Roberto Deboni DMIsr
2020-12-15 15:35:58 UTC
https://www.pv-magazine.com/2020/12/10/photovoltaic-thermal-district-
heating-networks-are-feasible/?
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Link meno ponderoso (senza pero' diventare irreperibile in futuro)heating-networks-are-feasible/?
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<https://www.pv-magazine.com/2020/12/10/photovoltaic-thermal-district-heating-networks-are-feasible/>
(un trucco: tutto cio' che viene dopo il "?" spesso e' superfluo,
fa parte solo dell'algoritmo di profilazione dell'utilizzatore)
Ed ora sull'oggetto, migliora quello che avevo proposto:
"... un concetto di riscaldamento PVT ... che si basa ... sullo
stoccaggio (sotterraneo) e sull'uso di pompe di calore, è
tecnicamente ed economicamente fattibile."
PVT = Photovoltaic thermal hybrid solar collector
<https://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_thermal_hybrid_solar_collector>
Sia chiaro, non ci sono invenzioni o scoperte, ma utilizzo di
tecnologie, anche datate, in sinergia. La differenza rispetto
alla mia proposta e' l'ambizione di superare le stagioni:
"è in grado di immagazzinare tutto il calore in eccesso da
quest'ultimo nel deposito sotterraneo durante il periodo estivo"
In dettaglio:
"nelle mezze stagioni il calore è fornito dai pannelli PVT oltre
che dall'accumulo caldo-freddo mentre, in inverno, il calore è
fornito principalmente dall'accumulo caldo-freddo"
E i risultati raggiunti:
"Attraverso questo progetto pilota, il gruppo di ricerca è stato
in grado di determinare l'esatta quantità richiesta di pannelli
PVT, nonché i livelli di temperatura richiesti per l'accumulo e
la distribuzione del calore."
Ma neanche qualche info ? Che e' un brevetto ?
In ogni caso, i risultati sono strettamente applicabili per il
luogo in cui sono stati ottenuti. Ed anche le modalita' della
costruzione. Infatti, scavare la sezione di accumulo sotterraneo
ha un costo anche energetico (oltre che economico) e sarebbe
interessante il calcolo di quanto tempo ci vuole per recuperarlo
sulla base dei "risparmi" aggiuntivi ottenbili.
Naturalmente se l'obbiettivo e' astrattamente quello della totale
autarchia "locale" (anche se il piatto del sistema globale piange,
come un calcolo EROEI implacabilmente potrebbe mostrare ed ecco
perche' ai rinnovabilisti l'EROEI non piacera' mai), tale prezzo
non conta. Pensateci: se l'accumulo sotterraneo fosse cosi'
conviente "aggiungerlo", con tutto il caldo enorme che ci
prendiamo d'estate e il freddo d'inverno, in un paese come l'Italia
settentrionale, non dovrebbe esserci la corsa ?
In realta' l'accumulo sotterraneo e' realmente conveniente, quando
viene "installato" in fase di scavo delle fondazioni di un nuovo
edificio, e questo mi ricorda la questione della massa a terra
(che se venisse predisposta in quella fase non costerebbe nulla,
solo un po' di paletti e rame, mentre aggiunto a posteriori
si aggiungono dieci volte piu' costi di manodopera ...).
Merita un approfondimento:
<https://www.tudelft.nl/en/2020/tu-delft/existing-neighbourhoods-energy-neutral-thanks-to-innovative-solar-heat-network/>
che cortesemente di mandano ai risultati:
<http://www.zonnewarmtenet.nl/>
Con una prima semlice grafica:
<Loading Image...
In realta' si tratta di un concetto di teleriscaldamento a livello
di quartiere.
"Il sistema di teleriscaldamento ZONNET è costituito da un gruppo di
case ed edifici, ciascuno con una singola pompa di calore acqua/acqua
e pannelli solari PVT sul tetto (si tratta di pannelli solari che
generano sia elettricità che calore)."
"Tutti gli edifici sono collegati tramite uno speciale sistema di
distribuzione a una rete di riscaldamento locale a bassissima
temperatura (ZLT) e ad una cella frigorifera sotterranea (WKO)."
"Nella media stagione, i pannelli PVT forniscono la fonte di calore
alla pompa di calore fintanto che la pompa di calore richieda calore;
in estate spesso rimane calore in esubero e questo calore viene
immagazzinato tramite la rete di calore nell'accumulatore di calore
(WKO = Koude-warmteopslag, ovvero "accumulo di calore freddo") nel
suolo. In inverno, quando il PVT non fornisce abbastanza calore per
la pompa di calore, il calore immagazzinato viene estratto dal terreno
e fornito alle abitazioni tramite la rete di riscaldamento. Questa
combinazione conferisce al sistema un'efficienza molto elevata e
quindi una richiesta di energia elettrica ridotta."
A pagina 9 del seguente documento c'e' uno schema un po' piu'
dettagliato:
<https://zonnewarmtenet.files.wordpress.com/2020/12/dezonnet_eindrapport-v1.0_december-2020-1.pdf>
ove e' evidente che l'accumulatore "stagionale" sotterraneo e' unico
per il quartiere. Da pagina 12 comincia qualche calcolo:
"... per determinare il bilancio termico per alcuni controlli del
sistema PVT profilo della domanda di calore di una casa media."
"La richiesta di calore media prevista in un distretto dopo la
ristrutturazione può essere determinato sulla base dei dati chiave
per il consumo di energia secondo Majcen (Majcen 2016), convertito
in domanda netta di calore."
"Per questo esempio è una casa normale di 95 m2, con un fabbisogno
termico netto di 70 kW·h/m2, che corrisponde alla media in uso di una
casa di classe energetica B."
NB: e' ovviamente un dato di consumo tipico dei Paesi Bassi. In Italia
del Nord, avremo che una abitazione del genere sarebbe in classe C.
Oppure che quella casa spostata in Italia (e quindi che resta di
classe B) avrebbe un consumo di riferimento minore di 50 kW·h/m2.
E se spostata in Italia del Sud, sarebbe minore di 30 kW·h/m2.
Questa differenza dei consumi e' quello che incide sui tempi di
ammortamento: piu' altro e' il consumo, piu' e' rapido.
"Per la descrizione di questa casa e dei valori di isolamento
utilizzati, vedere appendice § 9.2."
Sia chiaro: una classe B e' discretamente isolata, una buona costruzione
recente tipica nel Nord Europa piu' responsabile, ma temo non cosi'
comune in Italia. Ovviamente un classe A e' meglio ancora, ma se
guardate gli annunci immobiliari, trovate un raro A o B ogni tanto,
qualche C, ma il grosso va dalla D in giu', oltre alle preponderante
G (che pero' potrebbe significare un venditore troppo avaro/idiota
per pagare il costo della certificazione energetica).
Nell'appendice ci dicono che il consumo di gas corrispondente e'
di 12,5 m3 per ogni m2 di abitazione. La localita' climatica e'
quella di Schiphol (Comune di Haarlemmermeer, 9 km a sud-ovest di
Amsterdam), dove c'e' il grande aereoporto.
Rc (m2·K/W) U (W/m2·K)
---------------------------------------------------------------
facciata - muro isolato con intercapedine 1,5 -
pavimento - isolato (Tonzon) 2,9 -
tetto - isolato 3,5
finestre - vetro tipo HR +++ - 1,4
finestre - telaio - 2,3
PS: sito della Tonzon <https://tonzon.nl/>
Usando il programma di simulazione TRNSYS hanno ottenuto una
domanda totale annua di 6'606 kW·h/m2/anno e nella figura 3
abbiamo la corrispondente domanda oraria. La figura 3 indica
anche la massima potenza richiesta, ovvero 7-8 kW (in Italia
del Nord sarebbe 5-6 kW, meno ancora nel Sud).
Notare che 8 kW e' un picco occasionale, potrebbe bastare
configurare per 7 kW e quel giorno usare forme integrative
oppure andare a dormire ( ... come fanno gli orsi :-), o
piu' seriamente, mettersi un maglione in piu' per un solo
giorno.
"Oltre alla richiesta di calore per il riscaldamento degli ambienti,
è stata ipotizzata una richiesta di calore per l'acqua del rubinetto
di 3.000 kW·h/anno per famiglia media."
Questo dato non dovrebbe essere molti diverso in Italia, perche' e'
relativo ad un salto termico di circa 40-50 gradi Celsius), e quindi
il fatto che ad Amsterdam mediamente ci sia qualche grado in meno,
non pesa cosi' tanto come per la temperatura dell'aria nella
abitazione (che invece e' riferita a 20 gradi Celsius).
Il "cervello" in ogni casa deve determinare quando il calore che
arriva dal modulo PVT vada utilizzato direttamente dalla pompa di
calore, quando la pompa di calore invece preleva dal teleriscaldamento
(ad accumulo, si ricordi), quando invece il calore vada direttamente
mandato nella rete di teleriscaldamento.
A proposito, ecco menzionato il fornitore PVT (della Frisia):
<https://triplesolar.eu/en/>
ovviamente la domanda e': "ma quanto costano ?".
Infatti, come Soviet_Mario ha gia' osservato, non sembra che i
pannelli termosolari siano economici, nenche oggi. E quelli sono
combinati con il fotovoltaico.
A pagina 44 del documento che stiamo leggendo c'e' qualche dato,
come della seguente pompa di calore, una NIBE F1255 PC:
<https://www.nibe.eu/en-gb/products/heat-pumps/ground-source-heat-pumps/NIBE-F1255-_-31>
<https://www.nibe.eu/assets/documents/20720/639690.pdf>
"Nelle simulazioni sono stati variati sia il numero di pannelli
PVT sia le temperature impostate per determinare i setpoint
corretti per prestazioni energetiche elevate."
o Per ottenere il COP stagionale medio più elevato possibile, è
importante che in inverno una temperatura sorgente elevata sia
a disposizione della pompa di calore, perché la più grande
richiesta di calore c'è in inverno. Ciò significa che è più
importante arrivare piu' in alto possibile della temperatura della
rete in estate, onde ottenere un COP elevato in bassa stagione.
Si tratta di un COP elevato con una bassa richiesta di calore.
o Un fattore complicante è che il calore che deve essere fornito dal
PVT non è la richiesta di calore in se', ma il calore che si trova
sul lato sorgente (evaporatore) della pompa di calore. Anche questo
dipende dal COP. Poiché il COP dipende ancora da quali temperature
possono essere raggiunte, progettare i setpoint ideali è il
risultato di un procedimento iterativo.
Il COP e' stato determinato per 3 temperature di erogazione:
35°C, 45°C e 50°C, che pero' vanno intese come una media ponderata
durante l'anno. Dalla tabella 1 a pagina 15 abbiamo i valori
ottimale (per l'Olanda, sia chiaro).