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SPECIALE
ENERGIE RINNOVABILI
Ospedale di Menaggio
Impianto solare
a concentrazione
Veduta generale dell'impianto
GIUSEPPE LA FRANCA
architetto
A
ttivato
circa un
anno fa,
l'impian/
t
o
solare
termico
a concentrazione (CSP) presso il
Presidio ospedaliero Erba - Renaldi di Menaggio,
in provincia di Como, è
il primo del genere in un
ospedale italiano.
L'impianto utilizzala collaudata tecnologia della concentrazione mediante specchi parabolici, che trova
larga applicazione nella prodirzione di energia elettrica e termica in
grandi impianti di tipo industriale,
situati in regioni fortemente soleggiate (fra cui Andalusia, California
e, nel nostro Pese, in Sicilia). In questo caso, l'impianto CSP di Menaggio è del tipo "solar coolmg": ha infatti lo scopo di produrre calore dal
sole, poi stoccato e impiegato per la
climatizzazione degli edifìci del presidio, grazie a un gruppo frigorifero
ad assorbimento dotato di sistema
di alimeniazione iniegralivo a gas
metano.
Programmare
la sostenibilità
Pei" edifici particolarmente energivori quali gli ospedali, il ricorso all'energia solare costituisce una vera e
propria sfida tecnologica. La nostra
s Leila irraggia uniformemente l'atmosfera terrestre con una quantità enorme di luce, pari a 1.367 W/
m2 (costante solare), ma la maggior
parte di questa energia non è, di fatto, utilizzabile. La forma sferica della superfìcie del pianeta, l'alternanza
del giorno e della notte causata dalla sua rotazione, l'effetto schermante dell'atmosfera e le variabili condizioni meteorologiche rendono infatti
poco concentrata e discontinua la
sua disponibilità per i più diffusi sistemi di captazione, situati suila superficie terrestre. Oltre a richiedere
ampie aree correttamente esposte
ai raggi solari, i sistemi fissi piti semplici e diffusi (colleLLori solari, moduli fotovoltaici) scontano anche le
problematiche tecniche connesse
alla ridotta efficienza di conversione, sia essa di tipo termico o elettrico. L'impiego di dispositivi mobili, atti a orientare costantemente in
modo ottimale le superfici esposte e
a concentrare i raggi solari sui terminali di captazione, presenta invece importanti vantaggi tra. cui:
• la minore superficie occupata
dall'impianto (a parità di potenza
installata);
• la superiore efficienza (a seconda
della tecnologia utilizzata);
• la maggiore sicurezza per lo parabole, che possono brandeggiare e
disporsi in posizione di sicurezza in
caso di eventi atmosferici avversi.
Un impianto solare a concentrazione necessita inoltre di adeguaLi sistemi per lo stoccaggio e per l'uso versatile dell'energia. In questo
modo è possibile massimizzare la
produzione nei periodi più favorevoli e, successivamente, rendere
disponibile l'energia accumulata
quando richiesta. L'impianto CSP
situato presso l'ospedale di Menaggio risponde a tutti questi criteri.
È sfato infatti realizzato nel conLesLo del programma per l'efficienza energetica dell'Azienda Ospedaliera Sant'Anna di Como, grazie a
un contributo della Regione Lombardia che ha coperto la metà dei
680.000 curo spesi per la realizzazione. 11 tempo di rientro atteso delf'ùiveslimenlo è pari a circa 8 anni
Vista dell'impianto
Impianto CSP: come è fatto
Il presidio ospedaliero è siluaLo ai
margini dell'abitato, lungo il versante collinare che digrada verso la riva del la.go. 11 compatto edifìcio principale, dalla concezione
tradizionale, e disposto attorno
a tre corti. Circondato dal verde,
l'ospedale risulta, ben inserito nel
movimentato contesto paesaggistico; l'ingresso principale è situato a
vaile ed è raggiungibile dalla viabilità locale. L'impianto CSP è stato
realizzato in corrispondenza di un
preesistente parcheggio a raso, su
due terrazze pianeggianti rivolte in
direzione sud-est, a monte rispetto al fabbricato principale dell'ospedale. Contestualmente alla
sua progettazione è stala studiata
la creazione di un secondo ingres-
so all'area ospedaliera, accessibile
direttamente dalla Slrada statale
340. L'impianto è formato da quattro clementi principali.
Collettori
La superficie captante consiste in
due collettori solari lineari a sezione parabolica, della, medesima lunghezza (sviluppo complessivo del
campo pari a 80 m; apertura 4,6
m; superficie totale circa 400 m2).
Ognuno dei collettori è composto
da 64 specchi, ciascuno realizzato
da pannelli sandwich con Funzione strutturale (doppialamiera con
struttura corrugata interna, interamente in alluminio), sul cui lato
concavo sono sfati depositati sfrati
sottilissimi di vapori di alluminio
purissimo ad altissima riflessione
(99,7%) e materiali protettivi trasparenti, cheli rendono inattaccabili agli agenti esterni.
Ricevitori
Lungo la linea, focale eh ciascuna fifa di collettori, ovvero lungo la retta che unisce tutti i punti di massima concentrazione dei raggi solari,
solare
si trovano in totale 40 ricevitori cotermodinamico
assiali dalla forma tubolare, collegati fra loro. Il tubo interno (dia- http://www.tecnicao5pedatiera.it/YYpJh
metro 70 min) è inacciaio rivestito
con un materiale altamente selettivo, caratterizzato da elevataassorbanza della radiazione solare e da
bassa emissività del calore nell'infrarosso. Il tubo è sua volta con-
SPECIALE
ENERGIE RINNOVABILI
L'IMPORTANZA DELLA DIAGNOSI
L'ospedale di Menaggio dispone di un impianto di
riscaLdamento invernale di tipo radiante e tradizionale, con
integrazione di aria calda per alcuni settori dell' edificio,
alimentato da sistemi di generazione termica convenzionali
e, prossimamente, a cogenerazione. Il raffrescamento
estivo fa capo a gruppi frigoriferi elettrici raffreddati ad aria.
In totale la potenza nominale installata è pari a 2,3 TW. La
diagnosi energetica, mirata a individuare la consistenza degli
impianti e i relativi consumi, ha interessato l'intero sistema
edificio/impianti con l'obiettivo di: analizzare la consistenza
e le prestazioni energetiche degli edifici e delle tecnologie,
oltre che i relativi consumi anche dal punto di vista storico;
valutare diverse ipotesi di intervento tra loro alternative e
i rispettivi benefici energetici ed economici; individuare la
strategia di intervento più indicata in relazione alle attività
ospitate.
tenuto dentro un cilindro in vetro
con trattamento antiriflesso (diametro 125 min). Per evitare la dispersione termica verso l'esterno,
nell'intercapedine che li separa è
stalo crealo il vuoto assoluto, garantito nel tempo grazie a un getter a base di bario e zinco. L'insieme consente l'assorbimento e il
trasferimento di più del 96% dell'energia solare così raccolta.
Struttura
Collettori e ricevitori sono montati
sopra una struttura di sostegno in
carpenteria metallica, dimensionata per garantire le rigidezze flessionali e torsionali necessarie alla
precisa, movimentazione del collet-
Parabola
e tubi
collettori
CICLO FRIGORIFERO
AD ASSORBIMENTO
La produzione di fluidi freddi per la climatizzazione degli
ambienti può avvenire utilizzando l'energia termica
proveniente da un fluido caldo, grazie ai cicli frigoriferi
cosiddetti ad assorbimento che, nel caso dell'ospedale
di Menaggio, sono del tipo a bromuro di litio (LiBr), un
sale fortemente assorbente. In estrema sintesi, queste
macchine frigorifere sfruttano la naturale capacità
di evaporazione dell'acqua (solvente) a bassissima
pressione, che avviene a temperature di qualche
grado sopra 0 °C, e le proprietà fisico-chimiche del
bromuro di litio (soluto), per produrre acqua refrigerata
senza praticamente impiegare energia elettrica. È
però necessario fornire calore ad alta temperatura: al
crescere di quest'ultima, cresce anche l'efficienza del
ciclo frigorifero.
tore, anche in condizioni di vento,
e per sopportare le notevoli e rapide escursioni termiche alle quali è sottoposto l'impianto. La struttura permette la rotazione rigida
dell'insieme attorno ad all'asse
orizzontale, mediante un motore
elettrico con riduzione meccanica.
Sistema di inseguimento solare
TI cosiddetto tracker è basato su
software di calcolo astronomico
che regola la rotazione, orientando i collettori a seconda della posizione del sole nel cielo, con una
precisione pari a 0,3 mrad. Per garantire il corretto funzionamento
dell'inseguimento solare, l'algoritmo di calcolo è basato su clie-
ci parametri esterni (dati geofisici, astronomici, meteorologici e
temporali) ed è poi corretto da un
solarimetro. Una centralina elettronica, verifica le condizioni ambientali e lo sialo delle apparecchiature compresi serbatoio di
accumulo, pompa e circuili, scambiando informazioni con la centrale di controllo mediante una normale connessione dati. Il sistema
è in grado di autocontrollarsi: al
raggiungimento della temperatura desiderata l'impianto si dispone
in condizioni di stand-by e in caso
divento forte, pioggia o grandine,
i collettori si sistemano automaticamente in posizione di sicurezza.
D'inverno e d'estate
Qualsiasi sia la posizione assunta
dal Sole durante il suo moto apparente, i collettori vengono fatti
ruotare automaticamente in modo
che la luce solare incidente sulle
suporfici speculari sia riflessa sempre verso il tubo ricevitore. Nell'arco di pochi minuti dalla comparsa del Sole all'orizzonte, l'impianto
raggiunge rapidamente la propria
temperatura operativa, normalmente superiore a 180 °C (T min.:
110 °C). 11 fluido Lermoveltore uli-
COLLETTORE 1
ACQUA 7 ° C
ACQUA 1 2 ° C
-
-
""I
Jx.
lizzato è l'olio minerale diatermico, un liquido impiegalo nei processi industriali che richiedono il
trasporto di calore a temperature più elevate rispetto a quelle di
evaporazione dell'acqua (fino a 300
°C), anche a pressione atmosferica..
L'olio diatermico non è tossico né
corrosivo: e caratterizzato da una
riddila viscosità, che ne facilita lo
scorrimento e permette l'avviamento a freddo dei circuiti (condizioni operative: -10 -f +50 °C), oltre che da potere lubrificante e da
un'azione protettiva nei confronti dei meccanismi (pompe, valvole ecc.). L'olio surriscaldato (7001),
che circola, nell'impianto a velocità
comprese tra f e 2,5 m/s, è inviato al serbatoio di stoccaggio (1.300
I), con funzione eli volano termico
e opportunamente isolato per minimizzare le dispersioni, dal quale
viene poi inviato agli scambiatori
di calore (acqua calda per riscaldamento, acqua calda sanitaria) e al
gruppo frigorifero ad assorbimento
(acqua refrigerata). Nel primo caso, l'acqua calda prodotta integra
il contributo termico appannaggio
dcUc caldaie e del nuovo gruppo di
cogenerazione, che sarà installato
presso il presidio entro la fine del
w
ACCUMULO
Q U O CALDO
^V
2014. Nella, stagione calda, l'impiego di un gruppo frigorifero ad assorbimento (potenza 230 kW) permette lo sfruttamento dell'energia
solare termica per la produzione di
acqua fredda a 7 "C (solar cooling).
L'elevata temperatura disponibile
consente infatti l'utilizzazione di
un cicli frigoriferi a doppio stadio,
con valori di efficienza per il raffrescamento (COP) pari a quasi il
200% rispetto a un gruppo frigorifero ad assorbimento mono-stadio, operante con acqua calda. Si
realizza così un significativo incontro Ira la. domanda di freddo e l'offerta energetica solare: maggiore
è l'irraggiamento solare e, di conseguenza, la temperatura atmosferica, maggiore è la quantità di
frigorie che si riesce a produrre.
Nel caso ette rimpianto CSP (rendimento campo solare > 50%) non
sia in grado di fornire il contributo termico richiesto dal ciclo frigorifero ad assorbimento, il gruppo
è equipa.ggiato con un bruciatore
modulante a gas, che entra in funzione automaticamente per incrementare la potenza, termica, fino a
raggiungere temperature necessarie. In gran parte formato da componenti prodotti in Italia, rimpian-
to CSP ha. una. potenza, di picco di
233 lcW: è in grado di coprire circa
il 30% dei consumi annuali di energia termica dell'ospedale, if cui fabbisogno energetico nel 2008 è risultato pari a 2.080 MWh. Il punto
di lavoro dell'impianto CSP si situa
a +40 °C dal limite di infiammabilità dell'olio diatermico: per garantire la sicurezza nel funzionamento
a regime è stato perciò necessario
inertizzare il sistema.
La parola ai tecnici
Abbiamo chiesto all'ing. Flavio
Marzoraii, Responsabile del Lio
Servizi Tecnici e Patrimonio dell'Azienda Ospedaliera Sant'Amia di
Corno, come è nato il progetto per
SPECIALE
ENERGIE RINNOVABILI
L'ospedale del
Lario centrale
http://www.tecnicaospedaliera.it/APAS1
l'impianto CSP. «La scelta di optare per la tecnologia CSP è stata motivata principalmente dalla, possibilità di evitare l'acquisto
di nuovi gruppi frigoriferi e delle relative torri di raffreddamento. Abbiamo potuto così manienere la cabina elettrica esistente,
che non permetteva integrazioni
di potenza erogabile, ed evitare
le problematiche di installazione
in spazi ristretti delle nuove macchine. A oggi, l'impianto garantisce la copertura del fabbisogno di
raffrescamento di un terzo circa
dell'ospedale. Il migliore risultato
conseguito è costituito dalla considerevole riduzione dei consumi
complessivi di gas per il riscaldamento invernale. Per aumentare
l'efficienza e i recuperi energetici
sono stati studiati accumuli maggiorati eli acqua refrigerata, in modo da utilizzarla anche nelle ore in
cui il sole è mdisponibile. Questo
accorgimento ha inoltre comportato una migliore gestione del furi-
COS'È IL SOLAR
COOLING?
Letteralmente significa
"raffrescamento solare": si tratta di
una tecnologia ancora poco diffusa,
che abbina dispositivi solari termici
e gruppi frigoriferi ad assorbimento.
Il suo principale vantaggio consiste
nella possibilità di sfruttare la
concomitanza, nel periodo estivo, tra
la maggiore disponibilità di energia
solare e la domanda di energia per
il raffrescamento. La variabilità
delle condizioni atmosferiche rende
discontinua la raccolta dell'energia
solare, perciò guesti sistemi
dispongono normalmente di dispositivi
di accumulo. Il solar cooling consente
perciò il migliore impiego della fonte
rinnovabile solare, riducendo di
conseguenza i consumi di energia
elettrica in capo ai gruppi frigoriferi
tradizionali, normalmente demandati
alle funzioni di integrazione e riserva.
Quando viene attivato, l'impianto raggiunge la temperatura operativa in 10
minuti pertutto il giorno
zionamento delle pompe».
Quali soluzioni avete allo studio per
ottimizzare ulteriormente il funzionamento dell'impianto?
«Stiamo valutando la possibilità
dello "scrollainento" delle utenze
servite, così da poter privilegiare
il funzionamento in solar cooling e
riservare gli altri gruppi frigoriferi
per l'integrazione, qualora l'impianto CSP non riuscisse a. garantire il
carico. Per massimizzare il rendimento, mi ulteriore provvedimento attuabile sarebbe l'impiego della
produzione eccedente di calore per
produrre elettricità - forma di energia sempre richiesta d'estate conte
d'inverno, giorno e notie. In questo
caso la macchina pensala funzionerebbe con "effetto Stiriing". Al momento, siamo alla ricerca di soluzioni tecnicamente compatibili con
quest'ultima ipotesi».
L'ing. Matteo Palazzetti (Nova Engineering Project) ha progettato
e diretto i lavori di realizzazione
dell'impianto CSP: «L'energia solare costituisce la fonte rinnovabile
che, al momento, presenta il maggior potenziale di sviluppo e sfruttamento, a liveUo europeo e mondiale. Il progetto coniuga diverse
tecnologie innovative in un sistema
coordinato di produzione del calore
e del freddo, che si propone come
esempio nel settore delta termotecnica applicala alle strutture sanitarie, vocale a un futuro sostenibile
negli impianti di climatizzazione, in
grado di definire una sorta di linea
guida, anche per quanto attiene altri
aspetti rilevanti tra cui quelli connessi alla sicurezza antincendio e
alla, prossimità con l'eli-piattaforma
al servizio dell'ospedale. L'impianlo è sialo studialo per soddisfare
il fabbisogno energetico dell'edifìcio e, nonostante il suo carattere
fortemente innovativo, a poco meno di un anno dalla sua, attivazione
rappresenta, un indubbio successo
sia in termini di efficacia, sia per
quanto attiene gli aspetti di riduzione dei consumi e di compatibilità ambientale».
SRIFRvDUZlMNr. FIIJLFiv'ATA
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