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#62 Organo Ufficiale AiCARR

ISSN:2038-2723

LA RIVISTA PER I PROFESSIONISTI DEGLI IMPIANTI HVAC&R

ANNO11 - GIUGNO 2020

NORMATIVA CLIMATIZZAZIONE E PREVENZIONE INCENDI SPECIALE SCUOLE AI TEMPI DEL COVID-19 LE SOLUZIONI PER GARANTIRE UNA BUONA QUALITÀ DELL’ARIA RECUPERO TERMICO NELL’INDUSTRIA EFFICIENTAMENTO ENERGETICO DI UN IMPIANTO DI TRATTAMENTO RIFIUTI MICROCOGENERAZIONE IN UN’AZIENDA AGRICOLA

ORIGINAL ARTICLES

ENERGY ANALYSIS BASED ON DYNAMIC SIMULATION OF INDUSTRIAL HEATING BY RADIANT MODULES WITH CONDENSING UNIT ANALISI ENERGETICA BASATA SULLA SIMULAZIONE DINAMICA DEL RISCALDAMENTO INDUSTRIALE MEDIANTE MODULI RADIANTI CON UNITA’ DI CONDENSAZIONE STUDIO NUMERICO PER L’EFFICIENTAMENTO DI UNA SERRA TRAMITE POMPA DI CALORE GEOTERMICA E UN SISTEMA DI DIFFUSIONE MEDIANTE CONDOTTE MICROFORATE NUMERICAL STUDY FOR THE EFFICIENCY OF A GREENHOUSE SYSTEM USING GEOTHERMAL HEAT PUMP AND AN AIR DIFFUSION SYSTEM WITH MICROFORATED DUCTS THEORETICAL AND ACTUAL ENERGY BEHAVIOUR OF A COST OPTIMAL BASED NEARLYZERO ENERGY BUILDING PRESTAZIONE ENERGETICA IDEALE E REALE DI UN EDIFICIO AD ENERGIA QUASI ZERO

INDUSTRIA SCUOLE E COVID-19

POSTE ITALIANE SPA – POSTA TARGET MAGAZINE - GIPA/LO/CONV/003/2013.


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Periodico Organo ufficiale AiCARR

EDITORS IN CHIEF Francis Allard (France) Francesca R. d’Ambrosio (Italy) HONORARY EDITOR Bjarne Olesen (Denmark) ASSOCIATE EDITORS Karel Kabele (Czech Republic) Valentina Serra (Italy) SCIENTIFIC COMMITTEE Ciro Aprea (Italy) William Bahnfleth (USA) Marco Beccali (Italy) Anna Bogdan (Poland) Alberto Cavallini (Italy) Iolanda Colda (Romania) Stefano Corgnati (Italy) Annunziata D’Orazio (Italy) Filippo de’ Rossi (Italy) Livio de Santoli (Italy) Marco Dell’Isola (Italy) Giorgio Ficco (Italy) Marco Filippi (Italy) Manuel C. Gameiro da Silva (Portugal) Cesare M. Joppolo (Italy) Dimitri Kaliakatsos (Italy) Essam Khalil (Egypt) Jarek Kurnitski (Latvia) Renato M. Lazzarin (Italy) Catalin Lungu (Romania) Anna Magrini (Italy) Zoltán Magyar (Hungary) Rita M.A. Mastrullo (Italy) Livio Mazzarella (Italy) Arsen Melikov (Denmark) Gino Moncalda Lo Giudice (Italy) Boris Palella (Italy) Federico Pedranzini (Italy) Fabio Polonara (Italy) Piercarlo Romagnoni (Italy) Francesco Ruggiero (Italy) Luigi Schibuola (Italy) Giovanni Semprini (Italy) Jorn Toftum (Denmark) Timothy Wentz (USA) Claudio Zilio (Italy)

DIRETTORE RESPONSABILE ED EDITORIALE Marco Zani MANAGEMENT BOARD Filippo Busato Paolo Cervio Luca Piterà Erika Seghetti Marco Zani EDITORIAL BOARD Carmine Casale, Paolo Cervio, Luigi Gazzi, Pino Miolli, Marco Noro, Luca Alberto Piterà, Gabriele Raffaellini, Valentina Serra, Luigi Schibuola, Claudio Zilio COORDINAMENTO EDITORIALE Erika Seghetti redazione.aicarrjournal@quine.it ART DIRECTOR Marco Nigris GRAFICA E IMPAGINAZIONE Fuori Orario - MN Hanno collaborato a questo numero: Ilaria Abbà, Fabio Allegri, Cristina Becchio, Marianna Benetti, Giulia Bertorello, Fabio Bisegna, Carmine Casale, Stefano Paolo Corgnati, Giulia Crespi, Laura Galvani, Paolo Gobbato, Renato Lazzarin, Gabriele Levorato, Carola Lingua, Fabio Minchio, Fabio Nardecchia, Marco Noro, Luca Pauletti, Luca Alberto Piterà, Sergio Rech

AiCARR journal è una testata di proprietà di AiCARR – Associazione Italiana Condizionamento dell’Aria, Riscaldamento e Refrigerazione Via Melchiorre Gioia 168 – 20125 Milano Tel. +39 02 67479270 – Fax. +39 02 67479262 www.aicarr.org Gli articoli presenti all’interno di AiCARR Journal sono il risultato di una libera e personale interpretazione dei relativi autori. In nessun caso le idee espresse dall’autore possono essere considerate come parere di AiCARR. Nel caso in cui qualche diritto di autore sia stato involontariamente leso, si prega di contattare l’autore dell’articolo, al fine di risolvere ogni possibile conflitto.

Crediti Formativi Professionali per gli autori di AiCARR Journal Grazie all’accreditamento di AiCARR Journal presso il Consiglio Nazionale degli Ingegneri, agli ingegneri iscritti all’Albo che forniranno contributi alla rivista verranno attribuiti 2,5 CFP ad articolo pubblicato. Per la proposta di articoli, potete scriverci all’indirizzo di redazione: redazione.aicarrjournal@quine.it SUBMIT YOUR PAPER Tutti i membri dell'associazione possono sottoporre articoli per la pubblicazione. Ricordiamo che dal 1 aprile 2014, tutti i contributi autorali sono sottoposti a Blind Peer Rewiew. www.aicarrjournal.org

Pubblicità Quine Srl Via G. Spadolini, 7 – 20141 Milano – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 dircom@quine.it Responsabile della Produzione Paolo Ficicchia Traffico, Abbonamenti, Diffusione Rosaria Maiocchi

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Editore: Quine srl – www.quine.it – traffico@quine.it Presidente Giorgio Albonetti Amministratore Delegato Marco Zani Direzione, Redazione e Amministrazione Via G. Spadolini, 7 – 20141 Milano – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 e-mail: redazione.aicarrjournal@quine.it Servizio abbonamenti Quine srl, Via G. Spadolini, 7 – 20141 Milano – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 e-mail: abbonamenti@quine.it Gli abbonamenti decorrono dal primo fascicolo raggiungibile.

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Posta target magazine - LO/CONV/020/2010. Iscrizione al Registro degli Operatori di Comunicazione n. 12191 Responsabilità Tutto il materiale pubblicato dalla rivista (articoli e loro traduzioni, nonché immagini e illustrazioni) non può essere riprodotto da terzi senza espressa autorizzazione dell’Editore. Manoscritti, testi, foto e altri materiali inviati alla redazione, anche se non pubblicati, non verranno restituiti. Tutti i marchi sono registrati. INFORMATIVA AI SENSI DEL D.LEGS.196/2003 Si rende noto che i dati in nostro possesso liberamente ottenuti per poter effettuare i servizi relativi a spedizioni, abbonamenti e similari, sono utilizzati secondo quanto previsto dal D.Legs.196/2003. Titolare del trattamento è Quine srl, via G. Spadolini 7, 20141 Milano (info@quine.it). Si comunica inoltre che i dati personali sono contenuti presso la nostra sede in apposita banca dati di cui è responsabile Quine srl e cui è possibile rivolgersi per l’eventuale esercizio dei diritti previsti dal D.Legs 196/2003.


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EDITORIALE

DOI: 10.36164/AiCARRJ.62.03.01

L’UNIONE FA LA FORZA, ORA PIÙ CHE MAI Unity Is Strenght, Now More Than Ever

Il cambio al timone di AiCARR avviene sicuramente in un momento tra i più difficili dalla sua fondazione, avvenuta sessant’anni fa. Sono cose che non si programmano, però. Poteva essere un passaggio in un mare più facile, in realtà è avvenuto a Capo Horn; mi conforta il fatto di avere un buon equipaggio con me, equilibrato e preparato. Anche la nostra rivista subisce qualche cambiamento nel comitato editoriale; sostituisco, come da statuto, Francesca Romana d’Ambrosio in veste non soltanto di Presidente ma anche alla direzione scientifica, continuando a ringraziarla per tutto quanto ha fatto anche nell’ambito di AiCARR Journal, oltre che per i progetti ambiziosi che ha lanciato a che mi appresto a proseguire. Oggi stiamo realizzando che i cambiamenti che si prospettano potrebbero essere importanti, sicuramente lo saranno per come i nostri occhi verranno trasformati da questa pandemia. Pensiamo in primo luogo alle forme della comunicazione digitale: cambia la percezione dell’altro, che diventa solo audiovisiva e azzera completamente gli altri sensi come tatto e olfatto, annullando la prossemica. Come accade quando ci si tuffa in acqua e l’udito viene drasticamente ridotto, così alcuni sensi ci sono venuti a

mancare. In questo modo percepiamo chi è dall’altra parte solo per il tono della voce, e quando magari non ha lo sguardo fisso in camera pensiamo che sia distratto. Si tratta di fenomeni che sono ben noti a chi si occupa di comunicazione, ma che da un giorno all’altro sono entrati nella nostra vita, in maniera oserei dire violenta. Una cosa che invece non muta è la carta stampata, che continua ad accompagnare la nostra Associazione, dandoci il senso di sicurezza e di solida realtà che continua a supportare il nostro lavoro di divulgazione della migliore cultura tecnica nell’ambito della climatizzazione e refrigerazione sostenibili. È il momento della sinergia, dell’unione, del remare tutti insieme in un’unica direzione; inutile dividersi, siamo tutti sullo stesso campo come ricordano i Dire Straits in Brothers in arms, “And we have just one world… We’re fools to make war on our brothers in arms”. Mai avrei pensato di dover iniziare una presidenza con assemblea, consiglio e giunta esecutiva convocati in formato di videoconferenza; mi conforta il fatto di constatare e sentire vivo l’impegno di tutti, l’interesse per la nostra Associazione, il prendersi a cuore la nostra missione. Questo atteggiamento gli anglosassoni lo definiscono col verbo “to care”, da cui il mio motto #ICare4AiCARR. Filippo Busato, Presidente AiCARR

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Editoriale 4

Novità prodotti 8

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NORMATIVA

AiCARR Informa 60

Impianti di climatizzazione e prevenzione incendi, novità in arrivo Il prossimo 18 giugno 2020 entreranno in vigore le nuove disposizioni per gli impianti di climatizzazione inseriti nelle attività soggette ai controlli di prevenzione incendi, contenute nel DM del 10 marzo 2020 L.A. Piterà

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Refrigeration World 10

SPECIALE SCUOLE POST COVID-19 La scuola ai tempi del Coronavirus, quali soluzioni?

Per garantire un buon livello di qualità dell’aria interna gli istituti scolastici dovrebbero essere dotati di impianti HVAC. Un intervento che potrebbe fare anche da apripista per una necessaria riqualificazione del patrimonio edilizio scolastico. Eppure è ancora tutto fermo e regna un’assoluta incertezza. Perché? Abbiamo raccolto il parere di alcuni esperti per comprendere lo stato dell’arte delle scuole e soprattutto per delineare i possibili interventi che consentirebbero di affrontare con sicurezza il prossimo anno scolastico e di delineare il futuro della progettazione legata all’edilizia scolastica A cura di E. Seghetti

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Pompa di calore a doppia sorgente per la climatizzazione di palestra e laboratori NZEB L’utilizzo di pannelli ibridi (PVT) accoppiati al terreno consente risparmi energetici importanti e la completa autosufficienza elettrica di un innovativo impianto con pompa di calore a doppia sorgente termica R. Lazzarin, M. Noro

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ORIGINAL ARTICLES Energy analysis based on dynamic simulation of industrial heating by radiant modules with condensing unit Analisi energetica basata sulla simulazione dinamica del riscaldamento industriale mediante moduli radianti con unità di condensazione Renato Lazzarin, Marco Noro

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Studio numerico per l’efficientamento di una serra tramite pompa di calore geotermica e un sistema di diffusione mediante condotte microforate Numerical study for the efficiency of a greenhouse system using geothermal heat pump and an air diffusion system with microforated ducts Fabio Nardecchia, Fabio Bisegna

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Theoretical and actual energy behaviour of a costoptimal based Nearly-Zero Energy Building Prestazione energetica ideale e reale di un edificio ad energia quasi zero Ilaria Abbà,Giulia Crespi, Carola Lingua, Cristina Becchio, Stefano Paolo Corgnati

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RECUPERO DI CALORE Tecnologie per il recupero termico nell’industria Caratteristiche e ambiti applicativi delle varie soluzioni tecniche per sfruttare l’energia termica recuperabile nel settore industriale, per usi sia termici sia di produzione di energia elettrica F. Minchio, M. Benetti, P. Gobbato, S. Rech

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INVESTIMENTI GREEN Efficientamento energetico di un impianto di trattamento rifiuti Lo studio affronta l’analisi e il monitoraggio dei consumi energetici degli impianti e individua metodi e tecnologie in grado di migliorare l’efficienza dei processi, valutandone la fattibilità economica F. Allegri, G. Bertorello

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CASE STUDY Microcogenerazione per l’efficientamento energetico di un’azienda agricola Analisi delle prestazioni di un sistema di microcogenerazione alimentato a gas metano e dei risparmi energetici ottenuti L. Galvani, G. Levorato


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REFRIGERATORI CON COMPRESSORI A LEVITAZIONE MAGNETICA

I refrigeratori della serie TBA/TBG di Aermec, progettati per l’installazione esterna, sono particolarmente indicati per tutte le applicazioni in cui è richiesta un’altissima efficienza a pieno carico e ai carichi parziali. I compressori a levitazione magnetica dotati di inverter modulano dal 30% al 100% della potenza, offrendo così il massimo valore di SEER, l’efficienza al variare del carico. Nell’ottica della massimizzazione del rendimento energetico e del rispetto dell’ambiente, il progetto TBA/TBG ha previsto l’evaporatore allagato ad altissima efficienza e a ridotto contenuto di fluido refrigerante (40% in meno rispetto alla serie precedente) e la valvola termostatica di tipo elettronico. L’adozione delle batterie a micro canali consente un’ulteriore riduzione della carica di refrigerante rispetto alle tradizionali batterie alettate. La disponibilità di versioni con i nuovi refrigeranti R513A (XP10) e R1234ze, fluidi dal ridotto potenziale di effetto serra, mette la serie TBA/TBG particolarmente in sintonia con le tematiche di salvaguardia degli ecosistemi del nostro Pianeta. Massima attenzione è stata dedicata all’affidabilità: la serie TBA/TBG è dotata infatti dell’innovativo evaporatore allagato che garantisce il corretto surriscaldamento, inibendo così la possibilità del dannoso ritorno di liquido al compressore. La silenziosità della serie TBA/TBG è garantita dall’uso dei compressori Turbocor a levitazione magnetica che assicurano ridottissima emissione sonora e totale assenza di vibrazioni e dall’adozione, di serie, dei ventilatori dotati di inverter. La gamma delle serie TBA/TBG copre una potenza frigorifera nominale che va da 200 a 1400 kW. www.global.aermec.com/it

VRV CON R32 Daikin Italy annuncia la nuova unità VRV Serie 5 che grazie all’uso del refrigerante R32 è caratterizzata da un impatto ambientale del 70% inferiore rispetto alla serie precedente. Grazie alle dimensioni compatte (870 x 1.100 x 460 mm), la nuova unità VRV 5 a ventilatore singolo risulta versatile e facile da trasportare. Il ventilatore di nuova concezione garantisce un’elevata portata d’aria, con una rumorosità ridotta pari a 39 dBA e una prevalenza regolata automaticamente fino a 45 Pa, che ne consente l’installazione canalizzata. Può essere utilizzata in combinazione con le unità cassetta RoundFlow e Fully Flat, oltre che con una gamma di unità a parete e canalizzate da incasso. È inoltre possibile integrare anche barriere d’aria e unità di trattamento d’aria. La nuova unità VRV 5 risulta inoltre conforme ai requisiti europei dell’Ecodesign secondo il Lot 21 – Tier 2 che entrerà in vigore nel 2021 e offre un’elevata efficienza stagionale in condizioni d’uso reali. Il nuovo VRV 5 sarà disponibile da settembre 2020. www.daikin.it

IL FREDDO A NOLEGGIO

BRENTA RENT è lo specialista del freddo a noleggio, per applicazioni nella climatizzazione e nel raffreddamento di processo. Presente da oltre 15 anni sul mercato del noleggio dei chiller anche con consulenze mirate a risolvere con competenza i problemi del cliente: professionalità ed efficienza sono le caratteristiche che contraddistinguono da sempre l’operato dell’azienda. Se state cercando gruppi frigoriferi per la climatizzazione o processo industriale BRENTA RENT, con il suo vasto parco macchine da 30 a oltre 1000 kW, è la soluzione. BRENTA RENT è organizzata con una capillare rete di assistenza, oltre ad un servizio di supervisione/teleassistenza operativo 24 ore su 24.

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REFRIGERATION WORLD LA CONFERENZA ANNUALE DI ASHRAE DIVENTA VIRTUALE

a cura di Carmine Casale

È stato provato che la combinazione si mantiene a una temperatura variabile da 3 °C a 16,5 °C anche esposta a grande insolazione, con un potere riflettente di 0,89. Il vantaggio rispetto alle vernici normali è evidente.

L’AFFIDABILITÀ DELLE OLEFINE ALOGENATE La Conferenza Annuale di Ashrae, generalmente conosciuta come il summer meeting, diventa quest’anno una Conferenza Virtuale. Prima programmata nella città di Austin, Texas, la conferenza si terrà quest’anno infatti, per ovvie ragioni, per via telematica dal 27 giugno al 1º luglio. Tutti i programmi tecnici e sociali resteranno praticamente invariati ed è prevista una quota per la partecipazione molto ridotta rispetto al normale, solo 99 dollari per i soci, per accedere al format virtuale con 92 sessioni tecniche con circa 300 speaker e altri eventi. Tutte le sessioni e gli eventi potranno essere disponibili per visione on-demand per 18 mesi. Ashrae si riserva di dare maggiori dettagli al più presto.

RAFFREDDAMENTO PASSIVO CON SOLUZIONI SALINE Merita particolare menzione uno studio condotto da alcuni ricercatori dell’Università di Torino e dell’Istituto Metrologico di Torino sulle possibilità di raffrescamento offerto da un sistema di raffreddamento passivo indotto dalla differenza di salinità tra due fluidi (soluzioni acquose). Si tratta di un dispositivo multistadio, composto a batteria, nel quale ogni singola cella contiene due strati di fluidi idrofili separati da una membrana idrofoba. Ciascuno dei due strati è mantenuto a diversa salinità, il che causa un flusso di vapore non isotermico attraverso la membrana senza l’ausilio di mezzi meccanici. Un primo prototipo ha mostrato una capacità di raffreddamento fino a 170 W al metro quadrato con una discreta differenza di temperatura. Il sistema, quando sviluppato su larga scala, potrà risultare molto utile nelle regioni molto calde e umide ove esista la possibilità di sfruttare liquidi con un certo gradiente di salinità.

GIORNATA MONDIALE DELLA REFRIGERAZIONE La giornata mondiale della refrigerazione cadrà il prossimo 26 giugno. Inutile reiterare l’importanza che scienza e tecnologie del freddo hanno oggi nel mondo e nell’industria, dalla criogenia ai superconduttori, dall’immagazzinamento dell’energia al recupero del calore. Il tema di quest’anno è l’importanza della catena del freddo nella vita sostenibile. Gli organizzatori dell’evento riuniti nella “ColdChain4Life” con il patrocinio dell’UNEP, United Nation Environment Program, sono Ashrae, EPEE, European Partnership for Energy and Environment, IIR/IIF e il segretariato del WRD, World Refrigeration Day. Il settore della refrigerazione è essenziale per il benessere del genere umano e può giocare un ruolo molto importante nella decarbonizzazione incoraggiando l’applicazione delle tecnologie a energie rinnovabili. Fino ad oggi più di 300 società insieme a molte associazioni di professionisti hanno aderito all’iniziativa. Dettagli su www.worldrefrigerationday.org

RAFFREDDARE GLI EDIFICI CON GLI INFRAROSSI Si continua a parlare di nuove tecniche nella ricerca di sostenibilità nel raffreddamento degli edifici, argomento che assume sempre maggiore importanza. Un gruppo di ricercatori cinesi e americani hanno sperimentato con successo l’applicazione di un doppio strato di rivestimento delle pareti esterne, anche colorabile, ad altissima efficienza di riflessione dei raggi infrarossi che permette un raffreddamento efficace ed efficiente. Il rivestimento comprende un primo strato sottostante di materiale non assorbente e riflettente che respinge i raggi infrarossi (raggi vicini alle onde corte) per ridurre il riscaldamento solare, ricoperto a sua volta da un sottile strato superficiale che assorbe la gamma dei raggi visibili, perciò verniciabile in qualsiasi colorazione (nero incluso).

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Come si sa, un nuovo gruppo di refrigeranti, chiamati alo-olefine, olefine alogenate, è stato introdotto per rispondere alla pressante richiesta dei regolamenti intesi a ridurre il GWP degli HFC e altri F-gas oggi esistenti. Sono idroclorofluoroolefine, HCFO, e idrocloro-olefine, HCO. Il pregio principale di queste olefine consiste nel fatto che, avendo due atomi di C legati da doppio legame, reagiscono rapidamente nell’atmosfera con il risultato che hanno una vita molto breve e quindi riducono molto l’impatto sul riscaldamento globale. Ci sono stati recenti dubbi se refrigeranti dalla vita molto breve potessero efficacemente affrontare i 20 e più anni di funzionamento in una apparecchiatura di refrigerazione, ma prove accelerate compiute in laboratorio hanno dimostrato la loro piena affidabilità. Le prove hanno evidenziato molti tipi di reazioni chimiche, ma tutte assolutamente di minore importanza e tali da non inficiare la stabilità dei refrigeranti nell’utilizzo normale di apparecchiature HVACR.

NUOVI FONDI PER I REFRIGERANTI NATURALI NASRC, North American Sustainable Refrigeration Council, che si occupa appunto della sostenibilità nel campo della refrigerazione, ha lanciato un programma per accelerare l’assegnazione di fondi a vantaggio delle tecnologie che impiegano refrigeranti naturali. Il programma intende creare una piattaforma per coordinare le varie fonti di finanziamento tese ad incentivare i processi di applicazione di queste tecnologie nella catena dei retail. Il programma è ora operativo in California, ma se ne prevede l’espansione a tutti gli Stati Uniti. Il tutto si colloca nella lotta agli F-gas, oggi predominanti in molte tecnologie. È auspicabile che un programma simile, del quale si parla da tempo, possa essere implementato nell’Unione Europea in modo che i dettaglianti possano trovare un incentivo per l’applicazione di tecnologie veramente sostenibili quali quelle che utilizzano refrigeranti naturali.

GEL POLIMERICO PER RAFFREDDARE I PANNELLI FOTOVOLTAICI

L’umidità migliora l’efficienza dei pannelli fotovoltaici. Un gel di polimeri assorbe l’acqua dall’atmosfera e raffredda la superficie dei pannelli rendendo più efficace la prestazione degli stessi nei climi molto caldi e umidi. Si sa che una parte non indifferente delle radiazioni solari che colpiscono il pannello si trasforma in calore incidendo notevolmente sul rendimento totale del processo, rendimento che decresce direttamente con l’aumento della temperatura. Alcuni ricercatori della KAUST (King Abdullah University, Arabia Saudita) dopo diversi esperimenti hanno rilasciato un gel polimerico autoaderente che viene spalmato sulla superficie esterna del pannello. Il gel assorbe l’umidità atmosferica durante la notte e scarica sotto la luce del sole abbastanza acqua in modo da abbassare notevolmente la temperatura del pannello stesso.


GLI EFFETTI DEL COVID SUL SETTORE DELLA REFRIGERAZIONE Un imprevisto effetto collaterale della pandemia di Coronavirus sulla refrigerazione. A causa della diffusione del virus, 29 delle 45 industrie degli Stati Uniti che producono etanolo sono state temporaneamente chiuse o hanno fortemente ridotto la produzione per il gran calo della domanda di questo combustibile (uffici e aziende chiuse, e non solo). Le fabbriche produttrici di etanolo sono quelle che forniscono biossido di carbonio, CO2, a tutta la filiera alimentare della lavorazione di carni bovine, suine e avicole. Il biossido di carbonio viene usato nella refrigerazione per la preservazione e conservazione delle carni e interviene anche nella macellazione perché serve a stordire gli animali prima del loro abbattimento. Questa mancanza, o comunque la drastica riduzione del gas disponibile, crea un serio problema nella disponibilità del mercato alimentare, ma anche per gli effetti indiretti sulla manodopera impiegata in processi che oggi debbono essere necessariamente ridotti.

CATENA DEL FREDDO PER IL VACCINO ANTI CORONAVIRUS Oltre alla corsa per la scoperta di un vaccino che possa liberarci dal Covid-19, si sta già studiando unacatenadelfreddopergarantirne,unavolta che sarà disponibile, la diffusione e conservazione.Scienziatiindianiebritannici,incooperazione, stanno studiando una catena del freddo attraverso la quale rendere disponibile il vaccino a miliardi di persone che, vivendo in zone disagiate del mondo non godono di una rete elettrica affidabile per garantire l’efficace conservazione del prodotto. D’altro canto, in molte regioni solo il 5% delle organizzazioni sanitarie hanno a disposizione refrigeratori adatti per i vaccini. Una fondazione indiana insieme all’Università di Birmingham sta portando avanti questoprogettocherivestecaratteredigrande urgenzaancheperchél’eventualevaccinoèsenz’altro sensibile alla temperatura il cui livello deve essere mantenuto sia nella sua conservazione che nella distribuzione.

nella massima sicurezza. AUMA, l’associazione delle fiere tedesche riconoscendo come essenziale questo provvedimento del governo federale, si dichiara pronta a fare tutto il possibile perché l’evento tanto atteso abbia luogo come da programma.

CHINA REFRIGERATION EXPO : DA WUHAN A CHONGQING La grande esposizione internazionale della refrigerazione China Refrigeration Expo 2020 è definitivamente programmata. L’esposizione che si doveva tenere dall’8 al 10 aprile a Wuhan, ormai famosa per essere stato l’epicentro dell’infezione da Coronavirus, si terrà a 9000 km di distanza da questa città, nella città di Chongqing dal 19 al 21 agosto prossimo. Gli organizzatori assicurano che saranno posti in atto tutti i sistemi di prevenzione per evitare brutte sorprese, ma a livello internazionale, non si nascondono le perplessità relative ai trasporti di cose e persone, anche perché è prevista la partecipazione di ben 60000 visitatori, oltre agli espositori e ad altri eventi previsti per l’occasione.

L’umidità, naturalmente.

CHILLVENTA, UNA SFIDA POSTPANDEMIA Il governo federale tedesco ha ufficialmente dichiarato che gli eventi fieristici non sono più considerati eventi di massa soggetti alle restrizioni per la pandemia del Coronavirus. Naturalmente restano valide le misure a livello personale per i visitatori e gli espositori. Difficile però si presenta ancora la posizione di alberghi e ristoranti nonché la ripresa dei normali collegamenti internazionali. La fiera internazionale dell’industria della refrigerazione e del condizionamento dell’aria Chillventa che dovrebbe tenersi dal 13 al 18 ottobre prossimo a Norimberga è oggetto della massima attenzione per poterne garantire l’apertura

Gli umidificatori adiabatici della serie NEB sono facili da installare, richiedono pochissima manutenzione, hanno costi di esercizio ridottissimi, possono essere installati a parete o appesi, funzionano con acqua normale o demineralizzata. NEB e mini NEB: la soluzione ideale per l’umidificazione di grandi e piccole celle di conservazione di frutta e verdura.

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Pad.13-Stand G19 PROGETTATO E PRODOTTO IN ITALIA


Normativa

Impianti di climatizzazione e prevenzione incendi, novità in arrivo Il prossimo 18 giugno 2020 entreranno in vigore le nuove disposizioni per gli impianti di climatizzazione inseriti nelle attività soggette ai controlli di prevenzione incendi, contenute nel DM del 10 marzo 2020 L.A. Piterà*

l

L PROTOCOLLO DI MONTREAL, entrato in vigore nel ,

ha contribuito con successo alla eliminazione graduale delle sostanze che riducono l’ozono, ODS-Ozone Depleting Substances, principalmente sostituendo i clorofluorocarburi, CFC, e gli idroclorofluorocarburi, HCFC, con gli idrofluorocarburi, HFC, in vari settori, dal condizionamento dell’aria, ai propellenti aerosol, agli estintori fino alla produzione delle schiume. Le emissioni di HFC sono nel frattempo aumentate in modo significativo, nonostante il GWP-potenziale di riscaldamento globale degli idrofluorocarburi sia molto elevato e favorisca il riscaldamento globale. Da qui è nato, nel , il cosiddetto emendamento di Kigali al protocollo, adottato durante la a riunione delle Parti, che prevedere di ridurre gradualmente l’uso degli HFC a livello globale entro il . Per ridurre l’uso di HFC sono state rese disponibili diverse alternative, tutte ecocompatibili ed energeticamente efficienti, ma le loro diverse proprietà termodinamiche e le loro caratteristiche in termini di sicurezza non permettono l’esistenza di una soluzione “one size fits all”. Per questo motivo, la idoneità di una determinata alternativa deve essere considerata separatamente per ciascuna categoria di prodotti e di attrezzature e, in alcuni casi, deve anche tener conto della localizzazione geografica in cui il prodotto e le attrezzature sono utilizzati. Parallelamente, nel  l’Europa ha emesso il Regolamento / sui gas fluorurati a effetto serra, recepito dall’Italia con il DPR /, sulla base del quale ogni settore deve trovare soluzioni per passare rapidamente a refrigeranti a basso GWP, tenendo presente tutte le soluzioni possibili presentano rischi dal punto di vista sia dell’infiammabilità che della tossicità.

La classificazione di sicurezza dei fluidi refrigeranti La norma ISO  “Refrigerants — Designation and safety classification” definisce a livello internazionale un sistema per assegnare ai refrigeranti una classificazione di sicurezza basata su dati di tossicità e infiammabilità e fornisce un metodo per determinare il limite di concentrazione del refrigerante.

12

#62

Prevenzione incendi, la situazione italiana

La classificazione di sicurezza, in Tabella , consiste in due caratteri di cui il primo, una lettera maiuscola, indica la tossicità e il secondo, un numero arabo, l’infiammabilità; a volte è presente anche una L, che indica una bassa velocità di combustione. Per quanto riguarda le miscele, la norma assegna una classificazione a doppio gruppo di sicurezza, con le due classificazioni separate da una barra (/). La prima è la classificazione della formulazione più sfavorevole, WCF-Worst-Case Formulation, della miscela, definito come la composizione risultante dall’applicazione delle tolleranze alla composizione nominale che risulta nella formulazione più tossica o più infiammabile; la seconda è la classificazione della formulazione frazionata più sfavorevole, WCFF-Worst-Case Fractionated Formulation, definito come la composizione prodotta durante il frazionamento della formulazione peggiore che risulta nella formulazione più tossica o più infiammabile. Nella tabella  sono elencate le alternative agli HFC comunemente utilizzati per i diversi settori, che includono refrigeranti naturali, HFC a basso GWP, HFO-idrofluoroolefine e miscele HFC-HFO.

Come si può vedere dalla Tabella  la maggior parte dei fluidi alternativi è classificata A, AL o A, cioè presenta caratteristiche di infiammabilità e bassa tossicità. Gli impianti di climatizzazione, sebbene non inseriti nell’allegato al DPR del  agosto , n.  (Presidente della Repubblica, ) e quindi non soggetti ai controlli di prevenzione, rappresentano una via di propagazione dell’incendio in quanto collegano tra loro le varie parti di un edificio e pertanto; per questo motivo vanno progettati seguendo le apposite regole tecniche di prevenzione incendi riportate nel Box , che per gli impianti di climatizzazione e condizionamento presenti nelle zone degli edifici aperte al pubblico limitano la possibilità di impiego di fluidi

Tabella 1 – Matrice dei gruppi di sicurezza sulla base di infiammabilità e tossicità GRUPPI DI SICUREZZA Alta infiammabilità

A

B

Infiammabile

A

B

Debolmente infiammabile

AL

BL

A

B

Bassa Tossicità

Alta Tossicità

Nessuna propagazione di fiamma

BOX 1 Regole tecniche per gli impianti di climatizzazione inseriti nelle attività soggette ai controlli di prevenzione incendi: • DM 26 agosto 1992: Norme di prevenzione incendi per l’edilizia scolastica; • DM 9 aprile 1994: Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione costruzione ed esercizio dei locali di intrattenimento e di pubblico spettacolo. • DM 19 agosto 1996: Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione costruzione ed esercizio delle strutture sanitarie pubbliche e private. • DM 22 febbraio 2006: Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione costruzione ed esercizio di edifici e/o locali destinati a uffici. • DM 27 luglio 2010: Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione costruzione ed esercizio delle attività commerciali con superficie superiore a 400 m2.


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Tabella 2 – Alternative agli HFC comunemente utilizzate per i diversi settori (elaborazione di dati della commissione europea)

REFRIGERAZIONE COMMERCIALE

Sistemi Centralizzati

Sostanza

GWP Composizione

Gruppo di Sostituto di sicurezza

R (propano)

-

A

Refrigeranti R naturali (ammoniaca) -

-

BL

-

A

R (CO)

RA

 R//yf/ze(E)/a A

RA

 R//yf/a

A

R (propano)

-

A

Refrigeranti R naturali (ammoniaca) -

-

BL

-

A

Miscele HFC – HFO

Unità di condensazione

REFRIGERAZIONE INDUSTRIALE

RA

 R//yf/ze(E)/a A

RA

 R//yf/a

A

RC



R/yf

AL

RA



Ryf/a

A

R (propano)

-

A

R Refrigeranti (ammoniaca) naturali R (CO) 

-

BL

-

A

-

A

Miscele HFC – HFO HFO

R (propano)

RA

 R//yf/a

A

RA



Rze(E)/a

A

RA



Ryf/a

A

Rzd

,

A

Rze

AL

Refrigeranti R naturali (propano)

-

A

HFC



-

AL

R

Refrigeranti R naturali (propano) VRF

HFO HFC

AL

Ryf

AL

Rze

AL

R



AL

R (propano)

CLIMATIZZAZIONE

R (ammoniaca) Refrigeranti naturali R(H) -

A

-

BL

Ra

Ra, RA, RA

RA Ra Ra, RA RA, RA

RA, RA

Ra, RA, RA

-

A

-

A

R (propano)

-

A

RB

 R//yf

AL

RB

 R/yf

AL

RA



R/yf/CO

AL

RA

RA



Ryf/a

A

Ra

Rzd

,

-

AL

Ra, RA

Rze

-

AL

R



-

AL

Ra, RA, RA

R (propano) Refrigeranti naturali R(H)

-

A

-

-

A

R (CO)

-

A

Miscele HFC – HFO

RC



R/yf

AL

RA

RA



Ryf/a

A

Ra

HFC

R



-

AL

Ra, RA, RA

Miscele HFC – HFO

HFC

#62

-

RA

HFO

14

Ra, RA, RA

R (CO) Gruppi Frigoriferi

Pompe di calore

RA

A

RA (Basse  R//yf temperature)

Miscele HFC – HFO

Portatili e mono-split

R (CO)

Ra, RA, RA

refrigeranti a quelli non infiammabili o non infiammabili e non tossici. A partire dal  giugno  sono in vigore le disposizioni di prevenzioni incendi per gli impianti di climatizzazione inseriti nelle attività soggette ai controlli di prevenzione incendi, contenute nel DM del  marzo  (MI, ), che è il frutto del lavoro di un gruppo coordinato dal Ministero dell’Interno e di cui AiCARR ha fatto parte con altre Associazioni e tecnici. Le disposizioni si applicano alla progettazione, alla costruzione, all’esercizio e alla manutenzione degli impianti di climatizzazione inseriti nelle attività, sia nuove sia esistenti, soggette ai controlli di prevenzione incendi e progettati applicando le regole tecniche di riferimento (vedi Box ). Il DM ammette l’impiego di fluidi classificati A o AL laddove sia prescritto l’utilizzo di fluidi refrigeranti non infiammabili o non infiammabili e non tossici, fermo restando che la progettazione, l’installazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti siano a regola d’arte.

Conclusioni Il DM  giugno  rappresenta una importante novità nel panorama regolamentare e legislativo della prevenzione incendi negli impianti di condizionamento, in quanto tiene conto del fatto che lo sviluppo tecnologico può rappresentare un compromesso tra gli aspetti di sicurezza e quelli energetici e ambientali.  * Luca A. Piterà, Segretario Tecnico di AiCARR

BIBLIOGRAFIA

Ra, RA, RA RA

Ra, RA, RA

∙ MI. 2020. Disposizioni di prevenzione incendi per gli impianti di climatizzazione inseriti nelle attività soggette ai controlli di prevenzione incendi. Decreto Ministero dell’interno 10 marzo 2020. Gazzetta Ufficiale n. 73 del 20 marzo 2020. Roma: Poligrafico dello Stato. ∙ Presidente della Repubblica. 2011. Regolamento recante semplificazione della disciplina dei procedimenti relativi alla prevenzione degli incendi, a norma dell’articolo 49, comma 4-quater, del decreto-legge 31 maggio 2010, n. 78, convertito, con modificazioni, dalla legge 30 luglio 2010, n. 122. Decreto del Presidente della Repubblica 1 agosto 2011, n. 151. Gazzetta Ufficiale n. 221 del 22 settembre 2011. Roma: Poligrafico dello Stato.


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IL RISPARMIO, L’EFFICIENZA E IL BENESSERE IN PRIMO PIANO Le serie TBA/TBG assicurano un’altissima efficienza a pieno carico e ai carichi parziali. I compressori a levitazione magnetica dotati di inverter offrono il massimo valore di SEER, l’efficienza al variare del carico. Nell’ottica della massimizzazione del rendimento energetico e del rispetto dell’ambiente, il progetto TBA/TBG ha previsto l’evaporatore allagato ad altissima efficienza e a ridotto contenuto di fluido refrigerante (40% in meno rispetto alla serie precedente). L’adozione delle batterie a micro canali consente un’ulteriore riduzione della carica di refrigerante rispetto alle tradizionali batterie alettate. La disponibilità di versioni con i nuovi refrigeranti R513A (XP10) e R1234ze, fluidi dal ridotto potenziale di effetto serra, mette la serie TBA/TBG particolarmente in sintonia con le tematiche di salvaguardia degli ecosistemi del nostro Pianeta.

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Speciale SCUOLE POST COVID-19

La scuola ai tempi del Coronavirus, quali soluzioni? Per garantire un buon livello di qualità dell’aria interna gli istituti scolastici dovrebbero essere dotati di impianti HVAC. Un intervento che potrebbe fare anche da apripista per una necessaria riqualificazione del patrimonio edilizio scolastico. Eppure è ancora tutto fermo e regna un’assoluta incertezza. Perché? Abbiamo raccolto il parere di alcuni esperti per comprendere lo stato dell’arte delle scuole e soprattutto i possibili interventi che consentirebbero di affrontare con sicurezza il prossimo anno scolastico e anche di delineare il futuro della progettazione legata all’edilizia scolastica

Erika Seghetti

È

UNO STRANO ANNO SCOLASTICO, quello che si è appena concluso. Caratterizzato dagli ultimi mesi in cui, per via dell’emergenza Covid-, è stato sperimentato un nuovo modo di fare scuola. Ma se quello che è stato è stato, ciò che preoccupa è il futuro, ovvero lo stato di incertezza che regna sul nuovo anno, che inizierà a settembre ma non si sa ancora in quali condizioni. La scuola è la vetrina di un Paese, eppure è la grande dimenticata. E ne è un esempio lo stato in cui versano gli edifici, strutture vetuste, che non sono mai state adeguate ad elevati standard di sicurezza e di salubrità, e che ora scontano questo ritardo. Gli spazi di apprendimento dovranno essere ripensati e al centro del dibattito non c’è soltanto la progettazione interna ma anche e soprattutto la tematica della qualità dell’aria. Come garantire una buona qualità dell’ambiente interno, utile a contrastare il rischio di contagio? L’ipotesi dei pannelli in PlexiGlass, protagonisti assoluti di questo periodo di convivenza con il virus, annullano il rischio di esposizione diretta

ai droplet ma non sono risolutivi. E di fatto non verranno adottati, stando alle ultime Linee Guida del Ministero all’Istruzione. La soluzione più efficace, seppure dibattuta, è quella dell’installazione di impianti di ventilazione meccanica. Sistemi che consentirebbero di affrontare il problema alla base e che potrebbero anche essere visti come un punto di partenza per una necessaria riqualificazione delle strutture scolastiche. «L’esperienza e le evidenze recenti, dovute alla pandemia da Covid-19, mettono in luce che l’apporto di aria esterna con la ventilazione non solo migliora la qualità dell’ambiente interno, ma può migliorare le condizioni igieniche e portare benefici alla salute, riducendo con la diluizione e la filtrazione la quantità di contaminanti presenti in ambiente». Ha dichiarato in una nota Filippo Busato, Presidente di AiCARR. «La ventilazione è tanto più necessaria quanto più affollati sono gli ambienti. Gli unici locali ad elevato affollamento privi, nella maggior parte, di impianti di ventilazione sono proprio quelli delle scuole esistenti. Spesso le condizioni climatiche rendono

sconveniente l’apertura e chiusura delle finestre, compatibilmente col mantenimento delle condizioni di comfort. Per questo motivo, è quanto mai indispensabile provvedere alla modernizzazione delle scuole italiane che non sono provviste di impianti di ventilazione meccanica adatti al miglioramento della qualità dell’aria». La posizione di Busato è ampiamente condivisa da molti tecnici esperti del settore, che abbiamo interpellato al fine di indagare le soluzioni più adeguate per adattare gli ambienti scolastici in questa particolare fase emergenziale. Con la speranza che questa possa essere un’occasione per riflettere sulla necessità di avviare finalmente degli interventi incisivi di riqualificazione e miglioramento delle condizioni del patrimonio edilizio scolastico. 

IL PARERE DELL’ESPERTO

Istituire un tavolo tecnico per trovare soluzioni impiantistiche adeguate

L

a semplice adozione di norme comportamentali anti contagio potrebbe non essere sufficiente per tutte quelle attività, come quelle scolastiche, che si svolgono in luoghi chiusi, dove è più difficile garantire un elevato livello di qualità dell’aria, specie in assenza di sistemi impiantistici efficaci. Ne abbiamo parlato con l’ingegnere meccanico Luca Pauletti, membro della consulta industriale di AiCARR. Quali rischi si possono correre con la riapertura delle scuole a settembre? In un luogo chiuso, se manca il ricambio dell’aria

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si rischia, in presenza di persone asintomatiche o con altre patologie, di propagare questa carica infettante di virus o batteri. E gli ambienti scolastici, nelle loro attuali condizioni, sono a tutti gli effetti luoghi insalubri. Il ricambio dell’aria è tutt’ora affidato all’apertura delle finestre. Peccato che tra una lezione e l’altra servirebbe aprirle per almeno  minuti (Figura ), ma in inverno ciò significa introdurre aria esterna con temperatura tra  e  gradi. Con tante grazie alla salute degli studenti e all’efficienza energetica. Ma non è diverso il discorso nelle altre stagioni,

soprattutto nelle zone più popolose dove aprire le finestre significa immettere aria non filtrata e ricca di particolato, pollini, allergeni … Luca Pauletti, membro della oltre a peggiorare consulta industriale il comfort acustico AiCARR di un ambiente che dovrebbe permettere agli occupanti


Speciale SCUOLE POST COVID-19

Figura 1 – Rischio di contagio in una “classe tipo” della scuola primaria al variare del ricambio d’aria in vol/h di rimanere concentrati. Per non parlare poi dell’assenza di qualsiasi controllo dell’umidità dell’aria, della concentrazione di COnegli ambienti o del raffrescamento indispensabile in un paese mediterraneo dove le stagioni calde si stanno dilatando e non è più infrequente avere  °C ad aprile. Perché gli edifici scolastici non sono dotati di sistemi impiantistici adeguati? La maggior parte delle strutture scolastiche sono vetuste e non sono mai state riqualificate. Non solo non è infrequente che i figli studino nelle stesse classi dei propri genitori, ma

anche gli impianti sono gli stessi di quando gli edifici sono stati costruiti. La scuola pubblica sembra essere rimasta volutamente immune dalle soluzioni impiantistiche che da decenni rappresentano la consuetudine in molti altri luoghi ad elevato affollamento quali centri commerciali, supermercati, ospedali, cinema, sale conferenze, filiali bancarie, uffici … Chi andrebbe oggi in un supermercato senza condizionamento, controllo dell’umidità e ricambio dell’aria? I sistemi HVAC non sono “fantascienza”, eppure le scuole sono rimaste ferme a un’epoca preistorica. Ma se fino allo scorso  febbraio questa arretratezza aveva come unico effetto delle condizioni non confortevoli per studenti e insegnanti, oggi la conseguenza è ben peggiore.

Cosa si dovrebbe fare? Le scuole riapriranno proprio a ridosso dell’autunno e di una possibile seconda ondata della pandemia. E l’ipotesi che basti garantire il distanziamento di  metro tra studenti, con conseguente turnazione degli stessi nella presenza a scuola, rischia di rivelarsi una non-soluzione. Senza un normale impianto di ventilazione, ricambio dell’aria e controllo di temperatura e umidità una classe di - studenti più docenti rischia di rimanere ancora un luogo pericoloso. Se veramente non vogliamo mandare ancora a settembre oltre  milioni di studenti, la nostra generazione futura, nella peggiore coltura virale e batterica (priva del ben che minimo comfort), oppure ritrovarci  milioni di famiglie con seri problemi… forse oltre ai virologi bisognerebbe ascoltare chi di HVAC se ne intende. Come andrebbe affrontata la questione? Personalmente lancio un appello alle Associazioni del settore HVAC, al Ministero dell’Istruzione, ai Sindacati e ai  milioni di genitori perché venga avviato al più presto un tavolo tecnico, un gruppo di lavoro con il compito di proporre investimenti e soluzioni a un problema che da troppo tempo affligge tutta la scuola Pubblica, sia essa statale che paritaria, e non solo. L’impianto HVAC deve essere considerato un requisito indispensabile per la sicurezza sanitaria di tutti gli edifici ad elevato affollamento. Considerarlo soltanto come un uno “sfizio” superfluo e costoso è stato fino ad oggi un grosso errore. Un problema che dal prossimo autunno rischia di presentarci un conto salatissimo, al quale anche la Comunità Europea non dovrebbe rimanere sorda nel momento in cui deve decidere come e cosa finanziare per la sicurezza dei cittadini europei. 

IL PARERE DEL TECNICO

Non esistono alternative ai sistemi HVAC per garantire la qualità dell’aria interna

S

ebbene gli impianti di ventilazione siano diffusi in gran parte dei luoghi chiusi, le scuole ne sono prive. Sarà mai possibile recuperare questo ritardo? Ne abbiamo parlato con Luca Alberto Piterà, Segretario Tecnico di AiCARR. Perché gli edifici scolastici non sono dotati di impianti HVAC? Per rispondere a questa domanda bisogna dividere il problema in due. Il primo aspetto da considerare riguarda il rispetto del Decreto del Ministero dei Lavori Pubblici //, che al comma  dell’art.  prevede l’obbligo di ventilazione negli ambienti al fine di assicurare portata di aria esterna

minima, mediante opportuni sistemi. Obbligo mai rispettato, forse perché la mancata definizione degli “opportuni sistemi” ha innanzitutto lasciato campo libero a diverse interpretazioni e poi ha consentito di demandare l’assolvimento di questo obbligo all’aerazione, ovvero alla semplice apertura manuale delle finestre. Questa soluzione è certamente meno onerosa rispetto a quella impiantistica, dal punto di vista dei costi sia iniziali sia di manutenzione. Dal punto di vista gestionale evidentemente l’apertura delle finestre incide sul fabbisogno richiesto all’impianto di riscaldamento più di quanto faccia un impianto di ventilazione con recupero di calore, ma soprattutto non garantisce le stesse condizioni di comfort termico e qualità dell’aria. A questo proposito va sottolineato che nella stagione invernale, quella di maggior utilizzo degli edifici scolastici italiani, le finestre vengono aperte per poco tempo

per questioni climatiche, per cui i ricambi d’aria sono molto ridotti, a volte nulli. Il secondo aspetto da considerare è quello della climatizzazione estiva, poco utilizzata soprattutto perché le lezioni sono sospese e generalmente vengono Luca Alberto Piterà, Segretario climatizzati solo alcuni ambienti, Tecnico AiCARR per esempio gli uffici di segreteria, con sistemi autonomi. Esistono però realtà in controtendenza, dove è stata colta l’opportunità di riqualificare edifici scolastici ponendo obiettivi importanti in termini sia di efficienza energetica sia di qualità dell’aria interna e questo dimostra che se c’è una volontà, soprattutto politica, con opportune risorse è possibile conseguire anche questi obiettivi.

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Speciale COVID-19 Quindi è fondamentale il ruolo della progettazione… Assolutamente. La progettazione è sempre fondamentale, ma non dobbiamo dimenticare che quella della climatizzazione è una filiera, nella quale tutti gli operatori concorrono al conseguimento del risultato finale.

D.M. 18/12/1975 Edilizia scolastica

Art 5.3.11 La temperatura degli ambienti adibiti a usi scolastici dovrà essere assicurata, in condizioni invernali, da un adatto impianto di riscaldamento capace di assicurare in tutti gli ambienti quando all’esterno si verificano le condizioni invernali di progetto, le seguenti condizioni interne: temperatura 20 °C ± 2 °C. È consigliabile che vengano assicurati adatti valori della umidità relativa negli ambienti interni adibiti ad attività didattiche e collettive nel periodo invernale, mediante un trattamento di umidificazione dell’aria esterna effettuato dall’impianto di ventilazione idoneo a realizzare un’umidità relativa dell’aria ambiente del 45-55% e a mantenere negli ambienti T = 20 °C.

D.M. 18/12/1975 Edilizia scolastica

Art 5.3.12 Dovrà essere assicurata l’introduzione delle seguenti portate d’aria esterna, mediante opportuni sistemi: i) Ambienti adibiti ad attività didattica collettiva o attività di gruppo. Per scuole materne ed elementari coefficiente di ricambio 2,5. Per scuole medie coefficiente di ricambio 3,5. Per scuole secondarie di 2° grado coefficiente di ricambio 5. ii) Altri ambienti di passaggio, uffici coefficiente di ricambio 1,5. iii) Servizi igienici, palestre, refettori coefficiente di ricambio 2,5.

D.M. 18/12/1975 Edilizia scolastica

Art 5.3.13 Nelle zone in cui si verificano condizioni particolarmente gravi di inquinamento atmosferico dovrà porsi particolare cura per quanto riguarda la presa dell’aria esterna. Prescrizioni su tenuta all’aria La L. 11/01/1996 abroga il D.M. 18/12/1975 e prevede: · che entro 90 giorni dalla data di entrata della legge venissero pubblicate attraverso un decreto le norme tecniche-quadro, contenenti gli indici minimi e massimi di funzionalità urbanistica, edilizia e didattica indispensabili a garantire indirizzi progettuali di riferimento adeguati e omogenei sul territorio nazionale; · che entro 180 giorni le regioni e le province autonome di Trento e di Bolzano, approvano specifiche norme tecniche per la progettazione esecutiva degli interventi, definendo in particolare indici diversificati riferiti alla specificità dei centri storici e delle aree metropolitane. Infine, in attesa dei precedenti provvedimenti possono essere assunti quali indici di riferimento quelli contenuti nel decreto del Ministro dei lavori pubblici 18 dicembre 1975, rendendolo di fatto ancora in vigore.

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Importante è garantire attraverso una corretta progettazione una portata minima per persona di aria esterna, dimenticando i ricambi orari, concetto superato anche se di facile intuizione. La portata minima può essere calcolata secondo due approcci, quello primo prestazionale, basato su valori forniti da leggi o norme tecniche, e quello prestazionale, che richiede la definizione del valore di portata di aria esterna necessaria per ridurre la concentrazione di un contaminante obiettivo in funzione delle caratteristiche del sistema di ventilazione e diffusione scelto. Questo secondo approccio parte dal presupposto che il controllo della concentrazione dell’inquinante obiettivo permette di controllare anche gli altri contaminanti presenti, come ad esempio la CO, i COV, la formaldeide. Provo a fare un esempio dell’approccio prescrittivo. Consideriamo un’aula scolastica di una scuola elementare in cui sono presenti  alunni e l’insegnante. Secondo il Decreto //, la superficie dell’aula dovrebbe essere di circa  m (compresa superficie per cattedra e armadi), con un’altezza di circa  metri e un numero di ricambi orari pari a , h, corrispondenti a una portata di circa  m/h, meno di  l/s per persona, valore che a livello internazionale rappresenta la portata d’aria per persona minima ammissibile, sotto la quale non bisogna scendere. In riferimento alla norma UNI EN -, nel caso di non low polluting building, utilizzando come contaminante di riferimento la CO e come metodologia di calcolo quella della “formula binomia”, cioè la relazione che tiene conto dell’apporto di contaminanti dovuto sia alle persone che all’edificio, nell’aula dell’esempio si potrebbero ottenere tre diverse classi di qualità dell’aria. Per le classi più basse, che prevedono una differenza di concentrazione di CO tra interno ed esterno inferiore a  ppm, dalla formula binomia si ricava una portata totale di aria esterna minima di  m/h corrispondente a circa , l/s per persona; per la classe media con valori di differenza di concentrazione di CO tra interno ed esterno inferiori a  ppm, la portata minima arriverebbe a  m/h,

corrispondente a un valore di circa , l/s per persona, e infine, per conseguire una qualità elevata, con valori di differenza di concentrazione di CO tra interno ed esterno inferiori a  ppm, la portata minima arriverebbe a  m/h, corrispondenti a un valore di circa , l/s per persona. In ogni caso, controllare la concentrazione di CO in ambiente, cercando di ridurla il più possibile, serve non solo a conseguire livelli di qualità dell’aria migliori, ma incrementa la concentrazione e il rendimento degli occupanti. Mai come di questi tempi ne abbiamo capito l’importanza. Qual è la soluzione per evitare che il virus propaghi negli ambienti scolastici? In generale, bisogna adottare tutte le strategie di cui in questi mesi abbiamo potuto verificare l’efficacia, dal distanziamento fisico all’uso di DPI, ma soprattutto bisogna ventilare gli ambienti. Come sempre, ogni caso deve essere valutato singolarmente per essere certi che quanto previsto sia davvero applicabile ed efficace. Allora perché al momento gli impianti HVAC non sono stati presi in considerazione? È una questione di risorse, di stanziamenti da parte dello Stato. E talvolta anche di procedure… AiCARR circa  anni fa aveva supportato un’iniziativa di Assoclima che aveva lo scopo di regalare un impianto HVAC alle scuole e non c’è mai riuscita! Perché ci siamo scontrati con una burocrazia e una lentezza di risposta che alla fine…

FOCUS SULLA PROGETTAZIONE

Lo stato dell’arte progettuale in ambito scolastico: le corrette condizioni di comfort

I

l tema della qualità dell’aria indoor sta assumendo un’importanza sempre maggiore per la salute dei cittadini, anche a causa del continuo aumento dell’inquinamento esterno e del tempo che le persone trascorrono negli ambienti confinati. Per questo motivo, negli ultimi tempi i criteri progettuali degli impianti HVAC hanno subito una notevole evoluzione, non solo in riferimento ad applicazioni ormai consuete, quali quelle relative all’ambito sanitario, ma anche in ambiti finora poco abituali, quale quello dell’edilizia scolastica.

Ha affrontato questa tematica l’intervento di Filippo Busato in occasione del Seminario “La qualità dell’aria interna ed esterna: moderni criteri progettuali realizzativi”, svoltosi lo scorso  febbraio a Napoli. Nel territorio italiano gli edifici scolastici sono  secondo il Miur ( secondo l’anagrafe edilizia). Di questi, il % sono stati realizzati dopo il  e mila prima del . Un patrimonio edilizio vetusto, in cui


Speciale COVID-19 contribuiscono in maniera significativa al benessere e alla prestazione reale dell’individuo.

Incentivare le riqualificazioni NZEB

Figura 2 – Scuola statale secondaria di primo grado “Carlo Macchi” di Via Diaz, Caronno Varesino (VA) oltre  milioni di studenti trascorrono gran parte delle loro giornate, e che richiederebbe un importante intervento di riqualificazione. Durante il seminario, dopo una breve disamina dello stato della normativa e legislazione vigente (si veda il BOX), vengono illustrate attraverso dei casi studio alcune possibili soluzioni per la ventilazione in ambiente scolastico. Se da un lato la progettazione di un edificio nuovo è perfettamente compatibile con la sua dotazione di impianti di ventilazione in grado di soddisfare i requisiti normativi, dall’altro le portate richieste dall’elevato affollamento e le altezze dei locali (aule, corridoi ecc) risultano molto spesso in un vincolo architettonico rilevante nelle riqualificazioni; accade che non sia sempre possibile realizzare impianti di ventilazione nel retrofit di edifici che possano garantire il ricambio d’aria necessario. Quindi se le nuove costruzioni consentono una certa libertà e flessibilità al progettista, nel caso delle riqualificazioni spesso il professionista deve rispondere alla richiesta con soluzioni non banali; dalla scelta di adottare impianti dedicati per ogni singola aula (con sistemi simili a quelli adottati per la VMC residenziale), a quella di sacrificare una parte del benessere acustico realizzando le condotte di distribuzione in sola mandata e provvedendo alla ripresa nei locali comuni adottando l’espediente delle griglie di transito sulle porte delle singole

aule. Lungi dall’essere considerate queste ultime come soluzioni di “ripiego”, è importante considerare che anche qualora non si potessero garantire i - m/(h persona) come da norma, un ricambio di - m/(h persona) comporta già delle sufficienti condizioni interne di qualità dell’aria che

La riqualificazione energetica consente l’installazione di impianti di ventilazione per portate di almeno - m/(h persona). In quest’ottica sarebbero da incentivare le riqualificazioni NZEB (e le costruzioni del nuovo), che consentono portate adeguate alle prescrizioni della UNI . Se nelle riqualificazioni, in presenza di vincoli tecnici importanti, è possibile operare con apparecchiature simili alle unità per residenziale, nelle singole aule, nelle riqualificazioni più importanti e nel nuovo si può operare con uno o più impianti centralizzati. 

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Speciale SCUOLE POST COVID-19 Scuole NZEB

Pompadi calore a doppia sorgente per la climatizzazione di palestra e laboratoriNZEB L’utilizzo di pannelli ibridi (PVT) accoppiati al terreno consente risparmi energetici importanti e la completa autosufficienza elettrica di un innovativo impianto con pompa di calore a doppia sorgente termica Renato Lazzarin, Marco Noro*

I

L FABBISOGNO ENERGETICO per la climatizzazione degli

edifici richiede in tutti i paesi industrializzati una percentuale dal  al % del consumo complessivo. È un valore elevato che non può che sorprendere chi conosca le tecniche di coibentazione degli edifici e le nuove tecnologie degli impianti. L’impiego sistematico delle nuove conoscenze in proposito consente di realizzare degli edifici che richiedono un contributo di energia fornita dalla rete elettrica e tramite combustibili tradizionali davvero minimo. Si ottengono in questo modo gli edifici denominati NZEB (Nearly Zero Energy Buildings) [] []. La ristrutturazione complessiva del blocco laboratori/palestra dell’Istituto “Della Lucia” di Vellai di Feltre (BL), in corso di realizzazione quest’anno, fornisce l’occasione di utilizzare in maniera intelligente diverse moderne tecnologie con il proposito di realizzare un edificio non solo ZEB (nessuna energia dall’esterno), ma addirittura in grado di mettere a disposizione dell’energia per edifici vicini o per la rete elettrica.

Descrizione dell’intervento Sulla scorta di una modellizzazione in Trnsys [] con un time step di  min, si sono determinati i carichi termici di riscaldamento e raffrescamento annuali dell’edificio (Figura ). Occorre considerare anche il riscaldamento dell’Acqua Calda Sanitaria (ACS). Tale fabbisogno termico è fortemente determinato dalla concentrazione temporale e dalla temperatura della

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richiesta (la seconda è stata fissata in questo studio a  °C). Considerando il prolungato utilizzo della palestra anche fuori orario scolastico (oltre le :), si è ipotizzato un consumo di acqua calda distribuito nell’arco della giornata (dalle : alle :) via via crescente, con portate massime dalle : alle :, per un totale di  l al giorno. I valori sono coerenti con quelli determinati con metodo di calcolo secondo UNI TS -: si è optato pertanto per l’installazione di una macchina della taglia nominale indicativa di  kW frigoriferi e  kW termici.

L’impianto e relativa logica di controllo La caratteristica di originalità dell’impianto di climatizzazione è data dalla sezione solare composta da pannelli ibridi PVT. Si tratta di pannelli fotovoltaici (PhotoVoltaic) in grado di sfruttare una parte dell’energia termica (Thermal) che si è sviluppata per la parte di radiazione solare che non ha prodotto energia elettrica. Il vantaggio è duplice, legato sia al raffreddamento delle celle fotovoltaiche con relativo incremento di rendimento, sia al recupero termico. I PVT disponibili in commercio sono generalmente privi di copertura in vetro (modulo MSS di Figura ), ma vi sono anche sistemi vetrati (moduli PVTWIN e COGEN) che consentono temperature più elevate per l’effetto termico disponibile ([]-[]). La scarsa diffusione dei sistemi vetrati è dovuta al timore del raggiungimento di temperature troppo

elevate che potrebbero danneggiare le celle PV allo spegnimento della pompa di circolazione solare dovuta alla ridotta o assente richiesta termica in particolare nei mesi estivi. Nell’impianto proposto, una pompa di calore elettrica a doppia sorgente (dual-source) produce l’acqua calda e fredda per soddisfare tutti i carichi (riscaldamento, raffrescamento, ACS). Una prima sorgente della pompa di calore è un sistema a tubi verticali a terreno. La seconda è proprio la sezione PVT. La pompa di calore è generalmente alimentata dall’energia elettrica prodotta dalla sezione PVT, alla quale è stata aggiunta una sezione di pari area di PV “tradizionale”. L’energia termica che il PVT mette a disposizione viene impiegata nel preriscaldamento dell’ACS, ovvero come sorgente fredda della pompa di calore, quando i livelli termici siano più vantaggiosi rispetto al terreno. Nel caso di ridotta o assente richiesta termica i PVT inviano l’acqua calda prodotta negli scambiatori a terreno, consentendo un certo livello di ricarica. Uno schema semplificato dell’impianto è riportato in Figura , dove


Speciale SCUOLE POST COVID-19

L’EDIFICIO

L’edificio oggetto di ristrutturazione, in Figura 1, di proprietà della Provincia di Belluno, è stato completato nel 1960; esso è a pianta rettangolare di lati 33,1 m x 25,1 m con lato maggiore disposto approssimativamente in direzione nord-sud e presenta un corridoio di collegamento all’istituto scolastico sulla metà a nord del lato est (dimensioni 15 m x 15 m). Si compone di tre piani: il piano terra ospita la palestra del complesso scolastico con annessi spogliatoi, bagni e deposito attrezzi. La palestra si estende su una doppia altezza e al primo piano, sopra agli spogliatoi, saranno collocati la sala pesi e un piccolo bar. Al secondo piano infine sono presenti varie aule e laboratori, che verranno ristrutturati e resi nuovamente utilizzabili. La totale superficie calpestabile è di 2435 m2, con una superficie disperdente pari a 2505 m2 e un volume riscaldato di 11060 m3. La coibentazione di pareti e coperture porterà i valori di trasmittanza termica a 0,15 W m-2 K-1, mentre pavimento verso terra e sistemi vetrati avranno valori pari a 0,5 W m-2 K-1 e 0,7 W m-2 K-1 rispettivamente.

(a) Figura 1 – Edificio oggetto dell’intervento di ristrutturazione a NZEB: blocco laboratori e palestra dell’Istituto Agrario Della Lucia di Vellai di Feltre (BL). (a) stato attuale; (b) dopo l’intervento previsto

le principali apparecchiature sono collegate tramite accumuli termici opportunamente dimensionati. L’impianto dà una prima impressione

(b)

di complessità per la presenza di ben cinque accumuli. La complessità è solo apparente se si tiene conto delle funzioni assegnate ai tre elementi principali: • pompa di calore;

Figura 2 – Fabbisogni termici di riscaldamento+ventilazione e di ACS (valori negativi), e di raffrescamento+deumidificazione (valori positivi)

• pannelli PVT; • accumulo a terreno. La pompa di calore produce acqua calda per il riscaldamento degli ambienti o dell’ACS e acqua fredda per il carico di raffrescamento. Le sue sorgenti fredde sono la heat source tank, alimentata dal PVT o dal terreno, o la cold tank, quando vi sia carico di raffrescamento. La pompa di calore indirizza il flusso termico utile alla hot tank. Ma quando il set point di questa sia soddisfatto, il condensatore della pompa di calore scarica sulla heat source tank (funzionamento da chiller). I pannelli PVT, oltre a produrre energia elettrica, provvedono energia termica alla pre-heating DHW tank che, come suggerisce il nome, preriscalda l’ACS, ovvero alla heat source tank, sorgente fredda della pompa di calore. Qualora non sia richiesta energia termica né da una parte né dall’altra, il calore prodotto va al terreno. L’accumulo a terreno fornisce energia termica a basso livello alla heat source tank, sorgente fredda della pompa di calore, in alternativa ai PVT, da cui riceve (generalmente d’estate) il calore in eccesso che si aggiunge a quello derivante dal condensatore del chiller, entrambi utili a ricaricare il terreno per l’inverno successivo. Anche la logica di controllo non è particolarmente complessa dal momento che si basa sul confronto delle temperature nei diversi accumuli e su un rilievo di intensità della radiazione solare (e di temperatura dell’aria esterna). Si stabilisce una soglia critica di radiazione sulla base delle temperature della pre-heating DHW tank e della heat source tank. L’eventuale superamento di uno dei due valori indirizza l’acqua calda o tiepida prodotta sul primo o sul secondo accumulo. Qualora entrambi abbiano raggiunto il valore limite del set point, il PVT scarica sul terreno. Il funzionamento della pompa di calore è dettato dalla richiesta della hot tank, ovvero in presenza di carico di raffrescamento dalla cold tank. La richiesta dalla hot tank è condizionata anche dalla DHW tank. Ovviamente le richieste dei singoli accumuli sono legate al fabbisogno di riscaldamento, raffrescamento e al consumo di ACS. La palestra viene riscaldata tramite un impianto a pavimento radiante, e raffrescata tramite un impianto a tutta aria che provvede anche alla ventilazione ( mh). Gli altri ambienti (sala pesi, bar, laboratori e uffici) sono climatizzati tramite fan-coils, mentre per i bagni è previsto il solo riscaldamento tramite radiatori. I laboratori vengono serviti da una UTA dedicata ( mh) per le necessità di ventilazione.

Analisi energetica (a) (b) Figura 3 – (a) Tre pannelli PVT studiati presso l’impianto di prova del DTG dell’Università di Padova. MSS = modulo PVT non vetrato di costruzione israeliana; PVTWIN = modulo PVT vetrato, prototipo realizzato dal TNO olandese; COGEN = prototipo vetrato realizzato dal DTG; (b) sezione del pannello COGEN raffreddato ad acqua

Rimandando alla bibliografia per maggiori dettagli riguardanti il dimensionamento e la modellizzazione dei diversi componenti dell’impianto [], si riportano qui alcuni dei principali risultati dell’analisi energetica della configurazione d’impianto individuata come la migliore tra quelle

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Speciale SCUOLE POST COVID-19 S

analizzate:  m di campo PVT,  sonde geotermiche di profondità  m ciascuna + un campo solare fotovoltaico (PV) di ulteriori  m al fine di aumentare il grado di copertura del fabbisogno elettrico dell’impianto (questo anche in considerazione della possibilità di utilizzare l’energia elettrica eventualmente prodotta in eccesso per soddisfare gli altri usi elettrici dell’edificio (illuminazione, forza motrice) come anche per lo scambio con la rete). Le simulazioni sono state svolte con time step pari a un quarto d’ora. La Figura  mette in evidenza la forte crescita del contributo del PVT alla produzione di acqua calda sanitaria (PVT En Term al Pre DHW Tank) nelle mezze stagioni e nel periodo estivo. L’energia termica prodotta dal PVT fornisce più del % del fabbisogno termico per l’ACS, raggiugendo il % nel mese di luglio. Il risultato è molto significativo, se si tiene presente che il fabbisogno di ACS è stimato a un valore giornaliero di  m. Il valore in assoluto ridotto per il mese di luglio e nullo per il mese di agosto sono dovuti alla chiusura dell’edificio da metà luglio fino alla fine di agosto. Nei mesi più freddi si vede come vi sia comunque un apprezzabile contributo alla produzione di ACS, mentre una parte importante dell’energia termica prodotta dal PVT sia ceduta al Heat Source Tank in ragione delle minori temperature di funzionamento dei pannelli (contributo come sorgente termica della pompa di calore). Nelle mezze stagioni tale contributo diminuisce sempre più in quanto l’apporto di energia termica al Heat Source Tank verrà dato soprattutto dal condensatore della pompa di calore (funzionante allora come chiller). Al contrario, l’interazione tra PVT e terreno si ha sostanzialmente solo nelle mezze stagioni e soprattutto in estate, quando il terreno funge da pozzo termico o del PVT stesso o del Heat Source Tank (quando questo superi la temperatura di  °C). Dalla Figura  si evince che: . Funzionamento in pompa di calore (sostanzialmente da novembre a febbraio). La sorgente termica è l’Heat Source Tank e il pozzo termico è l’Hot Tank (effetto utile). Si noti che, a differenza dei mesi invernali in cui la macchina funziona sempre in modalità pompa di calore, negli altri mesi i consumi di energia elettrica fanno riferimento anche al funzionamento come chiller. . Funzionamento come chiller. L’effetto utile è l’energia sottratta al fluido lato evaporatore in collegamento con il Cold Tank (Dal Cold Tank all’evaporatore). Il calore di condensazione viene ceduto all’Heat Source Tank (Dal condensatore al Source Tank, in misura via via maggiore man mano si va verso i mesi estivi) piuttosto che allo Hot Tank (Dal condensatore al Hot Tank). Si noti che, nei mesi estivi, si ha un utile recupero termico del calore di condensazione per la produzione dell’ACS (ed eventualmente per contribuire al soddisfacimento dei limitati carichi di riscaldamento dovuti

22

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TPVT

Ta

S

PVT

SP

EM1

M1

T1

T2

0B1

1

0

M3

E 1

EM3

T5

C

0

P6

T6

Tsource_tank

HEAT SOURCE TANK

1

T7

EM4 M4

0G

PDC

T9

T8

EM5

I 1

HOT TANK

M5

--------------------------------------

Tout_HP_source CHILLER

1

Tout_hot_tank

0

0F

0

EM7

DHW TANK

M7 T13

0L 1

T10

P4

P3

Tdhw

M1

RESISTENZA ELETTRICA

P4_A

RESISTENZA ELETTRICA

0

HEX1

T14

0

Tbottom_DHW_tank

A 1

N 1

P2

P5 T4

M2 T3

COLD TANK

EM2

T11

EM6

M8

Tto_load

Tground

Tpre_dhw

EM8

M6

T15

T16

T12

EM9

P3_A

M9 T17

TERRENO

DHW loop PVT - Source Tank - Ground loop Heating - DHW loop HP - Chiller loop

PREHEATING DHW TANK HEX2

T18

Tbottom_pre-heating_DHW_tank

CARICO ACS

Fan coils

Radiant floor Fan coils / Radiators

Cold coils AHU

CARICO DI RAFFRESCAMENTO

Hot coils AHU

CARICO DI RISCALDAMENTO

Figura 4 – Schema funzionale semplificato dell’impianto di climatizzazione

Figura 5 – Bilancio mensile dell’energia solare del campo PVT (INPUT positivi, OUTPUT negativi)

Figura 6 – Bilancio mensile dell’energia scambiata dalla pompa di calore/chiller (INPUT positivi, OUTPUT negativi) alle batterie di post-riscaldamento dell’aria nelle UTA). In ciò, se non c’è richiesta di carichi di raffrescamento, la pompa di calore continua a prelevare calore dal Heat Source Tank. La Figura  riporta i valori medi mensili dei principali

indici di efficienza della pdc/chiller e dell’impianto. Questo presenta i valori maggiori nelle mezze stagioni (quando la sorgente termica PVT si trova a temperature ancora più vantaggiose di quelle


Speciale SCUOLE POST COVID-19 del terreno che è la sorgente maggioritaria durante i mesi invernali, garantendo valori di COP della pompa di calore/ chiller sempre superiori). Gli alti valori di

EER nelle mezze stagioni, dovuti ai livelli termici favorevoli al condensatore (soprattutto quando questo è interfacciato con l’Heat Source Tank), oltre alla possibilità del recupero termico (quando il condensatore è

interfacciato all’Hot Tank), consentono di ottenere valori di efficienza globale molto elevati, anche d’estate. I consumi degli ausiliari elettrici degli accumuli sono estremamente limitati ( MJ,  kWhel). L’apporto dell’energia solare prodotta dal campo PVT per la produzione dell’ACS consente di aumentare sensibilmente il PERimp rispetto il PERsist a partire dalle mezze stagioni e per tutta l’estate (cfr. didascalia di Figura ). Il consumo delle pompe ( MJel,  kWhel) risulta non trascurabile rispetto a quello della pdc/chiller ( MJel,  kWhel), legato soprattutto alla pompa del circuito geotermico. Grado di copertura del fabbisogno elettrico e termico e dipendenza dalla rete elettrica

Figura 7 – Indici di efficienza della sola pdc/chiller (COP e EER), del sistema pdc/chiller + consumo pompe di circolazione (PERsist) e dell’impianto complessivo pdc/chiller + contributo solare diretto + consumo pompe di circolazione + consumi elettrici dei resistori ausiliari degli accumuli (PERimp)

Nel valutare i risultati ottenuti si deve sempre tenere presente come quasi tutta l’energia elettrica richiesta dall’impianto sia messa a disposizione dalle sezioni PV, con i risultati di seguito descritti. In termini di indipendenza dell’impianto dalla rete elettrica, la quantità di energia elettrica da acquistare dall’esterno ammonta annualmente a  kWhel (concentrata nei mesi invernali quando l’autoproduzione da fotovoltaico è minore), per una spesa totale di  euro annui (si è considerato un costo dell’energia pari a , €/kWhel) (Figura ). Si ha un’eccedenza nella produzione di  kWhel, che corrispondono a un risparmio di  € nel caso in cui tale energia elettrica venga utilizzata nel complesso scolastico per consumi quali illuminazione, alimentazione di apparecchi elettrici ecc. La percentuale di copertura dei fabbisogni elettrici dell’impianto da parte della produzione di energia elettrica dei due campi PVT e PV è crescente dal mese di gennaio, raggiunge il valore più alto nel mese di aprile, per poi tornare a valori attorno al % nei mesi dal clima più rigido.

Conclusioni

Figura 8 – Valori mensili dell’energia elettrica prodotta dagli impianti PVT e PV (suddivisa in “utilizzata per il consumo dell’impianto” e “disponibile per gli altri usi elettrici”) e dell’energia richiesta dalla rete

BIBLIOGRAFIA

[1] Directive 2010/31/EU of the European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the energy performance of buildings. http://data.europa.eu/eli/dir/2010/31/oj (accessed 19.09.19). [2] Directive (EU) 2018/844 of the European Parliament and of the Council of 30 May 2018 amending Directive 2010/31/EU on the energy performance of buildings and Directive 2012/27/EU on energy efficiency. http://data.europa.eu/eli/dir/2018/844/oj (accessed 19.09.19). [3] Klein SA, et al. 2010. TRNSYS 17: a transient system simulation program, Solar Energy Laboratory, University of Wisconsin, Madison, USA, <http://sel.me.wisc.edu/trnsys>, (accessed 14.06.19). [4] Makki A, Omer S, Sabir H. Advancements in hybrid photovoltaic systems for enhanced solar cells performance. Renewable Sustainable Energy Rev 2015; 41:658-684. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.08.069. [5] Daghigh R, Ruslan MH, Sopian K. Advances in liquid based photovoltaic/thermal (PV/T) collectors. Renewable Sustainable Energy Rev 2011; 15:4156–4170. https://doi.org/10.1016/j.rser.2011.07.028. [6] Busato F, Lazzarin R, Noro M. Experimental analysis of photovoltaic cogeneration modules. International Journal of Low Carbon Technologies 2008; 3(4):221-244. https://doi.org/10.1093/ijlct/3.4.221. [7] Busato F, Lazzarin R, Noro M. Photovoltaic cogeneration: theoretical and experimental analysis of an innovative module. Proceedings 48th International Congress Aicarr “Energy refurbishment of existing Buildings – which solutions for an integrated System: Envelope, Plant, Control”. Baveno. 2011;309-320; ISBN 978-88-95620-44-2. [8] Ito S, Miura N, Wang JQ. Heat pump using a solar collector with photovoltaic modules on the surface. J Sol Energy Eng 1997; 119:147–51. https://doi.org/10.1115/1.2887894. [9] Zondag HA, de Vries DW, van Helden WGJ, van Zolingen RJC. The yield of different combined PV-thermal collector designs. Sol Energy 2003; 74:253–69. https://doi.org/10.1016/S0038-092X(03)00121-X. [10] Lazzarin R, Noro M. Photovoltaic/Thermal (PV/T) / ground dual source heat pump: optimum energy and economic sizing based on performance analysis. Energy and Buildings 2020; 211:109800. https:// doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.109800.

Il confronto, seppur semplificato, dell’impianto qui proposto con un impianto di tipo “tradizionale”, considerato come costituito da una caldaia a condensazione a gas naturale (rendimento globale medio stagionale sul potere calorifico inferiore %) e da un chiller elettrico aria/acqua, vede il primo maggiormente conveniente in tutti i mesi dell’anno, grazie alla complessiva maggior efficienza di conversione energetica: in termini annuali, il consumo di energia primaria dell’impianto tradizionale è pari a  GJ, mentre l’impianto proposto fornisce un surplus netto pari a , GJ.  * Renato Lazzarin, Università degli Studi di Padova – Past President AiCARR Marco Noro, Università degli Studi di Padova – Socio AiCARR

RINGRAZIAMENTI

Si ringraziano lo studio tecnico Areatecnica (progetto generale e impiantistico) e l’Amministrazione Provinciale di Belluno per i dati forniti.

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Promuovere la sinergia tra i mondi della ricerca, delle aziende e delle professioni Continua la pubblicazione della sezione dedicata ad articoli con contenuti tecnico-scientifici presentati secondo gli standard internazionali, fortemente voluta dal Comitato Scientifico che crede nella sinergia tra mondo della ricerca, mondo delle aziende e mondo della professione: la ricerca mette a disposizione delle aziende e dei professionisti strumenti utili per lo sviluppo delle loro attività e da loro riceve continui stimoli. In questo senso, il Comitato Scientifico ritiene indispensabile che gli articoli presentati in questa sezione siano contemporaneamente caratterizzati da rigore scientifico e utili a tutti i lettori di AiCARR Journal. Questo numero, il primo secondo la presente direzione scientifica, è caratterizzato da interessanti lavori su temi attuali, due dei quali in lingua inglese. Il primo contributo riguarda la climatizzazione di ambienti industriali, in particolare il riscaldamento invernale, operato per mezzo di sistemi radianti alimentati da generatori di calore a condensazione; i risultati dimostrano come i risparmi rispetto ai tradizionali sistemi di riscaldamento ad aria calda siano ragguardevoli e meritino grande considerazione. Il secondo è un contributo originale basato sulla fluidodinamica computazionale relativo all’ottimizzazione del sistema di riscaldamento di una serra (involucro insolito rispetto agli edifici tradizionali) tramite pompa di calore geotermica. I risultati dimostrano le grandi potenzialità dell’utilizzo della simulazione numerica in applicazione a situazioni non convenzionali. Il terzo e ultimo contributo riguarda un interessantissimo confronto tra il comportamento reale e la previsione secondo simulazione delle prestazioni energetiche di un edificio ad energia quasi zero. I risultati costituiscono un’importante spunto di riflessione sul ruolo degli occupanti e del loro comportamento, e di come questo debba essere tenuto in debito conto nella fase di progettazione dell’involucro e dell’impianto, in previsione delle prestazioni reali che il sistema registrerà in futuro. Il Comitato Scientifico ringrazia gli Autori.

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ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 62, n. 3, 25 - 29, 2020

Renato Lazzarin1, Marco Noro1*

Energy analysis based on dynamic simulation of industrial heating by radiant modules with condensing unit Analisi energetica basata sulla simulazione dinamica del riscaldamento industriale mediante moduli radianti con unità di condensazione

1

Department of Management and Engineering – University of Padova, Vicenza, Italy

*Corresponding author:

DOI: 10.36164/AiCARRJ.62.03.02

Marco Noro

Department of Management and Engineering University of Padova Stradella S. Nicola, 3 36100 Vicenza, Italia marco.noro@unipd.it tel +39 0444 998704

Abstract

Sommario

Industrial buildings are characterized by large dimension of the air-conditioned volume with respect to the occupied volume. This is mainly due to great heights and areas. Usually, industrial buildings are heated only. Radiant heating systems are particularly suitable for this kind of buildings, furthermore air systems are largely used as well. This paper reports on the dynamic simulation of a real industrial building coupled with an innovative condensing radiant heating system. A Trnsys type is modified in order to simulate the behavior of the high temperature condensing system. Energy performance is compared to that of two more traditional plants such as warm air heater and low temperature radiant floor coupled to condensing boiler. A comparison from the indoor thermal comfort point of view is reported as well. Keywords: ▶ Radiant system ▶ Condensing unit ▶ Industrial heating ▶ Energy efficiency ▶ Air heater

L’ambiente industriale è caratterizzato da grandi dimensioni del volume climatizzato rispetto al volume occupato, a causa delle elevate dimensioni in pianta e altezze. Si tratta di ambienti che di solito presentano il solo riscaldamento invernale. I sistemi di riscaldamento radianti sono particolarmente adatti a questo tipo di ambienti, ma sono molto utilizzati anche i sistemi di riscaldamento ad aria. Scopo di questo lavoro è, attraverso la simulazione dinamica di un edificio industriale reale e del relativo impianto, valutare le prestazioni energetiche in riscaldamento di un innovativo impianto a nastri radianti a condensazione, a confronto con due soluzioni basate su generatori di aria calda a basamento e pavimento radiante accoppiato con caldaia a condensazione. Viene svolto anche un confronto basato sulle condizioni di comfort interne. Parole chiave: ▶ Sistema radiante ▶ Unità di condensazione ▶ Riscaldamento industriale ▶ Efficienza energetica ▶ Aerotermo

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ORIGINAL ARTICLE Introduction Traditional heating, ventilation and air conditioning (HVAC) plants are not commonly used in industrial buildings. These have different characteristics with respect to residential or commercial ones, such as higher heights (till more than  m), the presence of equipment on the walls or ceiling (bridge cranes, pipes and tubes, etc.), very big doors often opened, very large floor surfaces with different kind of occupation by workers, usually scarce thermal insulation, and different comfort condition requests (Lazzarin, ). For such reasons, two main types of heating systems are largely diffused for industrial heating: air heater systems and radiant systems. The former are installed in the form of ground or wall-mounted air heaters fueled by natural gas, wall-mounted air heaters supplied by hot water, and controlled mechanical ventilation plants (Lazzarin, ). Radiant systems are characterized by the temperature of the radiant surface. Concerning the high temperature ones, many solutions are on the market since many years: modular systems equipped with small gas burners (radiant tubes), panels heated by steam or pressurized water, electrical radiant systems (Brunello et al., ) (De Carli and Polito, ). The advantages of high temperature radiant systems are related to their main heat transfer mode (i.e. radiation), so to the possibility of reducing the air temperature required for comfort conditions and addressing the heat flux towards the zone of interest. As a matter of fact, work is still needed on the design of these systems and on evaluating the energy performance and comfort conditions (Brunello et al., ) (D’Ambrosio Alfano, ). Heating floor systems find some utilization also in industrial buildings, even if their application is not considered advisable (Lazzarin, ). The fact is that the heating floor is usually built up before the final plant lay out is known. Consequently, wide areas of the floor might result covered by machineries with modest heating ability. Another possibility is that warehouses are uselessly heated. More recently, an innovative condensing radiant tubes (CRT) system is available on the market. In this system, the exhaust from the tubes is coupled to a condensing heat exchanger to produce hot water that feeds a wall-mounted air heater, thus enhancing the thermal efficiency of the radiant tubes. In this paper, energy performance and comfort conditions featured by such a system applied in a real industrial building located in the North-West of Italy are evaluated by means of dynamic simulations by using Trnsys rel.  software. The study is carried on firstly by simulating a typical industrial building in order to calculate the annual heating load. Successively, the innovative condensing radiant tubes system is modelled, and energy performance and indoor thermal comfort conditions are evaluated. Finally, two alternative heating systems are studied as benchmark: an air heater based system (Air), and a radiant floor coupled to a condensing boiler plant (condensing radiant floor, CRF). As a variety of real situations are present, the thermal efficiency of generators is considered varying in suitable ranges in order to take into account both modern and old plants for both Air and CRF system.

Methods Building modelling

The industrial building (type of use E. by the Italian decree DPR /) is located in the province of Cuneo (North-West of Italy), latitude °' N, altitude  m a.s.l.,  degree days (climatic zone E). The heating period is from th September till th April. The thermal trasmittances expressed in WmK are: . for external wall,

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AiCARR Journal / Vol 62, n. 3, 25 - 29, 2020 . for floor facing ground, . for ceiling, . for ceiling shed, . for windows. The building is divided into two thermal zones whose main characteristics are reported in Table . The heating plant is supposed to be in operation from . am till . pm with an air infiltration of . vol h, whereas the presence of people (degree of activity and clothing:  persons in zone ,  persons in zone ,  met,  clo) and lighting scheduling (heating gain fixed at  Wm) are fixed from . am till . pm. Table 1 – Thermal zones of the building Tabella 1 – Zone termiche dell’edificio Thermal zone 

Thermal zone 

Floor area (m)



.

Net height (m)

.

.

Indoor air temp. (°C)





Net volume (m)



.

The dynamic simulation of the building with a . h time step allows to calculate the heating loads (Figure ). The thermal power of the heating generators is limited to  kW and  kW for thermal zone  and  respectively, as to be consistent with the installed power in the real building by the condensing radiant tubes’ manufacturer.

Figure 1 – Heating loads for the two thermal zones (sensible and due to infiltration of outdoor air) Figura 1 – Carichi termici di riscaldamento (sensibile e dovuto alle infiltrazioni d’aria esterna) delle due zone termiche

Modelling of the CRT, Air and CRF systems

CRT are set up by a radiant tubes system coupled to a condensing heat exchanger that recovers the condensing heat of the exhaust to produce hot water (at around  °C) by means a wall-mounted air heater. An exhaust tab controls the combustion air flow rate by recirculating part of the exhaust (Grec) to keep the air excess at the minimum value at part load operation (i.e. when natural gas fuel is regulated by a proportional valve, Figure ). The Trnsys types  and  have been modified in order to simulate the behavior of the high temperature radiant tube system, considering both the radiative and the convective heat exchanges. Moreover, suitable baffles applied in the upper part are considered in order to reduce convection and consequent thermal stratification. The CRT burner turns on at maximum power in order to get the maximum exhaust temperature. As indoor air temperature approaches the set-point, thermal power by the CRT burner is modulated by controlling the natural gas proportional valve in order to have the


ORIGINAL ARTICLE

Renato Lazzarin, Marco Noro

Figure 2 – Mass flow balance for the condensing radiant tube

• thermal efficiency variable as function of the burner modulation (Figure a). As previously stated, thermal efficiency is considered varying in different ranges to take into account a more recent generator (. ≤ ηth,HHV ≤ .) or an older one (. ≤ ηth,HHV ≤ .); The second benchmark system is a ground air heater system (Air), the hypotheses considered in this case are: • total nominal thermal power of the ground air heater installed  kW; • supply air temperature variable as a function of outdoor air temperature; • thermal efficiency and air flow rate variable as a function of the indoor air temperature as reported in Figure b ( vol h- is considered the minimum value useful to keep suitable uniformity of indoor air temperature). Again, thermal efficiency is considered varying in different ranges: . ≤ ηth,HHV ≤ . for a more recent generator case, and . ≤ ηth,HHV ≤ . for an older one.

Figura 2 – Bilancio di portata di massa per il nastro radiante a condensazione

(a)

suitable fuel mass flow rate (Gfuel) to produce the heating load requested at that time step (Pheat_load): Pheat_load Gfuel = — (1) ηth,HHV · HHVNG In Eq. , ηth,HHV is the system’s thermal efficiency based on the high heating value of natural gas (HHV =  MJ Sm) (Figure ). The fuel modulation decreases the exhaust temperature, and the exhaust tab is regulated in order to have the correct minimum air excess in the burner (Figure ).

(b)

Figure 3 – Control logic of the natural gas proportional valve (purple) and the exhaust tab (green). Grec is expressed in terms of fraction of the radiant tubes return flow (Gret in Figure ). Thermal efficiency (on HHV) vs modulation is reported as well (orange). In the simulations the hypotheses are Tmin =  °C, Tavg = . °C, Tmax =  °C

(Gret di Figura 2). Viene riportato anche il valore dell’efficienza termica (rispetto il PCS)

Figure 4 – (a) Condensing radiant floor system: thermal efficiency of the condensing boiler (on HHV) (ηmax is equal to . or ., ηmin is equal to . or ., Modmin is equal to . or . for modern and old generator respectively); (b) Air heater system: thermal efficiency (on HHV, purple) and supply air flow rate (green, in vol h) (ηmax is equal to . or ., ηmin is equal to . or . for modern and old generator respectively). In the simulations the hypotheses are Tmin =  °C, Tavg = . °C, Tmax =  °C

in funzione del grado di modulazione (arancione). Nelle simulazioni le ipotesi sono:

Figura 4 – (a) Sistema con pavimento radiante e caldaia a condensazione: efficienza

Tmin = 17 °C, Tavg = 17,5 °C, Tmax = 18 °C

termica della caldaia (rispetto il PCS) (ηmax è uguale a 0,96 o 0,93, ηmin è uguale a 0,90

To evaluate the energy and thermal comfort performance of the CRT system, two alternative heating systems are considered as benchmark. A first solution is a radiant floor coupled to a condensing boiler plant (condensing radiant floor, CRF), the hypotheses considered are: • distance between tubes . m, outer diameter and thickness of tubes . m and . m; • radiant floor water flow rate  kg h m; • nominal thermal power of the condensing boiler  kW (equal to the CRT case); • supply water temperature variable as function of outdoor air temperature;

o vecchia tecnologia); (b) Sistema con generatore di aria calda a basamento: effi-

Figura 3 – Logica di controllo della valvola proporzionale gas (viola) e della serranda fumi (verde). Grec è espressa come frazione della portata di ritorno del nastro radiante

o 0,87, Modmin è uguale a 0,10 o 0,30 per un generatore rispettivamente di moderna cienza termica della generatore (rispetto il PCS, viola) e portata di immissione (verde, in vol h-1) (ηmax è uguale a 0,84 o 0,72, ηmin è uguale a 0,80 o 0,70 per un generatore rispettivamente di moderna o vecchia tecnologia). Nelle simulazioni le ipotesi sono: Tmin = 17 °C, Tavg = 17,5 °C, Tmax = 18 °C

Results and discussion Energy performance analysis

The monthly energy performance of the three heating systems are reported in Figure  as primary energy consumption in specific terms

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ORIGINAL ARTICLE (per square meter of floor area), and as mean monthly thermal efficiency based on HHV of natural gas. As a matter of fact, the Air system features the worst performance in terms of primary energy consumed, even if considering the modern generator case. The savings allowed by the “condensing solutions” (CRT and CRF) are greater during mild months (from April to October) in relative terms, as the greater distances between their efficiencies and the Air systems efficiencies occur during the period with the lowest heating demand. This is due to the positive characteristic of the condensing heaters to increase their efficiency when operating at partial conditions.

AiCARR Journal / Vol 62, n. 3, 25 - 29, 2020 Indoor thermal comfort analysis

CRT allows view factors around one between the heating tubes and persons on the floor, whereas the presence of production equipment and appliances on the floor can reduce the useful area for the heat exchange in the case of CRF system. Therefore, it is worth to compare the heating systems from the indoor thermal comfort conditions point of view as well. Such an analysis is carried out on two consecutive days of the heating period (e.g. th – th January), the former with a lower solar radiation and outdoor air temperature than the latter. Figure  reports the indoor air temperature and operative temperature for thermal zone  for the CRT and Air systems. For the CRF system, Figure  reports the same figures comparing the theoretical case (the whole floor area is available for the heat exchange) with a more realistic case (% of the floor is available). (a)

Figure 5 – Specific primary energy consumption and thermal efficiency for the different heating systems Figura 5 – Consumo specifico di energia primaria ed efficienza termica per i diversi sistemi di riscaldamento

Figure  reveals also that the CRT features lower energy consumption with respect to CRF during the coldest months (from December to February, when the heating needs are the greatest), whereas energy performance of the two systems are quite similar during milder months. Obviously, the advantage of the CRT plant is greater when compared with CRF with older boiler. Figure  reports the annual value of the specific primary energy consumption of the different solutions. The innovative condensing radiant tubes system features the best energy performance, allowing a very high primary energy saving (till more than %) with respect to the Air system, and a significantly higher energy saving (till more than %) with respect to the CRF one.

(b)

Figure 7 – Indoor air temperature (TAIR) and operative temperature (TOP) for thermal zone : (a) CRT system; (b) air heater system Figura 7 – Temperatura dell’aria interna (TAIR) e temperatura operativa (TOP) per la zona termica 1: (a) Sistema CRT; (b) Sistema con generatore di aria calda a basamento

Figure 6 – Annual values of the specific primary energy consumption. Primary energy saving of CRT with respect to the benchmark technologies is reported as well Figura 6 – Valori annuali del consumo specifico di energia primaria. Viene riportato anche il risparmio di energia primaria del CRT rispetto alle tecnologie di confronto

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Even if all the heating systems allow a predicted mean vote between  and . during the occupation time (that is satisfactory thermal comfort conditions useful to classify the indoor environment in class B based on ISO  standard), the operative temperature (continuous orange line) for the CRT plant remains more constant and more similar to the air temperature (blue dotted lines) during the day with respect to the CRF and, above all, to the Air system. Moreover, the CRT plant allows a greater swiftness of reaching the set-point value at the start of operation (at . am). As a matter of fact, the CRF system features a lower control capacity of the operative temperature with respect to CRT solution (above all during the second day when the greater solar radiation thermal gains can disturb the control), and a lower decay of air temperature during the night.


ORIGINAL ARTICLE

Renato Lazzarin, Marco Noro (a)

NOMENCLATURE Symbol Meaning

Unit

Subscripts Meaning

G

Mass flow rate kg s

air

combustion air

P

Power

kW

avg

average

T

Temperature

°C

exh

exhaust

η

Efficiency

-

fuel

combustion fuel

heat_load heating load

(b)

Figure 8 – Indoor air temperature (TAIR) and operative temperature (TOP) for thermal zone : (a) CRF system with radiant area equal to the available floor area; (b) with % radiant area Figura 8 – Temperatura dell’aria interna (TAIR) e temperatura operativa (TOP) per la zona termica 1: (a) Sistema CRF con area radiante pari alla superficie del pavimento

HHV

high heating value

min

minimum

max

maximum

NG

natural gas

rec

recirculated

ret

return

sup

supply

th

thermal

This is due to the greater thermal inertia of the condensing radiant floor system. Such a characteristic is even more stressed in case of partial unavailability of the floor area due to occupation by production equipment and when warehouse areas are uselessly heated: in Figure b there is an increasing difficulty to guarantee the indoor thermal comfort condition during the start-up of the plant, and the set-point values are reached with a delay of about two hours with respect to Figure a. This is also the main cause of the greater primary energy consumption of the CRF plant as previously described, as the condensing boiler has to operate at nominal power for longer.

disponibile; (b) area radiante pari al 70% della superficie del pavimento disponibile

Conclusions The comparison of energy performance of three heating systems for an industrial building located in a severe climatic conditions resort allows to find a very interesting primary energy saving of the innovative condensing radiant tubes system up to % with respect to a traditional air heater system. Compared to a radiant floor coupled to a condensing boiler, the energy saving is lower but not negligible. Moreover, radiant floor performance in an industrial arrangement is strongly bound on the effective available radiant area, as large fraction of the floor could be occupied by production

machinery. In terms of thermal comfort conditions, the condensing radiant tubes allow a better performance as the operative temperature remains more constant and more similar to the air temperature during the day with respect to the CRF and, above all, to the Air system. Furthermore, a quicker reaching of the set-point temperature is allowed by the CRT system at the morning start-up of the plant. This make the radiant tubes system a competitive solution for the heating of industrial buildings both from energy performance and indoor thermal comfort conditions.

ACKNOWLEDGEMENT The Authors would like to thank Officine Termotecniche Fraccaro s.r.l. for the data of the condensing radiant tubes and kind permission to publish the results, and Eng. Marco Larovere (Studio di Ingegneria Larovere ing. Marco) for data of the building. REFERENCES Brunello P., De Carli M., Magagnin P., Polito A., Zecchin R., Riscaldamento radiante a gas in ambienti industriali: fenomenologia, progettazione, verifica (Gas radiant heating in industrial ambients: phenomenology, design, control), Proceedings AiCARR Congress Progettare l’involucro edilizio: correlazioni tra il sistema edificio e i sistemi impiantistici, Bologna, . Brunello P., De Carli M., Polito A., Zecchin R., Comfort criteria and design aspects in high temperature radiant heating, Proceedings Indoor Air , Monterey, California, . D’Ambrosio Alfano F. R., L’ambiente termico nell’industria (Industry thermal

ambient), Proceedings AiCARR Congress Riduzione dei fabbisogni, recupero di efficienza e fonti rinnovabili per il risparmio energetico nel settore industriale, Padova, . De Carli M. and Polito A., Sistemi di climatizzazione per irraggiamento (Radiant climatization systems), Proceedings AiCARR Congress Riduzione dei fabbisogni, recupero di efficienza e fonti rinnovabili per il risparmio energetico nel settore industriale, Padova, . Lazzarin R., Intervista sul riscaldamento degli ambienti nell’industria (Heating of industrial ambients: an interview), SGE, Padova, .

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Fabio Nardecchia1*, Fabio Bisegna1

Studio numerico per l’efficientamento di una serra tramite pompa di calore geotermica e un sistema di diffusione mediante condotte microforate Numerical study for the efficiency of a greenhouse system using geothermal heat pump and an air diffusion system with microforated ducts 1

Dipartimento di Ingegneria Astronautica, Elettrica ed Energetica, Università degli Studi di Roma “La Sapienza”, Roma, Italia

*Corresponding author:

DOI: 10.36164/AiCARRJ.62.03.03

Fabio Nardecchia

Dipartimento di Ingegneria Astronautica, Elettrica ed Energetica Università degli Studi di Roma “La Sapienza” Via Eudossiana 18 00184 Roma, Italia fabio.nardecchia@uniroma1.it tel +39 380 2971511

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Sommario

Abstract

A causa della forte dipendenza dalle fonti fossili, nei prossimi anni sarà necessario mettere in atto misure di efficienza energetica e utilizzare in maniera attiva fonti rinnovabili, anche in campi dove la loro presenza non è così diffusa. Un’applicazione ancora poco sfruttata riguarda l’utilizzo di pompe di calore geotermiche applicate a serre. Nel presente lavoro viene effettuata, attraverso la fluidodinamica numerica-CFD, l’analisi termo-fluidodinamica e igrometrica di una serra esistente, con l’obiettivo di provare l’effetto, in termini di efficienza, dell’installazione di un impianto di riscaldamento alimentato da una pompa di calore geotermica e di un nuovo impianto di distribuzione e diffusione dell’aria calda, composto da condotte in tessuto microforato. L’analisi dei risultati ha permesso di constatare come l’utilizzo delle condotte microforate consenta in primo luogo di ridurre il tempo di funzionamento del sistema di generazione e in secondo luogo di ottenere un campo di temperatura e umidità relativa dell’aria uniforme, eliminando ogni forma di stratificazione. Parole chiave: ▶ Serra ▶ CFD ▶ Pompa di calore ▶ Condotte o canali microforati

Due to the strong dependence on fossil fuels, in the coming years it will be necessary to implement energy efficiency measures and actively use renewable sources, even in fields where their presence is not so widespread. A still underutilized application concerns the use of geothermal heat pumps applied to greenhouses. In the present work, the thermo-fluid dynamics and hygrometric analysis of an existing greenhouse is performed through numerical fluid dynamics (CFD), with the aim of proving the effect, in terms of efficiency, of the installation of a heating system powered by a geothermal heat pump. In addition, a new hot air distribution and diffusion system is provided, consisting of air ducts in micro-perforated fabric. The analysis of the results made it possible to ascertain how the use of micro-perforated ducts allows first of all to reduce the operating time of the generation system and secondly to obtain a uniform temperature and relative humidity field, eliminating any form of stratification. Keywords: ▶ Ireenhouse ▶ CFD ▶ Heat pump ▶ Microforated ducts ▶ Micro-perforated ducts

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ORIGINAL ARTICLE

Fabio Nardecchia, Fabio Bisegna

Introduzione Per far fronte alla crescita demografica globale che porterà il numero di individui a  miliardi di unità nel , la FAO stima che ci sarà bisogno di un incremento di produzione di cibo del %. La progressiva riduzione delle terre destinate all’agricoltura a causa dell’urbanizzazione e le condizioni metereologiche sempre più proibitive dovute ai cambiamenti climatici rappresentano due dei principali ostacoli al raggiungimento di questa missione. Una soluzione perseguibile potrebbe essere rappresentata dall’utilizzo di serre, che potrebbero garantire il mantenimento di un microclima favorevole per lo sviluppo delle colture e permettere di ottenere un raccolto maggiore a parità di superficie utilizzata. Questo settore, in forte espansione, possiede un mercato da più di  mld di dollari l’anno e prevede una superficie utilizzata pari a circa . ha in tutto il mondo, con ben . ha localizzati nel bacino Mediterraneo di cui . in Italia (Campiotti et al., ). A causa della forte dipendenza di questa filiera dalle fonti fossili e all’arretratezza dei sistemi che gestiscono l’energia, nei prossimi anni ci sarà bisogno, in accordo con la Conferenza ONU sul clima di Bonn , di attuare misure di efficienza energetica e utilizzare in maniera preminente fonti rinnovabili. Si stima infatti che per soddisfare il fabbisogno energetico di una serra siano necessari nell’area dell’Italia Meridionale - kg di gasolio/manno, con consumi anche dieci volte maggiori per i Paesi del Centro e Nord Europa (Campiotti et al., ). Indipendentemente dalla latitudine, si calcola che sia per il settore orticolo che per quello floricolo i consumi di combustibile fossile associati al riscaldamento degli ambienti durante la stagione invernale ammontino a circa il % dei costi di produzione totali (Stanghellini, ). Negli ultimi anni numerosi studi hanno evidenziato come una gestione più razionale e determinati accorgimenti porterebbero a rilevanti risparmi in termini di energia e costi (Ahamed et al., ; Gourdo et al., ), (Ronay et al., ), e che gli stessi effetti potrebbero sortire lo svincolamento dalle fonti fossili e l’adozione di fonti rinnovabili. A tal proposito, risulta significativo il recente incremento del % della potenza geotermica installata per il riscaldamento dei sistemi serra e del % dell’energia utilizzata per questo scopo (Ahamed et al., ). Si calcola che una soluzione di questo tipo possa portare a ridurre i costi di produzione del %, permettendo inoltre di sviluppare alcune colture laddove altrimenti non sarebbe possibile (Lund, ). A seconda delle caratteristiche del sottosuolo e alla disponibilità o meno di situazioni favorevoli per un suo utilizzo, è possibile impiegare l’energia geotermica tramite diverse tecnologie e attraverso un uso diretto o indiretto. Non mancano poi in letteratura applicazioni che prevedono l’impiego di pompe di calore geotermiche e un’analisi sulla fattibilità economica di tali impianti. Oltre a indagini di tipo sperimentale, sono stati recentemente sviluppati studi di tipo numerico, la maggioranza dei quali utilizza come strumento di analisi la fluidodinamica computazionale-CFD. L’approccio seguito dalla CFD è quello di trovare una soluzione approssimata dei fenomeni naturali attraverso una semplificazione della realtà, discretizzata nello spazio, con la creazione di una griglia di calcolo, e nel tempo, time step, calcolando i valori delle grandezze di interesse al centro di ogni cella per ogni passo temporale. A oggi la CFD consente di svolgere analisi e ottenere risultati con un buon grado di approssimazione rispetto al dato reale, ma con un elevato risparmio in termini di tempi e costi rispetto ad applicazioni sperimentali. Alcuni dei lavori più significativi sono dovuti a Zhang; in particolare, in Zhang et al. (), dopo aver effettuato il processo di validazione del

modello creato e aver riscontrato una certa concordanza dei risultati, gli Autori hanno studiato il comportamento termico di una Chinese Solar Greenhouse al variare dello spessore dell’isolamento termico applicato sulla parete a nord. Dall’analisi di  casi di studio è stata ricavata una relazione non lineare tra lo spessore e la temperatura, quindi il flusso termico, evidenziando come sia possibile trovare una soluzione ottimale in termini di costi. Fatnassi et al. () hanno studiato con un modello CFD il campo dinamico, la radiazione solare, la distribuzione di temperatura e dell’umidità dell’aria in due prototipi di serra fotovoltaica, Asymmetric e Venlo. Dall’analisi si evince come il tipo Venlo abbia sia in estate che in inverno una temperatura dell’aria mediamente inferiore di circa  °C rispetto al tipo Asymmetric, come ci siano apprezzabili differenze nella circolazione dell’aria e come la presenza di pannelli fotovoltaici sulla copertura riduca di circa il % la radiazione solare trasmessa. Obiettivo di questo studio è quello di utilizzare la CFD per simulare il comportamento termo-fluidodinamico di una serra esistente. In particolare, si valuterà l’adozione di un nuovo impianto di riscaldamento alimentato da una pompa di calore geotermica, la cui particolarità consiste nel prevedere la distribuzione e la diffusione dell’aria attraverso condotte di distribuzione e diffusione in tessuto microforato. Per le simulazioni numeriche sono stati presi in considerazione i principali fattori che incidono in un sistema serra, ovvero il suo orientamento, l’intensità e la direzione della radiazione solare, la temperatura dell’aria esterna, l’evapotraspirazione delle piante e le proprietà dei materiali che costituiscono l’involucro.

Metodologia L’analisi è stata condotta facendo riferimento a un complesso serricolo sito in Sabaudia in provincia di Latina, LAT ,° LON ,°, con orientamento Nord-Sud, consistente in un’avanserra e in  comparti per un totale di . m di superficie coperta. La struttura, in Figura , è di tipo Venlo, completamente in vetro, con campate lunghe circa  m, larghe  m e con altezza al colmo pari a , m.

Figura 1 – Layout della serra e del nuovo impianto di riscaldamento proposto Figure 1 – Greenhouse layout and new proposed heating system scheme

Il riscaldamento della serra è operato grazie a un circuito ad acqua che preleva energia termica da due caldaie alimentate a GPL poste nella centrale termica e la cede, con un meccanismo combinato di scambio

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Tabella 1 â&#x20AC;&#x201C; Dati riguardanti i materiali costruttivi della serra Table 1 â&#x20AC;&#x201C; Construction materials data of the greenhouse Materiale

DensitĂ (kg/mď&#x2122;¤)

Calore Specifico (J/kgK)

ConducibilitĂ Termica (W/mK)

EmissivitĂ

Trasmissione Visibile (IR)

Riflessione Visibile (IR)

Assorbimento Visibile (IR)

Vetro

ď&#x2DC;şď&#x2DC;˝ď&#x2DC;šď&#x2DC;š

ď&#x2DC;żď&#x2DC;˝ď&#x2DC;š

ď&#x203A;&#x153;

ď&#x2DC;š.ď&#x2122;&#x20AC;ď&#x2122;

ď&#x2DC;š.ď&#x2122;&#x20AC;ď&#x2DC;ż (ď&#x2DC;š.ď&#x2122;&#x20AC;ď&#x2DC;š)

ď&#x2DC;š.ď&#x2DC;šď&#x2122;&#x20AC; (ď&#x2DC;š.ď&#x2DC;šď&#x2122;&#x20AC;)

ď&#x2DC;š.ď&#x2DC;šď&#x2DC;˝ (ď&#x2DC;š.ď&#x203A;&#x153;ď&#x2DC;ş)

Calcestruzzo

ď&#x2DC;şď&#x2DC;šď&#x2DC;šď&#x2DC;š

ď&#x203A;&#x153;ď&#x2DC;šď&#x2DC;šď&#x2DC;š

ď&#x203A;&#x153;.ď&#x2DC;ź

ď&#x2DC;š.ď&#x2122; ď&#x2DC;˝

DiffusivitĂ

ď&#x203A;&#x153;

termico per convezione e irraggiamento, allâ&#x20AC;&#x2122;aria ambiente grazie a tubi terminali in ferro disposti nei vari comparti a unâ&#x20AC;&#x2122;altezza di ď&#x2DC;ť,ď&#x2DC;ť m. Il sistema di generazione consiste in due caldaie precedentemente alimentate a gasolio, dal ď&#x2DC;şď&#x2DC;šď&#x203A;&#x153;ď&#x2DC;ş a GPL. Una stazione meteo esterna fornisce ogni minuto valori di temperatura dellâ&#x20AC;&#x2122;aria, misurata con termocoppie, radiazione solare, misurata con piranometro, e velocitĂ del vento, misurata con anemometro, oltre a informazioni sulla eventuale presenza di precipitazioni; allâ&#x20AC;&#x2122;interno, termoigrometri, collocati al centro di ogni comparto a ď&#x203A;&#x153; m dâ&#x20AC;&#x2122;altezza, misurano temperatura e umiditĂ  relativa dellâ&#x20AC;&#x2122;aria.

tutti i principali fenomeni fisici che caratterizzano un sistema serra: le dispersioni di energia termica verso lâ&#x20AC;&#x2122;esterno, il carico termico associato allâ&#x20AC;&#x2122;irraggiamento, lâ&#x20AC;&#x2122;attivitĂ di evapotraspirazione delle piante e gli spostamenti delle masse di aria umida allâ&#x20AC;&#x2122;interno della serra in regime di convezione naturale e forzata. La presenza delle piante è stata modellata ipotizzando che immettano nellâ&#x20AC;&#x2122;aria umida una certa quantitĂ  di vapore acqueo, simulando il fenomeno dellâ&#x20AC;&#x2122;evapotraspirazione tramite una sorgente di Hď&#x2122;&#x2014;O; per la sua stima è stato utilizzato il metodo Hargreaves (Hargreaves, ď&#x203A;&#x153;ď&#x2122; ď&#x2122; ď&#x2DC;ź) che calcola il valore di evapotraspirazione potenziale di riferimento su base giornaliera.

Modello numerico

Tabella 2 â&#x20AC;&#x201C; Condizioni al contorno per le pareti solide

Al fine di ottenere risultati accettabili in tempi ragionevoli si è scelto di focalizzare lâ&#x20AC;&#x2122;attenzione su un solo comparto tra i sei di cui è composta la serra e, di questo, studiarne la campata centrale. Sono state effettuate simulazioni in regime transitorio tramite il software di calcolo ANSYS Fluent (ANSYS, ď&#x2DC;şď&#x2DC;šď&#x2DC;šď&#x2122; ). Il dominio computazionale tridimensionale, di dimensioni ď&#x2DC;żď&#x2DC;ź m ¡ ď&#x2DC;ź m ¡ ď&#x2DC;˝,ď&#x2DC;ť m, consta di ď&#x2DC;ťď&#x2DC;šď&#x2DC;š.ď&#x2DC;šď&#x2DC;šď&#x2DC;š celle che formano una mesh di calcolo non strutturata, mostrata in Figura ď&#x2DC;ş. Ă&#x2C6; stata effettuata unâ&#x20AC;&#x2122;analisi di sensibilitĂ della soluzione numerica in funzione della mesh di calcolo, al fine di prevenire eventuali errori nella discretizzazione del dominio di calcolo. Al fine di valutare la convergenza del raffinamento della mesh di calcolo, viene utilizzato il metodo dellâ&#x20AC;&#x2122;indice di convergenza della griglia (GCI) (Roache, ď&#x203A;&#x153;ď&#x2122; ď&#x2122; ď&#x2DC;ź). Nel software sono state impostate le condizioni al contorno per velocitĂ  e temperatura dellâ&#x20AC;&#x2122;aria e per le proprietĂ  dei materiali. Le pareti e il tetto, che sono in vetro, sono state considerate come semitrasparenti alla radiazione solare, mentre il pavimento, in calcestruzzo, come mezzo opaco. I dati relativi ai materiali utilizzati sono riportati in Tabella ď&#x203A;&#x153;, mentre in Tabella ď&#x2DC;ş è riportata la loro applicazione per le diverse condizioni al contorno. Oltre allâ&#x20AC;&#x2122;equazione di continuitĂ  sono state utilizzate quella di conservazione dellâ&#x20AC;&#x2122;energia, quelle del trasporto di specie e quella relativa allâ&#x20AC;&#x2122;irraggiamento termico. Sono stati presi in considerazione

Table 2 â&#x20AC;&#x201C; Boundary conditions for solid walls Materiale

Tipologia

Scambio termico

Radiazione

Parete esterna Vetro

Parete opaca Convezione Semi-trasparente

Parete interna Vetro

Parete opaca Convezione Semi-trasparente

Tetto

Vetro

Parete opaca Convezione Semi-trasparente

Suolo

Calcestruzzo Parete opaca Temperatura Opaco costante

Data la natura di questi ultimi fenomeni, per cui le forze di inerzia del fluido prevalgono su quelle viscose, il regime di flusso studiato assume i caratteri della turbolenza. In questo ambito, per la risoluzione delle equazioni di Navier-Stokes è stato adoperato il metodo RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes). Il modello di turbolenza scelto per le simulazioni è stato il k-Îľ, in quanto accoppia bene il compromesso tra onere computazionale e robustezza dei risultati (Launder, ď&#x203A;&#x153;ď&#x2122; ď&#x2DC;żď&#x2DC;ş). Per analizzare lâ&#x20AC;&#x2122;influenza dellâ&#x20AC;&#x2122;irraggiamento è stato implementato il DO (Discrete Ordinates) Radiation Model (ANSYS, ď&#x2DC;şď&#x2DC;šď&#x2DC;šď&#x2122; ), che risolve lâ&#x20AC;&#x2122;equazione di trasferimento radiativo (RTE) per un numero finito di angoli solidi discreti, ciascuno associato a una direzione vettoriale fissa nel sistema cartesiano globale. Questo modello considera lâ&#x20AC;&#x2122;equazione di trasferimento della radiazione nella direzione come unâ&#x20AC;&#x2122;equazione di campo: (ď&#x203A;&#x153;) dove: r = vettore di posizione; đ&#x;Ą&#x2019; s = vettore di direzione; IÎť = intensitĂ della radiazione dipendente dalla posizione đ&#x;Ą&#x2019;r e dalla direzione đ&#x;Ą&#x2019; s; đ&#x;Ą&#x2019; s â&#x20AC;&#x2122;= vettore direzione dello scattering; aÎť = coefficiente di assorbimento; Ď&#x192; = costante di Stefan-Boltzmann; Ď&#x192;s = coefficiente di scattering; nÎť = indice di rifrazione; T = temperatura dellâ&#x20AC;&#x2122;aria locale; Ď&#x2020; = funzione della fase; â&#x201E;Ś = angolo solido della radiazione.

đ&#x;Ą&#x2019;

Figura 2 â&#x20AC;&#x201C; Dominio e mesh di calcolo Figure 2 â&#x20AC;&#x201C; Domain and mesh

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#62


ORIGINAL ARTICLE

Fabio Nardecchia, Fabio Bisegna

Definizione del nuovo sistema di condizionamento Note le evidenti criticità presenti nell’attuale impianto di riscaldamento, tra cui la dipendenza dalle fonti fossili e l’inefficienza nello scambio termico con l’ambiente interno, si è pensato di proporre un nuovo sistema di generazione, distribuzione ed emissione che abbia migliori prestazioni e che consenta di ridurre i costi connessi con la gestione microclimatica. Data la disponibilità di acqua di falda a una profondità di  m e la possibilità di usufruire di pozzi già esistenti in sito per la sua estrazione, è stata prevista l’installazione di due pompe di calore geotermiche in grado di trasferire l’energia termica assorbita dall’acqua di falda all’aria veicolata in ambiente tramite un sistema di tubi microforati. Questa soluzione permette di abbandonare le fonti fossili adottando un sistema a energia rinnovabile di gran lunga più efficiente, dato l’elevato COP delle GSHP (Geothermal Source Heat Pump), di avere la possibilità di riscaldare e raffrescare la serra e di salvaguardare l’ambiente grazie a un sistema a emissioni zero. Inoltre, grazie all’adozione di condotte che immettono l’aria direttamente in ambiente è possibile lavorare con temperature più basse; infine, la presenza di microfori sulle condotte consente di utilizzare il principio dell’induzione. Tutto ciò porta a ricircolare una quantità d’aria pari fino a  volte quella immessa, garantendo un elevato scambio termico tra la massa d’aria introdotta e quella presente in ambiente. Il layout e le principali caratteristiche del nuovo impianto di riscaldamento sono indicati in Figura  e in Tabella . Tabella 3 – Caratteristiche del nuovo impianto di riscaldamento proposto Table 3 – Proposed new heating system characteristics Pompa di Calore Geotermica Potenza riscaldamento / Potenza Elettrica / COP (dati relativi ad acqua di falda in ingresso a  °C e a una mandata di  °C)

, kW / , kW / ,

Circuito primario

Circuito secondario

Acqua di falda

Acqua

Portata: , m/h

Portata: , m/h

Pressione Max / Min: , / , MPa

Pressione Max / Min: , / , MPa

Per simulare il nuovo impianto di condizionamento, è stato aggiunto al modello base la geometria delle due condotte che percorrono trasversalmente il comparto , come mostrato in Figura . Per quanto riguarda la modellazione dei fori, è stata considerata una superficie rettangolare mistilinea equivalente ricavata su quella laterale del cilindro rappresentante le condotte, riportata specularmente in modo da ottenere due getti simmetrici per ciascuna condotta, imponendo il modulo e la direzione della velocità del getto, °, oltre che la sua temperatura,  °C per il riscaldamento, e il valore dell’umidità relativa.

Risultati e discussione Le simulazioni hanno interessato il regime di riscaldamento invernale e sono state condotte prendendo in considerazione l’arco temporale dalle ore  del  dicembre  alle ore  del  dicembre . L’impianto è stato azionato alle ore , nello stesso istante in cui si sarebbe acceso l’impianto di riscaldamento esistente, al fine di operare un confronto diretto tra i due sistemi di diffusione. Successivamente, in base all’evoluzione nel tempo della temperatura dell’aria, in particolare quella rilevata nel punto di controllo in cui si trova il sensore, è stato previsto di disattivare l’impianto qualora il suo valore avesse raggiunto  °C e di riattivarlo qualora fosse sceso al di sotto di , °C. Questo range di temperatura è stato scelto per garantire un miglior comfort alla coltura presente in ambiente, che risulta particolarmente sensibile a temperature dell’aria inferiori a quella fissata, e per evitare continui cicli di accensione/spegnimento che potrebbero danneggiare le pompe di calore.

Velocità dell’aria Si è scelto di iniziare l’analisi dei risultati esaminando il campo di velocità dell’aria perché questa grandezza ha un’enorme rilevanza sui meccanismi di scambio termico previsti da un sistema di diffusione con condotte microforate. Come esposto precedentemente, il principio dell’induzione che queste sfruttano prevede una intensa miscelazione di un volume d’aria pari anche a  o  volte rispetto a quello immesso in ambiente attraverso il getto. Il fenomeno è ben visibile nella Figura  dove vengono rappresentate le linee di corrente provocate dal getto che penetra in ambiente e che crea delle zone di turbolenza con evidenti caratteri di vorticità che interessano la zona nei pressi delle condotte.

Scambiatore acqua-aria Rendimento / coefficiente di scambio termico / superficie utile

, /  W/mk /  m

Lato primario

Lato secondario

Portata: , m/h

Portata: . m/h Ventilatore

Tipo / Diametro esterno

Assiale da canale / . mm

Numero di poli / Livello di pressione sonora

 /  dB

Portata nominale / pressione utile / potenza installata

. m/h /  Pa /  kW

Sistema di distribuzione – diffusione Materiale / massa per unità di superifice

Poliestere % /  g/m

Tmin / Tmax di esercizio

- /  °C

Condotta primaria di distribuzione Portata / velocità di ingresso / diametro

. m/h / , m/s / . mm

Condotte microforate di diffusione Numero / Portata / Velocità di ingresso / Diametro

 / . m/h /  m/s /  mm

Figura 3 – Campo di velocità dell’aria intorno al condotto microforato di immissione dell’aria Figure 3 – Air velocity pathlines around the micro-perforated air intake duct

Questo rimescolamento tra masse d’aria, oltre ad aumentare lo scambio termico, provoca una rapida diminuzione sia della velocità che della temperatura dell’aria, permettendo di introdurre in ambiente aria con una elevata velocità e una temperatura superiore a quella dell’aria in ambiente anche di più di  °C, senza impattare sul comfort di persone o piante.

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ORIGINAL ARTICLE Temperatura dell’aria Negli istanti immediatamente successivi all’entrata in funzione dell’impianto anche il campo della temperatura dell’aria subisce sostanziali variazioni. Sebbene gli effetti non siano così immediati come avviene per il campo della velocità dell’aria, il tempo di risposta del sistema è risultato essere particolarmente breve: in poco meno di , h, dalle  alle : circa, l’impianto di riscaldamento è riuscito a portare la temperatura dell’aria in ambiente a  °C. Il getto tende a riscaldare preliminarmente la zona superiore a causa della bassa inclinazione e dei fenomeni di alleggerimento dovuti alla minore densità dell’aria calda, ma il fenomeno dell’induzione fa sì che l’aria sovrastante venga costantemente richiamata e inclusa nella miscelazione, facendola partecipare agli scambi termici. In questo modo, in un lasso di tempo ridotto si riesce ad aumentare la temperatura dell’aria in ambiente e a uniformarla sia durante il funzionamento dell’impianto sia subito dopo il suo spegnimento e qualsiasi forma di stratificazione dell’aria risulta assente. L’andamento della temperatura durante l’intero arco di tempo simulato è riportato in Figura , dalla quale si evince che nelle ore in cui il sistema di riscaldamento è attivo la temperatura dell’aria a  metro,  metri,  metri e  metri è praticamente coincidente, mentre l’andamento della temperatura simulata a  metri di altezza, in prossimità del tetto, segue quello della temperatura esterna; una volta disattivato l’impianto si conferma la tendenza alla stratificazione della temperatura che porta al raffreddamento della serra nella sua parte superiore.

AiCARR Journal / Vol 62, n. 3, 30 - 35, 2020 come mostrato in Figura  dall’andamento della curva che non è continua proprio perché la pompa di calore non è sempre in funzione. Sulla base di queste considerazioni è possibile affermare che il nuovo impianto di riscaldamento proposto, per quanto riguarda sia il sistema di generazione che quello di diffusione, ha una efficienza di gran lunga superiore rispetto a quella dell’impianto attualmente in uso nella serra in questione e non solo.

Figura 6 – Confronto tra i profili di temperatura dell’aria Figure 6 – Air temperature trend comparison

Umidità relativa L’ultimo parametro, non per importanza, preso in considerazione in quest’analisi è l’umidità relativa. Il profilo ricavato dalle  ore di simulazione mostra come varia, essenzialmente in funzione della temperatura dell’aria, poiché non è stata presa in considerazione l’evapotraspirazione delle piante dato il suo basso contributo nelle ore notturne, in Figura . L’umidità relativa passa dall’% al % in corrispondenza dell’accensione dell’impianto di riscaldamento, che determina l’aumento della temperatura dell’aria del sistema. Così, nelle ore successive e fino alle  del mattino, l’umidità relativa misurata a  m da terra si riduce nel tempo.

Figura 4 – Confronto tra i profili di temperatura dell’aria simulati a varie altezze al centro del comparto Figure 4 – Comparison of the simulated air temperature profiles at various heights in the center of the compartment

Dal confronto con la simulazione effettuata per il caso con caldaia come sistema di generazione, è possibile fare due considerazioni: la prima è che l’uniformità della temperatura dell’aria è migliorata, come mostrato in Figura , grazie al rinnovato sistema di riscaldamento; la seconda è che, mentre la caldaia è “costretta” a lavorare quasi ininterrottamente per mantenere una temperatura superiore a , °C, la pompa di calore rimane in esercizio per un limitato lasso di tempo,

Figura 7 – Confronto tra i profili di umidità relativa Figure 7 – Relative umidity trend comparison

Quindi, come per la temperatura dell’aria, anche per l’umidità relativa il sistema consente di uniformarne i valori.

Confronti tra sistemi di generazione

Figura 5 – Campo di temperatura dell’aria per il caso a) con caldaia e b) con pompa di calore Figure 5 – Air temperature field a) with boiler and b) with heat pump

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Il confronto tra i due sistemi considerati è riportato nelle Figure da  a . In Tabella  vengono riportati ulteriori dati utili per il confronto. Come si può notare, per mantenere le stesse prestazioni la caldaia ha bisogno di una potenza maggiore. Infatti, il sistema di distribuzione adottato nell’impianto proposto diffonde l’aria in modo più uniforme e riscalda la serra in un tempo circa  volte inferiore a quello


ORIGINAL ARTICLE

Fabio Nardecchia, Fabio Bisegna Tabella 4 – Grandezze calcolate per il riscaldamento nella notte tra il -// Table 4 – Quantities calculated for heating in the night between 4-5/12/2017 Potenza [kW]

Tempo di funzionamento [h]

Costo di gestione [€]

Soluzione con caldaia





,

Soluzione con PdC



,

,

CONCLUSIONI Lo studio presentato ha riguardato l’analisi termo-fluidodinamica e igrometrica di un sistema serra reale, con l’obiettivo di aumentare l’efficienza adottando un nuovo impianto di riscaldamento alimentato da una pompa di calore geotermica. La particolarità di questo nuovo sistema di riscaldamento prevede la distribuzione dell’aria attraverso condotte di distribuzione e diffusione dell’aria microforate in tessuto. A tal fine, è stata utilizzata la fluidodinamica numerica (CFD) tramite il software commerciale ANSYS FLUENT, con il quale è stato possibile sviluppare simulazioni in regime dinamico e in D. I principali fattori che sono stati presi in considerazione sono stati l’orientamento della serra, l’intensità e la direzione della radiazione solare, la temperatura dell’aria esterna, l’evapotraspirazione delle piante e le proprietà dei materiali che costituiscono l’involucro. Dopo una prima fase utile alla comprensione dei fenomeni e

necessario con il sistema esistente. Ne consegue che i costi di gestione, per il tempo considerato, sono nettamente abbattuti. I costi di gestione sono stati ricavati in maniera diretta dalla consultazione delle relative fatture, in cui sono riportate la quantità di GPL fornita, il prezzo comprensivo di accisa, pari a circa , €/l, e l’IVA imposta, pari a %. Per quanto riguarda invece i costi di gestione post-intervento, a parità di energia generata, è stato considerato un coefficiente di prestazione pari a ,, proprio delle pompe di calore geotermiche scelte, e un prezzo di acquisto dell’energia elettrica pari a , €/kWh.

delle grandezze che incidono su un sistema serra, sono stati costruiti il modello geometrico e quello fluidodinamico, cercando di ottenere un giusto compromesso tra ipotesi semplificative e costi computazionali. È stata simulata l’adozione di un nuovo sistema di generazione con tre pompe di calore geotermiche ad acqua di falda e di un nuovo sistema di emissione con condotte aerauliche microforate, con direzione del getto di uscita dell’aria pari a ° rispetto al piano orizzontale. L’analisi dei risultati ha permesso di verificare che l’utilizzo delle condotte microforate consente di ridurre il tempo di funzionamento del sistema di generazione e di ottenere un campo di temperatura e umidità relativa dell’aria uniforme, eliminando ogni forma di stratificazione. Studi futuri prevedono l’utilizzo di ulteriori inclinazioni del getto di uscita dell’aria e simulazioni in condizioni di raffrescamento estivo.

CONFLITTO DI INTERESSI Nell’articolo presentato non sussistono conflitti di interesse di ordine economico o di altro tipo. BIBLIOGRAFIA Ahamed S., Guo H., Tanino KK. . Energy saving techniques for reducing the heating cost of conventional greenhouses. Biosystems Engineering, , -. ANSYS. . ANSYS Fluent Software Package, v. ., User’s Guide. Canonsburg: ANSYS Inc. Campiotti C.A., Balducchi R., Bernardini A., Dondi F., Di Carlo F., Genovese A., Scoccianti M., Bibbiani C. . Energia Rinnovabile in Agricoltura, ENEA Report, ; RT///BIOTEC. Fatnassi H., Poncet C., Bazzano M.M., Brun R., Bertin N. . A numerical simulation of the photovoltaic greenhouse microclimate. Solar Energy, , -. Gourdo L., Fatnassi H., Tiskatine R., Wifaya A., Demrati H., Ahmed A., Bouirden L. . Solar energy storing rock-bed to heat an agricultural greenhouse. Energy, , -. Hargreaves G.H. . Defining and using reference evapotranspiration. Proceedings ASCE, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, (), -.

Launder B.E., Spalding D.B. . Lectures in Mathematical Models of Turbulence. London: Academic Press. Lund J.W. . Direct Utilization of Geothermal Energy. Energies, ():-. Roache P.J. . Perspective: a method for uniform reporting of grid refinement studies. Journal of Fluid Engineering, (), -. Ronay K., Dumitru C.D. . Hydroponic Greenhouse Energy Supply Based on Renewable Energy Sources. Procedia Technology, , -. Stanghellini C. . La gestione climatica della serra, con particolare riguardo all’azione dei fattori: luce, temperatura e CO. In: Manuale di Orticoltura: la serra sostenibile (a cura di M. Salvato), -. Zhang X., Wang H., Zou Z., Wang S. . CFD and weighted entropy based simulation and optimisation of Chinese Solar Greenhouse temperature distribution. Biosystems Engineering, , -.

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35


ORIGINAL ARTICLE

AiCARR Journal / Vol 62, n. 3, 36 - 39, 2020

Ilaria Abbà1, Giulia Crespi1, Carola Lingua1, Cristina Becchio1*, Stefano Paolo Corgnati1

Theoretical and actual energy behaviour of a costoptimal based Nearly-Zero Energy Building Prestazione energetica ideale e reale di un edificio ad energia quasi zero

1

TEBE-IEEM Group, Energy Department, Politecnico di Torino, Torino, Italia

*Corresponding author:

DOI: 10.36164/AiCARRJ.62.03.04

Cristina Becchio

TEBE-IEEM Group, Energy Department Politecnico di Torino Corso Duca degli Abruzzi 24 10129 Torino, Italia cristina.becchio@polito.it tel +39 011 0904507

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Abstract

Sommario

Nowadays, Nearly-Zero Energy Buildings (NZEBs) seem to be the best solution to achieve the ambitious decarbonisation targets defined by the European Union for the building sector, thanks to the combination of performing envelope and efficient technological systems. In this framework, energy simulation proves to be an effective tool for the preliminary design phase, to evaluate different retrofit scenarios. Despite the high-quality performance of the simulations, theoretical consumptions result different from actual ones. The main reason for this discrepancy lies in the presence of the occupants and in their interaction with the energy systems, a factor that the energy simulation cannot fully capture. This paper aims to verify the gap between theoretical and actual values in a real NZEB located in the North of Italy. Ideal consumptions of this all-electric single-family house, resulting from energy certification and dynamic simulations, were compared with the real ones, coming from the electricity bill. Keywords: ▶ Nearly-Zero Energy Building ▶ Cost-optimal analysis ▶ Occupant behaviour ▶ Energy simulation ▶ Theoretical and actual consumptions

Oggigiorno, gli edifici ad energia quasi zero sembrano essere la soluzione migliore per raggiungere i target di decarbonizzazione definiti dall’Unione Europea per il settore edilizio, grazie alla combinazione di involucro prestazionale e tecnologie efficienti. In quest’ottica, la simulazione energetica risulta essere uno strumento efficace per un’analisi preliminare volta a valutare scenari di retrofit differenti. Nonostante l’alta qualità delle simulazioni, i consumi simulati risultano sempre diversi da quelli reali, principalmente a causa della presenza degli occupanti e della loro interazione con i sistemi energetici, fattore che la simulazione energetica non riesce a tenere del tutto in considerazione. In questo articolo si è scelto di verificare la differenza tra consumi teorici e reali su una villetta monofamiliare ad alta prestazione energetica situata nel Nord Italia. In particolare, l’analisi condotta sul caso di studio ha permesso di confrontare i consumi teorici risultanti dalla simulazione dinamica e dalla certificazione energetica con i consumi reali derivanti dalle bollette elettriche. Parole chiave: ▶ Edifici ad energia quasi zero ▶ Analisi cost-optimal ▶ Comportamento dell’occupante ▶ Simulazione energetica ▶ Consumi teorici e reali

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Ilaria Abbà, Giulia Crespi, Carola Lingua, Cristina Becchio, Stefano Paolo Corgnati

ORIGINAL ARTICLE

Introduction

Materials and Methods

Nowadays, the ambitious decarbonisation targets for the building sector, proposed by the European Commission, could be reached through the large-scale deployment of Nearly-Zero Energy Buildings (NZEBs). In NZEBs, the aim of reducing energy consumption and CO emissions can be easily achieved since the planning stage, through the design and implementation of high-performing building envelopes coupled with efficient Heating, Ventilation and Air-Conditioning (HVAC) systems and appropriate renewable technologies. These concepts are the basis of the  recast of the Energy Performance of Building Directive (EPBD, European Commission, ), which firstly introduced the concept of NZEB and stated that retrofit solutions for existing buildings need to be evaluated through a comparative methodology framework able to identify the cost-optimal levels of minimum energy performance requirements. During the planning phase, energy simulations are typically implemented to evaluate the energy performances of different technological scenarios; however, the theoretical energy consumptions are usually different from real ones. Two factors result to be the main cause of gap: the climate conditions considered in the simulation, as well as the presence of the occupants in the building. First, the climatic files used by the simulation software, though plausible, are slightly different from real weather conditions. Moreover, occupant behaviour represents a key factor to uncertainty of building performance, due to its high impact on energy consumptions. For this reason, it is necessary to take into account not only the energy and the financial perspectives, but also to recognize the central role of occupants. To emphasize the importance of considering occupant behaviour within the energy analysis of buildings, the revised EPBD (European Commission, ), amended in , introduced a new focus on indoor environmental quality (IEQ), stressing the need for optimizing occupants’ health, comfort and well-being. In this paper, a single-family house, the so-called CORTAU House, located in Piedmont region, is analysed. Its requalification is of interest, being an example of energy retrofit in the Mediterranean area towards the NZEB targets achievement. Indeed, it is well known that the difference between NZEBs located in Northern and Southern European countries depends on climate conditions. On one hand, in Northern countries, the control of thermal loads in heating periods is crucial and the external climate conditions are favourable for free cooling. On the other hand, in Southern and Mediterranean areas, the goal is to minimize energy consumptions for both heating, in winter season, and cooling, in summer period. In many countries included in the Mediterranean climate area, due to the presence of a variety of climates (e.g. cold dry winters and hot wet summers), unknown in North Europe, there are extremely different scenarios that need to be faced. In this work, once retraced the design procedure, which implemented the cost-optimal methodology to show to owners/private investors the most convenient retrofit solutions to reduce both energy consumptions and life-cycle costs, the theoretical results coming from the energy dynamic simulation of CORTAU House and from the energy certificate prepared before the occupancy period are compared with the actual consumptions during the year  (as gathered from electricity bills). Moreover, given the key role played by occupants in the difference between theoretical and actual consumptions, a survey submitted to CORTAU final users allowed exploring the main criticalities and potentialities of living and operating an NZEB.

The paper aims to compare the theoretical and actual energy performance of an NZEB and to identify the major causes behind the discrepancies of the results. To do this, the work is divided into two stages. The first stage can be identified as the pre-occupancy phase; in particular, this stage consists in the preliminary study of the building through the performance of energy simulations (using EnergyPlus energy dynamic software) and the analysis of the building energy certificate, delivered prior to occupancy period, in order to obtain theoretical energy consumptions. The second stage, also identified as post-occupancy phase, considers the interaction of the occupants with the building systems, by collecting and critically analysing the energy bills, to compare the real consumptions with the simulated ones. Finally, considering that the occupant has become the centre of the concept of NZEB (European Commission, ), a survey was submitted to the inhabitants, to have feedback from the final users, highlighting benefits and criticalities of living in such a complex and high-performance building.

Case study The case study for the pre- and post-processing of occupants’ behaviour is CORTAU House (Figure ), an all-electric NZEB recently obtained from the retrofit of a traditional rural building (namely “curmà”). The building, located in Piedmont region, in the North-West of Italy (climate zone E), has a  m floor area. Its construction started in March  and finished in .

Figure 1 – CORTAU House current architectural design (Barthelmes et al., ) Figura 1 – Attuale progetto architettonico di casa CORTAU (Barthelmes et al., 2015)

In accordance with the afore-mentioned  EPBD Recast, the building is a representative refurbishment example, since the cost-optimal methodology was implemented during the preliminary design phase, allowing to identify the package of retrofit measures able to minimize both primary energy consumption and global cost. In the case of CORTAU, different envelope and HVAC system configurations were evaluated on energy and financial basis. Four envelope strategies were considered (identified with progressive numbers from  to ), each defined according to specific regulation requirements, in force at national (), city (), and international levels (,) (Barthelmes et al., ). Similarly, four HVAC system configurations were identified (with a letter from A to D), varying in terms of energy production system, as well as of installed renewable energy technologies. In particular, configurations A and B consider the use of condensing gas boiler and radiant floor for space heating, and multi-split air conditioner for space cooling. Configurations C and D, instead, consider the introduction of a water-to-water heat pump, coupled with radiant

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ORIGINAL ARTICLE floors, for both space heating and cooling. Configurations A and C use natural ventilation, while configurations B and D assume the use of a controlled mechanical ventilation (CMV) system. Finally, all configurations consider the use of solar collectors for covering the domestic hot water (DHW) production, and of photovoltaic (PV) panels for matching part of the electricity demands (even if with different installed peak power: . kWpeak for configuration A, . kWpeak for configuration B, and  kWpeak for C and D). The combination of envelope and system strategies led to the definition of  energy design scenarios (see Figure ), which were compared using the cost-optimal methodology. All scenarios were simulated using EnergyPlus software, for evaluating their energy performances, while the economic assessment was done based on the global cost calculation, as defined by (EN -:).

AiCARR Journal / Vol 62, n. 3, 36 - 39, 2020 value of . kWh/(m·year) was obtained, which considers only the energy consumption for space heating, space cooling, ventilation and domestic hot water production (being electricity consumption for lighting and electric equipment excluded). In order to compare the value with the real consumptions in the post-occupancy phase, electricity bills were collected for the year  (total electricity from the grid equal to  kWh/year), while thanks to the on-going monitoring campaign of the PV production, the electricity locally produced in  was gathered (equal to  kWh/year). Moreover, by estimating the usage profiles of the main interior electrical equipment installed within the building, it was possible to isolate the real electricity consumption for space heating, space cooling, ventilation and domestic hot water production (equal to  kWh/year). Therefore, parallelly to what assumed for the energy certification (namely to consider the PV production as available for matching the climatization consumption only), it was possible to obtain an overall electricity consumption from non-renewable sources equal to . kWh/(m·year). The correspondent value of primary non-renewable energy of . kWh/(m·year) was obtained (with a . conversion factor). As expected, this value is higher than the value shown in the energy certification, showing a percentage discrepancy of % between theoretical and real value. Similar comparison was performed, considering the ideal results coming from the simulation of the EnergyPlus model. The differences between model and real values, in terms of electricity consumption, PV production and purchased electricity from the grid, are shown in Figure .

Figure 2 – Matrix of  energy design scenarios for CORTAU House retrofit (Barthelmes et al., ) Figura 2 – Matrice dei 16 scenari di retrofit per casa CORTAU (Barthelmes et al., 2014)

Based on the described methodology, the cost-optimal level for the refurbishment of CORTAU House is identified in the scenario C. However, in the design phase, team designer and owners have opted for the configuration D (see Figure ), which differs from the costoptimal level for the adoption of the CMV system (Barthelmes et al., ). Moreover, thanks to the use of PV panels and water-to-water heat pump, the national requirements in terms of Renewable Energy Sources (RES) coverage were largely met, thus not asking for the need to install the solar collectors on the roof. CORTAU House, today fully occupied, presents a water-to-water heat pump with . COP and . EER, coupled with radiant floor for space cooling and heating, and a CMV system equipped with heat recovery. A . kWpeak PV plant is installed on the roof. The thermal properties of the envelope are in line with Turin’s regulation (. W/(mK) for external walls and ceiling, . W/(mK) for the slab and . W/(mK) for the windows). Starting from the real characteristics of CORTAU House, a model was simulated with EnergyPlus, including standard occupants’ behaviour in terms of heating and cooling set-points ( °C and  °C, respectively), while schedules for occupancy, lighting, and equipment usage were set according to existing standards (Barthelmes et al., ).

Results The following section describes the results of the analysis, aiming to show and discuss the gap between theoretical and real consumption values. Theoretical results are assessed either with preliminary energy certifications of the building or with energy dynamic simulations during the design and operation phases. First, looking to the energy certification, performed at the end of  (and thus during the pre-occupancy period), a primary non-renewable energy

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Figure 3 – Comparison of electricity features between theoretical and real values Figura 3 – Confronto delle grandezze elettriche teoriche e reali

Ideal results from simulations are influenced by standard settings in terms of occupancy schedules, lighting and electrical equipment densities and schedules of usage. For this reason, it is well known that energy dynamic simulations, besides being fundamental to understand the energy behaviour of a building, represent ideal situations, far from the reality. Indeed, electricity consumptions reported in the energy bills, gathered from CORTAU occupants, show that the electricity purchased from the grid in the real situation is higher than what expected from simulations. The differences between theoretical and real results might be conducted to two main causes. The first one can be defined as external climate, since irradiation, external temperature and humidity vary year by year (and thus differing from climatic data used for the simulations), influencing the real consumptions of the building. This result is shown in Figure , since the electricity produced by the PV system in  is higher than what simulated in the EnergyPlus model. Furthermore, the second cause of discrepancy is represented by occupants, whose real behaviour can be very different from existing


Ilaria Abbà, Giulia Crespi, Carola Lingua, Cristina Becchio, Stefano Paolo Corgnati standards, due to different perceptions in terms of thermal comfort, and therefore different settings in terms of temperature set-points or ventilation requirements. The effect that occupant behaviour can have on consumptions was well captured in (Barthelmes et al., ), where different lifestyles were simulated in EnergyPlus, showing that a low consumer profile (representative of an occupant attentive to energy matters) could reduce overall energy use up to %, just operating electrical equipment in a more conscious way. In this framework, given the importance that occupant behaviour plays in the overall building consumptions, it is important to better capture which are the feelings that occupants have when dealing with an NZEB, as well as the difficulties they may feel in case of smart buildings, in which their control over the building systems could be reduced. Thanks to an interview submitted to CORTAU occupants, it was possible to identify the main pros and cons perceived by NZEB users. The main criticalities emerged from users’ feedbacks are mainly related to the interaction with the HVAC systems installed within the building: • Difficulty in getting used to a DHW temperature different from that

Conclusions Nearly-zero energy buildings represent sustainable solutions to reach the ambitious decarbonisation targets suggested by the European Union in building sector. Nowadays, although efficient design and existing technologies allow to reach the NZEB targets, the role of occupants in the final consumptions is considerable. For the above-mentioned reasons, it is necessary to realize an accurate preliminary design phase to evaluate consciously the effect of different system technologies and envelope solutions. Moreover, an estimation of the possible causes of energy consumption diversions due to the modification of the condition of use, caused by different occupant behaviours, should be performed. In this paper, the single-family CORTAU House was analysed in order to compare the theoretical energy consumptions estimated from the dynamic simulation of EnergyPlus and from the preliminary energy certification of the building during the pre-occupancy period, with the actual consumptions reported in the electricity bills. Results show a discrepancy of % between the certification value and the real one, in terms of primary non-renewable energy. Moreover, the comparison between energy simulation and electricity

ORIGINAL ARTICLE

produced by a boiler system; • Difficulty in getting used to the CMV system; • Understanding the crucial role of dehumidification associated with the use of radiant floor cooling system during summer season, in order to reduce air humidity and to avoid condensation on the surfaces; • Difficulty in getting used to the thermal inertia of the floor radiant system. Conversely, the main potentialities defined by CORTAU occupants derive from a better thermal comfort within the internal spaces, achieved thanks to the use of radiant system coupled with CMV: • Feeling of a better indoor comfort and air temperature distribution thanks to the presence of the radiant system; • Possibility to maintain a lower indoor air temperature during the heating season, obtaining energy savings; • Perception of a pleasant indoor temperature in winter season thanks to solar load; • Use of shading systems to reduce the solar radiation entering the building, obtaining energy savings.

bills shows a real electricity consumption of % higher than the simulated value. Besides the effect that climate external conditions can have on results, a significant gap is due to occupant behaviour. It is necessary to underline that the comparison between theoretical and actual energy consumption is based on an annual assessment. In order to achieve a more complete view, it would be interesting to consider more years in the evaluation of the energy bills, to potentially explore the effects of diverse climate conditions on overall results, as well as to increase the temporal granularity of the analysis, including monthly reports from energy bills. To conclude, it can be said that the NZEB market is ready to be successful from a technology standpoint, however, there are still some critical issues to be carefully addressed, from design and construction phases, to the operational one. First, it is fundamental to find trained manpower able to concretely realize the NZEB project. Moreover, it is extremely important to have an occupants’ education phase, before their entrance into the house. Indeed, NZEB building could be seen as a complex machine to be managed, which misuse can lead to excessive energy consumptions, despite the high-performance level of technologies and envelope components installed.

ACKNOWLEDGEMENT Authors want to thank Rhoss S.p.A, HVAC company which followed the refurbishment works of CORTAU House. CONFLICT OF INTEREST Authors declare that there are no economic or other conflicts of interest on the presented article. REFERENCES Barthelmes V.M., Becchio C., Bottero M.C., Corgnati S.P. . The Influence of Energy Targets and Economic Concerns in Design Strategies for a Residential Nearly-Zero Energy Building. Buildings , -. Barthelmes V.M., Becchio C., Corgnati S.P., Guala C. . Design and construction of an nZEB in Piedmont Region, North Italy. Energy Procedia, , -. Barthelmes V.M, Becchio C., Corgnati S.P. . Occupant behaviour lifestyles in a residential nearly-zero energy building: Effect on energy use and thermal comfort, Science and Technology for the Built Environment , pp -.

European Parliament (). Directive //EC of the European Parliament and of the Council of  May  on the energy performance of buildings (recast), Brussels. European Parliament (). Directive (EU) / of the European Parliament and of the Council of  May  amending Directive //EU on the energy performance of buildings and Directive //EU on energy efficiency, Brussels. EN -:, Energy performance of buildings – Economic evaluation procedure for energy systems in buildings – Part : Calculation procedures, Module M-, Annex D.

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Recupero di calore

Tecnologie per il recupero

termiconell’industria Caratteristiche e applicazioni di varie soluzioni tecniche per lo sfruttamento del calore di recupero nel settore industriale, a uso termico e per la produzione di energia elettrica Fabio Minchio, Marianna Benetti, Paolo Gobbato, Sergio Rech*

I

L POTENZIALE DELL’ENERGIA TERMICA recuperabile nell’in-

dustria è indubbiamente elevato, come testimoniano vari studi effettuati sul tema [,,,], di cui si riporta una sintesi in Tabella . Come si può notare i comparti energetici con il maggior potenziale sono come prevedibile anche fra quelli più energivori. L’analisi e il confronto delle diverse tecnologie disponibili richiederebbe una trattazione che difficilmente si potrebbe sintetizzare in un solo documento, si è quindi deciso di focalizzare l’attenzione in particolare sui recuperi termici che non sono direttamente utilizzati per aumentare l’efficienza energetica del processo da cui il calore di scarto è originato, ma che sono invece destinati a produrre energia termica o elettrica per utilizzi esterni al processo stesso. Non si tratteranno quindi tecnologie destinate tipicamente ai processi di combustione, quali sistemi di preriscaldo

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dell’aria comburente, come recuperatori fumi-aria, bruciatori auto-recuperativi e bruciatori rigenerativi o economizzatori, scambiatori fumi-acqua tipicamente impiegati per aumentare il rendimento di generatori di calore preriscaldando l’acqua di alimento; così come richiederebbero una descrizione dedicata tutti i sistemi di recupero che interessano i circuiti a vapore (recupero vapore di flash, espansori, degasatori presurizzati ecc.). Elementi discriminanti, fondamentali per classificare e analizzare il potenziale di recupero, sono indubbiamente la temperatura del calore di scarto disponibile e le caratteristiche del fluido che costituisce il flusso sui cui recuperare calore. Il livello termico del recupero è generalmente classificato in alta temperatura (superiore a  °C), media temperatura (fra  e  °C) e bassa temperatura (inferiore a  °C) [,]. In Tabella  sono

riportate le principali fonti di calore di recupero, fermo restando che la varietà e le tipologie che si possono riscontrare nei diversi settori industriali sono sicuramente più ampie. Un aspetto che non va dimenticato è anche il livello di contaminazione o pulizia del fluido caldo da cui si recupera calore, oltre al potenziale rischio corrosione, poiché si tratta di fattori critici che possono rendere eccessivamente costoso lo scambiatore di calore o la sua gestione e manutenzione, compromettendo la fattibilità economica. Il calore recuperato, in funzione degli utilizzi, può essere: • utilizzato direttamente in processi


Tabella 1 – Potenziale di recupero termico per settore industriale []

Tabella 2 – Origine del calore di scarto e livelli termici Origine del calore di scarto

Temperatura Contaminazione/pulizia fluido [°C]

Fluido

Settore industriale

Potenziale di recupero calore [%]

Ferro e acciaio

,%

Fumi da forni o generatori per riscaldamento

fumi

Chimico e petrolchimico

,%

Circuiti di raffreddamento

acqua, olio, miscele

-

nella maggior parte dei casi puliti

Metalli non ferrosi

,%

Calore di condensazione circuiti frigoriferi

refrigerante

- 

nessun problema di pulizia

Minerali non metalliferi

,%

Superfici calde

-

- []

nessun problema di pulizia

Alimentare e tabacco

,%

Prodotti caldi

-

Carta (produzione e stampaggio)

,%

Condense

acqua

- []

nella maggior parte dei casi, puliti

Legno e prodotti dal leggio

,%

Perdite di vapore e scarichi di vapore

vapore

- []

nella maggior parte dei casi, puliti

Tessile e conciario

,%

Recupero di calore da sistemi ad aria compressa

olio o aria compressa

-

Altri

,%

Sistemi di abbattimento emissioni

fumi

- []

di essiccazione o deumidificazione (tipicamente con immissione diretta di aria calda o fumi in un processo industriale), o per via indiretta attraverso scambiatori di calore; • trasformato: ⚬ in energia termica a livello termico più elevato, attraverso pompe di calore o trasformatori di calore; ⚬ in energia frigorifera, tramite macchine ad assorbimento o adsorbimento; ⚬ in energia elettrica, attraverso tecnologie termoelettriche; • stoccato e poi utilizzato, utilizzando Thermal Energy Storage; in tal senso vi sono interessanti progetti sviluppati in tema di accumuli a terreno (BTES, Borehole Thermal Energy Storage, come nel caso dello stabilimento Xylem di Emmaboda in Svezia []). L’applicazione tipica prevede il riutilizzo nel medesimo sito, anche

se, pur con minore frequenza, il calore di scarto eccedente la domanda interna al sito può essere ceduto a reti di teleriscaldamento e a smart thermal grid di più moderna concezione. Di seguito vengono descritte alcune fra le principali applicazioni in ambito termico ed elettrico.

Scambiatori di calore Un elemento sempre presente in un sistema di recupero termico industriale di tipo indiretto è sicuramente lo scambiatore di calore che consente di trasferire l’energia termica utile al fluido di processo interessato. Le possibili situazioni sono: • scambiatori flat heat pipe per applicazioni ad alta temperatura; • scambiatori fumi/aria; • scambiatori fumi/acqua; • scambiatori liquido/acqua (o altro liquido). Casi particolari sono gli scambiatori bi-fase dei circuiti frigoriferi per recupero totale o parziale dalla condensazione del refrigerante, che sono necessariamente integrati nel circuito frigorifero. La scelta della tipologia di scambiatore dipende

- [] dipende dal processo

- [] nella maggior parte dei casi, puliti

nessun problema di pulizia nella maggior parte dei casi, puliti

da molti fattori. In particolare, la temperatura dei fluidi in gioco può condizionare la scelta dei materiali utilizzabili per la costruzione dello stesso, in ragione anche delle dilatazioni termiche tollerabili. Gli scambiatori di calore Flat Heat Pipe (FHP) sfruttano il noto principio di funzionamento dei tubi di calore, anche se la loro applicazione nell’ambito del recupero termico ad alte temperature (superiori a  °C) è di recente introduzione []. Si tratta di una soluzione che sfrutta di fatto lo scambio radiante in zone ad elevata temperatura, grazie a un design piatto e compatto (Figura ), con buona densità di scambio termico: installazioni sperimentali sono in corso in laminatoi di alcune acciaierie. [] La geometria degli scambiatori di calore ariaaria o fumi-aria, nella maggior parte dei casi, è spesso personalizzata in funzione dei volumi e degli spazi disponibili; uno dei limiti applicativi di questa tipologia di recupero sono gli ingombri che ne derivano e al tempo stesso la prossimità fra il flusso espulso e il flusso utile da riscaldare, che può compromettere la fattibilità economica. Gli scambiatori utilizzabili sono riassunti in Tabella . La distinzione principale è fra scambiatori recuperativi e scambiatori rigenerativi (che sfruttano

Tabella 3 – Tipologie di scambiatori aria-aria Categoria

Recupero sensibile

Recupero totale

Scambiatore aria-aria a piastre SCAMBIATORI RECUPERATIVI

Scambiatore a tubi di calore Batterie accoppiate

Scambiatore aria-aria a piastre a recupero totale

Batterie accoppiate con fluido bifase SCAMBIATORI RIGENERATIVI

Rigeneratori rotativi

Ruote entalpiche Torri entalpiche accoppiate

Figura 1 – Scambiatore FHP – prototipo (progetto europeo I-THERM)

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cioè una matrice rigenerativa intermedia), oltre che fra sistemi che recuperano solo calore sensibile e sistemi che recuperano calore sia sensibile sia latente. Nell’ambito dei recuperi termici, tale applicazione è sicuramente meno frequente (escludendo naturalmente l’ambito della ventilazione), e legata a specifici processi produttivi (processi di asciugatura, processi agroindustriali, ecc.). Fra le varie tipologie, gli scambiatori a tubo di calore sono particolarmente interessanti in quanto consentono lo scambio termico senza contatto fra i flussi, eliminando i consumi di ausiliari elettrici relativi al fluido intermedio. I fumi possono inoltre essere utilizzati per produrre acqua calda surriscaldata, olio diatermico o vapore, tramite generatori a recupero tipicamente a  giri di fumo nel caso di taglie piccole o medie, analoghi a quelli utilizzati nell’ambito della cogenerazione. Molte sono invece le potenziali applicazioni di recupero fumi-acqua, tipicamente batterie di scambio destinate a riscaldare acqua utilizzata poi in diverse fasi dei processi produttivi o per la climatizzazione o produzione di acqua calda sanitaria. Se in genere il costo dello scambiatore è piuttosto limitato, spesso hanno un’incidenza decisiva nelle valutazioni economiche le opere accessorie di interfaccia con l’impiantistica esistente, che prevedono quasi sempre la presenza di un sistema di accumulo termico per sfruttare al meglio l’energia termica recuperata e di ulteriori scambiatori di calore. Non è infrequente che tali costi siano superiori anche di  o più ordini di grandezza rispetto al costo dello scambiatore stesso, pertanto non vanno assolutamente sottovalutati in fase di studio di fattibilità. Negli scambiatori fumi-acqua è di particolare importanza verificare i livelli di temperatura dei fumi per considerare l’eventuale condensazione, per l’influenza che la formazione di condensa può avere sia sulla scelta dei materiali sia sui coefficienti di scambio termico. Interessante e poco utilizzata è l’applicazione di condensatori sui fumi di caldaie, per il preriscaldamento di acqua di processo. A titolo di esempio si consideri che da un generatore di vapore da , MW già dotato di economizzatore, installato presso un’industria conciaria, si ottengono da un condensatore  kW (fumi in ingresso a  °C e uscita a  °C, acqua in ingresso a  °C e uscita a  °C) per riscaldare l’acqua destinata ai bottali. Il tempo di ritorno di una simile applicazione è dell’ordine di - anni, considerando anche le opere accessorie. Per quanto riguarda gli scambiatori di calore liquido-liquido le tipologie utilizzate sono principalmente : scambiatori a tubi concentrici, scambiatori a fascio tubiero, scambiatori a piastre e scambiatori a serpentino immerso; nella maggioranza dei casi con applicazioni a bassa temperatura vengono impiegati scambiatori a piastre. In Tabella  si riporta un confronto fra le diverse soluzioni,

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Tabella 4 – Confronto fra i vari tipi di scambiatori liquidoliquido (**** ottimo ***buono **discreto * mediocre) [] SCAMBIATORI LIQUIDO/LIQUIDO

tubi concentrici

fascio tubiero

piastre

serpentino immerso

coefficiente di scambio termico

***

***

****

*

perdite di carico

***

**

*

***

costo per unità di area

***

****

**

****

Immiscibilità

***

*

****

**

formazione di incrostazioni

***

**

***

facilità di pulizia e manutenzione

***

**

****

**

compattezza

**

***

****

***

resistenza alla pressione

****

***

*

**

resistenza alla temperatura

***

***

*

**

Figura 2 – Sistema a condensazione – recupero diretto []

al fine di favorire la soluzione più idonea in funzione delle esigenze specifiche. Esistono inoltre scambiatori entalpici diretti del tipo spray tower, in cui, come in una sorta di scrubber, l’acqua da riscaldare attraversa in contatto diretto i fumi in uscita, determinando anche la condensazione degli stessi (un esempio in Figura ).

Recupero sul calore di condensazione nei circuiti frigoriferi Un’applicazione che spesso non viene adeguatamente sfruttata è il recupero termico sul calore di condensazione dei circuiti frigoriferi, siano essi macchine frigorifere monoblocco o circuiti frigoriferi più complessi (BT o TN) nell’ambito della refrigerazione industriale e commerciale (Figura ); l’ideale in questi casi è realizzare il sistema fin dall’origine con queste caratteristiche, perché è poi più complicato (se non quasi impossibile nel caso


RECUPERO PARZIALE

Recupero di calore dall’aria compressa

condensatore Dsh

h

p

Acqua calda  recuperata

evaporatore

Acqua calda  recuperata

Acqua refrigerata

cond. recupero RECUPERO TOTALE h condensatore

p evaporatore

Acqua refrigerata

Figura 3 – Schema di principio nel caso di recupero parziale (in alto) e totale (in basso) di macchine monoblocco assemblate in fabbrica) intervenire in retrofit su impianti esistenti al fine di inserire ulteriori scambiatori. In questo caso l’energia termica è disponibile sotto forma di acqua calda, sfruttabile unicamente quando è in esercizio il sistema frigorifero o interponendo un sistema di accumulo. Il recupero può essere parziale (Figura  in alto), con l’inserimento nel circuito frigorifero di un cosiddetto desurriscaldatore (Dsh in Figura ), che sfrutta l’elevata temperatura dei gas refrigeranti in uscita dal compressore, operando appunto il desurriscaldamento degli stessi prima dell’ingresso al condensatore; di norma la potenza termica ottenibile è compresa fra il % e % di quella frigorifera nominale, e si può stimare in prima istanza circa pari alla potenza elettrica assorbita dai compressori (tuttavia il valore effettivo dipende dal refrigerante e dalle caratteristiche dello scambiatore inserito). Il vantaggio del recupero

parziale è poter raggiungere temperature fino a  °C senza tuttavia influire in modo significativo sulla prestazione energetica del ciclo frigorifero. Il recupero totale (Figura  in basso), consiste invece nella realizzazione di un vero e proprio ulteriore condensatore, dal quale recuperare tutto il calore di condensazione. Ciò implica un maggior costo e una maggiore complicazione costruttiva della macchina e non consente di ottenere temperature lato fluido troppo elevate (indicativamente massimo  °C); la temperatura del recupero influenza tuttavia la prestazione in freddo della macchina, con una riduzione dell’EER frigorifero, che è poi compensata dalla produzione di energia termica [] nella valutazione della prestazione globale (in questi casi si parla di TER, Total Efficiency Ratio, []). La scelta fra recupero parziale o recupero totale deve essere fatta in funzione della temperatura necessaria e della domanda termica e frigorifera, oltre che dei costi dell’energia elettrica e termica di stabilimento. Molto interessanti sono le applicazioni di recupero per la produzione di acqua calda per i lavaggi e i processi nel settore alimentare, nel quale vi sono numerose realizzazioni.

Il recupero di calore dai compressori d’aria rappresenta un’altra delle classiche soluzioni tecniche, molto spesso tuttavia non sfruttata adeguatamente in ambito industriale. Limitando la trattazione ai compressori che operano con pressioni ordinarie (fino a  bar), se si considerano i compressori a vite lubrificati, è possibile recuperare il calore dal circuito di raffreddamento dell’olio sotto forma di aria calda (con le dovute cautele in tema di sicurezza) o sotto forma di acqua calda, da inviare a un sistema di accumulo. La temperatura massima ottenibile dell’acqua è circa  °C, anche se normalmente si opera con circa  °C nelle applicazioni reali. La potenza termica ottenibile è indubbiamente interessante se si considera che può essere dell’ordine del % della potenza elettrica assorbita dal compressore. Nella valutazione tecnico economica del sistema è opportuno considerare però i seguenti aspetti: • ore di esercizio del compressore; • carico medio del compressore: se il compressore opera con inverter o con cicli di carico-vuoto, non sarà disponibile sempre una potenza termica pari a quella massima; • domanda termica: in questo caso è importante inserire un adeguato serbatoio di accumulo; • costi di interfaccia impiantistica. Lo scambiatore di calore per il recupero è un accessorio ordinario disponibile a catalogo per i principali costruttori, e anche in questo caso è sicuramente opportuno pensare fin dal momento dell’ordine del compressore alla scelta dello stesso. Per quanto riguarda invece i compressori oilfree, se raffreddati ad acqua è possibile recuperare calore nel raffreddamento fra i due stadi; nel caso invece di quelli raffreddati ad aria il calore recuperato sotto forma di aria calda può essere sfruttato per la rigenerazione di essiccatori ad adsorbimento, tipicamente necessari nelle applicazioni che richiedono aria con requisiti alimentari o farmaceutici.

Impiego pompe di calore e macchine ad assorbimento/adsorbimento Ogni qual volta è disponibile del calore a temperature anche di soli - °C (come accade spesso in circuiti di raffreddamento industriale), è possibile ipotizzare di sfruttare tale fluido come sorgente termica per una pompa di calore. Molte sono le applicazioni industriali di pompe di calore, inserite all’interno dei processi produttivi (per una trattazione ampia si rimanda a [], []). Se la finalità è produrre calore a temperatura inferiore ai - °C partendo da sorgenti termiche a temperature non superiori a  °C, vengono impiegati prodotti comunemente disponibili a catalogo dei principali produttori, tipicamente pompe di calore acqua-acqua. Se si considera invece una temperatura di mandata più elevata, pari o superiore a  °C, o sorgenti termiche molto calde, si

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Tabella 5 – Tipologie di macchine assorbimento/adsorbimento per la produzione di energia frigorifera da calore recuperato temperatura generazione [°C]

temperatura acqua refrigerata [°C]

COPf

-

-

,-,

H-NH

-*

<

,

doppio effetto LiBr-H

-

>,

H-NH

-

-

,-,

silica gel

-

-

,-,

Tecnologia assorbimento singolo effetto LiBr-H

adsorbimento

*sul mercato recentemente vi sono macchine che operano anche con acqua a  °C

Figura 4 – COP in funzione del salto termico condensatore-evaporatore per i modelli in commercio []

devono ricercare prodotti appositamente sviluppati per l’alta temperatura. Negli ultimi anni si è riscoperto un interesse verso le pompe di calore ad alta temperatura [] e sono sempre maggiori anche le proposte di prodotti di questo tipo, con COP via via crescenti. Oggi vi sono almeno  produttori che offrono complessivamente oltre  modelli di pompe di calore in grado di operare oltre a  °C in mandata. I valori di COP medio è circa , considerando un salto termico medio di  K, con un fattore di Carnot compreso fra il  e il % [] (Figura ). I refrigeranti impiegati, oltre all’Ra, sono l’ammoniaca, l’Rfa e l’Rze, con compressori a vite, pistoni o centrifughi []; in alcuni casi i cicli sono a doppio stadio. Interessanti sono le applicazioni con pompe di calore a CO laddove l’obiettivo sia riscaldare acqua in ingresso a temperatura inferiore a  °C, sfruttando le tipiche caratteristiche super critiche del refrigerante CO. Non vanno per altro dimenticate le pompe di calore ad assorbimento e i trasformatori di calore. La situazione dei costi di energia elettrica e del gas naturale in ambito industriale consentono di fare alcune considerazioni: • se il costo del gas naturale prevede l’applicazione di accisa industriale, per avere tempi di ritorno inferiori a - anni è necessario avere una combinazione ottimale di ore di esercizio e COP ottenibile, per cui è preferibile operare a temperature dell’acqua riscaldata non molto superiori a  °C; • nel caso al contrario di soggetti energivori (imprese a forte consumo di energia ai sensi del D.M.  dicembre ), è possibile avere invece in particolari per i soggetti in categoria VAL, prezzi dell’energia elettrica molto competitivi e tali da rendere favorevole un maggiore uso dell’energia elettrica per la produzione di energia termica. È chiaro che, come avviene anche nell’ambito degli impianti di trigenerazione, è anche possibile produrre energia frigorifera dal calore recuperato, attraverso macchine ad assorbimento o adsorbimento.

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Le applicazioni più classiche con macchine ad assorbimento a bromuro di litio e acqua richiedono temperature almeno di  °C per operare, con un COP frigorifero dell’ordine di ,-,; tale calore può derivare da uno qualsiasi dei recuperi fino ad ora descritti; alcune macchine ad assorbimento sono appositamente progettate per uno scambio diretto fumi-generatore. Con calore disponibile a temperature più elevate è possibile produrre energia frigorifera anche a temperature negative o inferiori a  °C con cicli ad assorbimento ad ammoniaca (COP frigorifero in questo caso pari a circa , - , in funzione delle temperature e portate). Le macchine ad adsorbimento invece accettano anche temperature inferiori, pur consentendo di operare con temperature anche di  °C ma con COP frigorifero inferiore; si tratta di applicazioni meno diffuse e i prodotti sul mercato non sono molti. In Tabella  un riquadro riassuntivo delle diverse tecnologie.

Recupero di energia termica nell’industria per la produzione di energia elettrica Talvolta, nel sito dove è possibile il recupero, non vi è una richiesta di energia termica bensì di energia elettrica: è quindi possibile utilizzare il calore recuperato in opportuni sistemi di conversione di energia per coprire (totalmente o in parte) questa richiesta elettrica. Di seguito vengono descritte le due tecnologie industrialmente più significative, ovvero i sistemi ORC e i generatori termoelettrici. Altre tecnologie, come ad esempio motori Stirling, cicli Kalina e generatori termoionici, non vengono approfondite in questa sede in quanto la loro diffusione nell’industria è molto limitata.

Sistemi ORC I sistemi ORC (acronimo di Organic Rankine Cycle) sono una soluzione efficiente per lo sfruttamento di flussi di calore a medio-bassa temperatura (tra  e  °C). La produzione di potenze in questi sistemi è basata sul ciclo termodinamico di Rankine operato da un fluido organico (Figura ), che prende il posto dell’acqua utilizzata nelle tradizionali centrali elettriche a vapore operanti a

temperature massime di oltre  °C. I fluidi organici normalmente utilizzati appartenente alle categorie dei refrigeranti (es. R-a, R-fa) e degli idrocarburi (es. isobutano, propano) []. I principali vantaggi nell’utilizzo dei fluidi organici rispetto all’acqua nelle applicazioni di recupero termico, ovvero quando la sorgente termica è basso contenuto entalpico, sono: • l’aumento dell’efficienza del ciclo termodinamico, ovvero un’efficienza maggiore nella conversione del calore in potenza meccanica (elettrica) rispetto all’utilizzo dell’acqua a parità di temperatura massima. Questo perché le temperature dal fluido di recupero non permetterebbero il surriscaldamento nel ciclo a vapore, necessario per motivi tecnologici e di efficienza; • l’aumento della quantità del calore disponibile che viene assorbita dal fluido organico rispetto all’acqua grazie a un migliore accoppiamento termico tra sorgente e fluido operativo, favorito dalle caratteristiche fisiche dei fluidi organici (Figura ). I sistemi ORC per applicazioni di piccola o media potenza sono costituiti (Figura , sinistra) da una pompa (centrifuga o volumetrica, P), uno o più scambiatori primari per il riscaldamento e l’evaporazione del fluido organico (EVAP), uno o più espansori (volumetrici o turbine, E), un condensatore (COND) e un “cold drum” (CD) per la compensazione delle dilatazioni termiche negli avviamenti/ spegnimenti. Per motivi di sicurezza (esempio recupero da gas di combustione) tra lo scambiatore primario e la sorgente termica può essere interposto un circuito intermedio di olio diatermico


Figura 5 – Ciclo termodinamico del ciclo Rankine ideale nel diagramma T-S (sinistra) e h-s (destra) Figura 6 – Confronto tra le curve limite (linea continua per il liquido saturo, linea tratteggiata per il vapore saturo) dell’acqua e di alcuni fluidi organici utilizzati in impianti ORC. Per semplicità espositiva la scala dell’entropia fa riferimento all’acqua e le curve limite dei fluidi organici sono allineate in corrispondenza dell’origine degli assi, la scala delle differenze di entropia è comunque rispettata

che funge da fluido termovettore tra la sorgente calda (SF) e il fluido organico (EVAP). La scelta del fluido viene fatta sulla base della temperatura della sorgente termica disponibile. In particolare, una regola di letteratura affidabile [,] stabilisce che per massimizzare l’efficienza complessiva del sistema la temperatura critica del fluido organico scelto dovrebbe essere di poco inferiore alla temperatura della sorgente disponibile (o dell’olio diatermico, se previsto), alcune possibili scelte sono mostrate in Figura . Il rendimento dei cicli ORC dipende naturalmente dalla temperatura di evaporazione del fluido come da legge di Carnot, oltre che dal sistema utilizzato per la condensazione dello stesso e dai rendimenti dei componenti utilizzati: nella pratica industriale l’efficienza netta va dal  al %. Le applicazioni tipiche sono quelle di aziende a forte produzione di calore come vetrerie e cartiere, ma anche navali e stazionarie su motori a combustione interna e caldaie a biomassa [,,]. In Figura  è mostrata una soluzione installata come recupero su un motore a biogas.

Generatori termoelettrici La trasformazione del calore in energia elettrica è possibile anche per conversione diretta (senza il coinvolgimento di un fluido che evolve in un ciclo), per esempio sfruttando l’effetto termoelettrico di tipo Seebeck. La scoperta dello stesso è stata inizialmente attribuita al fisico di origini balcaniche Thomas Johann Seebeck, che condusse i suoi esperimenti nel . In realtà, quasi trent’anni prima di lui, Alessandro Volta aveva osservato che due diversi metalli immersi in due recipienti contenenti la stessa soluzione a diversa temperatura generano una differenza di potenziale. Volta attribuì

Figura 7 – Schemi funzionali di un impianto ORC in ciclo semplice (sinistra) e rigenerativo (destra)

Temperatura della sorgente termica

47 °C

92 °C

122 °C

147 °C

172 °C

227 °C

500 °C

Fluidi operativi consigliati per range di temperatura Ra

R

Ra

Ra

R

R

R

R

R

Rb

Rfa

Rmfc

Ra

CFI

Rea

neopentano

Ra

Rea

Rfa

isobutano

Rca

R

butano

Figura 8 – Scelta del fluido operativo in funzione della temperatura della sorgente termica

Rb

Figura 9 – Impianto ORC di ORCAN Energy installato per il recupero di energia termica da un motore a biogas

#62

45


46

#62

Figura 10 – Modulo termoelettrico elementare

Figura 11 – Modulo termoelettrico commerciale

Carnot Brayton id. rc=12 ZT=2

Rankine id. rigenerativo ZT=3 ZT=1

80 70 60 Rendimento [%]

la nascita della forza elettromotrice alla differenza di temperatura tra i due recipienti (al contrario di quanto fece erroneamente Seebeck, che imputò la presenza di un potenziale elettrico a fenomeni termomagnetici) []. Un modulo termoelettrico elementare è quindi costituito da due materiali diversi (generalmente semiconduttori) collegati tra loro (Figura ). Se la coppia termoelettrica è sottoposta a una differenza di temperatura nei punti di giunzione, si genera una forza elettromotrice in grado di produrre una corrente circolante su un carico elettrico. Il collegamento di più coppie termoelettriche a formare un modulo (Figura ) consente di ottenere potenze elettriche maggiori e quindi di poter sfruttare l’effetto termoelettrico anche per il recupero di calore in sistemi industriali. Un generatore termoelettrico (o TEG, thermoelectric generator) è essenzialmente composto da due scambiatori di calore (uno a contatto con una sorgente calda e l’altro a contatto con una sorgente fredda) e da una serie di moduli termoelettrici posti tra i due scambiatori. Il flusso termico che attraversa i moduli viene in piccola parte convertito in potenza elettrica DC, con tensioni e correnti variabili a seconda del tipo di moduli utilizzati e della configurazione di collegamento dei moduli (la tensione di un generatore sotto carico si attesta tipicamente sulle decine di Volt). I moduli in commercio utilizzano il tellururo di bismuto come materiale termoelettrico (che ha una temperatura operativa massima di circa  °C) e sono in grado di sviluppare densità di potenza anche superiori a , W/cm nelle condizioni di funzionamento ottimali (cioè con sorgente fredda a  °C). L’efficienza dei moduli termoelettrici (definita come il rapporto tra la potenza elettrica prodotta e il calore assorbito) può essere espressa nel suo valore massimo come il prodotto tra il rendimento del ciclo di Carnot e un parametro che è funzione della figura di merito (ZT). Quindi, a pari temperatura della sorgente fredda, tanto maggiori saranno la temperatura della sorgente calda e la figura di merito, tanto maggiore sarà l’efficienza (Figura ). Per moduli a tellururo di bismuto (ZT≈) l’efficienza di conversione effettiva si attesta attorno al %, un valore piuttosto basso se confrontato con quella di altri sistemi di generazione. La tecnologia offre tuttavia dei vantaggi indiscutibili: la conversione del flusso termico in energia elettrica avviene in un sistema di per sé molto semplice e privo di organi in movimento (e quindi ad elevata robustezza e durata, oltre che con scarsa necessità di manutenzione). In aggiunta, il calore ceduto a bassa temperatura alla sorgente fredda può essere utilizzato per altri scopi (la temperatura della sorgente fredda può anche superare i  °C). Infine, negli ultimi decenni, il crescente interesse per il recupero termico ha promosso una rivalutazione dell’effetto Seebeck (che, fino alla fine degli anni , ha trovato applicazione

50 40 30 20 10 0

300

450 600 750 900 1050 1200 1350 Temperatura sorgente calda o massima di ciclo [K]

Figura 12 – Efficienza massima di moduli termoelettrici al variare della figura di merito ZT e della temperatura della sorgente calda. Valori a confronto con il rendimento di alcuni cicli ideali di riferimento

in modo significativo solo in ambito metrologico e spaziale). C’è stata quindi una ripresa della ricerca per sviluppare materiali ad elevata figura di merito (alcuni autori prospettano la commercializzazione di moduli a ZT= in un futuro prossimo []), in grado di operare a temperature superiori a  °C. I moduli di nuova generazione dovranno tuttavia avere un costo accettabile per riuscire a imporsi sul mercato (i moduli attuali hanno un costo che va dai  agli  euro/W). Nel settore industriale l’effetto Seebeck è utilizzato per recuperare il calore emesso per irraggiamento da processi di lavorazione (ad esempio da laminatoi e colate continue). In questo tipo di applicazioni, il recupero può essere fatto senza

l’interposizione di un fluido (che richiederebbe una ulteriore complicazione impiantistica), con una massima densità di potenza termoelettrica prodotta stimabile in , kW/m (valore riferito a moduli avanzati ad alte prestazioni, []). Sempre in ambito industriale, cominciano a diffondersi sul mercato sistemi termoelettrici per il recupero del calore dai fumi di combustione di forni e caldaie, e dai gas di scarico di motori a combustione interna stazionari (Figura ). L’automotive è uno dei settori nei quali sono stati avviati molteplici


programmi di ricerca per lo sviluppo di sistemi termoelettrici per il recupero del calore dai gas di scarico []. In un’auto a benzina di media taglia la potenza elettrica recuperabile può raggiungere i  W a una velocità di crociera in autostrada. Nel settore del riscaldamento domestico, sono stati realizzati alcuni prototipi per l’integrazione di moduli termoelettrici in stufe a biomassa [], mentre sono già disponibili sul mercato diversi sistemi portatili a fiamma in grado di alimentare lampade e caricabatterie di bassa potenza.

Conclusioni L’articolo presenta, se pur sinteticamente, le diverse soluzioni tecniche disponibili per sfruttare energia termica recuperabile in ambito industriale, per usi termici ma anche per la produzione di energia elettrica. L’ampiezza e la varietà delle tecnologie sviluppate consente di trovare potenziali applicazioni anche laddove non si ipotizza di norma ciò non sia possibile, fermo restando la necessità di una adeguata analisi economica; è fondamentale in questo senso tener conto sempre anche dei costi relativi agli impianti necessari per interfacciare il recupero con l’impiantistica esistente.  Figura 13 – Generatore termoelettrico Sirio prodotto da Veil Energy Srl. Si notano in primo piano le prese per l’ingresso e l’uscita dei gas di scarico

* Fabio Minchio, Studio F Engineering – Socio AiCARR Marianna Benetti, Paolo Gobbato, Sergio Rech, VEIL Energy S.r.l.

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#62

47


Investimenti green

Efficientamento energetico di un impianto di trattamento rifiuti Lo studio affronta l’analisi e il monitoraggio dei consumi energetici degli impianti e individua metodi e tecnologie in grado di migliorare l’efficienza dei processi, valutandone la fattibilità economica F. Allegri, G. Bertorello*

L’

AZIENDA CUNEESE SMALTIMENTO RIFIUTI (A.C.S.R.) è un’attività industriale con sede principale in Borgo San Dalmazzo (CN) e sede distaccata in Roccavione (CN), che si occupa del trattamento

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#62

e recupero dei rifiuti solidi urbani di  comuni del Bacino Regionale del Piemonte nº . Tale area comprende . abitanti e una produzione complessiva di circa . tonnellate di

rifiuti, tra cui gli indifferenziati, quelli derivanti dalla raccolta differenziata quali legno, verde, organico, compost, carta e plastica.


DESCRIZIONE DEGLI IMPIANTI

Descrizione del processo produttivo Nel sito di B.S.D. si trattano principalmente tre tipologie di rifiuti: • Rifiuto indifferenziato: 24.000 ton/anno; • Compostaggio: 17.000 ton/anno; • Carta e plastica: 14.500 ton/anno. Nel sito di Roccavione, in cui si produce il CSS, si utilizza invece: • Rifiuto di tipo 1 – frazione secca da B.S.D e S.M.A.: 21.000 ton/anno; • Rifiuto di tipo 2 – plastiche non clorurate (AT): 4.300 ton/anno; • Rifiuto di tipo 3 – gomme e pneumatici (BG): 2.400 ton/anno. Le quantità dei rifiuti trattati annualmente dai due impianti è descritta in Figura 2.

L’attuale politica della società A.C.S.R. è quella di massimizzare il recupero di materia dai RSU che giungono ogni giorno all’impianto, in quanto all’interno di essi vi è, ancora, grande ricchezza che può essere recuperata per salvaguardare l’ambiente. I processi presenti nell’impianto dell’A.C.S.R., di B.S.D., in Figura 1, sono i seguenti: • impianto di selezione RSU, stabilizzazione e produzione della frazione secca (utilizzata per il CSS); • impianto di compostaggio ottenuto da rifiuto organico e vegetale triturato; • impianti di trattamento carta e cartone e imballaggi in plastica; • messa in riserva di rifiuti urbani e non; • gestione di lotti di discarica per rifiuti non pericolosi.

Candidata: Bertorello Giulia Relatore: Marco Carlo Masoero Relatore esterno: Fabio Ing. Allegri

Biossidazione

Maturazione compost

L’A.C.S.R. (Azienda Cuneese Smaltimento Rifiuti)

Sezione trattamenti RSU e imballaggi

Borgo San Dalmazzo (CN)

Roccavione (CN)

RSU

Imballaggi

Compostaggio

Produzione CSS

24.000 ton

14.500 ton

17.000 ton

30.000 ton

Centro di raccolta

Tettoia stoccaggio rifiuti

Uffici

Figura 1 – Vista aerea del sito A.C.S.R. in Borgo San Dalmazzo (CN)

Figura 2 – Quantità di rifiuti annui trattati dalla A.C.S.R.

Figura 1- Vista aerea del sito ACSR in Borgo San Dalmazzo (CN)

miglioramento dell’efficienza energetica e del L’A.C.S.R. gestisce un sito in contenimento del consumo di energia primaria, Roccavione per la produzione del L’A.C.S.R. (Azienda Cuneese Smaltimento Rifiuti) lo studio affronta l’analisi, la suddivisione dei conCombustibile Solido Secondario (CSS), sumi e individua metodi e tecnologie in grado di ricavato dalla frazione dei(CN) rifiuti Borgo Sansecca Dalmazzo Roccavione (CN) migliorare l’efficienza dei processi riducendone solidi urbani dell’impianto di Borgo RSU Imballaggi Compostaggio Produzione CSS il consumo di energia primaria, utilizzando dove San Dalmazzo e dalla SMA SpA di 30.000 ton 24.000 ton (Bacino 14.500 ton 17.000 ton possibile gli strumenti di incentivazione (in parMagliano Alpi Monregalese). ticolare i Certificati Bianchi). I consumi complessivi (nel ) dei due siti industriali ammontano a .. kWh (.. kWh eletAnalisi e monitoraggio dei trici a B.S.D – .. kWh elettrici consumi energetici e termici a Roccavione). L’analisi e il monitoraggio dei consumi enerFigura 2 - Quantità rifiuti annui trattati dalla ACSR Nell’ambito di un progetto di getici dei due siti produttivi hanno consentito di Candidata: Bertorello Giulia Relatore: prof. Marco Carlo Masoero Relatore esterno: Fabio Ing. Allegri

26 Marzo 2019

Candidata: Bertorello Giulia Relatore: Marco Carlo Masoero Relatore esterno: Fabio Ing. Allegri

Monitoraggio HT Solar300N

Trituratore primario

Trituratore secondario

Miscelatore

Ventilatori

Pressa automatica

15 giorni

15 giorni

15 giorni

7giorni

15 giorni

Figura 3 – Apparecchiature oggetto di monitoraggio energetico Macchinario monitorato

Ore di funzionamento annue Pa monitorata (kW)

Ventilatore KVE04 Ventilatore KVE06 Miscelatore Pressa automatica Macchinario Ore annue Trituratore primario Trituratore secondario

8˙760 73 8˙760 41 1˙500 30.5 101.2 P1˙500 assorbita monitorata (kW) 1˙200 100 1˙200 266

Energia (kWh/anno) 639˙480

359˙160 Tabella 1 – Riassunto dei dati ottenuti dal monitoraggio dei macchinari



45˙750

Energia151˙800 annua (kWh/anno) 120˙000 319˙200

KVE

.

.

KVE

.



.

Miscelatore

.

,

.

Pressa automatica

.

,

.

Trituratore primario

.



.

Trituratore secondario

.



.

costruire una baseline ante intervento, indispensabile al fine di fare valutazioni di miglioramento dell’efficienza energetica del sito. Da questi dati è stato possibile individuare gli impianti su cui intervenire, in base a: • consumo energetico annuo; • disponibilità di tecnologie con migliore efficienza energetica; • costo di investimento e suo tempo di ritorno. Si sono pertanto individuati i componenti su cui intervenire: • ventilatori – motori; • illuminazione; • cogeneratore per ciclo di essicazione CSS.

Apparecchiature sottoposte a monitoraggio Vengono riportati di seguito i macchinari sottoposti a monitoraggio, riassunti in Figura . La scelta è stata fatta basandosi sui consumi annuali dei vari componenti e si è deciso di concentrare lo studio su quelli maggiormente energivori, per poi valutare quali interventi possono ridurre il consumo energetico mantenendo costante la produzione e le ore di attività. I tempi di monitoraggio sono di durata breve ma significativa, in quanto le apparecchiature lavorano in modo indipendente dalle condizioni climatiche e in modo pressoché costante. I consumi degli altri macchinari oggetto di questo studio (illuminazione – ventilatori – macchinari vari – bruciatori), sono stati valutati in modo analitico attraverso la misura del loro consumo istantaneo, e delle loro ore di funzionamento (Figura ). Dai dati, riportati in Tabella , si evince che i

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ventilatori hanno un consumo energetico importante derivante dalla potenza elettrica media assorbita e dalle ore di utilizzo. La loro sostituzione (motore e ventilatore) può dare importanti riduzioni del consumo con investimenti limitati. Gli altri macchinari hanno un numero di ore di funzionamento inferiore. Inoltre la loro complessità tecnologica e di azionamento rende la loro sostituzione più complessa e richiede investimenti maggiori.

Dati del monitoraggio Consumi complessivi della sede di Borgo San Dalmazzo dell’A.C.S.R.

I consumi elettrici complessivi dello stabilimento di Borgo sono riassunti in Tabella . Nelle Figure  e  sono riportati i confronti tra i diversi consumi di energia elettrica parziali e totali.

Tabella 2 – Consumo annuo di energia elettrica nella sede di Borgo San Dalmazzo Energia annua (kWh/anno) Ricevimento e selezione RSU – linea selezione

..,

Selezione plastica e carta

.,

Sezione ricevimento legno/forsu

..,

Totale processi di lavorazione dei rifiuti

..,

Illuminazione uffici

.,

Illuminazione capannoni

.,

Totale illuminazione

.,

TOTALE

..,

Tabella 3 – Confronto tra i consumi attuali e nel post intervento con i ventilatori proposti Consumo ex-ante (kWh/anno)

Consumo ex-post (kWh/anno)

Risparmio (%)

Risparmio (kWh/anno)

KVE

.

.

%

.

KVE

.

.

%

.

Ventilatore

KVE

.

.

%

.

Calcolo EPI (energy performance indicator) e confronto nel sito B.S.D.

KVE

.

.

%

.

Come si può osservare nella Figura , la lavorazione della carta e plastica richiede meno energia

KVE

.

.

%

KVB-

.

.

%

.

KVB-

.

.

%

.

..

..

%

.

TOTALE

Figura 4 – Consumi energetici processi di lavorazione dei rifiuti B.S.D.

Figura 7 – Confronto tra i consumi attuali dei singoli ventilatori e nel post intervento con i ventilatori

Figura 5 – Totale consumi elettrici B.S.D.

Figura 6 – Confronto fra gli EPI delle tre diverse linee di trattamento dei rifiuti

50

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Figura 8 – Tempo di rientro dell’investimento senza i Titoli di Efficienza Energetica


Interventi di efficientamento energetico

rispetto alle linee che trattano RSU e legno e FORSU. Ciò è dovuto al fatto che plastica e carta non necessitano di lavorazioni energivore, in quanto non necessitano di triturazioni, deferrizzazioni, vagliature o miscelazioni.

Sostituzione ventilatori

I ventilatori e i motori a loro accoppiati, presenti nel sito di Borgo sono stati oggetto di studio al fine di valutarne la sostituzione.

Valutando i loro punti di lavoro, si è fatta una ricerca ipotizzando la sostituzione del ventilatore e del motore elettrico previsto di classe IE nella nuova configurazione. Qui di seguito riportiamo i consumi previsti nella configurazione ex-post (Tabella  – Figura ). Calcolo dei costi dell’investimento e del tempo di ritorno

Tabella 4 – Costi per l’acquisto e l’installazione dei ventilatori Ventilatore

Costo di acquisto

Costo di installazione

Costo totale

KVE

.,

.,

.,

KVE

.,

.,

.,

KVE

.,

.,

.,

KVE

.,

.,

.,

KVB-

.,

.,

.,

KVB-

.,

,

.,

TOTALE

.,

.,

.,

I costi da sostenere per la realizzazione dell’intervento sono legati all’acquisto dei ventilatori e all’installazione: si ipotizza a tal proposito, un costo di installazione pari al % del loro costo di acquisto (Tabella ). Utilizzando i dati dei costi e dei risparmi precedentemente illustrati, si ottengono tempi di ritorno dell’investimento come da Figura  (senza TEE). Costo ., SPB = — = — = , anni Risparmio .,

Si segnala che la possibilità di richiedere i TEE per il presente intervento è da verificare, in quanto il tempo di ritorno stimato è inferiore ai  anni. Inoltre i TEE previsti ( TEE) non soddisfano il valore minimo richiesto. Con l’ausilio dei certificati bianchi, il risparmio ammonta a . kWh annui. . tep TEE TEEventilatori = tep = —  0,187 = , — ≈  — . anno anno Il valore di un TEE è pari a , €/TEE, dunque l’incentivo annuo corrisponde a: Incentivoventilatori = TEEventilatori  CostoTEE =   259,96 = 6.239,04 €/anno L’incentivo consente di diminuire il tempo di ritorno. Figura 9 – Tempo di rientro dell’investimento con i Titoli di Efficienza Energetica Con gli incentivi il tempo di ritorno si ridurrebbe a , anni (Figura ). Tabella 5 – Consumi di energia Tabella 6 – Energia elettrica richiesta elettrica dell’A.C.S.R. suddivisi per fasce per l’illuminazione nello stato futuro Relamping Energia totale (kWh)

Uffici Borgo San Dalmazzo

.,

Energia totale (kWh)

Uffici Borgo San Dalmazzo

.,

Capannoni Borgo San Dalmazzo

.,

Capannoni Borgo San Dalmazzo

Totale Borgo San Dalmazzo

.,

Totale Borgo San Dalmazzo

Uffici Roccavione

.,

., .,

Uffici Roccavione

.,

Capannoni Roccavione

.,

Capannoni Roccavione

.,

Totale Roccavione

.,

Totale Roccavione

.,

TOTALE A.C.S.R.

.,

TOTALE A.C.S.R.

.,

Tabella 7 – Risparmi di energia elettrica ottenuti dall’installazione dei LED Risparmio economico (€/anno)

Risparmio per manutenzione (€/anno)

Risparmio per sensori presenza (€/anno)

Totale (€/anno)

,

,

,

,

Capannoni B.S.D.

.,

,

-

.,

Totale B.S.D.

.,

,

,

.,

,

,

.,

.,

Capannoni Roccavione

.,

,

,

.,

Totale Roccavione

.,

,

.,

.,

.,

,

.,

.,

Uffici B.S.D.

Uffici Roccavione

TOTALE

Consumi attuali di energia elettrica per l’illuminazione

Attualmente entrambi gli stabilimenti sono in funzione  ore al giorno per  giorni al mese; le ore di funzionamento annue sono, quindi, . I consumi attuali di energia elettrica richiesta per l’illuminazione sono riassunti nella Tabella . Descrizione dello stato futuro

Lo scopo dell’intervento di relamping è quello di ridurre i consumi di energia elettrica richiesta per l’illuminazione degli ambienti mediante l’adozione della tecnologia a LED Per valutare la quantità e la tipologia di apparecchi a LED necessari, è stato fatto il calcolo con il software DiaLUX, in modo da verificare il rispetto dei requisiti previsti dalla norma UNI EN 12464:1. Consumi futuri di energia elettrica previsti per l’illuminazione

Mantenendo invariate le ore di funzionamento, i consumi previsti sono riportati in Tabella .

#62

51


Confronto dei consumi tra lo stato attuale e lo stato futuro

Osservando i grafici sottostanti è possibile verificare il risparmio annuo di energia elettrica legata alla sostituzione degli apparecchi di illuminazione. Rispetto alla situazione exante si ha un risparmio energetico che è del %. I risparmi riportati di seguito comprendono anche quelli legati all’installazione di sensori di presenza (Figura ). Calcolo dei risparmi

Il risparmio economico è stato calcolato con la seguente formula: R€ = (Pstato di fatto – Pstato futuro)  hfunzionamento  CostokWh [€/anno] Rmanutenzione = Costomanutenzione stato di fatto – Costomanutenzione stato futuro [€/anno] Costomanodopera + Costolampada Costomanutenzione = nplafoniere  ntubi per plafoniera  — — [€/anno] hvita della lampada — hfunzionamento annue R€,sensori di presenza = Rsensori di presenza  CostokWh [€/anno]

Utilizzando le formule appena descritte e i dati riportati nella tabella sovrastante, si ottengono i valori di risparmio riassunti nella Tabella . Calcolo dei costi

L’analisi dei costi per la realizzazione dell’intervento comprendono, oltre al costo di acquisto dei nuovi apparecchi di illuminazione a LED, anche i costi di installazione. Con i valori di costo e risparmio attualizzati, è possibile determinare il tempo di ritorno nel modo seguente (Figura ):

Figura 10 – Confronto tra i consumi di energia elettrica attuali e nel post intervento richiesta per l’illuminazione degli uffici e dei capannoni dell’A.C.S.R. per le diverse fasce.

Tabella 8 – Costi di installazione degli apparecchi a LED Fornitura lampade (€)

Installazione (€)

.,

.,

.,

.,

Totale B.S.D.

.,

.,

Uffici Roccavione

.,

.,

Capannoni Roccavione

.,

.,

Totale Roccavione

.,

.,

.,

.,

Uffici B.S.D. Capannoni B.S.D.

TOTALE

Costo ., SPB = — = — = , anni Risparmio ., Questo intervento porta a un risparmio di elettricità pari a ., € all’anno, che corrisponde a  TEE. ., tep TEErelamping = tep = —  0,187 = , — ≈  TEE . anno Incentivorelamping = TEErelamping  CostoTEE =   259,96 = 6.239,04 €/anno In questo modo il tempo di ritorno diminuisce. Costo ., SPB = — = — = , anni Risparmio ., Cogeneratore a servizio dell’essicazione CSS – Roccavione

Figura 11 – Tempo di rientro del relamping senza i TEE

Dimensionamento del cogeneratore

La scelta della potenza del cogeneratore è fatta sul profilo termico, dunque è necessario conoscere l‘andamento dei carichi termici. Il bruciatore attualmente utilizzato per la produzione di calore necessario al processo di essiccazione è a metano e ha una potenza nominale di . kW. Per ottenere il profilo termico si è partiti dall’analisi dei consumi del gas relativi agli anni  e . Si è ricavata la portata media mensile e la potenza media mensile (Figura ). Le ore di funzionamento annue sono circa . e la scelta della taglia del cogeneratore viene fatta su questo valore: a . ore la potenza termica vale  kWth .

52

#62

Figura 12 – Profilo termico per le ore di funzionamento ipotizzate


Figura 14 – Confronto tra l’energia elettrica prodotta dal cogeneratore e il fabbisogno elettrico dello stabilimento di Roccavione

Figura 13 – Costi di produzione dell’energia elettrica

Figura 16 – Tempo di ritorno dell’investimento da sostenere per l’installazione del cogeneratore con i TEE

Figura 15 – Tempo di rientro dell’investimento per l’installazione di un cogeneratore senza TEE

Si è scelto un cogeneratore, da catalogo, che presenta i seguenti dati (Tabella ):

Tabella 9 – Dati di targa del cogeneratore scelto Dati cogeneratore

Calcolo dei costi

Per la determinazione dei costi legati al consumo di combustibile, all’energia termica e a quella elettrica, si utilizza il tempo di funzionamento annuo che è pari a . ore. Il costo unitario netto di produzione dell’energia elettrica è il seguente: cel,n,h = cel,l,h – cth,ev,h = , – , = 25,28 €/h Dai costi calcolati, dividendo per il numero di ore di funzionamento annue, si ottiene il costo di produzione dell’energia espresso in €/kWh. Mediante l’ausilio del grafico, che riporta i costi dell’energia elettrica prodotta con il cogeneratore e i costi di acquisto dalla rete, è possibile affermare che è sempre conveniente utilizzare l’energia prodotta con il cogeneratore, in quanto ha sempre un costo minore rispetto a quello della rete (Figure  – ). Il costo annuo di energia elettrica nel post opera risulta pari a: Cannuo,CHP = Cannuo,CHP,F + Cannuo,CHP,F + Cacquisto dalla rete = = ., + ., + ., = 159.168,83 €/anno Il costo totale di acquisto dell’energia elettrica dalla rete nell’assetto ante opera, risulta pari a ., €/anno. A questo punto il risparmio annuo è facilmente determinabile. R = Cannuo,NO CHP – Cannuo,CHP = ., + ., = 102.953,30 €/anno Supponendo un costo di realizzazione dell’intervento complessivo di . €/kWel, il costo totale vale: Costo = .  Pel = .   = 501.250 €/anno

Potenza termica da grafico

 kWth

Potenza elettrica

 kWel

Potenza termica

 kWth

Utilizzo combustibile

. kW

A questo punto è possibile determinare il costo comprensivo di interessi pari a ., €. (Figura ): Costo ., SPB = — = — = , anni Risparmio ., Gli incentivi (CB), per ogni anno, valgono: IncentiviCHP = TEECHP  ValoreTEE =   259,96 = 30.935,34 €/anno In questo modo il tempo di ritorno diminuisce (Figura ).

Tabella 10 – Confronto tra i consumi attuali e futuri a Borgo San Dalmazzo Ex-ante (kWh)

Ex-post (kWh)

Risparmio (kWh)

Risparmio (%)

..,

..,

.,

%

Illuminazione

.,

.,

.,

%

Altri consumi

..,

..,

-

-

TOTALE

..,

..,

.,

%

Ventilatori

Figura 17 – Confronto tra i consumi annui di energia elettrica per lo stabilimento di Borgo San Dalmazzo nell’ante e nel post opera

#62

53


Figura 18 – Confronto tra gli EPI ante e post intervento per le diverse linee di trattamento rifiuti

Figura 19 – Confronto tra gli EPI ante e post intervento per l’illuminazione di Borgo San Dalmazzo

Figura 20 – Confronto tra i tempi di rientro con e senza TEE per l’intervento di sostituzione dei ventilatori

Figura 21 – Confronto tra gli EPI ante e post intervento per l’illuminazione di Roccavione

Tabella 11 – Confronto tra i consumi ante e post interventi proposti per l’impianto di Roccavione Ex-ante (kWh)

Ex-post (kWh)

Risparmio (kWh)

Risparmio (%)

Cogeneratore

..,

..,

.,

%

Illuminazione

.,

.,

.,

%

..,

..,

..,

%

TOTALE

Analisi dei risultati Sede di Borgo San Dalmazzo

Nella Tabella  è riportato un riepilogo dei consumi di energia elettrica per gli interventi analizzati. Attualmente nello stabilimento di B.S.D. i consumi annui di energia elettrica ammontano a circa ., MWh; in seguito alla realizzazione degli interventi, i consumi annui scenderebbero a ., MWh, portando a un risparmio dell’% annuo (Figura ). La realizzazione degli interventi porterebbe anche alla riduzione degli EPI, i quali nel post intervento assumerebbero i seguenti valori (Figure  – ): Energiapost intervento .., EPIcompost post intervento = — = — = . kWh/t Tonnellatecompost . Energiapost intervento .., EPIRSU post intervento = — = — = . kWh/t TonnellateRSU . Energia ., EPIcapannoni = — = — = . kWh/m Superficie ., Energia ., EPIuffici = — = — = . kWh/m Superficie , Tali interventi sono caratterizzati da tempi di rientro degli investimenti brevi, (ulteriormente ridotti dalla possibilità di richiedere incentivi), come per esempio nel caso dei ventilatori (Figura ).

54

#62

Impianto di Roccavione

Nell’impianto di Roccavione gli interventi proposti e analizzati sono stati il relamping e la possibilità di installare un cogeneratore per l’essiccazione del rifiuto per ottenere il CSS. I risultati sono riassunti nella Tabella . Gli EPI determinati in precedenza si riducono (Figura ): Energia ., EPIuffici = — = — = . kWh/m Superficie , Energia ., EPIcapannoni = — = — = . kWh/m Superficie .,

Conclusioni Dalle analisi effettuate e in base ai risultati ottenuti, si può affermare che tutti gli interventi proposti portano a un risparmio di energia e hanno una buona sostenibilità finanziaria anche in assenza di incentivi.  * Fabio Allegri, Idrotermica di Allegri – Socio AiCARR Giulia Bertorello, Politecnico di Torino


RITORNO DELL’INVESTIMENTO

Valutazione del PBT complessivo Complessivamente gli interventi proposti portano a un risparmio di energia primaria pari al 17% (Tabella 12). Volendo valutare il tempo di ritorno complessivo, ovvero di tutti e tre gli interventi proposti (sostituzione ventilatori, relamping e installazione di un cogeneratore), il costo complessivo ammonta a 632.668 €, come riportato in Tabella 13. Come si può notare dalla Figura 22, il tempo di ritorno dell’investimento senza i TEE sarebbe di 4,66 aa, ma con gli incentivi scende a 3,53 aa.

Tabella 12 – Confronto tra i consumi ante e post interventi Iniziale (kWh)

Post intervento (kWh)

Delta energia (kWh)

Risparmio (%)

Borgo San Dalmazzo

..,

..,

.,

%

Roccavione

..,

..,

..,

%

..,

..,

..,

%

TOTALE

Tabella 13 – Business Plan investimento complessivo (Ventilatori +LED+CHP)

Figura 22 – Confronto del tempo di ritorno con e senza i TEE per la realizzazione di tutti gli interventi migliorativi analizzati e proposti

Anni

Investimento Risparmio (€) (€)

CB CHP Risparmio con CB (€) (€)

Investimento con CB (€)

-.,

-.,

-.,

.,

., ., .,

.,

-.,

-., .,

., ., .,

.,

-.,

-., .,

., ., ., .,

-.,

-.,

.,

., ., ., .,

.,

.,

.,

., ., ., .,

.,

., .,

., ., ., .,

.,

.,

.,

., ., ., .,

.,

.,

.,

., .,

.,

., .,

., .,

..,



., .,

.,

..,

papers Verranno considerati articoli o abstract su climatizzazione ambientale attiva e passiva, refrigerazione, sfruttamento delle fonti energetiche rinnovabili ai fini della climatizzazione ambientale e della refrigerazione.

CB LED (€)

Call for Temi di interesse

CB fan (€)

.,

AiCARR Journal è sempre alla ricerca di articoli e relazioni di progetti significativi nei vari settori di interesse dell’Associazione, da pubblicare sulle pagine della rivista.

Come partecipare

Le proposte possono essere inviate alla redazione: redazione.aicarrjournal@quine.it. L’accettazione dell’articolo sottoposto è comunque subordinata all’esito positivo del processo di revisione da parte di esperti del settore, specificatamente individuati nel Comitato Scientifico della rivista.


Case Study

Microcogeneratori Genesys installati presso l’azienda agricola oggetto del Test di InovaLab – Università di Padova

Microcogenerazione per l’efficientamento energetico di un’azienda agricola Analisi delle prestazioni di un sistema di microcogenerazione alimentato a gas metano e dei risparmi energetici ottenuti

L. Galvani, G. Levorato*

L

A MICROCOGENERAZIONE, ovvero la produzione simultanea di energia termica ed energia elettrica fino a  kW (oltre i  kW elettrici si parla di cogenerazione), rappresenta uno dei sistemi di efficientamento energetico con maggior potenziale per la piccola industria, sia essa di processo, chimica, cosmetica, di lavorazione alimentare (caseifici, lavorazione carne), sia per aziende agricole specialmente con serre, alberghi, ristoranti, piscine, centri sportivi, lavanderie industriali, ospedali, case di cura, local market o piccoli supermercati, condomini e abitazioni private. In particolare, Genesys  ( kW di produzione elettrica e  kW di produzione termica), progettato e prodotto da Officine Galvani, è indicato per utenze con consumi di . Sm/anno di gas metano per produzione di acqua calda/ vapore e con consumi indicativi in energia elettrica di . kWhe/anno. La taglia più piccola, Genesys  ( kW di produzione elettrica e  kW

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#62

di produzione termica), è indicata per utenze con consumi indicativi di . Sm/anno di gas metano per produzione di acqua calda/vapore e con consumi indicativi in energia elettrica di .-. kWhe/anno. Qualsiasi applicazione che necessiti di energia elettrica e calore (nei suoi più svariati utilizzi, fra cui riscaldamento, essicazione, calore di processo, produzione di acqua calda sanitaria e per lavaggi, produzione di vapore ecc.) trova nella microcogenerazione la soluzione ideale per il risparmio energetico. Confrontando, infatti, soluzioni standard (o tradizionali) con un sistema cogenerativo ad alto rendimento (CAR), quest’ultimo, se correttamente dimensionato e gestito, può garantire risparmi diretti sui costi energia di almeno il %. Senza considerare i vantaggi economici che derivano dai vari bonus, fra cui ecobonus (detrazione del %), certificati bianchi e riduzione delle accise sul combustibile, ai quali queste macchine hanno

diritto di accedere in quanto tecnologie efficienti. L’impegno nello sviluppo dei microcogeneratori ad Alto Rendimento Genesys è stato rivolto non solo ad ottenere i migliori risultati in termini di prestazioni energetiche, ma anche a sviluppare soluzioni estremamente compatte e molto silenziose, limitando quindi il più possibile l’impatto nel contesto di installazione per il cliente finale. Queste scelte consentono di approcciarsi a moltissime realtà che non vedrebbero effettivo vantaggio nell’installazione di taglie più grosse e che, se necessario, possono optare per l’installazione di più sistemi in parallelo, ottenendo un funzionamento ottimale e ancora più efficiente


dell’impianto, sfruttando la gestione modulare di Genesys. La microcogenerazione gode inoltre di un iter autorizzativo semplificato e quindi più rapido, portando il cliente ad ottenere più velocemente l’avvio dell’impianto e quindi il rientro dell’investimento. Ad aumentare la versatilità di questa tecnologia si aggiunge l’utilizzo in combinazione con gruppi di refrigerazione ad assorbimento, che consentono la produzione di energia frigorifera a partire dal calore prodotto dal microcogeneratore. Si amplia quindi il ventaglio di utilizzo della macchina a tutte quelle applicazioni che richiedono l’utilizzo di freddo, dalla climatizzazione estiva alla conservazione di alimenti, per citare alcuni esempi, con evidenti potenziali vantaggi anche sul tempo di ritorno economico dell’investimento.

Il caso di studio Il caso di studio oggetto dell’articolo riguarda un sistema di microcogenerazione composto da due microcogeneratori Genesys M, in Figura , alimentati a gas metano, capaci di produrre  kW di potenza

elettrica e  kW di termica ciascuno. L’installazione è stata realizzata nel  presso un’azienda agricola della provincia di Padova, le cui attività principali riguardano la produzione, lavorazione, confezionamento e vendita di diversi ortaggi, fra cui cipolle e topinambur. L’azienda ha realizzato negli ultimi tre anni alcuni importanti investimenti, installando cinque nuove celle frigorifere e ampliando notevolmente le aree di lavorazione degli ortaggi. Le esigenze del cliente riguardavano quindi: • produzione di energia elettrica per alimentare le celle di refrigerazione (funzionanti con classico ciclo frigorifero a compressione) dove gli ortaggi vengono conservati, oltre ai vari macchinari già presenti e all’illuminazione ambienti; • produzione di calore necessaria a: riscaldamento degli ambienti di lavoro, operazioni di lavaggio degli ortaggi (produzione di acqua calda), essicazione di alcuni ortaggi prima della vendita in celle apposite, climatizzazione di serre che verranno realizzate in un successivo intervento. È stata anzitutto effettuata un’analisi dei carichi massimi, sia elettrici sia termici, per capire quale fosse la taglia adeguata delle macchine da installare. Si riporta a titolo di esempio per il carico elettrico quello delle celle frigorifere, che rappresentano l’utenza più onerosa nell’azienda. In caso di contemporanea accensione di tutte e cinque le celle la potenza richiesta è pari a  kW. Per quanto riguarda le utenze termiche, uno

dei carichi maggiori è costituito dalle esigenze di riscaldamento dell’ambiente principale per le lavorazioni degli ortaggi, dove si è valutata la necessità di installare terminali di impianto per una potenza di  kW termici. L’andamento delle richieste di energia termica ed elettricità è tuttavia molto variabile durante l’anno, ed è legato al numero effettivo di celle frigorifere utilizzate dall’azienda, alla necessità di essiccare gli ortaggi (esigenza prettamente estiva), alla necessità di riscaldare gli ambienti di lavoro, principalmente nella stagione invernale, al carico di lavoro stesso presente in termini di quantità di materiale. Al fine di garantire la copertura di queste esigenze variabili, si è valutata come scelta ottimale l’installazione di due microcogeneratori da  kW elettrici posti in parallelo. In questo modo è possibile seguire con maggior precisione ed efficienza le necessità dell’azienda agricola, legata al particolare momento produttivo e climatico, potendo accendere entrambe le macchine nel momento di massimo carico, oppure spegnendone una in caso di carico parzializzato. In tal modo le macchine vengono fatte lavorare il più possibile a pieno regime quando accese, garantendo la massima efficienza nella produzione dei vettori energetici. Inoltre, uno specifico algoritmo di controllo del parallelo permette alle macchine di alternarsi nei cicli di lavoro nel caso in cui venga richiesto il funzionamento di un solo modulo, consentendo quindi di allungare i tempi di richiesta di manutenzione.

Figura 1 – Azienda agricola oggetto del case study

#62

57


FASE DI TEST

Il microcogeneratore Genesys da 50 kW elettrici è stato testato da InovaLab, lo spin-off del Laboratorio di Elettrotermia dell’Università di Padova – LEP. Genesys è stato monitorato con strumentazione certificata per verificare le performance della macchina in un’applicazione reale. Il sistema di misura realizzato ha previsto i seguenti elementi: Power Analyzer per misurare la potenza elettrica generata dal generatore asincrono; Quantometro per la misura della portata di gas combustibile; Contatore acqua a turbina per la misura della portata d’acqua di scambio; Termoresistenze PT1000 per la misura delle temperature di ingresso e uscita di acqua dal microcogeneratore. Tramite la misurazione di queste grandezze è stato possibile calcolare e confrontare fra loro i valori di potenza termica del combustibile in ingresso e di potenze elettrica e termica fornite dalla macchina, potendo quindi ottenere i rendimenti elettrico, termico e globale del modulo. Nel grafico riportato in Figura 2 è possibile vedere l’andamento dei flussi di potenza che caratterizzano il funzionamento del microcogeneratore durante il periodo di acquisizione. Poiché è stato considerato il potere calorifico inferiore del gas, vi è un periodo in cui la potenza totale in uscita è maggiore di quella in ingresso. Il rendimento termico elevato è dettato dall’ottimizzazione del recupero di calore anche sui gas di scarico, utilizzando dei particolari scambiatori. Nella Tabella 1 sono riportati i valori medi ottenuti durante il test. I risultati sul campo attestano pertanto che Genesys presenta un rendimento globale del 98,8%.

Modalità di funzionamento dei moduli

Per quanto riguarda le modalità di funzionamento dei moduli Genesys, questi possono essere impostati per lavorare secondo potenza elettrica fissa, a inseguimento elettrico (cercando quindi di inseguire il pareggio fra produzione e consumo di potenza elettrica) oppure a inseguimento termico (dove la macchina mantiene costante la temperatura di una sezione dell’impianto idraulico, ad esempio un serbatoio di accumulo). L’utilizzo prevalente nel caso in questione è a inseguimento termico, dato che le richieste di calore possono essere variabili e le macchine per lavorare devono poter sempre scaricare la potenza termica prodotta; la potenza elettrica può invece

Figura 3 – Risparmi stimati sui costi vivi dei vettori energetici

58

#62

Figura 2 – Andamento complessivo dei flussi di potenza

Tabella 1 – Valori medi ottenuti durante la fase di test

essere gestita come eccedenza o come richiesta dalla rete elettrica pubblica, che funge quindi da vero e proprio volano. Per quanto riguarda le soluzioni impiantistiche idrauliche, la configurazione scelta prevede il collegamento delle due macchine a uno stesso collettore di parallelo, uno per la mandata e uno per il ritorno. I due collettori sono direttamente collegati a un bollitore da  litri, che funge da volano termico e chiude, quindi, il circuito primario. Dal bollitore si dipartono gli stacchi per i circuiti secondari, che si diramano nei vari ambienti e che prevedono come terminali degli aerotermi, sia per le zone che necessitano di riscaldamento invernale sia per le celle di essicazione. Per la produzione di acqua calda per il lavaggio ortaggi è invece previsto uno stacco con scambiatore di calore. Altro elemento di rilievo è costituito dalle pompe dei circuiti primari, che sono costituite da circolatori elettronici a giri variabili, il cui controllo della portata elaborata viene realizzato direttamente dai moduli Genesys secondo le effettive esigenze di produzione della macchina, garantendo, quindi, la massima efficienza anche nei consumi elettrici della pompa stessa.

Prestazioni dell’impianto

Passando all’analisi delle prestazioni dell’impianto, l’elaborazione dei dati raccolti durante i primi mesi di funzionamento ha evidenziato che di fatto è stato possibile ottenere un risparmio del % (Figura ) rispetto a una soluzione più tradizionale, che avrebbe previsto l’installazione di una o più caldaie a metano per la produzione di calore e l’acquisto totale dell’energia elettrica dalla rete pubblica. Come già evidenziato in precedenza, questo dato si riferisce al solo risparmio sui costi vivi dei vettori energetici (gas metano e corrente elettrica), al quale è sempre possibile sommare i bonus di carattere fiscale ottenibili a seguito dell’installazione.  * Laura Galvani, Officine Galvani S.r.l. Gabriele Levorato, Officine Galvani S.r.l. – Socio AiCARR


Informazioni dalle aziende

GRUPPI DI AUMENTO PRESSIONE IN AMBITO DOMESTICO Grunfos: soluzioni pratiche e semplici da installare per garantire una pressione idrica domestica ottimale

N

ell’% delle abitazioni la pressione dell’acqua è bassa o variabile. Questo succede perché la pressione nelle condutture urbane è tendenzialmente bassa al mattino e la sera. Grundfos propone con la gamma di gruppo aumento pressione SCALA la soluzione perfetta in ambito domestico. SCALA  è una pompa che integra tutte le funzioni di un gruppo di aumento pressione generando la pressione idrica desiderata in tutti i rubinetti. È caratterizzata da pompa, motore, serbatoio, sensore, dispositivo di controllo e valvola di non ritorno tutto integrato in un’unica unità compatta e di facile installazione.

NUOVA GAMMA INNOVATIVA Un’importante novità è in arrivo. Si tratta di un nuovo gruppo aumento pressione semplice ed efficiente SCALA 1, che presenta due innovazioni: 1. SISTEMA DI COMUNICAZIONE BLUETOOTH INTEGRATO, che consente di collegare la pompa all’app Grundfos GO REMOTE, permettendo di monitorare e risolvere eventuali guasti di SCALA1 direttamente dallo smartphone. È possibile scaricare l’app Grundfos GO REMOTE su qualsiasi dispositivo con sistemi operativi iOS o Android. 2. GRUPPO AUMENTO PRESSIONE GEMELLARE SCALA 1, per ottenere una portata maggiore. È possibile collegare in parallelo due pompe SCALA 1 e farle funzionare sia in cascata che in alternanza. La configurazione è facilitata grazie all’app Grundfos GO REMOTE.

Compatta e silenziosa, Scala 2 è ideale in ambito domestico

Il sensore integrato misura la pressione in uscita dalla pompa e invia un segnale al sistema di controllo della pompa, che confronta la pressione rilevata con quella impostata in base alle esigenze del proprietario di casa. Se c’è una differenza tra queste due misurazioni, il sistema invia al convertitore di frequenza un segnale per aumentare o diminuire la velocità del motore, e quindi variare la pressione nel sistema. La pompa opera tra . e . bar, impostabili a intervalli di . bar, adatti quindi alla maggior parte delle applicazioni. Infine, grazie al suo motore raffreddato ad acqua, è tra i prodotti più silenziosi della sua gamma: con un livello di rumore di  dB (A) in uso tipico, è silenziosa come una lavastoviglie moderna.

Autoadescante e resistente agli schizzi d’acqua, Scala 2 è instancabile anche all’esterno


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Insieme per la cultura HVAC: intervista al Presidente AiCARR Entrato in carica come Presidente di AiCARR 2020-2023 nel corso dell’Assemblea annuale dei Soci tenutasi online lo scorso 21 aprile, Filippo Busato è ingegnere e lavora come libero professionista e consulente, occupandosi di sostenibilità energetica; inoltre, è professore associato di fisica tecnica presso l’Università telematica Mercatorum. Con lui abbiamo parlato del presente e del futuro dell’Associazione, con uno sguardo allo scenario particolare e complesso in cui la sua presidenza ha avuto inizio. Che cosa significa essere Presidente di un’Associazione come AiCARR? Si tratta al di fuori di ogni dubbio di un ruolo di grande responsabilità: sicuramente verso i Soci che rappresento, verso le aziende che ci supportano e verso una platea sempre più ampia di utenti che cercano in AiCARR un riferimento culturale autorevole. È una responsabilità nei confronti del prestigio stesso dell’Associazione, della sua storia, e nei confronti di tutto il personale che vi lavora. Ed è qualcosa di più, è anche responsabilità intesa in senso lato verso il mondo della cultura tecnica e verso la Società. Gli impianti sono importanti per l’ambiente interno, quando siamo in ambienti climatizzati devono garantire comfort e mantenerci sani, e sono importanti per l’ambiente esterno, perché l’efficienza energetica dei sistemi edificio-impianto ha effetto indiretto sull’ambiente e sulle risorse naturali. Senza dubbio è anche un grandissimo onore poter prendere il comando di una organizzazione così viva e stimolante, ricca di legami e solida nelle sue fondamenta. Una presidenza che è iniziata in un periodo storico assolutamente particolare… Il cambio al timone di AiCARR avviene in un momento tra i più difficili dalla sua fondazione, avvenuta sessant’anni fa. Sono cose che non si programmano. Poteva essere un passaggio in un mare più facile, in realtà è avvenuto a Capo Horn; mi conforta il fatto di avere un buon equipaggio con me, equilibrato e preparato. Ringrazio sentitamente il Consiglio che ha preceduto il mio, perché ha saputo concludere il mandato con grande energia e determinazione infaticabile, producendo documenti utili e vari per la gestione di questo periodo in ambito impiantistico. Documenti che sono stati pubblicati con rapidità e hanno contribuito a far parlare di noi, confermando il nostro ruolo, la nostra preparazione e capacità. Il lavoro sta continuando, nel dialogo quotidiano con i nostri Soci, nel confronto con le Aziende della Consulta e nella presenza costante ai nuovi tavoli nazionali e internazionali che stanno ridefinendo prassi comportamentali, gestionali e tecnologiche per fronteggiare nella migliore maniera questo virus, con il contributo degli impianti. Stiamo stilando protocolli di manutenzione per la “Fase2”, e questo lavoro richiede un aggiornamento giornaliero delle conoscenze sulla base di tutti gli articoli scientifici (medici e impiantistici) che quotidianamente le riviste internazionali pubblicano. Come accadde con l’11 settembre, inizialmente abbiamo vissuto quella che Umberto Eco definiva “paralisi emotiva”, oggi stiamo realizzando che i cambiamenti che si prospettano potrebbero essere importanti, sicuramente lo saranno per come i nostri occhi verranno trasformati da questa pandemia. Pensiamo in primo luogo alle forme della comunicazione: associazione significa anche essere insieme fisicamente e realizzare momenti di aggregazione per il confronto; le ultime fasi del Consiglio precedente, l’as-

semblea del cambio di presidenza e l’inizio del nuovo corso di questo Consiglio sono invece avvenuti attraverso la rete, filtrati dai monitor. Cambia la percezione dell’altro, che diventa solo audiovisiva e azzera completamente gli altri sensi come tatto e olfatto, annullando la prossemica. Un po’ come accade quando ci si tuffa in acqua e l’udito viene drasticamente ridotto, così alcuni sensi ci sono venuti a mancare. In questo modo percepiamo chi è dall’altra parte solo per il tono della voce, e quando magari non ha lo sguardo fisso in camera pensiamo che sia distratto. Si tratta di fenomeni che sono ben noti a chi si occupa di comunicazione, ma che da un giorno all’altro sono entrati nella nostra vita, in maniera oserei dire violenta. Come si sta muovendo l’Associazione in questo contesto? AiCARR vuole trasformare questa difficoltà in un’occasione importante per tracciare un nuovo corso, quello della formazione e dell’informazione online, in modalità “FAD” (formazione a distanza): fin da subito abbiamo attivato le nostre piattaforme per fornire i corsi precedentemente programmati in sede in modalità telematica (con grande successo grazie al lavoro della bravissima Mariapia Colella, Consigliere di AiCARR Formazione) e addirittura il Convegno nazionale, previsto inizialmente a giugno in una prestigiosa sede a Verona, è stato trasformato in due mattine di webinar il 9 e 10 luglio. Grande successo hanno inoltre riscosso i recenti Seminari sul BIM, tenuti anche questi in modalità telematica con la piattaforma informatica di MCE, nostro preziosissimo partner da sempre, registrando oltre 400 partecipanti in contemporanea. La mia speranza è naturalmente che i tempi per il contatto umano possano tornare presto, e che sapremo valorizzarli anche di più dopo questa astinenza da relazioni fisiche, ma credo allo stesso modo che non dovremo dimenticarci di quanto stiamo imparando a lavorare, vivere e studiare in modalità smart, eventualmente ridimensionando con ragionevolezza la mole dei nostri spostamenti lavorativi, portando un po’ di beneficio anche all’ambiente riducendo traffico ed emissioni. L’emergenza Covid-19 sta modificando anche il panorama del settore. In che modo? Questa situazione e alcuni suoi rivolti drammatici hanno portato anche il grande pubblico a interessarsi di impianti, e questo non può che farmi piacere. È importante affermare la nostra voce con determinazione, con forza. Gli impianti contribuiscono al benessere e alla salubrità degli ambienti interni; se progettati, gestiti e manutenuti correttamente possono aiutare a ridurre il rischio di contagio. Alcune volte si è lasciato che a parlare di impianti fossero persone, autorevoli in altri campi, che di impianti non sanno a sufficienza. Questo mi è dispiaciuto. Un impegno preciso in questo momento è quello di fare informazione corretta, direi quasi “chirurgica”, sul ruolo della ventilazione meccanica, della filtrazione, soprattutto ma non solo in quegli ambienti molto vivacemente affollati in cui riponiamo tutte le speranze per il futuro, che sono le scuole e le università. Stiamo cercando di sensibilizzare le amministrazioni su questo argomento e su questo terreno ci potrebbe essere la possibilità di giocare una partita decisiva, un investimento a lungo termine, per i prossimi 50 anni di istruzione. È ciò che è iniziato con l’ambizioso progetto Cambiamo Aria, che può trarre ulteriore energia dall’evoluzione della sensibilità di un pubblico sempre più vasto.

Filippo Busato,Presidente AiCARR

Anche in ambito residenziale ci sono ottime possibilità perché gli impianti di ventilazione e trattamento dell’aria rendano il loro servizio nel migliore dei modi: il nuovo Ecobonus (delle cui regole tecniche e applicative siamo in attesa) giocherà un ruolo fondamentale, aprendo strade anche attraverso la cessione del credito per rendere possibile la riqualificazione massiccia di frazioni importanti del nostro patrimonio edilizio. È una sfida che non può più aspettare e che forse ha trovato una buona occasione per compiersi; su questo AiCARR, negli ultimi 20 anni, è sempre stata all’avanguardia negli approfondimenti, nei contributi di letteratura e convegnistica, proponendo idee e riflessioni di spessore rilevante, e i Soci potranno trovare il materiale dei Convegni sul sito, leggerlo e rileggerlo per trarne ispirazione e slancio. Guardando al futuro, oltre la pandemia, quali sono i programmi dell’Associazione? La mia idea è quella di portare sempre più nuovi Soci, coltivandoli fin dalla qualifica di studenti, agire in maniera incisiva sulla comunicazione, rafforzando le modalità telematiche, per far crescere la famiglia AiCARR. La presa di posizione tempestiva sul tema Covid è stata importante, ha fatto circolare documenti e il nome dell’Associazione su quotidiani, trasmissioni televisive, webinar e potrà continuare con sempre maggior vigore nel segno del dialogo interdisciplinare che si rafforza. I Soci hanno gradito molto la nostra proposta rapida ed efficace sulle modalità online, quindi lavoriamo per farci sentire sempre più vicini, anche a distanza; i Soci stanno facendo circolare documenti, chiedono il nostro supporto e consiglio, ci identificano come un punto di riferimento sicuro e presente, soprattutto in questo momento difficile. Le relazioni stesse con ASHRAE e REHVA procedono sempre più vive sull’onda dell’emergenza, mai come in questo momento con Soci, Aziende della Consulta, Istituzioni e legami internazionali sento la necessità di fare un grande appello al senso di collaborazione e di unità. Mi permetto di citare il testo di “Brothers in arms” dei Dire Straits: "We're fools to make war on our brothers in arms”, è sciocco cercare contrasti ulteriori in questo momento in cui stiamo combattendo insieme. Uniti, insieme, dopo la tempesta ci troveremo più forti di prima, perché questa esperienza ci renderà un equipaggio più maturo e consapevole. Sui social troviamo il nuovo hashtag #icare4aicarr: che cosa comunica? AiCARR ha lavorato in maniera infaticabile, e sta continuando a farlo proprio in questi mesi duri. Il mio hashtag #icare4aicarr significa letteralmente “mi impegno, prendo a cuore l’Associazione”, è uno slogan da Socio prima che da Presidente. Ho amato AiCARR da quando l’ho conosciuta, ribadisco il mio impegno oggi, come Socio e come Presidente. Accanto all’hashtag c’è anche il motu proprio "insieme per la cultura HVAC”, che è il modo più bello per presentare questi 3 anni di cammino con e per l’Associazione. La cultura che è confronto, forte, a volte acceso, si fa insieme.


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Il 37º Convegno nazionale in webinar Anche in questo periodo complesso, AiCARR intende aprire spazi di dibattito che offrano una panoramica sul presente e previsioni sul futuro del settore, e lo fa online. Il 37° Convegno nazionale dal titolo “Obiettivo 2030: scenari, tecnologie e strategie per la sostenibilità energetica nella climatizzazione”, si terrà infatti in webinar nei giorni 9 e 10 luglio, grazie anche alla collaborazione di MCE, media partner di AiCARR in questo evento. L’obiettivo che dà il titolo al Convegno, lo ricordiamo, si riferisce all’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile, un programma d’azione per le persone, il pianeta e la prosperità sottoscritto nel settembre 2015 dai governi dei 193 Paesi membri dell’ONU: a 10 anni da questo target, AiCARR intende fare il punto della situazione e lanciare lo sguardo verso il futuro, fino al 2050, sui temi che le competono, dall’energia sostenibile, alle città e comunità sostenibili, alla lotta contro il cambiamento climatico. La mattina del 9 luglio vedrà in programma la relazione a invito tenuta dall’ing. Stefano Moret, Fellow di ricerca presso l’Imperial College di Londra. La sua presentazione offrirà una panoramica dei modelli di ottimizzazione e pianificazione energetica attualmente disponibili, analizzandone vantaggi e svantaggi. Inoltre, si illustrerà un nuovo modello multi-vettore e multi-settore per l’ottimizzazione dei sistemi energetici regionali e nazionali, per la decarbonizzazione del sistema energetico italiano al 2050. Nelle successive relazioni verranno illustrate alcune proposte per una programmazione nazionale sul lungo periodo nell’ottica dell’efficienza energetica e si affronteranno di-

versi temi, con particolare interesse per soluzioni impiantistiche e tecnologiche innovative, anche in uno scenario di riqualificazione energetica degli impianti e degli edifici. La mattina del 10 luglio sarà aperta dalla relazione a invito del prof. Marco Filippi del Politecnico di Torino. La sua relazione si focalizzerà sul monitoraggio energetico e ambientale come strategia vincente per la riduzione dei consumi energetici per la climatizzazione. Infatti, monitoraggio e supervisione permettono di ottenere la consapevolezza sull’effettivo funzionamento dell’edificio, consentendo di attivare adeguate azioni di riduzione dei consumi. Le relazioni previste nella parte successiva della mattinata riguarderanno diversi temi relativi al controllo, all’automazione e al monitoraggio in applicazioni che interessano sia il settore residenziale che il settore terziario, anche con uno sguardo a situazioni polivalenti. Il Convegno vedrà anche la premiazione “virtuale” dei Soci iscritti ad AiCARR da 25 anni e l’attribuzione dei prestigiosi REHVA Award ad Adileno Boeche e Alberto Cavallini (per la news dettagliata sui REHVA Award vi invitiamo a consultare la rubrica AiCARR Informa sul n. 61 di AiCARR Journal).

In streaming I quattro corsi sulle centrali Sono in programma a partire dal 25 giugno nella modalità formazione a distanza i quattro moduli dedicati alle varie tipologie di centrale: termica, idrica e frigorifera. I corsi partono dai componenti di ogni tipologia per arrivare ad analizzare l’architettura generale delle centrali e definire le regole di base per il loro corretto collegamento all’impianto, fondamentale per la buona riuscita di un progetto. Queste giornate, per le quali saranno richiesti Crediti Formativi Professionali per ingegneri e periti industriali, forniscono dati e spunti di analisi particolarmente utili sia ai tecnici del sistema edificio-impianto, sia ai gestori di strutture pubbliche o private e agli energy manager. Il calendario 25 e 26 giugno – Centrali termiche 1 e 2 luglio – Centrali e impianti idrici - Sistemi di scarico di acque reflue 8 e 15 luglio – Macchine frigorifere e pompe di calore: fondamenti 13 e 14 luglio – Centrali frigorifere

Il Premio Tesi di Laurea, edizione 2020 Il Premio Tesi di Laurea, l’iniziativa di AiCARR più attesa e apprezzata dai neolaureati, anche quest’anno mette in palio 4 borse di studio del valore di 2500 euro per altrettante tesi focalizzate su tematiche inerenti l’efficienza energetica e il benessere sostenibile. Questa edizione è rivolta agli studenti Soci AiCARR che abbiano conseguito la laurea magistrale in una Università italiana, discutendo la propria tesi di laurea nel periodo settembre 2019-luglio 2020 compresi. I vincitori, che riceveranno la comunicazione entro il 28 settembre prossimo, oltre al premio in palio avranno visibilità su tutti i canali di comunicazione AiCARR: la newsletter, il periodico AiCARR Journal e i social network. Inoltre, fra le tesi vincitrici, verrà scelta quella che concorrerà alla REHVA Student Competition. La domanda di partecipazione dovrà essere inviata alla Segreteria AiCARR entro e non oltre il 31 luglio 2020 (solo per le sessioni di laurea di fine luglio il termine è il 24 agosto 2020), secondo le modalità indicate nel bando pubblicato sul sito di AiCARR.

In streaming Regolazione automatica: fondamenti e applicazioni REGOLAMENTO IMPORTI DEL PREMIO A ciascuna delle quattro tesi vincitrici del Premio verrà corrisposta una somma in denaro pari a 2.500 euro. Qualora una tesi di laurea dichiarata vincitrice sia stata discussa da più candidati, questi saranno dichiarati tutti vincitori e il Premio verrà equamente suddiviso tra essi. CHI PUÒ PARTECIPARE Tutti gli studenti soci AiCARR che abbiano conseguito la laurea magistrale in una Università italiana, discutendo la propria tesi di laurea tra settembre 2019 e luglio 2020 compresi. DOMANDE E DOCUMENTAZIONE

Puoi vincere 2500€ per la tua Tesi di Laurea AiCARR, nata nel 1960, è un’associazione che si occupa delle problematiche relative all’uso consapevole dell’energia e delle risorse naturali e di innovazione delle infrastrutture. Gli scopi fondamentali di AiCARR sono la produzione e la diffusione della cultura del benessere sostenibile, la formazione e lo sviluppo professionale degli operatori di settore, il contributo alla discussione e alla elaborazione delle normative di settore e la collaborazione, in qualità di autorevole interlocutore, con altre Associazioni ed Enti governativi, italiani ed europei. Anche quest’anno AiCARR mette in palio 4 borse di studio che verranno assegnate, secondo le modalità previste dal Regolamento, ad altrettante tesi di laurea svolte su tematiche inerenti l’efficienza energetica e il benessere sostenibile.

anni di cultura

La domanda va presentata in carta semplice, firmata dall’autore o dagli autori e dal docente relatore della tesi. La domanda deve essere redatta secondo il modulo da richiedere alla segreteria AiCARR. Alla domanda devono essere allegati: (a) una copia della tesi, firmata dal professore relatore; (b) un riassunto della tesi di non più di 7 pagine; (c) il certificato di laurea (di ciascun autore) con l’indicazione del voto finale di laurea e degli esami sostenuti con le votazioni conseguite; (d) un curriculum vitae et studiorum dell’autore (o degli autori). Tutta la documentazione deve essere inviata in formato elettronico. I documenti presentati non saranno restituiti ai concorrenti. Agli autori delle tesi premiate verrà richiesta una copia cartacea della tesi da conservare nella biblioteca AiCARR. PRESENTAZIONE DELLE DOMANDE La domanda di partecipazione dovrà essere inviata a stefanianavazio@aicarr.org La domanda dovrà pervenire entro e non oltre il 31 luglio 2020 (per le sessioni di laurea di fine luglio il termine è il 24 agosto 2020). Non saranno prese in considerazione le tesi di laurea che perverranno oltre i termini fissati o che non siano corredate di tutta la documentazione richiesta. COMPOSIZIONE E FUNZIONAMENTO DELLA GIURIA La Giuria è composta dal Presidente dell’Associazione e da 4 Soci designati dalla Giunta Esecutiva. La Giuria esaminerà le tesi pervenute e, a proprio insindacabile giudizio, individuerà le vincitrici, i cui autori riceveranno la comunicazione entro il 28 settembre 2020. La Commissione sceglierà inoltre, fra le tesi vincitrici, quella che concorrerà alla Rehva Student Competition. PUBBLICITÀ Il regolamento, i risultati della selezione e i titoli delle tesi premiate, corredate del nome degli autori, saranno adeguatamente pubblicizzati sul sito di AiCARR, www.aicarr.org, sui social network e sulla rivista organo ufficiale dell’Associazione, AiCARR Journal.

AiCARR - Via Melchiorre Gioia 168 - 20125 Milano - Italia Tel. 02 67479270 - Fax 02 67479262 info@aicarr.org - www.aicarr.org

È consigliato a progettisti, energy manager e tecnici addetti alla manutenzione e controllo degli impianti il corso sulla regolazione automatica degli impianti, organizzato in diretta online il 15 e il 17 luglio nel Percorso Fondamenti. Si tratta di un argomento di particolare importanza per chi opera nel settore, in quanto i dispositivi di regolazione sono ormai presenti in tutti i sistemi impiantistici e hanno assunto negli ultimi anni un ruolo fondamentale, oltre che nella conduzione degli impianti, anche nel raggiungimento degli obiettivi di risparmio energetico e di comfort ambientale. Il corso fornisce le più importanti conoscenze sulla regolazione automatica degli impianti di climatizzazione, sul dimensionamento delle valvole di regolazione, sulle applicazioni della regolazione automatica negli impianti di climatizzazione e sul risparmio energetico mediante la regolazione degli impianti. Verranno richiesti Crediti Formativi Professionali per ingegneri e periti industriali.


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Percorso Igiene e manutenzione degli impianti, il modulo per i Responsabili dell’Igiene A seguito dell’epidemia di Covid-19, la manutenzione degli impianti di climatizzazione è un argomento ormai al centro di tutti i dibattiti e la sua importanza è ora riconosciuta anche da chi non è del settore. Le figure professionali degli addetti alla manutenzione e dei responsabili dell’igiene, adeguatamente formate, sono dunque sempre più richieste sul mercato del lavoro. Dopo ben due edizioni del primo modulo per la formazione di operatori di categoria B, organizzate da AiCARR Formazione a poche settimane di distanza per fare fronte a tutte le richieste pervenute, è in programma in autunno il secondo modulo del Percorso “Igiene, ispezione e manutenzione degli impianti di climatizzazione”, che prevede ulteriori 20 ore di lezione per chi intende proseguire nella specializzazione e qualificarsi come Responsabile dell’igiene. Il Percorso di AiCARR Formazione forma le figure professionali secondo quanto previsto dall'Accordo Stato-Regioni e dalle Linee Guida del Ministero della Salute, riprese dalla Procedura operativa per la valutazione e gestione dei rischi correlati all’igiene degli impianti di trattamento aria della Commissione consultiva per la salute e sicurezza sul lavoro. Grazie alla partnership con ICMQ, è l’unico corso in Italia a prevedere un esame per la certificazione delle competenze acquisite, il cui superamento consente l'iscrizione al Registro pubblicato sul sito di ICMQ. Il titolo è riconosciuto su tutto il territorio nazionale e in qualsiasi contesto lavorativo. Le giornate in cui si articola il modulo saranno proposte in modalità streaming o in aula in base alle disposizioni in materia sanitaria che saranno in vigore nel periodo autunnale. Invitiamo gli interessati a consultare il sito www.aicarrformazione.org per informazioni aggiornate sul calendario e sulle modalità di erogazione.

Appuntamento autunnale con il Percorso Specialistico dedicato al Commissioning L’apprezzato Percorso Specialistico Il processo del Commissioning, una proposta formativa unica nel suo genere in Italia, verrà organizzato in autunno, in aula o in diretta online in base alle disposizioni del Governo in materia di Coronavirus. Il Percorso è dedicato ai professionisti che desiderano aggiornare le proprie competenze puntando ai mercati internazionali e alla specializzazione su un processo sempre più diffuso anche nel nostro Paese. Inoltre, è pensato per coloro che sono in possesso dei requisiti necessari e intendono affrontare l’esame di certificazione per Commissioning Authority che AiCARR Formazione propone periodicamente in partnership con Bureau Veritas. Il Percorso affronta tutti gli argomenti necessari a fornire una dettagliata conoscenza del Commissioning: Concept Pre-Design, Design, Construction, Occupancy, Operation, Retrocommissioning. Le ore di teoria sono affiancate da un’approfondita esercitazione che permette un riscontro pratico di quanto appreso a lezione. Verranno richiesti Crediti Formativi Professionali per ingegneri e periti industriali. Le date verranno pubblicate appena possibile sul sito di AiCARR Formazione.

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La filtrazione nelle Unità di Trattamento Aria nella Guida VII della Collana AiCARR È stata pubblicata nella Collana Tecnica AiCARR la Guida VII dal titolo “La filtrazione nelle Unità di Trattamento Aria”, redatta dal Gruppo di Lavoro istituito all’interno del Comitato Tecnico Qualità Ambientale dell’Associazione. Il miglioramento della qualità dell’aria interna, attualmente al centro di tutti i dibattiti, è un percorso continuo al quale tutti i professionisti del settore possono dare un contributo. In quest’ottica, gli impianti HVAC&R giocano un ruolo fondamentale, grazie anche al settore della filtrazione dell’aria. La norma UNI EN 16890-1 fornisce finalmente una modalità di classificazione dei filtri finalizzata alla loro applicazione e gli strumenti per selezionare gli stessi attraverso calcoli, così come accade per tutti gli altri componenti di un impianto HVAC&R. Questo offre numerosi vantaggi, ma anche costi che, per i progettisti, si quantificano con il tempo necessario a leggere, studiare, capire e applicare correttamente la norma. Questa Guida, che ha l’obiettivo di chiarire alcuni aspetti della filtrazione e di semplificare l’approccio alla norma UNI EN 16890-1, è rivolta

ai progettisti e, più in generale, a tutti i tecnici della climatizzazione. La Guida è disponibile per l’acquisto nella sezione Editoria del sito.

Linee Guida per la riapertura delle attività economiche e produttive: la richiesta di chiarimento di AiCARR AiCARR, a seguito della pubblicazione nell’Allegato 17 del DPCM del 17 Maggio 2020 delle Linee Guida di Indirizzo per la riapertura delle attività economiche e produttive - in particolare ristorazione, attività turistiche, strutture ricettive, servizi alla persona, commercio al dettaglio, uffici aperti al pubblico, piscine, palestre, manutenzione del verde, musei, archivi e biblioteche - ha scritto alla Conferenza delle Regioni e delle Province Autonome per richiedere alcune precisazioni necessarie a una maggiore chiarezza nei confronti degli operatori economici, ma anche delle imprese chiamate alla manutenzione degli impianti, dei Terzi Responsabili e dei professionisti e consulenti da questi chiamati. Si tratta di precisazioni urgenti, ha sottolineato AiCARR, in quanto il Decreto Legge n. 33/2020 prevede una sanzione amministrativa e la sanzione amministrativa accessoria con la chiusura dell'esercizio o dell’attività da 5 a 30 giorni in caso di inosservanza delle disposizioni in materia. La lettera di AiCARR prende naturalmente in

esame i punti relativi agli ambiti di competenza dell’Associazione, dal ricircolo d’aria negli ambienti, all’utilizzo di impianti di riscaldamento/ raffrescamento, alla manutenzione e sostituzione dei filtri d’aria, evidenziando alcune incongruenze, richieste di difficile realizzazione tecnica o eccessivamente onerose che, per contro, non comporterebbero benefici e indicazioni che potrebbero essere interpretate non correttamente da parte dei non addetti ai lavori. Accanto alla richiesta di chiarimenti, AiCARR si è dichiarata disponibile a fornire un contributo fattivo per l'elaborazione di indicazioni specifiche sugli aspetti impiantistici della prevenzione nella diffusione del Coronavirus.

I contributi di AiCARR allo schema di D.Lgs. di attuazione della direttiva (UE) 2018/2002 Sono disponibili per i Soci nella sezione Normativa/Consultazioni del sito due documenti che forniscono contributi di AiCARR allo Schema di Decreto Legislativo recante attuazione

della direttiva (UE) 2018/2002, che modifica la direttiva 2012/27/UE sull'efficienza energetica. Il primo documento è elaborato da AiCARR e prende in esame i diversi aspetti dello Sche-


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ma di Decreto Legislativo, ribadendo in primis la necessità di un Testo Unico per l’efficienza energetica, che ormai da tempo l’Associazione indica come imprescindibile al fine di avere un coordinamento fra tutti i testi legislativi che regolamentano la materia. Questo documento è stato inviato al CTI e verrà presentato alla 10ª Commissione permanente, Industria, commercio e turismo, del Senato e alla Commissione Attività Produttive della Camera. Il documento di AiCARR è stato poi condiviso con CNI e ANACI per l’elaborazione di un secondo documento, congiunto, anch’esso inviato al CTI e focalizzato in particolare sulla contabilizzazione dei consumi di calore. Partendo dal principio che la Direttiva 2018/2002/

Ritorna in autunno il Percorso sul rischio legionella, con certificazione

UE si basa sulla necessità di rendere l’utenza informata e responsabile dei propri consumi energetici, il documento congiunto suggerisce alcuni chiarimenti da apportare in sede di legislazione e prosegue con proposte di modifica e commenti, che riguardano non soltanto l’aspetto tecnico dei dispositivi di rilevazione, ma anche il tema, sempre controverso, delle ripartizioni delle spese fra i condomini.

Ingegner Gianfranco Pellegrini, un ricordo Di Carmine Casale

È mancato lo scorso 4 aprile il Dott. Ing. Gianfranco Pellegrini: per tutti noi di AiCARR, e non solo, il nostro Gianfranco. “Pensiero e azione”, non riuscirei a trovare espressione migliore per descrivere in due parole l’essenza e nello stesso tempo la forza di Gianfranco. Solo l’anagrafe gli ha imposto di lasciarci. Ma la sua volontà, il suo pensiero, le sue conquiste sono e rimarranno qui a ricordarci la sua integrità, il suo mirar dritto allo scopo, la sua quasi trascendentale insistenza nel perseguirlo, nonostante le complessità, le incomprensioni, gli scetticismi. Quante cose ha visto prima degli altri, di quante cose si è interessato quando altri pensavano al quotidiano, quante sfide ha affrontato in prima persona senza mai negarsi, tutt’altro, con un atteggiamento che poteva persino dare fastidio. E quanti hanno approfittato di questa sua virtù per scaricare sulle sue spalle fardelli che sembravano troppo pesanti per chiunque. Gianfranco li accettava, non per “presenzialismo” di cui spesso i falsi amici sottovoce lo accusavano, ma perché non c’era sfida che gli sembrasse inaccettabile, non c’era traguardo che gli sembrasse irraggiungibile, non c’era lavoro che gli potesse sembrare pesante. Perché di “lavoro si tratta”, lavoro di fronte al quale non si è mai spaventato, offrendo sempre la sua piena disponibilità. I problemi non se li nascondeva, Gianfranco, ma cercava immediatamente la strada per risolverli; e di “grane” ne ha risolte tante! Non l’ho mai, ripeto mai, sentito dire “non posso, è troppo difficile, è troppo pesante”. Mentre gli si prospettava un qualsiasi problema, egli già elaborava con la sua capace lucidità, il suo profondo sapere, la sua ben nota saggezza, il modo di affrontarlo e lo esplicitava con tale chiarezza che sembrava la cosa più naturale del mondo. Ma non si limitava ai consigli: egli agiva – immediatamente – con fermezza – senza remore di tempo – senza indugi. L’entusiasmo era la sua arma principale – senza entusiasmo non si può compiere nulla, diceva. E se a causa dell’entusiasmo imboccava una strada sbagliata, se ne accorgeva subito, lo capiva immediatamente ed aveva il coraggio

degli intelligenti, quello di cambiare strada: non c’era assolutamente caparbietà nelle sue azioni. Quante volte ho sentito dire, certamente in tono scherzoso – mai con derisione: “diciamolo a Gianfranco … ci vorrebbe Gianfranco!» Lui questo lo sapeva o lo immaginava, ma non lo turbava, ne sorrideva forse con un tantino di compiacimento. Essendo uomo che dava merito a chiunque ne avesse, senza esagerazioni o adulazioni, se ne aspettava un po’ per le sue azioni, per i suoi raggiungimenti ed andava fiero, a giusta ragione, di ogni riconoscimento. L’affabilità che metteva in ogni incontro, in ogni discussione, la naturale simpatia che in tutti suscitava, lo hanno reso “proverbiale”. Quanti colleghi, quanti sconosciuti, sono andati a piangere sulla sua spalla. E di tutti si interessava. A ogni richiesta seguivano telefonate, missive, parole appassionate per perorarne la causa e cercare un aiuto effettivo e spedito. C’era in lui l’ansia del compimento. Non era l’orgoglio della riuscita – era certamente lo stimolo di aiutare chi si trovava in difficoltà. Quanto egli abbia fatto per AiCARR e di quanto fiero egli fosse della nostra Associazione è ben noto a tutti. È stato “il segretario generale”; ne ricordo la sicurezza e la competenza nel consigliare i Presidenti che si sono succeduti negli ultimi trent’anni della sua attività. E non c’era solo AiCARR, c’erano le battaglie e le iniziative per Anima Coaer insieme alla grande partecipazione a Eurovent. Ma sarebbe riduttivo ricordarlo solo per questo. È l’Uomo generoso e fiero che merita tutto il nostro rispetto e il nostro rimpianto. È il suo esempio che va seguito, la sua solerzia per la famiglia, il suo amore per la moglie che era spesso l’oggetto di molte sue citazioni. Ciao Gianfranco carissimo, anche da lontano non smetterai di essere esempio per noi e per molti giovani che non ti hanno conosciuto ma che di te hanno sentito tanto parlare.

AiCARR Formazione ripropone in autunno il Percorso Specialistico dedicato al rischio legionella nella gestione degli edifici, che offre l’esclusiva opportunità di certificare con BV-CEPAS le competenze raggiunte per ottenere la certificazione di Esperto in Gestione del rischio Legionellosi (EGL). I primi moduli in calendario saranno Il problema Legionella: conoscenze di base e Protocollo di controllo del rischio legionellosi. Il primo corso affronta i singoli capitoli delle Linee Guida nazionali per la prevenzione e il controllo della legionellosi e, dopo una presentazione della normativa vigente a livello nazionale e regionale, con cenni anche a riferimenti internazionali, si sofferma sui criteri per una corretta progettazione impiantistica finalizzata a una riduzione del rischio di proliferazione delle legionelle. Il secondo modulo illustra nel dettaglio come strutturare un Protocollo di controllo del rischio legionellosi e prevede un approfondimento delle tre fasi individuate dalle Linee Guida: la Valutazione del Rischio, la Gestione del rischio e la Comunicazione del rischio. I corsi, per cui verranno richiesti Crediti Formativi Professionali, potranno essere proposti in modalità streaming o in aula in base alle disposizioni relative alla pandemia vigenti nel periodo autunnale. Invitiamo gli interessati a consultare il sito www.aicarrformazione.org per informazioni aggiornate su date e modalità di erogazione.

L’edizione 2020 del Percorso Specializzazione Dopo la pausa estiva l’agenda della formazione vede in programma i corsi del Percorso Specializzazione. Ritornano dunque i moduli dedicati a Collaudo di impianti e Taratura e bilanciamento reti, che offrono come sempre la massima attenzione all’aspetto pratico dell’argomento, il corso Conduzione, esercizio e gestione della manutenzione degli impianti tecnologici, un’occasione di aggiornamento da non perdere per i professionisti del settore manutenzione che intendono specializzare le proprie competenze, e il corso Fondamenti di analisi economiche per i sistemi edificio-impianto, molto interessante in particolare per i professionisti EGE, ai quali vengono richieste nozioni in campo economico e finanziario. Questi sono solo alcuni dei moduli in programma nel Percorso: il calendario completo e le modalità di erogazione – frontale o in streaming – verranno pubblicati sul sito di AiCARR Formazione quando si avranno le indicazioni relative alla situazione Covid-19. Tutte le informazioni relative ai corsi sono pubblicate sul sito www.aicarrformazione.org


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DECRETO FER1 IMPIANTISTICA NEGLI ALBERGHI CONDIZIONAMENTO DELL’ARIA NEL RESORT PROGETTAZIONE INTEGRATA E LEED STRUTTURE RICETTIVE A CONFRONTO BIM SVILUPPO DI UN PROGETTO IMPIANTISTICO MODELLO DI CALCOLO DELLE PERDITE DI CARICO REFRIGERAZIONE ASHRAE, LE NOVITA’ DELLO STANDARD 15

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ANALISI SPERIMENTALE DELLA SOSTITUZIONE DEL R134A CON R1234YF, R1234ZEE, R450A E R513A IN UNA POMPA DI CALORE ACQUAACQUA DI PICCOLA TAGLIA EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE SUBSTITUTION OF R134A WITH R1234YF, R1234ZE(E), R450A AND R513A IN A SMALL CAPACITY WATER-TO-WATER HEAT PUMP VERSO LA TRASFORMAZIONE DEL PATRIMONIO EDILIZIO ITALIANO IN NZEBS NEARLY ZERO ENERGY BUILDING: IL PROGETTO PRIN 2015 TOWARDS THE ITALIAN BUILDING HERITAGE TRANSFORMATION INTO NZEBS (NEARLY ZERO ENERGY BUILDING): THE PRIN 2015 PROJECT MONITORAGGIO E SIMULAZIONE DINAMICA DI UN EDIFICIO PILOTA DOTATO DI TETTO VERDE MONITORING AND DYNAMIC SIMULATION OF A PILOT BUILDING EQUIPPED WITH A GREEN ROOF CONFRONTO SPERIMENTALE TRA TECNICHE DI MISURA DELLA VENTILAZIONE NATURALE DEGLI EDIFICI AN EXPERIMENTAL COMPARISON BETWEEN DIFFERENT METHODS TO MEASURE BUILDING NATURAL VENTILATION

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