec) e p.c.s. dovrà essere espresso in J/Nm3.

Ripartizione dei consumi per categorie di utenza

Utenza

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tevole risparmio energetico poiché le apparecchiature utilizzate per la climatizzazione e la produzione dell’acqua calda sono a pompa di calore e sono caratterizzate proprio per il contenuto consumo energetico (non viene utilizzata nessun’altra fonte di energia).

Nella tabella 1 viene illustrata la ripartizione della potenza installata fra le varie utenze: il gruppo pompa di calore provvede sia al riscaldamento invernale sia al condizionamento estivo, nonché alla produzione di 3 m3/h di acqua calda sanitaria a 45°C. Il calcolo della potenza termica necessaria alle utenze sanitarie può essere effettuato con la seguente formula:

Potenza installata [kW]

Ore di funzionamento giornaliere

Energia/gg [MJ]

Costo/gg [€]

UTA

15

12

648

18,36

Illuminazione hall, corridoi e servizi

4

24

346

9,792

Aspirapolvere

9

3

97

2,754

Faretti corridoi

1,6

8

46

1,3056

Occupazione 25 stanze

15

6

324

9,18

Lampadari

16

3

173

4,896

Pompe

2

3

22

0,612

Computer

2

24

173

4,896

Illuminazione esterna

16

8

461

13,056

Cucina

15

8

432

12,24

Gruppo pompa di calore

100

10

3600

102

Altro

7,35

12

318

8,9964

Totali

203

6.445

188

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Il costo necessario alla produzione dell’acqua calda sanitaria sarebbe 38 €/gg (si è considerato un costo del gas pari a 0,3 €/Nm3). Durante il periodo estivo le caldaie necessarie al riscaldamento sono spente, ma sono in funzione quelle necessarie alla produzione di acqua calda per usi sanitari.

Il condizionamento, ovviamente, dovrebbe essere affidato a un gruppo frigorifero indipendente. Poiché invece la pompa di calore a recupero totale produce l’acqua fredda necessaria alla climatizzazione e contemporaneamente può generare l’acqua calda per scopi sanitari (sfruttando il suo sistema di recupero del calore di condensazione), si può dire che questi 38 €/gg vengono forniti in maniera del tutto gratuita e risultano quindi totalmente risparmiati.

Nel periodo invernale, inoltre, la macchina produce anche il calore necessario al riscaldamento: circa 360 kW di potenza termica, per 10 ore di funzionamento giornaliere, ossia 12.960 MJ al giorno. Supponiamo di utilizzare una caldaia a metano anche per la climatizzazione: dalle considerazioni fatte in precedenza si calcola un consumo giornaliero di 374 Nm3 di gas, per un aggravio di 149,5 €/gg; è evidente che questi costi sono notevolmente superiori ai 102 €/gg che si spendono affidando la produzione di acqua calda per condizionamento e usi sanitari alla pompa di calore a recupero totale; si può dunque concludere che d’inverno l’hotel risparmia 50 €/gg. In moltissimi casi, quindi, una unità di questo tipo conviene rispetto alla caldaia anche in inverno. Come si è appena dimostrato mediante semplici calcoli, il settore alberghiero, grazie ai particolari andamenti dei consumi e alle agevolazioni tariffarie delle quali può godere, è forse quello che più di tutti può trarre beneficio dall’utilizzo di questo tipo di pompe di calore

Vantaggi I vantaggi della pompa di calore a recupero totale sono molteplici. Durante il funzionamento estivo l’acqua calda sanitaria viene fornita in maniera del tutto gratuita, recuperando la potenza necessaria dal calore di condensazione. Anche in assenza di richiesta di climatizzazione, mediante la modalità di funzionamento “solo recupero” si ha la possibilità di produrre acqua calda sanitaria eliminando la necessità di caldaia o boiler elettrico.

Le numerose configurazioni che tali unità possono assumere le rendono particolarmente idonee a soddisfare qualunque richiesta proveniente dall’impianto. La possibilità, ad esempio, di posizionare il gruppo motoevaporante all’interno di un vano tecnico e la sezione ventilante all’esterno offre una valida soluzione impiantistica laddove particolari esigenze di spazio renderebbero impossibile l’installazione del gruppo monoblocco.

Dal grafico di pareggio si può notare come la convenienza si sposti decisamente verso le caldaie per temperatura di produzione di 50°C. Questa temperatura è però eccessiva per l’impianto (45°C sono più che sufficienti e, se i terminali sono ben dimensionati, ne bastano 40°C), ma è fondamentale per la produzione dell’acqua calda sanitaria. Le comuni pompe di calore non sono in grado di dif-

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ferenziare la produzione tra impianto e sanitario per cui in inverno è sempre necessario produrre a temperatura elevata, anche se la quantità di energia per usi sanitari è inferiore al 15% del totale. Così facendo si penalizza economicamente ed energeticamente l’intero consumo. Con il sistema di controllo della pompa di calore, invece, è possibile distinguere tra consumi sanitari e consumi per climatizzazione, producendo a due temperature diverse, così da ottimizzare al massimo i consumi energetici.

Nel caso in cui siano richieste sia acqua calda per il riscaldamento sia per uso sanitario è possibile, con una elementare impostazione a livello del microprocessore, stabilire che ogni singolo circuito soddisfi (al 50% della potenzialità) entrambe le richieste. Quindi in inverno nelle versioni a doppio circuito è possibile produrre contemporaneamente acqua calda per l’impianto dei fancoil su di un circuito e acqua calda sanitaria sull’altro.

Nel caso di impianto tradizionale con chiller e caldaia è necessario prevedere delle inversioni idrauliche sull’impianto, in modo da prevedere l’esclusione del chiller in inverno e della caldaia in estate. Eventuali errori d’installazione o manovra possono provocare l’immissione involontaria di acqua calda all’interno del refrigeratore, con effetti estremamente dannosi (innalzamento della pressione del gas frigorigeno con conseguente fuoriuscita dalla valvola di sicurezza).

Con una pompa di calore normale è necessario comunque prevedere un boiler per la produzione di acqua calda sanitaria in estate e nella mezza stagione, oppure sistemi di regolazione per permettere il funzionamento in pompa di calore per la sola produzione di acqua sanitaria. La pompa di calore a recupero totale richiede due semplici allacciamenti degli scambiatori ai due circuiti idraulici, e una manutenzione paragonabile a quella di un comune chiller per il solo condizionamento estivo. Va da sé che i costi di manutenzione dell’impianto sono più che dimezzati, in quanto non si ha più la necessità di effettuare interventi manutentivi sulla caldaia. Come è noto, infine, la Legge 10/91 prevede una serie di adempimenti burocratici e di assunzioni di responsabilità da parte del proprietario di un impianto di riscaldamento che utilizzi una caldaia con qualunque tipologia di combustibile. La legge impone dei controlli periodici e la tenuta di un libretto con i dati salienti dell’impianto e prevede sanzioni pesanti (compresa la chiusura dell’impianto) per i trasgressori. Con una pompa di calore non si ha alcun obbligo legale, fatto salvo il rispetto della normativa vigente nell’installazione della macchina.

Questo tipo di pompa di calore rappresenta quindi una valida soluzione nel campo degli impianti dedicati al settore alberghiero. Essa di fatto coniuga due esigenze molto importanti come il massimo adeguamento alle richieste dell’utenza con la semplicità di progettazione e l’economia di realizzazione e gestione dell’impianto.

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P.i. Franco D’Aurea, ing. Giuseppe Manchisi, ing. Manlio Ranieri Thermocold, Bari

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Impianti

Renato Lazzarin, Marco Noro

Riscaldamento locale o teleriscaldamento Confronto energetico, ambientale ed economico Il teleriscaldamento si è ampiamente diffuso soprattutto nei paesi del Nord Europa, a clima più freddo e storicamente più attenti ai problemi ambientali. Tuttavia anche in Italia la tecnologia ha conosciuto un incremento notevole negli ultimi anni, anche in conseguenza delle leggi di incentivazione della cogenerazione (CIP 6/92). Tenuto conto degli importanti sviluppi intervenuti in questi anni sia sul fronte dei generatori di calore sia degli impianti di teleriscaldamento, nell’articolo si realizza un confronto complessivo che tiene conto di vantaggi e svantaggi di entrambe le possibili alternative.

analisi proposta dagli autori intende valutare dal punto di vista energetico, ambientale ed economico alcune tecnologie di riscaldamento civile, partendo dall’utilizzazione di gas naturale come combustibile. Di queste alcune prevedono la trasformazione locale di energia chimica od elettrica in energia termica.

Si considerano qui: - le caldaie a condensazione; - le pompe di calore elettriche; - le pompe di calore a gas.

Altre tecnologie prevedono la trasformazione in cogenerazione a livello centralizzato con teleriscaldamento. Fra queste vengono considerate: - gli impianti a vapore; - i motori alternativi a combustione interna; - i turbogas; - i cicli combinati.

L’

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cda 75

I valori caratteristici di rendimento di questi impianti sono elencati in Tabella I: come si vede, l’intervallo di variazione è ampio e richiederà quindi uno studio parametrico.

Va subito osservato che per alcuni di questi impianti (tutti quelli che hanno a che fare con il vapore) l’aumento della quota termica implica una riduzione del rendimento elettrico e viceversa.

Con gli impianti cogenerativi si pone sempre il problema di come valutare in modo appropriato le due quote di energia ottenuta dalla trasformazione: l’elettrica e la termica. La metodologia adottata dalla presente analisi considera anzitutto il rendimento elettrico della migliore tecnologia oggi disponibile in sola produzione elettrica, partendo da gas naturale: si tratta del ciclo combinato con un rendimento elettrico che si può stabilire attorno al 55%.

Ogni tecnologia cogenerativa ha rendimenti elettrici più

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Impianti

Tabella 1 -

Valori caratteristici dei rendimenti elettrici, termici e totali (di I° principio) per le tecnologie analizzate (valori espressi in percentuale) [10]

Motori a combustione interna (recupero totale)

cda 76

ηel

ηt

ηl = ηel + ηt

25-40

30-45

70-85

Turbogas

20-38

35-50

70-85

Turbine a vapore

10-35

60-75

75-90

Cicli combinati

35-55

10-45

60-85

bassi di questo: per produrre la stessa quantità di energia elettrica del sistema considerato essa richiede quindi una maggiore quantità di gas naturale, a fronte della quale vi sarà disponibile una certa quantità di energia termica. Il costo in gas naturale per produrre tale quantità è proprio la differenza nel consumo di gas fra i due sistemi. Un’esemplificazione permette di chiarire il ragionamento.

Produrre 100 MJel con un ciclo combinato il cui rendimento sia del 55% richiede 100/0,55=182 MJc di energia chimica del gas. La stessa energia elettrica prodotta in cogenerazione con un rendimento, ad esempio, del 40% richiede invece 100/0,40=250 MJc di energia chimica. È la differenza fra 250 e 182, cioè 68 MJc, che va imputata alla produzione in cogenerazione dell’energia termica, prodotta orientativamente nel caso in esame in 100 MJt

Ipotesi considerate Per la sua correttezza l’analisi richiede alcuni dettagli.

- Il rendimento del ciclo combinato di riferimento è pari al 55%, valore di riferimento per impianti di sola produzione elettrica a ciclo combinato a gas naturale della taglia di circa 400 MWel [2]; - Sia per la centrale di riferimento di sola produzione elettrica che per quelle di cogenerazione si sono tenute in considerazione le cosiddette “perdite di centrale”, dovute ad autoconsumi e perdite nei trasformatori (poste al 5%). Occorre inoltre considerare che la grande centrale di pura produzione elettrica soffre in più delle perdite di distribuzione dell’energia, quantificabili con un rendimento di distribuzione del 95,5%1, mentre la cogenerazione deve tener conto dei consumi di energia elettrica per le pompe di spinta della rete di teleriscaldamento (generalmente intorno all’1% dell’energia elettrica prodotta).

- Il teleriscaldamento soffre inoltre delle perdite di calore lungo le reti di distribuzione: queste sono ovviamente funzione delle temperature di mandata e ritorno e dell’estensione della rete; in questa analisi si è fissato un valore pari all’11% dell’energia termica prodotta dalla cen-

trale, valore registrato in Italia nel 2000 (486 GWht di perdite su una produzione lorda di 4340 GWht) [15].

Occorre precisare inoltre che nelle centrali di teleriscaldamento, proprio a causa della peculiarità dell’utenza termica servita (tipicamente riscaldamento ambientale residenziale o del terziario), la curva di carico è fortemente variabile nel tempo (sia stagionalmente, sia, a meno di utenze particolari come gli ospedali, nell’arco della giornata); ciò obbliga a prevedere caldaie integrative per coprire le punte dei fabbisogni, la cui produzione è tutt’altro che trascurabile: in Italia nel 2000 l’energia termica prodotta con caldaie è stata circa il 22% dell’energia totale immessa in rete [15]. Ciò induce un abbassamento dell’efficienza globale della centrale di teleriscaldamento (e una ancor maggiore diminuzione dell’efficienza exergetica).

Nell’analisi si è fissata una produzione da caldaie integrative pari al 25% dell’energia termica prodotta in cogenerazione, con un rendimento stagionale delle stesse dell’80% (di solito si tratta di caldaie non ad elevato rendimento stagionale).

Come noto, il rendimento stagionale di una caldaia è un indice che meglio esprime l’efficienza nel tempo degli impianti rispetto al rendimento utile (o rendimento istantaneo), determinato quest’ultimo dalle perdite a bruciatore acceso. Infatti, il rendimento stagionale delle caldaie è pari al prodotto tra quello utile e quello di preparazione (o di regolazione) [16].

Il rendimento di preparazione tiene conto delle perdite a vuoto (o di stand-by)2, essendo definito come il rapporto tra le ore in cui il bruciatore è acceso per fornire calore utile e le ore totali di accensione.

Con svariate tecniche si sono ottenute negli ultimi anni caldaie ad elevato rendimento stagionale [9]. Le caldaie a condensazione, oltre a questo, consentono di aumentare ulteriormente il rendimento utile (di circa il 10%) attraverso il recupero di calore sensibile e latente dei fumi. Le ipotesi dell’analisi sono le seguenti: - Per le caldaie tradizionali di integrazione, quindi non ad elevato rendimento medio stagionale, una perdita per ir-

1 Pari al valore del parametro p come definito in [2]. Facciamo l’ipotesi di non imputare tali perdite alla centrale cogenerativa di teleriscaldamento, perché generalmente esse sono ubicate nelle vicinanze dei centri urbani e connesse con la rete locale di distribuzione dell’energia elettrica.

2 Le perdite a bruciatore acceso comprendono quelle per irraggiamento del mantello della caldaia e quelle sensibili e latenti ai fumi; le perdite a vuoto comprendono comunque quelle per irraggiamento e quelle per raffreddamento interno della camera di combustione a causa del tiraggio del camino, che progressivamente si raffredda asportando calore dalla caldaia. Ecco allora che, per mantenerla in temperatura, il bruciatore in alcuni momenti deve funzionare a vuoto, cioè senza cedere calore utile all’impianto di riscaldamento.

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raggiamento del 3% e perdite ai fumi del 5%, cifre che possono dare un rendimento di regolazione dell’87% [16]; si ottiene un rendimento medio stagionale pari a (1 – (0,03 + 0,05)) · 0,87 = 0,8; _ Per la caldaia a condensazione si è ipotizzata una perdita per irraggiamento dell’1% ed ai fumi del 2%, con un rendimento di regolazione del 96% (rendimento medio stagionale pari a (1,1 – (0,01 + 0,02)) · 0,96 = 1,03)3.

Nel caso delle pompe di calore invece occorre precisare che: _ L’indice che definisce l’efficienza delle macchine è il Coefficiente di effetto utile (COP, Coefficient Of Performance); esso è definito come il rapporto fra la totale potenza termica utile (non solo quindi quella ceduta nel condensatore dal fluido frigorigeno, ma anche quella che è possibile recuperare dal raffreddamento del motore) e la totale potenza consumata (comprendente quella elettrica o del combustibile assorbita dal motore primo che trascina il compressore, ma anche quella consumata dagli ausiliari della macchina, come apparecchiature di controllo e regolazione, ventilatori o pompe per l’afflusso della sorgente termica al primario). _ Il COP è però un indice di efficienza istantanea relativo a stati di funzionamento a regime e non tiene conto dei consumi d’energia nei periodi di stand-by (o degli eventuali sbrinamenti dell’evaporatore) e delle inefficienze che si verificano nei transitori, ad esempio durante le accensioni.

Infatti, durante le soste, alcuni ausiliari delle pompe di calore (riscaldamento dell’olio nel carter del compressore, circuiti di regolazione e controllo) sono accesi, consumando energia elettrica. Inoltre, al momento dell’accensione ci sono delle inefficienze dovute al non istantaneo funzionamento a regime delle pompe di calore. Inoltre, il COP varia a seconda delle condizioni operative in cui le macchine si trovano a funzionare (temperature di condensazione ed evaporazione, umidità dell’aria alla batteria evaporante nelle pompe di calore aria-acqua o aria-aria).

Per tali motivi diventa utile definire il Coefficiente di prestazione stagionale (SPF, Seasonal Performance Factor), che rappresenta l’efficienza energetica reale di funzionamento durante un’intera stagione di riscaldamento. Tale indice può essere definito come il rapporto fra l’energia termica complessivamente fornita all’impianto di climatizzazione e la totale energia consumata dal sistema, sotto forma di elettricità, gas o entrambi.

Per quanto riguarda la pompa di calore elettrica si è assunto un valore di SPF pari a 3, valore medio tipico di macchine aria-acqua per una temperatura esterna di 5°C [3].

Nel caso di pompe di calore con motore endotermico a gas, occorre ricordare la possibilità di recupero termico dal raf-

freddamento del motore (olio lubrificante e acqua di raffreddamento delle camicie dei cilindri) e dal raffreddamento dei fumi. Nell’ipotesi che il motore, supposto con rendimento meccanico pari a 0,3 [3, 14], trascini una pompa di calore con caratteristiche termodinamiche simili a quelle prima considerate e che il calore recuperato utilmente dal motore sia l’80% di quello rigettato, ne deriva uno SPF che possiamo fissare nei tre valori 1,27 , 1,42 e 1,56, corrispondenti a COP della macchina pari rispettivamente a 2,5 , 3 e 3,54.

Anche per la pompa di calore si deve tener conto che non viene dimensionata sul carico massimo e che quindi una quota che si può stimare attorno al 25% del fabbisogno viene soddisfatta con una caldaia ausiliaria, per la quale si può ipotizzare un alto rendimento stagionale attorno al 90%.

L’indice che però effettivamente rende conto dell’efficienza stagionale di riscaldamento delle pompe di calore è il PER (Primary Energy Ratio, energia termica utile prodotta con l’unità di energia del combustibile): per le macchine elettriche esso è dato semplicemente dal prodotto tra SPF e rendimenti di generazione e distribuzione dell’energia elettrica (rispettivamente 55% e 95,5%, come scritto in precedenza); per le macchine a gas basta tener conto di tali rendimenti nel convertire l’energia elettrica consumata dagli ausiliari in energia del combustibile. Nelle ipotesi poste i valori risultanti sono rispettivamente 1,58 per la macchina elettrica, 1,24 , 1,38 e 1,52 per la pompa di calore a gas5.

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Analisi energetica L’analisi comparativa è stata parametrizzata sul rendimento elettrico del sistema cogenerativo. Per ogni rendimento elettrico si è valutata la quota termica, fissando un rendimento di primo principio fra l’80 e il 90% a seconda della tecnologia (più alto per i sistemi a vapore, più basso per i turbogas). I costi energetici dei sistemi cogenerativi tengono conto altresì delle perdite di distribuzione, degli ausiliari e dell’intervento per la frazione prima precisata di caldaie integrative. Le linee orizzontali in figura 1 identificano la posizione di caldaie a condensazione e di pompe di calore elettriche; le pompe di calore a gas sono indicate con una banda grigia per comprendere i tre diversi valori di COP considerati. Il punto di incontro delle 4 tecnologie con le orizzontali indica il rendimento elettrico di quella tecnologia cogenerativa al di sotto del quale essa non risulta conveniente dal punto di vista energetico.

I valori che derivano dal confronto con la caldaia a condensazione sono: - 24% per impianti a vapore;

3 Ci riferiamo qui al potere calorifico inferiore (Hi) del gas naturale, per cui il rendimento massimo che si può ottenere nella combustione è di circa 1,1.

4 Per le ipotesi complete che consentono il calcolo dei SPF della pompa di calore a gas si veda l’analisi svolta in [3].

5 Nel calcolo del PER dal SPF si è supposto un rendimento di generazione dell’energia elettrica utilizzata dalle pompe di calore pari al 55%.

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Impianti

mente realizzabile con le moderne macchine.

Teleriscaldamento con ciclo combinato Teleriscaldamento con turbogas Il valore del 24% richiesto Caldaia a condensazione Pompa di calore elettrica agli impianti a vapore può 1,4 risultare fuorviante per chi 1,3 abbia in mente i rendimenti 1,2 superiori al 40% delle gran1,1 di centrali termoelettri1 che. In realtà, nel momento 0,9 in cui viene recuperato il caPompe di calore a gas 0,8 (COP = 2.5÷3.5) lore di condensazione a 0,7 pressione superiore a quel0,6 la atmosferica, il rendi15% 19% 21% 24% 27% 30% 33% 36% 39% 42% 45% 48% mento è generalmente inRendimento elettrico feriore al 25% e si colloca Figura 1 - Andamento del rapporto energia consumata/energia termica quasi sempre al di sotto prodotta (al netto delle perdite di rete di distribuzione del calore e delle del 20%. perdite di centrale) al variare del rendimento elettrico in cogenerazione La conclusione di questa delle diverse tecnologie analizzate prima analisi di tipo energetico è che se non si riesce a superare i rendimenti limite indicati, è preferibiTeleriscaldamento con motori Teleriscaldamento con turbogas le realizzare impianti in geTeleriscaldamento con turbine a vapore nerazione elettrica pura a ci4 clo combinato, privilegiando l’elevato rendimento 3,5 elettrico e producendo il calore localmente con cal3 daie a condensazione.

La pompa di calore dal pun2,5 to di vista energetico è la soluzione preferibile per pro2 durre calore, affiancandola 1,5 ad impianti termoelettrici a ciclo combinato non coge1 nerativi.

15% 19% 21% 24% 27% 30% 33% 36% 39% 42% 45% 48% Per quel che riguarda in Rendimento elettrico in cogenerazione particolare le pompe di calore elettriche, risulta inFigura 2 - Andamento del COPlim della pompa di calore elettrica che rende uguali la produzione di energia termica ottenuta dalla particolare tecnologia teressante anche la figura 2, di teleriscaldamento considerata e quella ottenuta dal surplus di energia in cui si evidenzia l’andaelettrica prodotta da una centrale a ciclo combinato a pura produzione mento del COPlim in funzioelettrica rispetto alla produzione elettrica in cogenerazione. In fondino ne del rendimento elettrico grigio i range di COP delle macchine aria/acqua oggi in commercio in cogenerazione delle diverse tecnologie di teleri- 32% per motori alternativi a combustione interna; scaldamento. Il grafico risponde alla domanda: qual è il - 39% per turbogas. valore minimo di COP per una pompa di calore elettrica La cogenerazione con ciclo combinato è sempre più conper cui risulta conveniente scaldarsi mediante il surplus veniente dal punto di vista energetico rispetto alla caldaia di energia elettrica prodotta da una centrale a ciclo coma condensazione. binato rispetto al calore fornito da una centrale di telePer quanto riguarda invece le pompe di calore, l’unica tecriscaldamento? nologia cogenerativa che può entrare in concorrenza è quelIn formule: la del ciclo combinato in cogenerazione con un rendimento elettrico attorno al 45%. Il teleriscaldamento con moto1+ (consumi ausiliari) (ηel,CC—ηel,teler) SPFlim =ηt,teler ⇒ COPlim =SPFlim ⋅ ri endotermici può risultare conveniente solo con COP delrendimento motore elettrico la pompa di calore inferiori a 2,5, situazione difficilTeleriscaldamento con motori endotermici

[MJc/MJt]

Teleriscaldamento con turbine a vapore

[COPlim]

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Se si tiene conto dei valori usuali delle macchine elettriche aria/acqua oggi in commercio (COP variabili fra 2,5 e 3,6 in condizioni nominali, a seconda della taglia e del tipo di refrigerante adottato), se ne evince che, con l’esclusione dei cicli combinati, per cui risulterebbero COPlim maggiori di 4 (la corrispondente curva non è disegnata in fig.

2), la cogenerazione accoppiata al teleriscaldamento non risulta conveniente rispetto alla pompa di calore elettrica: le turbine a gas e quelle a vapore sono quasi sempre penalizzate, mentre gli impianti a motori endotermici risultano competitivi solo nel caso di grandi taglie e logiche di programmazione che ne favoriscono il funzionamento a pieno carico (quindi con rendimenti elettrici elevati).

Analisi ambientale L’analisi delle emissioni inquinanti dei vari sistemi viene condotta sulla base dei valori ottenibili, riportati nella letteratura tecnica per i vari sistemi.

Le sostanze inquinanti prese in considerazione sono l’ossido di carbonio (CO) e gli ossidi di azoto (NOx). Per semplicità tutti i dati sono stati riportati ad un’unica unità di misura, vale a dire mg/kWht termico prodotto, ovvero in mg/MJt (tabella 2): ciò consente di evitare precisazioni e confusione di riferimenti a massa di emissione inquinante per unità di volume di fumi che richiede poi di precisare non solo in maniera ovvia temperatura e pressione di

questi, ma anche un eguale eccesso d’aria di riferimento.

La tabella 2 fornisce il campo di emissioni inquinanti che si incontra per i vari sistemi. Mentre non vi sono problemi interpretativi per i valori relativi alle caldaie e alle pompa di calore a gas, si deve precisare che per i sistemi cogenerativi viene imputata alla parte termica la frazione dell’emissione inquinante complessiva pari alla quota termica sull’energia utile totale. Per quanto riguarda il ciclo combinato in produzione elettrica pura, il valore dell’emissione inquinante per unità di energia elettrica prodotta serve a quantificare le emissioni inquinanti per le pompe di calore elettriche.

Il confronto mostra l’attuale grande superiorità dell’ultima generazione di caldaie a condensazione con bruciatore a microfiamme e premiscelazione totale, sia nei confronti della CO che degli NOx. Per le caratteristiche sfavorevoli dei motori a c.i., risultano molto penalizzanti sotto il profilo dell’inquinamento ambientale sia il teleriscaldamento con motori alternativi che con turbogas che le pompe di calore a motore.

Perché questi sistemi possano avvicinare il comportamento positivo delle nuove caldaie a condensazione, risulta indispensabile un adatto trattamento dei fumi dopo la combustione con catalizzatore ossidante per la CO ed eventualmente riduttore per gli NOx: in ogni caso non si riesce a raggiungere i valori ormai ridottissimi consenti-

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Tabella 2 -

Confronto fra le principali emissioni inquinanti delle tecnologie esaminate. I valori specifici (espressi in mg/MJt e nella più pratica unità mg/kWht) si sono ricavati dai dati reperiti in letteratura [5, 8, 11, 12, 16, 17], trasformandoli prima in valori riferiti a 0% O2 nei fumi, moltiplicandoli poi per le rispettive quantità di combustibile consumato e dividendo quindi il risultato per la quantità di energia termica netta totale prodotta per ogni caso (tali dati si sono ricavati dall’analisi energetica). Vengono riportati anche i valori massimi consentiti dalla normativa attuale, espressi nelle stesse unità di misura (per quel che riguarda il teleriscaldamento ci si è riferiti al Parere della III Sezione del Consiglio Superiore della Sanità 22/01/97 (come pure per la pompa di calore a gas, anche se per questa non esiste una normativa specifica); per le caldaie a condensazione invece ci si è riferiti a quanto trovato in [sito internet www.blauer-engel.de], valori non imposti per legge ma obbligatori per ottenere il marchio “Angelo azzurro”)

CO mg/kWht (mg/MJt) Valori tipici di emissione da a Teleriscaldamento con turbine a vapore Limite

68 (19)

Teleriscaldamento con motori endotermici Limite

872 (242)

Teleriscaldamento con ciclo combinato Limite

118 (33)

Teleriscaldamento con turbogas

54 (15)

1849 (514)

405 (112)

158 (44)

195 (54)

461 (128) 260 (72)

21 (6)

11 (3)

101 (28)

285 (79)

986 (274) 105 (29)

195 (54)

537 (149) Limite

2330 (647) 731 (203)

350 (97)

28 (8)

Pompa di calore a gas

1171 (325)

79 (22)

7 (2)

560 (156) 367 (102)

297 (83)

Limite Pompa di calore elettrica

161 (45)

168 (47)

Limite Caldaia a condensazione

136 (38)

NOx mg/kWht (mg/MJt) Valori tipici di emissione da a

34 (10) 178 (50)

68 (19)

170 (47)

669 (186)

416 (116)

308 (86) 589 (164) 702 (195)

6 Tipicamente: temperatura dell’aria all’ingresso dell’evaporatore pari a 7°C, temperatura dell’acqua al condensatore (in/out) 40/45°C.

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Impianti

ti dalle nuove tecnologie di combustione negli apparecchi di piccola capacità.

Si aggiunga inoltre la considerazione che le centrali di teleriscaldamento sono ormai assorbite all’interno dei nuclei urbani (un po’ a causa dell’espansione di questi ultimi, un po’ per la necessità di dover avere l’utenza termica vicino al luogo di produzione dell’energia), per cui la produzione di inquinanti va ad aggiungersi al già grave problema delle emissioni degli scarichi degli autoveicoli nei centri abitati.

Analisi economica

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È stata condotta anche un’analisi economica sulle alternative considerate, con riferimento al riscaldamento di un edificio ad uso scolastico e uffici. Le ipotesi sono riassunte nella tabella 3.

Alcuni chiarimenti sono però necessari: - Le potenze installate servono per il calcolo del costo d’investimento delle macchine per il riscaldamento. Esse sono state ricavate dall’analisi svolta in [6], che riporta anche il fabbisogno per la stagione di riscaldamento dell’edificio, pari a 1432 GJt. - Il costo d’investimento delle macchine è stato ricavato dall’analisi di alcune offerte di fornitori, mentre quelli delle centrali di teleriscaldamento dai dati forniti da alcuni costruttori. Le taglie delle centrali prese a riferimento per il calcolo del costo d’investimento sono di 4,66 MWel per quella a motori endotermici (centrale di teleriscaldamento AIM di Vicenza), 31 MWel per quella a ciclo combinato e 21,2 MWel per il turbogas (centrale AGSM di Borgo Trento, Verona). Le linee di distribuzione del calore prese a riferimento sono di lunghezza pari a 20 km per il ci-

Tabella 3 -

clo combinato ed il turbogas e 12 km per i motori endotermici.

- I costi della manutenzione ordinaria e del personale sono voci che incidono sul costo dell’unità di energia termica prodotta dalle centrali di teleriscaldamento. I dati riportati sono stati desunti da colloqui telefonici con alcuni responsabili di centrale e dall’esperienza diretta di chi scrive. In particolare si è supposto un organico di 12 persone con tre turni di lavoro di otto ore, con contemporanea presenza di almeno due operatori.

- Il costo del combustibile è una delle voci principali ed è fortemente variabile per i diversi sistemi non tanto a seconda della zona geografica e del fornitore, quanto del carico fiscale del tutto diverso per la cogenerazione rispetto ai sistemi di riscaldamento locale. Dal momento che la scelta di privilegiare dal punto di vista fiscale i sistemi cogenerativi viene giustificata con la maggiore efficienza energetica ed il minore impatto ambientale di questi, nella presente analisi, che ha mostrato in molti casi l’equivalenza quando non la superiorità dei sistemi di riscaldamento locale, sembra giusto effettuare il confronto economico sia in presenza che in assenza di oneri fiscali. Quindi l’analisi verrà condotta sia con i prezzi di mercato dei combustibili sia con un costo eguale del gas naturale per tutti i sistemi considerati.

Le figure 3 e 4 riportano i risultati ottenuti circa il costo di produzione dell’unità di energia termica. La figura 3 considera i prezzi di mercato del gas naturale al lordo degli oneri fiscali, mentre la figura 4 riporta tutte le tecnologie ad uno stesso prezzo (quello del privato).

Le soluzioni economicamente più convenienti risultano le tecnologie che sfruttano le turbine a gas, in particolare

Dati riguardanti l’analisi economica di confronto fra le alternative

Teleriscaldamento Teleriscaldamento Teleriscaldamento Caldaia a Pompa di Pompa di con motori con cicli con turbogas condencalore calore endotermici combinati sazione a gas elettrica

7

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Potenza installata

4,66 MWel

31 MWel

21,2 MWel

760 kWt

380 kWt 140 kWel (285 kWt (285 kWt caldaia int.) caldaia int.)

Costo di investimento macchina o centrale

650 €/kWel

1250 €/kWel

850 €/kWel

75 €/kWt

250 €/kWt 500 €/kWel (50 €/kWt (50 €/kWt caldaia int.) caldaia int.)

Costo di invest. linea distrib. calore

550.000 €/km

550.000 €/km

550.000 €/km

-

-

-

Costo del combust. (incl. imposte e defiscal.)

0,25 €/Nm3 (0,5 €/Nm3)

0,25 €/Nm3 (0,5 €/Nm3)

0,25 €/Nm3 (0,5 €/Nm3)

0,5 €/Nm3

0,5 €/Nm3

0,5 €/Nm3

Costo manutenzione ordinaria

0,01033 €/kWhel

0,8% del costo d’investimento della centrale

0,8% del costo d’investimento della centrale

3,5 €/kWt anno)

5 €/kWt anno)

10 €/kWel anno)

Costo del personale

37.000 €/(pers. anno)

37.000 €/(pers. anno)

37.000 €/(pers. anno)

-

-

-

Si tratta del Consumo Specifico, definito dalla Delibera 16/98 dell’Autorità e pari a 0,25 Nm3/kWhel.

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Teleriscaldamento con motori

Teleriscaldamento con ciclo combinato

Teleriscaldamento con turbogas

Caldaia a condensazione

Pompa di calore a gas

Pompa di calore elettrica

0,2 0,18 0,16

[Euro/kWht]

0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 15%

19%

21%

24%

27%

30%

33%

36%

39%

42%

45%

48%

Rendimento elettrico in cogenerazione

Figura 3 - Costo del kWht di riscaldamento per le diverse tecnologie a confronto (analisi effettuata a prezzi di mercato del combustibile). I valori sono stati calcolati sommando le voci di costo di tabella 3, spalmandole su una vita utile degli impianti di 15 anni con un tasso di attualizzazione del 5%; in particolare, la spesa per il combustibile per le tecnologie di riscaldamento locale è stata calcolata sulla base del PER delle stesse, mentre quella per il teleriscaldamento sulla base dei dati di produzione elettrica e termica delle centrali prese a riferimento ([12] [1]) e dei risultati prima descritti in figura 1. Per la pompa di calore a gas si è ipotizzato un COP medio pari a 3. Le curve vengono riportate in funzione del rendimento elettrico in cogenerazione delle diverse tecnologie di teleriscaldamento; viene riportata, in fondino grigio, la fascia di prezzo di vendita del kWht di una delle aziende del nord Italia che gestisce una centrale di teleriscaldamento

Teleriscaldamento con motori

Teleriscaldamento con ciclo combinato

Teleriscaldamento con turbogas

Caldaia a condensazione

Pompa di calore a gas

Pompa di calore elettrica

0,2 0,18 0,16

[Euro/kWht]

0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0 15%

19%

21%

24% 27% 30% 33% 36% 39% Rendimento elettrico in cogenerazione

42%

45%

48%

Figura 4 - Idem come per la figura 3, con il costo del gas naturale per il teleriscaldamento parificato a quello del riscaldamento locale (0,5 €/Nm3)

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i cicli combinati. Il teleriscaldamento con motori endotermici risulta conveniente, rispetto alle caldaie a condensazione e le pompe di calore a gas, solamente in forza dei vantaggi fiscali di cui gode il gas naturale consumato nelle centrali di teleriscaldamento (in particolare, diminuzione del 30% dell’accisa per una definita quantità di gas per ogni kWhel prodotto7), come si evince dal confronto delle due figure. Occorre inoltre precisare come le stime sui costi d’investimento delle centrali di teleriscaldamento siano probabilmente in difetto, lasciando quindi ulteriori margini di vantaggio, anche sotto l’aspetto economico, alle tecnologie di riscaldamento locale rispetto al teleriscaldamento.

Il prezzo di vendita del kWht da parte delle società che gestiscono il teleriscaldamento, variabile a seconda del tipo di utenza servita da valori di circa 0,05 €/kWht (usi alberghieri ed assimilabili) a 0,1 €/kWht (usi civili), risulta in piena concorrenza con quello delle caldaie a condensazione e delle pompe di calore a gas e nei confronti degli usi civili la caldaia a condensazione risulta più conveniente anche al lordo degli oneri fiscali rispetto all’acquisto di energia termica dal teleriscaldamento.

La pompa di calore elettrica invece probabilmente paga l’elevato costo dell’energia elettrica (che in Italia è il più elevato d’Europa) e anche il fatto di non sfruttare appieno il costo fisso del corrispettivo di potenza: un uso anche estivo della macchina permetterebbe sicuramente un

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Impianti

recupero in termini di costo della climatizzazione rispetto alle tecnologie più convenienti.

Documento “A Quality Assurance Programme for Combined Heat and Power. A Consultation Paper”, sito internet www.defra.gov.uk/environment/con-

Risultati dell’analisi

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L’analisi svolta ha messo in evidenza che il teleriscaldamento, pur consentendo indubbi vantaggi dal punto di vista energetico rispetto alla generazione separata di pari quantità di energia termica ed elettrica, risulta spesso meno efficiente rispetto alle moderne tecnologie per il riscaldamento ambientale; le caldaie a condensazione garantiscono efficienze energetiche maggiori rispetto al teleriscaldamento “tradizionale” (turbine a vapore e a gas), mentre le pompe di calore sono superate in efficienza energetica solo da cicli combinati di ultima generazione.

Il confronto sulle emissioni inquinanti è forse ancora più sorprendente, dal momento che, grazie ai numerosi miglioramenti tecnologici che le caldaie hanno avuto negli ultimi anni di sviluppo (bruciatori low-NOx, modulanti, premiscelati), il loro impiego produce un impatto ambientale decisamente minore delle tecnologie di teleriscaldamento (cicli combinati compresi). Per superare questo importante gap le centrali di cogenerazione dovrebbero (o dovranno) provvedersi di sistemi di abbattimento degli inquinanti assai più efficaci degli attuali prima dello scarico dei fumi.

I vantaggi delle moderne tecnologie di riscaldamento locale non si evidenziano nell’analisi economica, essenzialmente a causa di scelte fiscali che incentivano fortemente il teleriscaldamento. Come si vede dalle argomentazioni qui presentate, discutibili quanto si vuole, è questa una materia appunto da ridiscutere. Non si può più affermare, come fino a qualche anno fa, che il teleriscaldamento è sempre e comunque preferibile: lo è certamente quando si tratti di impianti di termodistruzione.

Ma quando si ricorra al gas naturale, la sua superiorità si manifesta solo a patto che si faccia ricorso alle tecnologie più efficienti.

sult/chp.

[5] Di Stefano P., “Approccio energetico-economico e aspetti ambientali del sistema di raffreddamento di un ciclo combinato da 400 MW”, X Convegno “Sergio Stecco” Tecnologie e sistemi energetici complessi, Genova, 2001.

[6] Dissegna G., A.A. 1998-1999, Analisi dei fabbisogni energetici per la climatizzazione del complesso universitario “S. Nicola”: il caso invernale, Tesi di Laurea in Ingegneria Gestionale, Relatore prof. R. Lazzarin, Università di Padova.

[7] Franco A., Giannini N., 2002, “Impianti a ciclo combinato. Prospettive per incrementare il rendimento”, La Termotecnica, n. 12, Dicembre, pp. 89-98.

[8] Jenbacher Energie, 1999, “Moduli di cogenerazione azionati da motori Jenbacher “JMS*** GS-N.L.””, Pubblicazione della Jenbacher Energiesysteme, 22 marzo.

[9] Lazzarin R., “I moderni generatori di calore: efficienza energetica ed inquinamento ambientale”, Convegno AICARR Le moderne tecnologie negli impianti e nei componenti per il riscaldamento, Padova, 2003.

[10] Macchi E., Consonni S., 1995, Libro bianco sulla cogenerazione (volume secondo), ATIG. [11] Noro M., Luglio 2002, Considerazioni tecniche ed economiche sull’impianto di climatizzazione di “S. Nicola” (Vicenza), Relazione tecnica.

[12] Onza F. S., A.A. 1998-1999, Analisi tecnico-economica ambientale del sistema di cogenerazione della centrale di teleriscaldamento di Vicenza, Tesi di Laurea in Ingegneria Gestionale, Relatore prof. Renato Lazzarin, Università di Padova.

Renato Lazzarin, Marco Noro Dipartimento di Tecnica e Gestione dei Sistemi Industriali, Università di Padova, Sede di Vicenza

[13] Rapporto ambientale Enel 2001, sito internet dell’Enel (www.enel.it).

[14] Riello L., A.A. 1998-1999, Analisi sperimentale dell’impianto HVAC a pompa di calore con motore a gas del complesso “S. Nicola” a Vicenza, Tesi di Laurea

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[2] Autorità per l’Energia elettrica e il gas, Relazione tec-

[15] Sacchi E., Magnelli T., “Sviluppo, opportunità e vin-

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sito internet dell’Autorità (www.autorità.energia.it).

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[3] Bressanelli R., A.A. 1999-2000, Analisi energetica ed

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[16] Zanardi L., Le nuove tecnologie di combustione mi-

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Tesi di Laurea in Ingegneria Gestionale, Relatore prof. Renato Lazzarin, Università di Padova.

[4] Department for Environment, Food & Rural Affaire,

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in Ingegneria Gestionale, Relatore prof. Renato

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[17] Sito internet della IEA Greenhouse Gas R&D Programme, http://www.ieagreen.org.uk

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Franco Adami, Adriana Del Longo

Caldaie a condensazione Caratteristiche tecniche e applicazioni Con esperti del settore, provenienti dal mondo della progettazione, della produzione, del commerciale fino a quello dell’installazione, si è discusso in una tavola rotonda delle caldaie a condensazione.

Un confronto con gli apparecchi standard dal punto di vista delle peculiarità tecnico-costruttive, delle funzioni, delle applicazioni, della normativa.

Come funziona una caldaia a condensazione?

Lazzarin: Ogni idrocarburo nella combustione produce acqua, generalmente sotto forma di vapore, che in passato è sempre stato considerato un ospite indesiderato e quindi eliminato con i fumi. Di fatto il vapore rappresenta una possibilità di recupero importante poiché dal medesimo può essere estratto il calore di condensazione aumentando notevolmente il rendimento. Nelle caldaie a condensazione si arriva di conseguenza a quello che può sembrare un risultato paradossale, cioè un rendimento superiore al 100% rispetto al potere calorifico inferiore. In pratica si arriva a questo risultato sfruttando un contenuto termico che i tradizionali generatori di calore non sfruttano.

In altri termini i fumi vengono raffreddati fino alla condensazione con formazione di acqua condensata che va quindi scaricata. È un’acqua con un contenuto di acido carbonico che va considerata adeguatamente. Il pH è intorno a 4-4,5 e quindi non presenta particolari problemi anche se in passato era forse troppo temuta. In ogni caso ora la legislazione permette di convogliarla direttamente negli scarichi domestici. I fumi che sono stati raffreddati sono saturi, cioè pronti a condensare in qualunque momento, basta che scendano un po’ di temperatura e immediatamente entrano in fase liquida. Se il camino non ha un adeguato trattamento di impermeabilizzazione, la condensa che si forma all’interno è un ospite altrettanto indesiderato.

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Quali sono le principali caratteristiche costruttive delle caldaie a condensazione e i componenti che le differenziano rispetto a quelle tradizionali?

Rigato: Un grosso contributo allo sviluppo tecnologico di questi apparecchi si è avuto con la possibilità di disporre di corpi monoblocco in alluminio.

Si sono potuti così realizzare scambiatori di calore molto efficienti, leggeri e compatti. Un altro materiale comunemente utilizzato per realizzare gli scambiatori delle caldaie a condensazione è l’acciaio inox. Entrambi questi materiali sono resistenti all’azione corrosiva della condensa prodotta dalla combustione. A bordo di una moderna caldaia a condensazione troviamo quasi sempre un bruciatore premiscelato, ecologico, a modulazione continua della potenza, che mantiene costante il valore della CO2 nei fumi (funzionamento ad eccesso d’aria costante), un parametro molto importante ai fini dell’ottimizzazione del rendimento. Il motore del ventilatore può operare ad un regime di rotazione variabile in funzione della potenza richiesta, per cui funziona per la maggior parte del suo tempo ad un numero di giri ridotto, poiché la potenza massima della caldaia è sempre esuberante rispetto alle effettive necessità, tranne casi piuttosto rari.

Questa caratteristica è molto positiva ai fini di una maggiore silenziosità di funzionamento. A differenza delle caldaie tradizionali, che funzionano ad una temperatura

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“fissa” (impostata tramite utenze dove il fabbisogno tertermostato di caldaia) , le mico è molto modesto. caldaie a condensazione funLazzarin: In realtà anche le zionano ad una temperatura caldaie di basso costo riescodell’acqua che si autoregola no a fare quest’operazione in funzione della temperatu(modulazione di potenza), ma ra esterna (rilevata da un apcon un rendimento molto basposito sensore), per cui non riso. Quello che è interessante chiedono l’aggiornamento di è che, nella modulazione delquesta da parte dell’utente al la caldaia a condensazione, è Renato Lazzarin Massimo Rigato mutare delle condizioni esterpossibile fornire una piccola ne. Si rammenta che per queste caldaie il campo di escurpotenza a un rendimento che è addirittura più alto di sione della temperatura dell’acqua è molto più esteso in quello nominale. basso rispetto alle caldaie comuni, perché non vi è alcun limite di funzionamento per quanto riguarda la temperaLe caldaie a condensazione sono utilizzabili ovunque e tura minima di ritorno dell’impianto (nelle caldaie tradicomunque? Facciamo un esempio pratico: un impianto zionali, generalmente la temperatura minima di ritorno non tipico da appartamento composto da corpi scaldanti e caldeve scendere al di sotto di 50°C, proprio per evitare la daia atmosferica tradizionale. La sostituzione della calformazione di condensa in caldaia). daia tradizionale con una a condensazione potrebbe Lazzarin: È utile sottolineare che le caldaie a condensacomportare dei problemi? zione si avvalgono di tecnologie moderne, come i bruciaPagani: Sfatiamo ogni dubbio: il generatore a condensazione tori modulanti e i bruciatori a irraggiamento, proprio per va benissimo in qualsiasi tipologia di impianto nuovo o esiconseguire un elevato rendimento sia nominale stente, che sia con corpi scaldanti a radiasia stagionale. Una maggiore efficienza sitori o altro. A questo proposito segnalo che gnifica minori consumi e, di conseguenza, in un volume del Professor Lazzarin, pubblicato emissioni molto basse di inquinamento e nel 19861, già si dimostrava che il generatore quindi un minor impatto ambientale. a condensazione mantiene le proprie peRigato: Nei bruciatori a irraggiamento, il supculiarità su qualsiasi tipo di impianto. porto ceramico trova applicazione fino a Lazzarin: Purché all’andamento del carico una potenza massima di 350 kW. Un’alterin diminuzione corrisponda una temperanativa molto valida e confrontabile con quetura che si riduce ai corpi scaldanti. Molte sto materiale è la fibra metallica, che comvolte ci è capitato di toccare i radiatori e li porta una superficie di “appoggio” di fiamsentiamo tiepidi. Chiaramente non stanno funMauro Pagani ma molto più fredda (o meglio meno calda) zionando a 60 – 80°C. C’é da osservare che rispetto al bruciatore tradizionale. La temperatura di l’impianto è spesso sovradimensionato, ma anche quando fiamma è molto importante ai fini di una riduzione delle è dimensionato in maniera corretta solo nelle condizioni emissioni inquinanti, infatti più bassa è la sua temperatura, esterne più rigide funziona con i parametri di temperatumaggiore è la riduzione degli ossidi di azoto. Ecco perché ra più elevata. Quindi normalmente l’impianto a radiatoi bruciatori premiscelati, realizzati con questi materiali, ri può funzionare in condensazione e dare i benefici prooltre ad essere efficienti sono anche eco-compatibili. Un pri della condensazione. altro aspetto che coinvolge sia il costruttore sia l’utente Qualora non funzionasse in condensazione, comunque, la finale, è l’elettronica piuttosto evoluta che sfrutta al mecaldaia a condensazione avrebbe rendimenti più alti perglio le capacità dello scambiatore e del bruciatore, svolché raffredda lo stesso i fumi a 60 – 70°C. gendo un’importante funzione anche nella termoregolazione.

Va detto in ogni caso che qualora si utilizzasse una caldaia La tecnologia che sta alla base di queste caratteristiche ina condensazione in un impianto di tipo innovativo, come cide ovviamente sul prezzo finale del prodotto. quelli a pavimento o a soffitto, il rendimento stagionale sarebbe ovviamente più elevato, fino al 104-105%. InstallaPer quanto riguarda la taglia delle caldaie, ci sono dei lire impianti a condensazione, ovunque ci sia l’impiego del miti inferiori e superiori? gas naturale nel riscaldamento, significherebbe miglioraRigato: Diciamo di no, il grosso vantaggio di queste caldaie re dal 10 al 20% il rendimento complessivo. è il rapporto di modulazione molto spinto (può spingesri anPagani: Che il generatore a condensazione dia dei risultati che a 1:5), il che significa che una caldaia da 24 kW di porilevanti sugli impianti esistenti e datati, lo dimostra il fattenza massima può funzionare anche a 5 kW senza penato che le aziende per la gestione del calore - nate negli ullizzare il rendimento, anzi, con valori superiori al rendimento 1 alla potenza massima. E’ una caratteristica molto imporRenato Lazzarin, Le caldaie a condensazione dalla teoria agli impianti, PEG Editrice, Milano, 1986 tante perché questi apparecchi possono essere installati in

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timi anni – fanno il loro business proprio sugli impianti datati. Queste sono aziende che si ripagano i costi per il rifacimento di una centrale termica fornendo lo stesso comfort all’utente finale, ma risparmiando sui consumi del combustibile. Quando il gestore prende in appalto la fornitura di energia di un condominio o di un fabbricato non cambia i corpi scaldanti né aumenta la superficie scaldante per poter abbassare la temperatura di alimentazione degli stessi, ma sostituisce il generatore di calore esistente installandone uno o più a condensazione, impostando delle regolazioni climatiche più idonee rispetto al fabbisogno dell’edificio, consumando quindi un quantitativo di combustibile inferiore rispetto a quello utilizzato dal generatore precedente. Questo ci dovrebbe far pensare.

Se consideriamo il rendimento stagionale, in pratica, che differenza c’è tra una buona caldaia tradizionale ad alto rendimento e una caldaia a condensazione?

Rigato: Una buona caldaia tradizionale generalmente è una caldaia di tipo on/off, caratterizzata da un buon rendimento istantaneo alla massima potenza; ovviamente quando il carico termico è ridotto la caldaia comincia a funzionare con cicli di accensione e spegnimento.

Durante le pause il generatore disperde del calore, che dipendono molto anche da diversi fattori, quali il contenuto d’acqua, la tipologia di caldaia (ghisa, acciaio), il tipo di bruciatore (atmosferico ad uno o due stadi), la tipologia di produzione di acqua calda sanitaria (produzione istantanea, ad accumulo) per cui il rendimento stagionale di una caldaia di questo tipo è alla fine molto penalizzato. Va tenuto conto poi che l’accensione e lo spegnimento sono dei momenti “inquinanti” del funzionamento di un apparecchio. Nei modelli on-off si passa da un rendimento di oltre il 90%, che è il massimo a pieno regime della caldaia, a un rendimento stagionale che in molti casi si aggira sul 75%. Se si tratta di una vecchia caldaia, questi rendimenti stagionali sono ancora più bassi.

Quando parliamo di un generatore a condensazione modulante, quindi caratterizzato da un numero molto più limitato di pause di funzionamento (in virtù della possibilità di operare a carichi termici molto ridotti), per di più a temperature d’acqua inferiori alle tradizionali, le dispersioni di calore sono nettamente inferiori. In considerazione di ciò il rendimeno stagionale di un gruppo termico modulante a condensazione non si discosta di molto rispetto al valore massimo. Come valore numerico possiamo affermare che il rendimento stagionale di una caldaia a condensazione dalle caratteristiche di cui sopra può raggiungere valori pari a circa il 96-97% sul potere calorifico inferiore del combustibile.

Attualmente una caldaia a condensazione ha un prezzo maggiore rispetto a quella tradizionale. Quanto tempo occorre per ammortizzare la differenza di costo?

Rigato: Il calcolo è presto fatto. Se confrontiamo il generatore a condensazione con uno non a condensazione, ma

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sempre modulante e a premiscelazione, a listino la differenza di prezzo è di circa 400-500 euro. Il che significa recuperare questa cifra nel giro di 2-4 anni.

Lazzarin: Tuttavia, in questo caso la differenza di rendimento si riduce al 10%.

Rigato: Sono d’accordo ma la differenza comunque non è trascurabile. Facendo invece il confronto con un vecchio generatore preesistente “datato”, con dispersioni di calore pari a quelle che erano accettabili 20 anni fa o anche di più, ecco che la differenza sul rendimento stagionale può raggiungere anche il 30% e oltre.

Lazzarin: Però quando sostituisco l’apparecchio posso decidere se spendere tanto o poco. Dovendo fare un investimento non faccio confronti con l’apparecchio vecchio, ma valuto tra le nuove offerte quello che mi conviene.

Rigato: Bisogna anche considerare il caso in cui il cliente non è motivato a cambiare il vecchio generatore perché questo non ha grossi problemi tecnici, mentre in realtà, considerando le differenze di rendimento, sarebbe comunque più conveniente sostituirlo quanto prima.

Lazzarin: È vero, molto spesso l’utente finale sostituisce l’apparecchio quando questo non funziona più e non si può riparare, con conseguenze pesanti sia per i consumi sia per l’impatto ambientale, per non parlare dei problemi di affidabilità e sicurezza.

Rigato: Sotto quest’ultimo aspetto va detto che la tecnologia nei nuovi apparecchi è tale per cui anche in caso di anomalie di qualsivoglia dispositivo, l’apparecchio si trova sempre in condizioni tali da garantire sempre la massima sicurezza.

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I primi interlocutori per la diffusione di queste e di tutte le altre tipologie di apparecchi sono i progettisti e gli installatori. Qual è la loro posizione nei confronti della condensazione?

Lazzarin: Vorrei fare una premessa. In generale da una parte il costruttore immobiliare cerca di comprimere i costi, dall’altra l’utilizzatore non ha la cultura tecnica per poter apprezzare la tecnologia applicata agli impianti. È più facile che sia in grado di valutare la qualità dei rivestimenti o dei serramenti, ma non ha la preparazione tecnica per valutare la differenza tra le diverse caldaie.

Questa è la prima importante penalizzazione che a mio avviso potrebbe essere superata, all’origine, imponendo alla produzione degli standard molto severi di qualità, ad esempio in termini di rendimenti stagionali. In secondo luogo, un’importante funzione di promozione potrebbe essere svolta dai progettisti e dagli installatori. Soprattutto quest’ultimi quando effettuano interventi di manutenzione o di sostituzione potrebbero consigliare un apparecchio piuttosto che un altro.

Diquigiovanni: Effettivamente, come si è già detto, il problema per noi installatori è quello di proporre questo tipo di prodotto, innanzitutto perché l’utente finale non ha una cultura tecnica; inoltre, l’aspetto economico diventa un fattore rilevante se non principale, anche se è vero che

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dovrebbe essere nostro compito spiegare all’utente che il prezzo si ammortizza nel tempo.

C’é una certa diffidenza da parte dell’utente quando si propone un apparecchio che costa di più?

Diquigiovanni: In base alla mia esperienza, direi che una minima parte ha fiducia nell’installatore, mentre la maggior parte pensa sia un modo per far guadagnare di più gli installatori.

Zanotto: L’installatore, deve non solo affrontare la concorrenza per l’acquisizione dei cantieri, ma deve poi fornire all’utente finale un prodotto di qualità. Bisognerebbe che determinati prodotti venissero penalizzati a favore di quelli che consentono un risparmio energetico e basse emissioni di inquinanti, ovvero promuovendo la loro diffusione attraverso incentivi. Purtroppo spesso il mercato privilegia il puro costo rispetto alla qualità e i prodotti di qualità diventano prodotti di nicchia considerati solo da una bassa percentuale di clienti che hanno una certa sensibilità.

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diffusione, bensì la sensibilizzazione dell’utenza finale sulle caratteristiche innovative del prodotto.

Arnosti: Un aspetto da rilevare è il ruolo del manutentore, cioè di colui che mantiene efficiente l’impianto. Insomma il famoso “spazzacamino” come viene chiamato in Andrea Diquigiovanni Germania. In Italia a volte gli impianti sono mantenuti da personale non all’altezza del delicato compito. Occupandomi di assistenza, devo dire che forse i costruttori potrebbero maggiormente curare la formazione dei tecnici della manutenzione. Inoltre, la soglia di ingresso per poter svolgere questa attività è piuttosto bassa, i requisiti richiesti dovrebbero, a mio avviso, essere più rigorosi.

Analizziamo il mercato italiano. Quante caldaie si installano attualmente in Italia?

Pagani: Il mercato è costituito da un milione di pezzi all’anno, di cui circa 800.000 sono di sostituzione. Diventa quindi importante intervenire nel momento in cui si deve cambiare l’apparecchio, consigliando e incentivando l’installazione di quelle a condensazione evidenziandone le qualità e le caratteristiche.

Rigato: Nel 2002 su un milione di caldaie murali sono 60.000 hi tech, prevalentemente premiscelate, 40.000 a condensazione, dato più confortante se lo raffrontiamo alle 25.000 nel 2001, e circa 46.000 nel 2003.

C’è differenza tra il privato e l’utenza industriale di fronte ai problemi di inquinamento e di risparmio energetico?

Diquigiovanni: Se devo dare un ordine di grandezza, i clienti che chiedono espressamente una caldaia a condensazione raggiungono l’1-2%. La maggior parte sceglie in base al prezzo. Anche l’utenza industriale si scontra col problema del costo, anche se in questo caso la maggiore preparazione tecnica del cliente favorisce un dialogo anche sulla qualità.

Lazzarin: Il problema non è solo di prezzo, ma anche che l’utente finale non conosce l’eDomenico Zanotto sistenza della caldaia a condensazione, coQuindi stiamo andando verso un 10% del tome temo non sia conosciuta da numerosi installatori. Esitale, ulteriori incrementi comporteranno una riduzione ste un vero e proprio problema di informazione. Oserei didei costi? re che probabilmente anche lo stesso legislatore non è molRigato: Certamente il fattore di scala consente una riduto consapevole che esiste una possibilità di risparmio a porzione dei costi. Inoltre, molti costruttori cercano di protata di mano. durre e di proporre caldaie a condensazione a basso costo Rigato: Il problema non è solo da risolvere a valle ma anlimitando ad esempio gli optional e gli accessori. che a monte. Talvolta infatti anche gli stessi installatori creLazzarin: Il ricarico dell’installatore di una caldaia a condono che sia più difficile installare una caldaia a condendensazione rispetto a una caldaia standard incide sul cosazione; invece la tecnologia non è affatto più complessa, sto finale? anzi la possibilità di avvalersi dell’elettronica permette di Diquigiovanni: Il lavoro di installazione per una caldaia a individuare più facilmente i condensazione è praticamente lo stesso di una caldaia guasti e le anomalie. L’intradizionale. Il ricarico sarà quindi lo stesso. stallatore tende a installare le Lazzarin: Il ricarico inteso come percentuale del prezzo solite caldaie perché ha un pagato per l’apparecchio, quindi se l’apparecchio costa più metodo consolidato di lavoro del ricarico in termini di denaro è maggiore. Ma per restare ed é quindi poco propenso a in argomento vorrei fare una domanda: se l’installatore cambiare abitudini. paga l’apparecchio il 40% in meno rispetto al prezzo di liDiquigiovanni: Credo che non stino, di questo 40% quanto viene trasferito al cliente fisia tanto la difficoltà di innale? stallazione di una caldaia a Diquigiovanni: Dipende dalla scontistica che il grossista apcondensazione che ne limiti la plica all’installatore, in media direi che ricarica il 25%.

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Abbiamo parlato prima in termini di penetrazione della caldaia a condensazione sul mercato italiano, qual è la situazione negli altri paesi della Comunità europea?

Rigato: L’Olanda è il paese che ha puntato e incentivato per primo la condensazione, su 450.000 apparecchi venduti in un anno, 430.000 sono a condensazione; ha inoltre una rete di distribuzione gas naturale molto estesa essendo praticamente situata al di sopra di un enorme serbatoio. In Germania, invece, il mercato delle caldaie a condensazione per il 2002 è stato di 300.000 apparecchi, un ordine di grandezza ben superiore al nostro.

In Italia finora sono poche le zone che danno incentivi per l’installazione, come il Trentino, la provincia di Modena, l’Abruzzo.

Lazzarin: Si potrebbe promuovere la rottamazione di caldaie e stabilire una classificazione energetica come per gli elettrodomestici. Ma l’utente finale non ha al momento la stessa sensibilità nei confronti delle caldaie.

Zanotto: Bisogna considerare che è diverso anche il sistema di vendita: il generatore di calore dev’essere innanzitutto installato da un professionista e di conseguenza lo deve consigliare l’installatore o il progettista. Bisognerebbe far capire all’utente finale che la fattura che paga comprende la professionalità frutto della formazione dell’installatore, professionalità che rende poi in sicurezza.

Il problema che ha bloccato per tanti anni in Italia la caldaia a condensazione è stato lo scarico della condensa, si diceva che la legge Merli lo vietasse. Qual è lo stato delle cose oggi?

Pagani: A luglio 2003 la Uni 11071 ha finalmente regolamentato tutto ciò che riguarda i generatori a condensazione fino a 35 kW. La norma evidenzia che la condensa dà dei

benefici se utilizzata in ambienti civili perché questi scarichi acidi vanno a compensare la quantità di quelli basici. Per quanto riguarda i generatori oltre i 35 kW è allo studio una nuova norma Uni. In ogni caso l’eventuale neutralizzazione è comunque semplicissima: esistono infatti appositi apparecchi contenenti granulati che vanno in saturazione e ristabiliscono il pH a circa 7. Altra cosa importante che prevede la norma è come scaricare i fumi “freddi” sfruttando le prevalenze dei ventilatori installati all’interno dei generatori.

Quanta condensa produce un apparecchio installato in appartamento?

Rigato: Una caldaia tipica da 24 kW al massimo produrrà in pratica circa 2 litri e mezzo di condensa ogni ora, quando va alla massima potenza; si tratta pertanto di scaricare alcuni litri al giorno che solo in minima parte vanno a compensare tutti gli scarichi di tipo basico di un’abitazione (detersivi, saponi ecc.). La norma non prevede la neutralizzazione per gli apparecchi fino a 35 kW. Se però la caldaia è destinata ad uno stabile adibito a uffici) dove gli scarichi di tipo basico sono modestissimi) si raccomanda, e non si impone, la neutralizzazione della condensa.

Antonio Arnosti, Responsabile Service Italia, Ecoflam Andrea Diquigiovanni, Installatore Renato Lazzarin, Professore all’Università di Padova, Dipartimento di Tecnica e Gestione dei Sistemi Industriali, Vicenza Mauro Pagani, Perito industriale Massimo Rigato, Centro ricerche Ecoflam Domenico Zanotto, Centro assistenza Ecoflam

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PROGRAMMA AICARR 2004 CONVEGNI, OSSERVATORI, SEMINARI Milano, 3, 4 e 5 marzo - Convegno internazionale e seminari “Impianti, edifici, città. Integrazione e nuove visioni di progetto e di gestione” Pavia, aprile - Osservatorio sanità “La qualità nell’ospedale: sviluppi normativi e progettuali nelle sale operatorie e la riqualificazione delle aree di degenza” Padova, 17 giugno - Tavola rotonda e convegno “La certificazione energetica degli edifici: l’Italia si prepara” - “Il condizionamento dell’aria e il rumore nell’ambiente esterno” Bari, settembre - Convegno “Il condizionamento dell’aria e il rumore nell’ambiente esterno” Catania, ottobre - Convegno “Il condizionamento dell’aria e il rumore nell’ambiente esterno”

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Bologna, 14 ottobre - Convegno “L’impiantistica alberghiera: impianti ausiliari, supervisione, controllo gestione, problematiche acustiche” Milano, novembre - Osservatorio Free 2004 Torino, novembre - Convegno “L’impiantistica alberghiera: impianti ausiliari, supervisione, controllo gestione, problematiche acustiche” INCONTRI TECNICI - VISITE TECNICHE (a cura dei Delegati Regionali) Marzo: incontri tecnici in Sicilia; visite tecniche in Veneto, Puglia e Marche.

Aprile: incontri tecnici in Lazio, Lombardia e Marche; visita tecnica in Liguria.

Maggio: incontri tecnici Molise e Sicilia; visite tecniche in Umbria, Veneto, Friuli, Lombardia ed Emilia Romagna.

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Impianti

Roberto Rho

Comfort negli alberghi Sistemi integrati di building automation per un’efficiente gestione degli impianti Oggi la tecnologia ci consente di ottimizzare l’impiego delle risorse, energetiche e umane, disponibili. Grazie all’installazione di un sistema di gestione, gli alberghi possono ottenere significativi risparmi mediante l’integrazione operativa di impianti e servizi.

L’esempio del sistema che si riporta riguarda un albergo a quattro stelle, situato nel territorio di Parma, in grado di garantire massima flessibilità e affidabilità nonché una gestione ottimizzata degli impianti.

a building automation è un mezzo utile e moderno, adottabile anche nelle normali ristrutturazioni, per accrescere comfort e sicurezza, favorendo allo stesso tempo un miglior utilizzo delle risorse energetiche.

Le soluzioni adottate nell’Hotel Parma e Congressi hanno consentito non solo di incrementare il pacchetto qualitativo offerto dalla struttura alberghiera, mettendo a disposizione servizi quali il fax, la Pay Tv, la possibilità di ac-

L

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cedere a Internet, il servizio di segreteria e di custodia valori e altro ancora, ma anche il comfort interno di camere e la sicurezza, favorendo la gestione ottimizzata dell’assorbimento energetico e assicurando i relativi risparmi economici.

Tutti questi elementi concorrono a formare un pacchetto offerto – la cosiddetta “hospitality” - la cui qualità e orientamento vengono attentamente studiati in funzione del target a cui la struttura si rivolge.

La facciata dell’Hotel Parma & Congressi

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Impianti

La tecnologia odierna può essere di grande aiuto, permettendo un’ottimizzazione delle risorse disponibili a fronte di una maggior competitività dell’offerta. L’installazione e l’applicazione di un sistema di gestione per alberghi è in grado di assolvere a questa funzione di ottimizzazione mediante l’integrazione operativa di impianti e servizi.

L’esempio che qui si riporta riguarda un albergo a quattro stelle, situato nel territorio di Parma in zona verde e facilmente accessibile dagli insediamenti produttivi e commerciali. Sembra essere superfluo, ma vale la pena ricordarlo, che le società che realizzano i sistemi per questo tipo di applicazione devono possedere una grande esperienza nel settore e devono avere la capacità di “indossare le vesti” della proprietà di un hotel, capendo i problemi e studiando le relative soluzioni ottimizzate. Cosa questa non sempre facile e scontata vista la specificità di questo particolare comparto.

Una delle sale congressi dell’hotel

Caratteristiche del sistema

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I dati di partenza oggetto della progettazione del sistema integrato prevedevano 110 camere e una struttura ricettiva per conferenze e convention frazionabile e riconfigurabile su specifica esigenza in grado di ricevere fino a 1100 partecipanti.

Ovviamente tale sistema doveva essere in grado di garantire la massima affidabilità e flessibilità, così come avrebbe dovuto favorire una gestione ottimizzata dell’assorbimento energetico (ad esempio gestendo gli impianti di climatizzazione) assicurando i relativi risparmi economici.

Il sistema di controllo e gestione avrebbe dovuto anche integrarsi con le installazioni impiantistiche presenti e in particolare avrebbe dovuto garantire il servizio di prenotazione/occupazione camere, incluse tutte le altre funzionalità specifiche del front desk di un hotel quali fatturazioni, gestione extra ecc. Tutto ciò salvaguardando efficienza e qualità, senza alcuna incrinatura dell’immagine dell’albergo e della sua proprietà. È da notare che anche i tempi di progettazione di realizzazione erano stretti e non permettevano grossi ripensamenti e variazioni. Tale condizione è abbastanza frequente in questo tipo di realizzazioni ed è dovuta al fatto che l’investimento previsto è alquanto significativo e durante tutto il periodo di approntamento dell’opera la proprietà rimane esposta finanziariamente; si tende quindi alla massima celerità per ottenere il rientro dell’investimento nel minor tempo possibile.

Come ben conosce chi si occupa di impiantistica e di edilizia in genere, le modifiche in corso d’opera sono sempre in agguato e questa realizzazione non ha fatto eccezione alla regola. Si immaginava, cosa che poi si è rivelata quanto mai vera, che chiunque avesse eseguito i lavori di progettazione e di realizzazione del sistema avrebbe dovuto possedere caratteristiche e capacità tecniche valide, ma anche grande flessibilità e reattività fattiva o proattività, per dirlo con un altro neologismo che indica capacità di prevedere i problemi e realizzare soluzioni esaustive.

Funzionalità installate Nell’albergo sono stati installati e integrati sistemi per la gestione delle camere e dell’hospitality e un sistema per il monitoraggio, la gestione energetica e il controllo degli impianti presenti nella struttura, raggiungendo così notevoli livelli di risparmio gestionale grazie all’impiego del giusto numero di addetti e a un’oculata gestione delle fonti primarie energetiche. Si elencano qui di seguito alcune funzionalità installate nell’hotel sopra menzionato, che possono rappresentare argomenti di sicuro interesse per gli operatori del settore.

Il sistema installato permette l’approntamento preventivo delle “card” cliente, che possono essere preparate in modalità stand-by e attivate all’arrivo dell’ospite. L’operatività integrata del sistema gestione camere e del sistema gestione impianti assicura ottimi livelli di sicurezza e di controllo climatico delle camere, pur mantenendo un alto standard qualitativo del comfort nelle camere stesse. Infatti, non appena l’ospite lascia la camera, il regime climatico può essere attenuato fino al suo rientro, ad esempio riducendo il set-point di temperatura in inverno e innalzandolo in estate. È questa la modalità “unoccupied” che si attiva quando l’ospite estrae la propria tessera dalla tasca della camera; esiste però anche una modalità “off” che spegne completamente la funzionalità della camera nel caso questa non sia affittata.

L’accesso alle camere avviene mediante strisciata della card ospite nel lettore presente sulla serratura della porta della camera e sblocco relativo della stessa.

Ciò assicura al cliente un maggiore livello di sicurezza se raffrontato con una normale chiave e serratura tradizionale (le card funzionano con codice digitale tipo Bancomat o carta di credito). A differenza di un sistema tradizionale è possibile però garantire anche una certa sicurezza dell’hotel perché accessi anomali, in assenza dell’ospite, vengono tutti segnalati e registrati con data, ora ed even-

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elettrica nel caso di superamento del tempo massimo concesso per i picchi di consumo.

Grazie ai sistemi installati l’hotel risulta essere fortemente automatizzato con performance di notevole livello. Una sola persona riesce a gestire energeticamente l’albergo che, sotto il profilo della climatizzazione, richiede ventilazione, riscaldamento e condizionamento per 1100 congressisti suddivisibili in 10 sale configurabili e inoltre per cucine, zone pubbliche, bar, ristoranti e 110 camere.

A disposizione di questa persona esiste una postazione centralizzata formata da PC e stampante dedicata alla gestione impiantistica dell’albergo, dalla quale è possibile accedere anche alla gestione camere in modo da permettere di operare anche a un solo addetto. Sono comunque state previste per comodità due postazioni centralizzate, delle quali una dedicata alla gestione dell’hospitality e l’altra specifica per l’impiantistica.

A conferma dell’ormai acquisito concetto che vede la tecnologia dei sistemi integrati di edificio quale mezzo fondamentale per il raggiungimento di una gestione oculata ed economicamente valida si registra la soddisfazione degli operatori del settore che possono così offrire nel contempo servizi e valori aggiunti di notevole valenza e di sicuro miglioramento della propria immagine.

Ing. Roberto Rho

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zelaschi - bg

tuale card impiegata. Inoltre, la card è “a perdere” e viene disabilitata quando l’ospite lascia l’albergo. Si evita così la sostituzione di chiavi e serrature nel caso il cliente dimentichi di riconsegnare la chiave alla sua partenza. Le card del personale di servizio sono differenziate in modo da segnalare quando una camera è in riassetto.

Le richieste dell’ospite (Non disturbare, Richiesta personale di servizio, Camera libera per riassetto) vengono subito segnalate e ciò permette una pronta risposta del personale, che può essere immediatamente localizzato grazie alle card differenziate e istruito di conseguenza. Sotto il profilo della qualità dei servizi ciò riveste la massima importanza.

Il sistema di gestione impianti governa tutte le funzioni che hanno un impatto energetico. Grazie alle sue funzionalità gli impianti sono stati compartimentati in differenti zone in modo da poter disabilitare sotto il profilo impiantistico le parti della costruzione che non dovessero venire usate per assenze temporanee di ospiti. La compartimentazione agisce sugli impianti che impiegano energia, come ad esempio la climatizzazione e l’illuminazione.

Tra le funzioni energetiche impiegate nella realizzazione si contano il “Load Rolling” (rotazione dei carichi) e il “Demand Limiting”. Quest’ultimo, in particolare, permette di evitare le more applicate dall’ente fornitore dell’energia

Il rispetto per le risorse naturali ed il risparmio energetico sono obiettivi prioritari.

L’uso corretto e responsabile delle risorse ambientali, tra cui l’acqua, oggi è indispensabile, insieme al risparmio energetico.

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Informatica

Claudia Calabrese

“Programma” per il rumore Dedicato agli impianti di condizionamento dell’aria

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d.A.vi.DE (acronimo di dimensione Acustica visiva DErivata) consente di effettuare valutazioni di impatto acustico previsionale in ambiente esterno ed è stato espressamente sviluppato per soddisfare le esigenze specifiche degli impianti di condizionamento dell’aria. Veloce e preciso, può gestire fino a 50 sorgenti sonore diverse e ottenere il report completo di 50 punti ricettori.

a maggior parte dei programmi di acustica per ambiente esterno, attualmente presenti sul mercato, nascono per monitorare l’inquinamento acustico generato da traffico veicolare ed hanno come target di riferimento gli addetti ai lavori. Essendo dedicati ai tecnici specialisti, sono estremamente complessi nel loro utilizzo e necessitano di disporre sempre di tutti i dati di input per elaborare un risultato. Inoltre non sono particolarmente adatti per valutare l’emissione sonora di sorgenti di dimensioni elevate come i gruppi frigoriferi e i componenti degli impianti di condizionamento dell’aria. d.A.vi.DE nasce con due finalità distinte. Da un lato mette a disposizione degli esperti di acustica uno strumento espressamente studiato per il campo del condizionamento dell’aria. Dall’altro vuole coprire la fascia di mercato dei progettisti di impianti termotecnici che sempre più spesso si trovano a dover garantire

L

l’impianto anche sotto il profilo acustico, entrando così in un terreno minato, spesso a loro poco noto.

Il programma è, quindi, un concepito per consentire di effettuare un’analisi acustica accurata anche a chi non sia un esperto in materia. Di fatto coniuga due aspetti fino ad ora ritenuti antitetici: facilità di utilizzo e precisione nei calcoli effettuati.

Il programma è stato concepito per garantire sia facilità d’uso sia elevata flessibilità

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Peculiarità del programma

Le peculiarità principali di d.A.vi.DE sono: • Facilità di utilizzo del programma sia per gli esperti sia per i neofiti dell’acustica. Il programma è strutturato in fasi sequenziali che guidano l’utente passo passo nella realizzare dell’analisi senza possibilità di errore. La sottolineatura azzurra (fig.

1) indica la fase in cui si sta operando: a conclusione di una fase si passa alla successiva, fino ad arrivare, in modo coerente, alla fine della simulazione.

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È possibile fare • Essere dedicato ai sistemi di condizionamento dell’aria più simulazioni (gruppi frigoriferi, torri evaporative, centrali di trattamento per lo stesso proaria ecc. L’analisi della propagazione del rumore viene fatgetto: ad esemta considerando le sorgenti come non isotrope e non punpio, a parità di tiformi, ma caratterizzate da emissioni differenti sui vasorgenti, è possiri lati e tenendo conto delle loro dimensioni. Inoltre, perbile effettuare mette di analizzare condizioni di lavoro diverse (funziouna simulazione namento a carico parziale, con controllo della condensain regime diurno zione attivo in funzione della temperatura dell’aria ecc.). e una in regime Figura 1 - Elenco fasi d.A.vi.DE notturno oppure Struttura del programma una simulazione Il programma è stato concepito per garantire estrema facon macchine frigorifere non silenziate, e una con macchine cilità d’uso e massima flessibilità nella realizzazione delsilenziate ecc. In tal modo si realizza un dossier contenente le simulazioni. tutte le differenti opzioni studiate con i relativi pro e Per questo motivo, la sua architettura è strutturata secondo contro, così da poter scegliere la soluzione più vantaggiosa. due differenti livelli, cui fanno riferimento videate di• Elaborazione del clima acustico di una zona, anche nel verse. Chi voglia utilizzare il programma senza ricorrere alcaso in cui si disponga di pochi e approssimativi dati di inle innumerevoli opportunità di personalizzazione e dettaglio put. Il programma consente la realizzazione dell’analisi andei vari parametri di funzionamento, può limitarsi ad agiche se la disponibilità dei dati caratteristici dell’impianre solamente sulle Videate di Primo Livello; chi invece voto è parziale (situazione peraltro classica in occasione lesse approfondire l’analisi, può sfruttare tutte le opziodelle prime riunioni dedicate alla realizzazione di un nuoni contenute nelle Videate di Secondo Livello che consentono vo progetto), in quanto suggerisce direttamente dei dati un grado di precisione superiore. di default per le informazioni mancanti. I risultati ottenuti sono ovviamente approssimativi, ma consentono comunque Dati di input di creare già nella fase preliminare dei paracarri, di sicuFase 1: Creazione progetto ro aiuto allo sviluppo del progetto. Man mano che si acFase 2: Dimensione dello scenario. quisiscono nuovi dati, i risultati possono essere sempre più All’apertura del programma si hanno due possibilità: crearaffinati, fino a generare la relazione conclusiva di valure un nuovo progetto o aprirne uno già esistente ad esemtazione del clima acustico dello scenario. pio per effettuare una nuova simulazione di un’installazione • Velocità di elaborazione dei dati di output. Nonostante già esistente. Se si sceglie di creare un nuovo progetto, qual’elevato numero di calcoli eseguiti (calcolo del rumore dilora si disponga della pianta della zona da analizzare si può retto, del riflesso, della mutua riflessione ecc.), la velocaricarla come sfondo in modo da poterla ricalcare molcità di elaborazione dei risultati è notevole: in pochi minuti, è possibile effettuare valutazioni acustiche che diversamente richiederebbero diverse ore di lavoro, nonché un’approfondita conoscenza dell’acustica.

• Grado di precisione ingegneristica dei risultati. Il programma elabora il risultato considerando per il rumore diretto svariate tipologie di attenuazione, come ad esempio l’attenuazione dell’emissione con la distanza, l’attenuazione per assorbimento atmosferico, l’attenuazione dovuta alla presenza di barriere o schermi naturali; per il rumore riflesso vengono considerati gli incrementi per riflessione e mutua riflessione dovuti ad esempio alla presenza degli edifici. Il grado di precisione nel calcolo è tanto più elevato quanto maggiore è il dettaglio con cui si Figura 2: Definizione dello scenario caratterizza la zona da analizzare.

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Informatica

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I valori fissati possono essere omogenei ovunque, nel caso in cui lo scenario appartenga interamente ad un’unica classe oppure diversi, nel caso in cui lo scenario contenga zone appartenenti a classi diverse. In assenza di definizione di valori, il programma utilizza quelli di default rappresentati dalla “Classe di rumore I” relativa alle aree particolarmente protette. La scheda “Proprietà edificio” è caratterizzata da due livelli: nel primo livello vengono rappresentate le informazioni basilari, quali il nome dell’edificio, l’altezFigura 3: Scheda “Gestione Superfici” za, la tipologia di tetto, e colore (a video). Ciascuno di questi dati ha un to velocemente, diversamente si possono impostare le valore di default che può essere lasciato invariato o modimensioni dello scenario da disegnare. dificato a piacimento. Ad esempio, di default si suppone Fase 3: Elementi scenario che l’edificio abbia sempre il tetto piano.

In questa fase si costruisce lo scenario in tutte le sue parLa videata di secondo livello “Gestione Superfici” (fig. 3), ti (fig. 2). consente di definire la riflessione del suolo in prossimità Si disegnano gli edifici o per punti o tramite geometrie predell’edificio ed i materiali costituenti le varie facce a sceldefinite (rettangolo, edificio ad “L”, cavedio ecc.); si ta tra quelli proposti da un database correlato. Di default inseriscono gli eventuali schermi naturali presenti nello sceè fissato che tutto l’edificio sia in cemento e il suolo pernario, quali muri di cinta, terrapieni ecc. fettamente riflettente.

Si definisce il rumore massimo consentito (in regime diurFase 4: Sorgenti, Punti ricettori, Barriere acustiche no e notturno) in funzione della classe di destinazione d’uIn questa fase si definiscono e posizionano le sorgenti acuso di appartenenza, in accordo con i limiti imposti dalla sticamente attive, i punti ricettori in corrispondenza dei zonizzazione (Dpcm 14/11/1997, pubblicato sulla G.U. quali si vuole effettuare l’indagine acustica e le eventuali 1/12/1997 n. 280) ed il rumore di fondo corrispondente barriere acustiche (fig. 4). (in regime diurno e notturno).Vi è inoltre la possibilità di Le sorgenti (ad esempio i gruppi frigoriferi) sono richiamabili definire, sia per il rumore massimo sia per quello di fondall’apposita scheda “Caricamento sorgente” collegata do, anche dei valori personalizzati. ad un database dedicato che può essere ampliato a piacimento grazie all’apposito software. Una volta selezionato tipo e modello della sorgente, si possono definire le modalità di installazione (ad esempio su basamento, su putrella a fondo aperto ecc.) e i regimi di funzionamento (pieno carico in regime diurno e carico al 50% in regime notturno).

La “scheda proprietà punto ricettore”, oltre a contenere le coordinate spaziali del punto di interesse, riporta, in regime diurno e notturno, i valori massimi ammissibili ed i valori del rumore di fondo caratteristici della zona a cui il punto appartiene. In questo modo nel report finale i controlli tra i valori ottenuti in corrispondenza del punto d’interesse vengono confrontati con i limiti fissati nella zona di apFigura 4: Definizione sorgenti, punti ricettori e barriere acustiche partenenza.

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Figura 5: acustica

Suggerimento

posizione

barriera

la di arrivo e il passo). Possono essere effettuate per l’intero scenario, nel caso si voglia una visione panoramica, o per zone specifiche, nel caso si vogliano analizzare dei dettagli particolareggiati. Inoltre, è possibile definire il livello di precisione con cui effettuarne il tracciamento, dove con precisione si intende la dimensione dell’area unitaria su cui viene eseguita l’analisi. Per fare un esempio, in uno scenario di dimensioni 50 metrix50 metri, le porzioni d’area unitaria interessate dal calcolo sono rispettivamente: - precisione molto alta. Dimensione area unitaria: 25 cm x 25 cm - precisione alta. Dimensione area unitaria: 50 cm x 50 cm - precisione normale. Dimensione area unitaria: 1 m x 1 m - precisione bassa. Dimensione area unitaria: 2 m x 2 m - precisione molto bassa. Dimensione area unitaria: 4 m x 4m Ovviamente maggiore è la qualità desiderata, maggiore sarà il tempo di elaborazione della rappresentazione grafica.

Una volta realizzate le isofoniche di interesse è inoltre possibile ritracciarle, senza attendere nuovamente l’intero calcolo, modificandone la scala cromatica: ciò è molto utile in quanto una scala cromatica errata inficia l’effetto visivo delle isofoniche e quindi le relative considerazioni progettuali.

Fase 6: Fine simulazione Alla fine del lavoro si può procedere o con una ulteriore si-

La scheda “Proprietà barriera” consente di definire i parametri caratteristici della barriera (lunghezza, altezza e profondità) e dà una serie di suggerimenti per posizionarla al meglio rispetto al punto ricettore da proteggere (fig. 5).

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Dati di output Fase 5: Calcoli e Report In questa fase si definisce il o i regimi (diurno e notturno) nei quali effettuare l’analisi acustica (fig. 6). È possibile determinare quali siano le superfici dello scenario interessate dai fenomeni della riflessione per caratterizzarle eventualmente con maggior dettaglio per raffinare il calcolo (ritorno a fase 3).

Il report generato consiste in una relazione che definisce il clima acustico nel punto o nei punti d’interesse, andando a considerare tutti gli elementi dello scenario. Tale analisi ovviamente è effettuata in banda di ottava. Il programma lavora per eccezione: i valori ottenuti in corrispondenza dei punti ricettori sono confrontati con i limiti massimi e con i valori del rumore di fondo, definiti in precedenza, in modo tale da generare un allarme nel caso siano superiori a quanto consentito. d.A.vi.DE permette inoltre il tracciamento di curve isofoniche a quote diverse: ciò consente di visualizzare la propagazione del suono nello scenario secondo una scala cromatica, automatica o personalizzabile manualmente. Le isofoniche possono essere effettuate in automatico ad una o più altezze (isofoniche multilivello: si definisce la quota di partenza, quel-

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Figura 6: Calcoli e report

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Figura 7: Isofonica all’altezza h=9m

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mulazione del progetto che cambi alcune delle componenti (inserimento di una barriera acustica, sostituzione delle macchine frigorifere con modelli silenziati, ecc.) o con l’archiviazione del progetto che può sempre essere recuperato e modificato in qualunque momento.

tetto si comporta sostanzialmente da barriera acustica, soprattutto per i punti in prossimità delle pareti dell’edificio (zone blu – Lp da 42 a 45 dB(A) e azzurre – Lp da 46 a 49 dB(A)). L’ombra non è simmetrica rispetto all’edificio, perché la macchina si trova posizionata verso il bordo inferiore e leggermente spostata sul lato destro. Pertanto l’ombra è maggiore sui lati opposti a dove è posizionata la macchina (aree blu e azzurre maggiori) perché maggiore è l’effetto barriera.

Addirittura, appena fuori dal lato inferiore, il livello di pressione sonora sfiora 60 dB(A) (area arancione e gialla) perché l’effetto barriera è molto limitato, mentre sul lato superiore questi valori non si raggiungono mai, benché l’emissione sonora del gruppo frigorifero sia identica in entrambi i lati lunghi (lati batteria condensante).

Un altro particolare interessante da notare è l’effetto riflessione delle pareti. Osservando le aree verdi (tra 51 e 54 dB(A)) si nota che, laddove l’emissione non incontra nessun edificio (lato inferiore dell’edificio C) l’area tende a chiudersi in un semicerchio.

Viceversa, verso gli edifici A e C l’area tende ad allargarsi, proprio per effetto della riflessione delle pareti degli edifici A e B. La figura 8 mostra l’isofonica a 12 metri di quota, ovvero in corrispondenza del top del gruppo frigorifero. L’edificio C non ha più alcun effetto, se non quello dovuto alla riflessione del tetto. Si osserva che le aree rosse (livello di pressione sonora Lp>60 dB(A)) e arancioni – gialle (Lp

Esempio di utilizzo Le figure successive mostrano le simulazioni effettuate per uno scenario costituito da tre edifici, su uno dei quali è posizionato un gruppo frigorifero.

L’edificio A e l’edificio B sono alti 20 m, mentre l’edificio C, sul quale poggia il gruppo frigorifero, è alto 10 m.

Le curve isofoniche sono state tracciate in corrispondenza di due quote differenti: h=9m (fig. 7), per analizzare la propagazione dell’emissione sonora ad un metro sotto il piano di copertura dell’edificio C sul quale è posizionata la macchina frigorifera; h=12m, per mappare la rumorosità ad una quota pari a quella del top della machina frigorifera.

Per quest’ultima quota, le isofoniche sono state tracciate in assenza (fig. 8) e in presenza di una barriera acustica (fig. 9) posta a difesa dell’edificio A. In tutte le tre isofoniche si nota chiaramente l’effetto di “ombra acustica” prodotto dagli edifici A e B (zone blu scuro, ovvero con livello di pressione sonora inferiore a 40 dB(A)).

In particolare, nell’isofonica disegnata a quota 9 metri si nota l’effetto di “ombra acustica” prodotto dal tetto dell’edificio Figura 8: Isofonica all’altezza h=12m C sul quale poggia il gruppo frigorifero. Il

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L’esempio dimostra come le isofoniche permettano un’analisi intuitiva di fenomeni complessi, facilmente comprensibile anche a chi non sia un esperto di acustica.

In particolare l’uso di una scala di colori adeguata permette di individuare immediatamente le criticità presenti all’interno dello scenario.

Vantaggi del programma Il programma d.A.vi.DE consente in modo rapido e preciso l’analisi acustica di uno scenario estremamente complesso. Possono essere inserite fino a 50 sorgenti sonore diverse tra loro ed ottenere il report completo di 50 punti ricettori, posizionati a piacimento. È inoltre possibile disegnare un numero illimitato di curve isofoniche a quote diverse.

Il tempo di elaborazione è estremamente Figura 9: Isofonica all’altezza h=12m con inserimento della veloce. Dal momento in cui si è disegnato barriera acustica lo scenario, si sono posizionate le macchine ed i punti riceventi, la generazione dei compreso tra 60 e 56 dB(A)) non sono perfettamente report avviene praticamente in tempo reale. Il tracciamento simmetriche, ma leggermente protese verso gli edifici A delle isofoniche ha tempi più lunghi che dipendono anche e B, proprio a causa delle riflessioni delle loro pareti. In dalle caratteristiche del computer, dal momento che vieparticolare si nota una sfumatura gialla a circa 1-2 metri ne effettuato un tracciamento punto per punto dello scedalla parete dell’edificio B che denota un aumento locanario, con un numero di calcoli elevatissimo. Pertanto dile della rumorosità dovuto a riflessione. pende dal livello di precisione scelto: si va dai pochi miLe cuspidi nelle aree rosse e gialle in corrispondenza dei nuti per la precisione molto bassa (che serve solo per un lati corti del gruppo frigorifero indiprimo riscontro visivo) alle decine di cano che il livello di pressione sonora di minuti fino a qualche ora per i livelli di quelle due facce è inferiore a quello dei precisione alta o molto alta (che invelati lunghi, occupati dalle batterie conce servono solamente alla fine del prodensanti. La figura 9, infine, mostra getto per la sua presentazione al clienl’isofonica alla stessa quota di 12 mete). Da questo punto di vista è molto imtri in presenza di una barriera acustica portante la possibilità di impostare il tracposta a protezione dell’edificio A. ciamento delle isofoniche in sequenza Si nota l’effetto di ombra acustica efper quote diverse (isofoniche multilivello), fettuata dalla barriera: il livello di presin quanto è possibile effettuare il calsione sonora sulla facciata dell’edificolo senza controllo umano nelle ore in cio A si riduce di circa 7 dB(A) rispetto al caso precedencui il computer non è utilizzato per altri scopi, come le ore te. A 2 metri da questa vi è una fascia verde (50 dB(A)), notturne. Il vantaggio della rapidità di calcolo è fondamentale, ispessita in corrispondenza del centro del gruppo frigoriperché consente, in tempi molto rapidi, di poter effettuare fero, che denota l’aumento di rumorosità dovuto alla ridelle analisi partendo da ipotesi diverse, ovvero camflessione dell’edificio. biando posizione alle macchine, scegliendo dei modelli siLa fuoriuscita delle aree rosse e gialle verso l’esterno, in lenziati, inserendo delle barriere acustiche. Una volta corrispondenza della barriera, è dovuta sia all’effetto presa confidenza con il programma, che peraltro ha un’indella diffrazione sui bordi, sia all’effetto della sua riflessione terfaccia grafica estremamente intuitiva, si può effettuare, (è stato ipotizzato che la barriera sia stata costruita con partendo da zero, una simulazione completa in meno di 15 materiale a basso coefficiente di assorbimento). Ciò teminuti, con la possibilità di effettuare poi delle ulteriori stimonia come l’inserimento della barriera, se da un lasimulazioni che tengano conto di una o più modifiche to ha permesso di abbassare il livello di pressione sono(cambio posizionamento della macchina, inserimento delra verso l’edificio A, dall’altro porta ad un incremento della barriera) in meno di 10 minuti ciascuna. la rumorosità in corrispondenza dell’edificio B, che andrebbe ugualmente protetto.

Claudia Calabrese

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Il programma consente un’analisi acustica rapida e precisa

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Trattamento acqua

Ruggero Laria

Come intervenire contro la corrosione Trattamento e condizionamento chimico dell’acqua

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Scongiurare il fenomeno della corrosione è un intervento complesso che coinvolge sia la fase progettuale (scelta dei materiali, velocità di flusso nelle tubazioni) sia quella realizzativa (operando sempre a regola d’arte), fino ad arrivare alla gestione, dove si devono rispettare tutte le prescrizioni ed effettuare i necessari controlli. L’azione combinata di impianti di trattamento dell’acqua e prodotti chimici tende invece a rallentare il processo nei limiti dell’accettabilità.

a corrosione è un processo naturale che interessa quasi tutti i metalli normalmente utilizzati nella realizzazione degli impianti tecnici e che, nel tempo, ne provoca il grave deterioramento, o addirittura la distruzione, a causa di reazioni elettrochimiche spontanee.

Questo fenomeno – il cui peso economico è veramente elevato giacché si valuta nell’ordine delle decine di miliardi di euro l’anno – è purtroppo inevitabile, poiché rappresenta in qualche modo l’inverso dell’estrazione e della raffinazione dei metalli: essi, infatti, tendono a ritornare nel loro stato più stabile – che è quello dei vari composti che si trovano in natura – ma da un punto di vista tecnologico rappresenta una vera calamità sia per i costi, di cui abbiamo già detto, sia per il fatto che qualsiasi manufatto metallico, quando si corrode, perde in tutto o in parte la sua funzionalità con conseguenze che possono essere molto gravi.

L

Il processo di corrosione Cominciamo a precisare che dei due grandi campi in cui generalmente si classifica la corrosione – la corrosione sec-

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ca e la corrosione umida – noi prenderemo in esame solo la seconda, cioè quella che interessa gli impianti idraulici d’ogni tipo, mentre la prima avviene in atmosfera gassosa in assenza d’umidità e, in generale, solo ad alta temperatura (tanto che spesso è definita anche corrosione a caldo o ad alta temperatura).

I metalli, come già abbiamo visto, in generale non sono in equilibrio termodinamico e tendono quindi a portarsi a uno stato termodinamicamente più stabile, come quello d’ossido, idrossido, carbonato, solfato, cloruro ecc.; questa è la causa di quel processo di degradazione dei materiali che chiamiamo corrosione.

Il processo di corrosione si sviluppa tramite un meccanismo elettrochimico che è la somma di due processi complementari: un processo anodico, che implica la dissoluzione del materiale metallico con formazione di cationi (ioni caricati positivamente) e liberazione di elettroni, e un processo catodico, che consuma gli elettroni resi disponibili dalla reazione anodica, secondo reazioni che possiamo esemplificare così:

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La corrosione è un fenomeno naturale che interessa molti metalli, causandone un degrado irreversibile. Le conseguenze di questo fenomeno possono essere perforazioni, cedimenti strutturali o anche, come nella foto, tubercoli che riducono la sezione del tubo e sotto i quali spesso la corrosione procede fino alla perforazione

MII + 1/2 O2 + H2O → M(OH)2 Questa pila di corrosione si sviluppa in presenza delle catene galvaniche localizzate, che inevitabilmente si formano nei metalli che costituiscono gli impianti sia perché si tratta di leghe, sia perché raramente sono costituiti da un’unica fase, sia anche semplicemente per la presenza di inclusioni o imperfezioni di superficie.

In queste condizioni, le varie zone della superficie metallica si trovano ad avere un potenziale elettrico diverso, quindi si formano celle elettrolitiche elementari, in cui la zona anodica si corrode, liberando elettroni e mandando in soluzione ioni metallici, mentre la zona catodica consuma

È normale, quando si parla di corrosione, pensare al ferro e alle sue leghe, anche perché, oltre ad essere il metallo maggiormente impiegato nella realizzazione di impianti e macchinari, è anche molto soggetto a questo fenomeno; tuttavia, molti altri metalli si corrodono con relativa facilità, come ad esempio l’alluminio del pezzo fotografato

gli elettroni liberatisi all’anodo e l’acqua chiude il circuito della cella.

Questo è il meccanismo che sta alla base di tutti i tipi di corrosione in ambiente acquoso e tutti i prodotti anticorrosivi basano il loro funzionamento sull’inibizione del suddetto fenomeno.

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Fattori che influenzano la velocità di corrosione

Dato che l’obiettivo degli interventi contro la corrosione è di rallentare il fenomeno fino a farlo diventare tollerabile, è importante anche conoscere i principali fattori che influenzano la velocità della corrosione umida, che normalmente sono la temperatura, la pressione e la salinità dell’acqua.

La temperatura, oltre che aumentare la velocità delle singole reazioni anodiche e catodiche e quindi il processo corrosivo, ha anche un’influenza indiretta poiché porta a modifiche ambientali e modifiche strutturali del metallo, che possono a loro volta accelerare il processo di corrosione. Per esempio, nel caso di acque a forte contenuto d’anidride carbonica, l’aumento di temperatura fa diminuire la solubilità della CO2 disciolta e quindi fa precipitare il calcare liberando contemporaneamente Il meccanismo corrosivo in ambiente acquoso è sempre elettrochimico: l’anidride carbonica, che provoca in sostanza si tratta di una pila, ove l’anodo va in soluzione, cioè si corrosioni. L’aumento di temperatura corrode, liberando elettroni che migrano verso il catodo. aumenta anche il coefficiente di L’andamento del fenomeno prevede anche l’intervento di altre componenti, delle quali la più importante è l’ossigeno diffusione dell’ossigeno in soluzione,

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Trattamento acqua

1. Entrata acqua greggia 7.Addolcitore 2. Contatore 8.Valvola di non ritorno 3. Rubinetti di controllo 9. Pompa dosatrice Drop Mind 4. Filtro 10. Alimentazione produzione acqua calda 5. By-pass 11. Utenza 6. Anticorrosivo alimentare 12. Scarico addolcitore

Molto spesso si verificano corrosioni anche negli impianti domestici sia con acque dure sia con acque dolci; in questo caso è necessario dosare anticorrosivi alimentari a base di silicati, talvolta in sinergia con i fosfati, in quantità rigorosamente proporzionale alla portata, con apposite pompe dosatrici.

Se l’acqua è dura, è necessario anche prevedere un addolcimento

RADIATORE

RADIATORE

RADIATORE

ENTRATA ACQUA DI REINTEGRO

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FILTRO

ADDOLCITORE (per durezze > 15°fr)

CALDAIA

CONTENITORE + POMPA DOSATRICE CHEM C24 (PER IMPIANTI >1000-1500 KW)

con la conseguenza di stimolare le corrosioni. Inoltre, una temperatura intorno ai 30-40°C favorisce lo sviluppo di alghe e batteri, che sono a loro volta causa di corrosione.

Per quanto riguarda la pressione, un suo aumento favorisce la solubilità dell’ossigeno nelle acque permettendo correnti limite di diffusione maggiori e quindi maggiore velocità di corrosione, mentre una sua diminuzione ha generalmente l’effetto contrario; un rapido alternarsi di pressione elevata e depressione crea la ben nota corrosione da cavitazione, che interessa soprattutto le giranti delle pompe, ma anche le tubazioni a valle di riduzioni, gomiti, valvole.

Infine, la salinità dell’acqua, cioè del liquido che chiude il circuito della cella elettrochimica di corrosione, è evidentemente fondamentale sia nella cinetica del processo sia nel determinare, in base alle concentrazioni degli ioni presenti in soluzione nello strato limite, i potenziali elettrochimici dei metalli e quindi la velocità di corrosione.

Protezione dalla corrosione La lotta alle corrosioni, ove fondamentali sono il trattamento e il condizionamento chimico dell’acqua, è sempre un intervento complesso che parte dalla fase progettuale, in cui

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CHEM C24 (per impianti medi e piccoli)

Anche gli impianti di riscaldamento, contrariamente a quanto si pensa, sono spesso aggrediti dalla corrosione. Questo provoca la formazione di depositi ferrosi che riducono lo scambio termico in caldaia e causano corrosioni sotto deposito, che amplificano il fenomeno.

La conseguenza è un continuo peggioramento della circolazione dell’acqua, che causa sprechi energetici imponenti e, nel tempo, la distruzione dell’impianto

si deve tener conto di una serie di fattori che vanno dalla corretta scelta dei materiali fino alla velocità di flusso nelle tubazioni, per proseguire nella fase realizzativa, in cui l’installatore deve operare sempre a regola d’arte, fino ad arrivare alla gestione, ove si devono rispettare tutte le prescrizioni ed effettuare i necessari controlli.

Il trattamento dell’acqua Per ridurre al minimo il fenomeno corrosivo è sempre necessario un intervento combinato mediante impianti di trattamento dell’acqua e prodotti chimici.

In primo luogo serve un filtro per eliminare i corpi estranei che causano, oltre agli altri inconvenienti, corrosione sotto deposito. Dopo la filtrazione, sono previsti vari trattamenti che sono prescritti e codificati da una serie di norme: la Uni 9182 per tutti gli impianti idraulici, la Uni 8065 per impianti termici ad uso civile, la Uni 7550 per gli impianti a vapore e ad acqua surriscaldata e la Uni 8884 per gli impianti di raffreddamento e d’umidificazione.

Per quanto riguarda invece i prodotti chimici, che nell’intervento anticorrosivo rappresentano una parte preponderante del trattamento dell’acqua, le norme sopra ci-

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RITORNO CONDENSA

PARTENZA VAPORE

ENTRATA ACQUA FILTRO VASCA DI ALIMENTO OSMOSI INVERSA IN ALTERNATIVA DEMINERALIZZATORE

POMPA DOSATRICE CHEM B34

POMPA DOSATRICE CHEM B36

POMPA DI CARICO

CALDAIA

Negli impianti industriali la protezione dalle corrosioni è fondamentale: un esempio tipico è quello delle caldaie a vapore, ove il trattamento di dissalazione con l’osmosi, come anche l’addolcimento o la demineralizzazione, devono essere tassativamente integrati con il dosaggio di anticorrosivi specifici, come previsto dalle norme; in caso contrario l’impianto sarà rapidamente danneggiato in maniera irreversibile

tate ne sottolineano la necessità, senza definire caso per caso quale tipo di prodotto impiegare per via della varietà di prodotti e di situazioni impiantistiche possibili.

Da questa incompletezza di informazioni sorge inevitabilmente una difficoltà per il tecnico e per l’installatore, allorquando debbano prevedere un dosaggio di anticorrosivo e scegliere, tra le varie marche e tipologie, il prodotto più idoneo per il caso specifico.

Vale la pena, a questo punto, tornare a quanto detto quando abbiamo descritto il processo di corrosione, e cioè che la corrosione si sviluppa sempre come una cella elettrochimica, con un anodo che si scioglie, un catodo che disperde gli elettroni resi disponibili dalla reazione anodica e l’acqua che chiude il circuito.

Tutti i prodotti anticorrosivi vanno a interferire con questo meccanismo e, secondo il singolo tipo d’azione, si distinguono in: anodici, catodici e schermanti; agiscono, cioè, sulle aree anodiche oppure su quelle catodiche o portano alla formazione di un film isolante tra metallo e ad acqua, riducendo la corrente che questa cella eroga, che determina la velocità di corrosione.

In questo meccanismo, gli inibitori catodici riducono la corrente di corrosione facendo crescere la polarizzazione catodica – portano quindi i potenziali di corrosione a valori vicini al potenziale anodico a circuito aperto. Un inibitore anodico, viceversa, causerà un aumento della polarizzazione anodica portando i potenziali di corrosione verso il potenziale catodico a circuito aperto. Un inibitore schermante, infine, aumenterà la resistenza ohmica del circuito, spostando sia il potenziale anodico sia quello catodico verso i rispettivi valori a circuito aperto.

Questa naturalmente è una schematizzazione che consente di capire meglio il meccanismo, anche perché la maggior parte degli inibitori è ad azione mista – opera, cioè, secondo più meccanismi d’azione.

Tra gli inibitori anodici, molto noti sono stati in passato i cromati, che oggi peraltro non vengono quasi più utilizzati

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per via dell’impatto ambientale. Un secondo gruppo di inibitori anodici è costituito da quelli filmanti, che ostacolano le reazioni anodiche formando una pellicola isolante sulla superficie metallica; di questi, ben noti sono i fosfati che, per una reazione tra gli ioni ferro e gli ioni fosfato, fanno precipitare prodotti insolubili sulla superficie metallica, formando una pellicola isolante.

Altrettanto noti e ancora più efficaci, sia per il ferro e le sue leghe sia per l’alluminio e il rame, sono i silicati che in acqua, con un pH vicino alla neutralità (6,5-8 circa), idrolizzano liberando silice colloidale che forma sulle pareti metalliche un film di silicati complessi stabili, che impediscono la corrosione.

Tra gli inibitori catodici – quelli cioè che rallentano la cinetica del processo catodico – i più noti sono il deossigenanti e i filmanti.

I deossigenanti riducono la concentrazione dell’ossigeno nell’acqua e, di conseguenza, la velocità di depolarizzazione delle celle catodiche; sono particolarmente efficaci pH neutri o alcalini, ove l’attacco non è a sviluppo di idrogeno, ma a riduzione d’ossigeno. I più noti deossigenanti sono il solfito, che sottrae ossigeno secondo la reazione:

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Na2SO3 + 1/2 O2 → Na2SO4 e l’idrazina, la cui reazione è: N2H4 + O2 → 2H2O + N2.

I filmanti catodici, come ad esempio i bicarbonati di calcio e magnesio nel sistema ferro acqua o i sali di zinco, producono invece pellicole insolubili sulle aree catodiche. Anche in questa evenienza, la pellicola di carbonati, nel caso dei bicarbonati, e di idrossidi, nel caso dei sali di zinco, funge da isolante del processo di pila. Per tutti gli inibitori catodici va sottolineato che sono meno efficaci di quelli anodici.

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Trattamento acqua

Tabella 1 Metalli

Stabilità termodinamica dei metalli

Potenziale standard (mV) rispetto all’elettrodo idrogeno

Stabilità

Comportamento

> + 800

Alta

Non si corrodono in mezzi neutri anche ossigenati; possono corrodersi solo in mezzi acidi ossidanti o complessanti.

> 0 ÷ + 800

Buona

Platino Oro Palladio Iridio Bismuto Antimonio Rame Argento Cadmio Cobalto Nichel Molibdeno Piombo Stagno Magnesio Alluminio Titanio Manganese Cromo Ferro

- 400 ÷ 0

Scarsa

Stabili in mezzi neutri o acidi se deossigenati.

Si corrodono in mezzi neutri solo se ossigenati o ossidanti e in mezzi acidi anche se deossigenati

Si corrodono anche in mezzi neutri deossigenati < - 400

Molto bassa

Da G. Bombara

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Una citazione meritano, infine, gli inibitori di corrosione filmanti in fase vapore, utilissimi per la protezione di quella parte del circuito che va dalla caldaia fino al ritorno delle condense nelle caldaie industriali, in particolare di piccola e media taglia.

Questi prodotti, dei quali i più noti sono l’ottadecilammina e la morfolina, sono dotati di un’elevata tensione di vapore, tendono quindi a evaporare rapidamente e, quando il vapore condensa, sono adsorbiti sulle pareti metalliche, ove formano un film idrofobo che le protegge dalle corrosioni.

Inibitori della corrosione Nella rete sanitaria si possono usare solo anticorrosivi che non alterino la potabilità dell’acqua. Quelli che danno i migliori risultati sono i silicati, specie se in miscela sinergica con i fosfati, mentre minimo è il potere anticorrosivo dei polifosfati, che sono solo degli antincrostanti efficaci a temperature fino a 50-60°C. Negli altri impianti tecnici e in quelli industriali normalmente gli anticorrosivi sono inseriti in prodotti formulati, insieme a disperdenti, antincrostanti, antideposito e altre componenti, come ad esempio inibitori di corrosione specifici per il rame e le sue leghe, a base di azoli aromatici e talvolta anche biocidi; è quindi utile sapere quali sono le componenti anticorrosive più efficaci che devono caratterizzare il prodotto impiegato.

Negli impianti di riscaldamento come nei circuiti chiusi industriali, ottimi risultati si ottengono con anticorrosivi a base di molibdati. Altri composti, come i cromati, sono in via di abbandono per la loro tossicità e il pesantissimo impatto ambientale, mentre altri ancora, come le poliammine, i fosfati e i nitriti-borati, perché meno efficaci.

Nei circuiti di raffreddamento con torri evaporative nor-

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malmente si utilizzano prodotti a base di fosfonati, anche se la loro efficacia anticorrosiva è, in generale, piuttosto scarsa. Questa scelta è motivata dal fatto che la problematica dei circuiti di torre è legata soprattutto a incrostazioni e depositi.

Negli impianti a vapore, secondo le esigenze e le tipologie di caldaia, si utilizzano i solfiti (deossigenanti non volatili) quando è necessario avere vapore puro. L’idrazina e i suoi succedanei (che sono volatili) si impiegano soprattutto in grandi impianti, sia per la difficoltà di impiego sia – in particolare per quanto riguarda l’idrazina – per i rischi per la salute che il suo uso comporta. Negli impianti di piccola e media taglia, invece, si tende all’utilizzo di prodotti ad azione combinata filmante-deossigenante, con una componente volatile per proteggere le condense.

Per la protezione delle sole condense, sempre tenendo conto che ciò non è possibile se è richiesto vapore puro, si impiegano ammine volatili filmanti e neutralizzanti.

Un problema a sé è quello della protezione anticorrosiva dei circuiti d’umidificazione, dove si possono usare solo anticorrosivi per acqua potabile, vale a dire – come abbiamo già visto – silicati da soli o in sinergia con fosfati.

Un’ultima considerazione concerne la gestione dell’impianto, perché non è sufficiente scegliere un buon prodotto da un fornitore affidabile, ma è necessario anche che il personale di manutenzione esegua tutti i necessari controlli sia sul prodotto sia sull’acqua dell’impianto, di modo che qualsiasi anomalia sia immediatamente identificata e risolta.

Dott. Ruggero Laria Le figure 2, 4, 5 e 6 sono tratte da documentazione Culligan Italiana spa

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Intervista

Claudia Reali, Stefano Rimassa

Impiantistica a tutto tondo Componenti specializzati e soluzioni di engineering

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Separatori, evaporatori, condensatori, scambiatori ad acqua, a piastre e a fascio tubiero, pompe e valvole per l’industria alimentare e farmaceutica e altro ancora. Questa l’ampia gamma di prodotti proposti da Alfa Laval spa in Italia. Nella sede commerciale di Monza abbiamo incontrato il capo della Divisione Comfort, Refrigeration e Oem, Davide Cattaneo, a cui abbiamo rivolto alcune domande relative alla produzione, all’organizzazione aziendale, ai mercati esteri, ai clienti e ai progetti futuri.

i occupa di fornitura di compopo della Divisione Comfort, Refrigeration e nenti specializzati e soluzioni di Oem, Davide Cattaneo, a cui abbiamo rivolto engineering e lavora in stretto conalcune domande. tatto con clienti in quasi 100 Paesi, aiutandoli a riscaldare, raffreddare, separare e traCom’è strutturato il Gruppo? Quali sono sportare prodotti come olio, acqua, soi vostri prodotti? stanze chimiche, bevande, generi alimenCattaneo: Alfa Laval è presente in circa tari, amidi e prodotti farmaceutici. È il 100 Paesi in tutto il mondo con propri Asset, Gruppo Alfa Laval, un’organizzazione muldove il 100% delle azioni è di proprietà del tinazionale con sede in Svezia. In Italia, Gruppo stesso. I rapporti con la casa madre Davide Cattaneo, Didal 1911, è presente con Alfa Laval Spa sono molto frequenti, soprattutto in ragiorettore commerciale equipment division Italia. La sua storia inizia a Milano: tale ne del fatto che l’Italia è la nazione più forAlfa Laval Spa sede era dedicata all’assistenza di macte in valore assoluto per Alfa Laval, rispetchine centrifughe prodotte dalla casa mato al Pil generato, anche se l’attività più sidre, al loro utilizzo in campo alimentare (scrematrici del gnificativa in termini di fatturato si trova negli Stati Unilatte) e loro applicazione. Da quella data ad oggi, l’azienda, ti. I prodotti sono suddivisi in tre grandi settori: “heat transguidata dal 1998 da Alessandro Terenghi, è cresciuta molfer solution” con gli scambiatori ad acqua e ad aria; tissimo e la gamma produttiva si è decisamente amplia“centrifugal separation” che è l’area dei separatori e la ta: separatori, evaporatori, condensatori, scambiatori “fluid handling” che comprende pompe e valvole per ad acqua, a piastre e a fascio tubiero, pompe e valvole per l’industria alimentare e farmaceutica. l’industria alimentare e farmaceutica e altro ancora.

Recentemente abbiamo anche fatto due acquisizioni ad inNella sede commerciale di Monza abbiamo incontrato il Categrazione di queste tecnologie: la Toftejorg danese che

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Evaporatori a fascio tubiero per R407C e R134A Alfa Laval

Aeroevaporatori commerciali e industriali Alfa Laval

produce sistemi automatici per la pulizia dei serbatoi e una società di biotecnologie statunitense/canadese denominata Biokinetics.

Parlando di climatizzazione: qual è il peso di questo settore in Italia per Alfa Laval?

Cattaneo: In Italia il 35-40% dell’intera gamma commercializzata dal Gruppo è concentrata nel settore tradizionalmente chiamato Hvac che si suddivide in 3 Business Units: divisione Comfort (caldo), divisione Refrigeration (freddo) e divisione Oem (costruttori). L’Italia è la nazione che, in Europa, costituisce per antonomasia la patria dei costruttori di chiller, caldaie, fan-coil, valvole motorizzate e scambiatori sia ad acqua sia ad aria.

Com’è organizzata la produzione nelle sedi italiane?

Cattaneo: Due sono le fabbriche di riferimento: quella di Alonte, in provincia di Vicenza, dove si producono gli scambiatori ad aria, quelli a piastre saldobrasate e i fasci tubieri e quella di Monza che è la sede centrale e l’unità produttiva dei moduli di separazione e trattamento olio per la Marina e il Food. La cultura del separatore è legata storicamente alla fabbrica di Monza, mentre ad Alonte si costruiscono aeroevaporatori, condensatori ad aria, a fascio tubiero e a piastre saldobrasate per le applicazioni del condizionamento e della refrigerazione. Quest’ultimo sito produttivo ha assunto la denominazione di Alfa Laval Artec, a partire dalla data di acquisizione avvenuta nel 1989, e di Alfa Laval Spa dal 1/5/2001.

Molte aziende guardano ai mercati dell’est europeo come riferimento per il prossimo futuro. Qual è il suo parere in proposito?

Cattaneo: Come Alfa Laval Italia siamo a capo delle attività in Grecia, nell’ex-Jugoslavia - Slovenia, Croazia, Serbia & Montenegro, Macedonia, Bosnia-Herzegovina - in Al-

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bania e a Malta. Il mercato dell’est europeo, in particolare, ha grandi margini di sviluppo: l’Ucraina, per esempio, che ha 50 milioni di abitanti, offrirà sicuramente grandissime opportunità nel prossimo futuro. Ma anche altri Paesi, come le più piccole Repubbliche baltiche, ossia l’Estonia, la Lettonia e la Lituania, vanno attentamente monitorate. Certo, si tratterà principalmente di riscaldamento e separazione, perché per arrivare al condizionamento ci vorrà certamente più tempo. Ma non è solo il mercato europeo che prendiamo in considerazione, perché c’è una nazione, la Cina, sul punto di “esplodere”. Gli investimenti sono sempre più elevati da parte della maggior parte delle aziende del settore. La nostra presenza è già molto forte; esiste una Alfa Laval cinese, un Head Quarter di regione ad Hong Kong, ma soprattutto un Head Quarter locale a Shangai e, infine, una fabbrica che produce piastre saldobrasate per il mercato del Far East. Insomma, siamo pronti al “boom”!

Se vogliamo parlare in generale, comunque, il gruppo Alfa Laval ha, nel mondo, tre macroaree di riferimento: la Western Europe, e in particolare l’area Scandinava, gli Stati Uniti e il Far East. Nel settore condizionamento/riscaldamento l’Italia è la nazione più importante in assoluto con oltre 50 milioni di euro commercializzati, seguita da Francia e Germania; seguono l’area scandinava, con la Svezia in particolare, e la Russia che è in grande sviluppo e consolida già valori di 20-25 milioni di euro annui.

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Quali sono i clienti più importanti di Alfa Laval?

Cattaneo: Innanzitutto, parlando del settore del condizionamento, i grossi costruttori americani di notorietà internazionale come Carrier, York, Trane e McQuay e quelli di origine giapponese come Daikin, Mitsubishi, Hitachi e Toshiba, tutti coordinati dal nostro centro di eccellenza e sede mondiale del segmento “aria condizionata” di Alonte. Tra i costruttori italiani citerei aziende come: Clivet, Climaveneta, Aermec, Blue Box, Rhoss, Itelco Clima, KTKClint e il Gruppo RC/AMP. Parlando invece del settore del riscaldamento abbiamo come clienti i gruppi come Merloni TermoSanitari, Baxi, Ferroli, Vaillant Hepworth e Chaffoteaux et Maury.

L’azienda ha uno straordinario vantaggio: un listino molto ampio e articolato con possibilità di “customizzazione”, ossia di personalizzazioni sia a livello dimensionale sia a livello di performance. Un esempio lampante è quello del-

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Intervista

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le piastre: ogni azienda che si rivolge a noi attività manifatturiere nel vecchio contisceglie un numero di piastre ad hoc per le sue nente. macchine, con connessioni e attacchi diPer il biennio 2004-2005 prevediamo una versi che rendono uniche le macchine procrescita con un andamento moderato per il dotte.

2004 con tassi del 6-7% e, con un trend più Una cosa che vorrei sottolineare è che noi diasignificativo, nel 2005 con tassi del 10-15% mo molta importanza, non solo alla fase di annui. fornitura del prodotto, ovvero alla vendita Vorrei, infine, aggiungere una notazione: il fine a se stessa, ma anche a quella dell’omercato del caldo è considerato maturo, rientamento al cliente e del cliente. Ciò mentre quello del freddo è relativamente gioavviene in termini di “product development” vane in Italia. Se come è vero, circa il 90% congiunto con i laboratori di R&D dei nostri delle abitazioni domestiche italiane è dotato maggiori clienti, di “price e industrial cost di una caldaia unifamiliare o centralizzata per evaluation” nella definizione delle macchile produzione di acqua calda sanitaria, solo ne e dei loro componenti e di “performanil 15-18% delle abitazioni domestiche sono Piastra modello AlfaNova (TM) inox brace & efficiency” richiesta sui nostri prodotequipaggiate con un condizionatore o clisata con tecnologia ti da parte dei clienti stessi. Inoltre, facciamo matizzatore d’aria. Si può così comprende(TM) AlfaFusion attenzione a rispettare il concetto di “delire quali margini ponderali di sviluppo avrà il very accurancy”, ossia di puntualità nella conmercato del freddo nei prossimi anni e, anasegna: infatti, se è vero che un nostro componente può cologamente, che impatto genererà anche la parte industriale stare qualche centinaio o migliaio di euro, bisogna considerare sui costruttori e impiantisti italiani nella supply chain che andrà applicato a una macchina che costa decine di del freddo per la conservazione di alimenti e per i processi migliaia di euro. industriali utilizzanti il freddo come elemento caratteriE quindi un nostro ritardo può significare un grave ralstico e conservativo. lentamento nei processi di costruzione e nei tempi di attraversamento dei nostri clienti con una significativa perInfine che importanza date al settore ricerca e sviluppo? dita economica per loro!

Cattaneo: Concludendo posso sottolineare come Alfa Laval Spa Italia progetta, produce e vende soluzioni tecniCom’è stato il mercato 2003 e quali sono le previsioche che cercano nell’innovazione una risposta alle esigenze ni per il 2004? di mercato.

Cattaneo: L’andamento è stato mediamente positivo. I risultati migliori si sono avuti nel mercato del caldo e del comfort; in particolare, nel teleriscaldamento, abbiamo avuto una crescita del 25% annuo, un dato che ci ha indotto a potenziare la struttura produttiva e commerciale. Abbiamo pertanto conquistato quote di mercato, impiegato risorse e adottato una politica prezzi più mirata nel medio-lungo periodo.

La parte della refrigerazione industriale - attività di stoccaggio, di conservazione e di lavorazione, della frutta, verdura, carne, pesce, in generale alimenti - è andata bene, anche se siamo cresciuti con tassi attorno al 10% annuo soltanto. Il nostro mercato ha retto molto bene con i prodotti ad aria e, in particolare, con i ventilati e con i prodotti ad acqua, come le piastre.

Il mercato del condizionamento invece è rimasto stabile in Italia: è cresciuto solo nei chiller di piccola e media taglia ovvero da 10 a 100 kW medi. Questo risultato è dovuto al fatto che l’economia italiana ha risentito di un tasso di cambio svantaggioso del 15% per la rivalutazione dell’euro sull’area dollaro, cosa che ha condizionato pesantemente le esportazioni extra Europa dei costruttori italiani. Inoltre, cominciano ad arrivare gamme prodotti costruiti nel Far East in chiara e aperta concorrenza con i prodotti manufatti localmente, ponendo il quesito su coModulo applicazione marina per equipaggiamento navi sa avverrà entro i prossimi 10 anni, nell’ambito delle

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â&#x2013;˛

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Fabbrica Alfa Laval SpA Monza: produzioni Moduli Marina

Condensatori remoti e Liquid Coolers Alfa Laval

â&#x2013;˛

Tecnologia e know-how sono gli elementi strutturali che da sempre hanno caratterizzato le molteplici attivitĂ settoriali in cui lâ&#x20AC;&#x2122;azienda Alfa Laval ha sviluppato le sue applicazioni.

Il Gruppo Alfa Laval, nel mondo, investe oltre il 2,5% di quanto guadagna annualmente nella ricerca e sviluppo. Noi operiamo in genere su energie tradizionali, anche se abbia-

mo importanti progetti riguardanti le fonti energetiche non convenzionali.

A titolo puramente informativo, vorrei sottolineare anche lâ&#x20AC;&#x2122;attenzione che stiamo ponendo al tema delle biotecnologie, in particolare in ambito farmaceutico e nel recupero delle risorse idriche, energetiche e geologiche a salvaguardia del territorio.

0'6-*38'-.# 3ERIE 3 s 'AMMA COMPLETA DISPONIBILE CON MODELLI DA A (P s -ASSIMA VERSATILITĂ&#x152; E SEMPLICITĂ&#x152; D INSTALLAZIONE s !SSENZA DI VIBRAZIONI IN FASE DI FUNZIONAMENTO s 2EGOLAZIONE DI CAPACITĂ&#x152; IN VERSIONE A GRADINI O CONTINUA s 3EPARATORE OLIO IN GHISA PER LIVELLO SONORO ESTREMAMENTE RIDOTTO s !PPLICAZIONI IN POMPA DI CALORE s !CCESSIBILITĂ&#x152; ELETTRICA SU AMBO I LATI s 2UBINETTI MANDATA E ASPIRAZIONE POSIZIONABILI SU VARIE ANGOLAZIONI s 0OSSIBILITĂ&#x152; DI UTILIZZO CON UNA VASTA GAMMA DI GAS REFRIGERANTI

2%&#/-0 30! 6)! % &%2-) ,/.)'/ 6) )4!,9 4%, &!8 777 2%&#/-0 )4 3!,%3 2%&#/-0 )4

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Consulenza elettrotecnica

Antonio Porro

Sezionamento del neutro er eseguire correttamente i lavori elettrici fuori tensione in bassa tensione, ossia fino a 1000 V, la norma CEI EN 50110 prevede che, una volta individuato univocamente l’impianto su cui intervenire, vengano eseguite le seguenti cinque operazioni: 1. definire la zona lavoro; 2. sezionare completamente tutte le parti attive che si trovano all’interno della zona lavoro o ad una distanza minore di 65 cm dal limite della zona lavoro; 3. prendere provvedimenti contro le richiusure; 4. verificare che l’impianto sia fuori tensione; 5. eseguire l’eventuale messa a terra e in corto circuito.

Particolare rilevanza assume il punto 2 perché solo un corretto sezionamento delle parti attive può garantire l’assenza di alimentazione delle stesse e quindi la sicurezza del lavoro che si va ad eseguire.

A tale proposito l’art. 2.2.02 della norma CEI 11-27 precisa che il sezionamento deve essere effettuato su tutti i conduttori attivi (le tre fasi), mentre per il sezionamento del neutro va tenuto presente che: - nei sistemi TN-C il conduttore PEN non deve mai essere sezionato;

P

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- nei sistemi TN-S non è richiesto il sezionamento del neutro, salvo nei circuiti a due conduttori fase-neutro, quando tali circuiti abbiano a monte un dispositivo di interruzione unipolare sul neutro, per esempio un fusibile; - nei sistemi TT e IT il conduttore di neutro deve essere sempre sezionato.

In buona sostanza, con riferimento alle varie tipologie di sistemi elettrici (box: classificazione dei sistemi elettrici), il neutro deve sempre essere sezionato (o è comunque consigliabile che lo sia anche nei sistemi TN-S), salvo nel sistema TN-C dove il sezionamento è proibito. Nei sistemi TN-C il conduttore di neutro assolve anche la funzione di conduttore di protezione e pertanto la sua interruzione non può essere consentita perché se ciò avvenisse le masse a valle dell’interruzione andrebbero in tensione, assumendo il valore della tensione di fase (vedi figura in alto).

La norma CEI EN 50110 citata all’inizio dell’articolo è una norma europea, cosiddetta “norma quadro”, cioè un documento normativo di carattere generale, che tratta le regole che debbono essere seguite nell’esecuzione dei lavori elettrici, qualunque sia la tensione degli impianti in presenza dei quali si opera o sui quali si interviene: caratteristica del documento è quindi quella di essere una norma di sicurezza e non una norma impianti.

La norma, proprio perché norma quadro, ammette che i lavori elettrici possano essere regolamentati da normative a livello nazionale; dal che in Italia la pubblicazione della Norma CEI 11-27 dal titolo: “Esecuzione dei lavori elettrici su impianti a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e 1500 V in corrente continua

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Classificazione dei sistemi elettrici In relazione allo stato del neutro e alla situazione delle masse i sistemi elettrici sono individuati con due lettere.

La prima lettura indica lo stato del neutro: T= neutro collegato direttamente a terra I = neutro isolato da terra o a terra tramite unâ&#x20AC;&#x2122;impedenza.

La seconda lettera fornisce indicazioni sulla situazione delle masse: T= masse collegate a terra N= masse collegate al neutro del sistema.

Di fatto si possono avere i sistemi rappresentati in figura.

In Italia le reti di pubblica distribuzione vengono tutte realizzate con il sistema TT, mentre il sistema TN (con le sue varianti TN-S e TN-C) è di norma utilizzato da chi acquista energia in media tensione e provvede, tramite una propria cabina MT/BT, a realizzare un impianto proprio di distribuzione elettrica. Infine il sistema IT (poco diffuso nel nostro Paese) è utilizzato laddove si vuole privilegiare la continuità di servizio in presenza di un primo guasto a terra.

Sistemi TN

Sistemi IT

Sistemi TT

F..LS>WFL.B 3CAMBIATORI A PIASTRE SALDOBRASATE s 4RE GRANDEZZE DISPONIBILI 0 0 0 s !MPIA GAMMA DI APPLICAZIONI CONDIZIONAMENTO REFRIGERAZIONE

RISCALDAMENTO PROCESSI INDUSTRIALI s 3ISTEMA DI SICUREZZA ,# SYSTEM A DOPPIA BARRIERA PER EVITARE IL CONTATTO TRA FLUIDO PRIMARIO E SECONDARIO E RIDURRE I RISCHI DI FORMA ZIONE DI GHIACCIO s #ORRUGAZIONE INTERNA DELLE PIASTRE STUDIATA PER MASSIMIZZARE LO SCAMBIO TERMICO CON RIDOTTE PERDITE DI CARICO s #IRCUITI TESTATI INDIPENDENTEMENTE CON PROVE DI PRESSIONE E VUOTO

4(%2-/+%9 30! 6)! $%,, ).$5342)!

2)6!2/44! $) 4%/2 5$ )4!,9 4%, &!8 777 4(%2-/+%9 #/- 3!,%3 4(%2-/+%9 )4

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