Come dimostrano tre recenti progetti internazionali, le reti di distribuzione di energia termofrigorifera sono in fase di continua evoluzione, con gli edifici collegati che ora svolgono un ruolo attivo per incrementare le prestazioni e ridurre i consumi. Per i progetti di nuove costruzioni, i sistemi di teleriscaldamento e teleraffreddamento di quartiere costituiscono una valida alternativa alle centrali termofrigorifere di edificio quando si verificano una serie di condizioni.
In primo luogo, l’utenza deve essere costituita da gruppi di immobili ad alta densità di carico interconnessi da circuiti di distribuzione relativamente compatti: è questo il caso di nuovi quartieri urbani a uso misto con residenze, attività terziarie e commerciali, complessi ospedalieri e industriali, campus universitari, grandi centri sportivi e aeroporti (figura 1). Inoltre, le di verse utenze servite devono essere caratterizzate da carichi sia termici sia frigoriferi con un elevato fattore di contemporaneità.
Nel caso di interventi su complessi di edifici, la convenienza del collegamento alle reti di district energy, se presenti in prossimità, è legata essenzialmente alla necessità di sostituire apparecchiature datate, con i relativi costi di rimozione o smantellamento e dipende dalla possibilità di risolvere in modo efficace problematiche di ordine sia tecnico (rumore, manutenzione) sia estetico, in particolare nel caso in cui sia necessario evitare un impatto sulle caratteristiche architettoniche di un edificio storico o vincolato dovuto alla presenza di apparecchiature a vista.
Come evidenziato nell’ASHRAE District Cooling Guide e nell’ASHRAE Handbook, quando viene condotta un’analisi del valore attuale netto (NPV) confrontando i costi di un sistema di district energy rispetto alla costruzione di centrali dedicate a ogni edificio, i risultati solitamente sono estremamente competitivi e il più delle volte equivalenti o superiori.
Con valori comparabili di NPV, gli sviluppatori possono godere di una serie di vantaggi:
- riduzione della potenza termica e frigorifera installata grazie al fattore di contemporaneità;
- riduzione delle portate d’acqua di falda (pompe di calore ad acqua) e dell’effetto di isola di calore (pompe di calore ad aria);
- facilità di integrazione di sistemi di accumulo termofrigorifero e di cogenerazione; • riduzione del carico elettrico con un profilo più piatto;
- possibilità di sfruttare il calore di condensazione in caso di utenze con diversi profili di carico;
- utilizzo di parti dell’immobile tipicamente occupate dalla centrale termofrigorifera (piani interrati o coperture);
- riduzione dei costi di manutenzione;
- backup delle apparecchiature più facile e meno costoso;
- possibilità di utilizzare più facilmente una varietà di fonti di energia.
Come verrà illustrato nei casi di studio, può anche essere conveniente realizzare sistemi di tipo ibrido dotando i singoli edifici di centrali per la produzione/o l’accumulo dell’energia termofrigorifera per l’integrazione della capacità fornita dalla rete di distribuzione.
Sistemi in continua evoluzione
La figura 2 mostra la trasformazione dei sistemi di district energy avvenuta nel corso degli anni.
I primi sistemi realizzati tra il 1880 e il 1930 erano di sviluppo limitato a livello locale e si basavano su centrali alimentate a carbone per la produzione e distribuzione di vapore. La seconda generazione, fino al 1980, vede anche l’utilizzo di centrali a olio combustibile con distribuzione di acqua surriscaldata. Con i sistemi di terza generazione, fino al 2020, il calore viene prodotto anche da centrali e sistemi di cogenerazione a gas, reflui da processi industriali e fonti rinnovabili (solare e biomasse) e viene distribuita acqua calda inferiore a 100 °C.
La quarta generazione, dopo il 2020, è caratterizzata da temperature dell’acqua calda ancora più basse, con mandata a 60 °C e ritorno a 25 °C, con maggiori efficienze, soprattutto se si utilizzano pompe di calore o energia termica di scarto, ad esempio da Data Center e centri commerciali. Inoltre, le reti di teleriscaldamento vengono integrate con quelle di teleraffreddamento.
Il futuro è rappresentato dai sistemi di quinta generazione, detti anche “ambient loop”, ovvero con distribuzione di acqua a temperatura ambiente (25/20 °C), utilizzo di una gamma più ampia di fonti di calore di grado inferiore e dissipazione del calore di raffreddamento simultanea alla fornitura di calore. Un esempio di questo tipo è il sistema che verrà realizzato per il progetto di Bankside Yards a Londra.
Reti urbane di district energy: scopri le realizzazioni
The Well, Toronto