Il presente rapporto descrive le attività di Ricerca di Sistema svolte nell’ambito del Progetto Usi Finali, relativamente al Deliverable 2.3.3 del work package 2.3 “Promozione delle tecnologie elettriche innovative e delle applicazioni efficienti negli usi finali”. Come è noto, la climatizzazione nel settore terziario e residenziale sta conoscendo una crescita tumultuosa che contribuisce, e contribuirà ancora, ad un significativo incremento dei consumi di energia e dei prelievi di potenza, causando di fatto lo spostamento della punta annua dal periodo invernale a quello estivo. Le conseguenze sono ormai sotto gli occhi di tutti, in quanto si assiste da tempo ad un assottigliamento del margine di riserva durante le ondate di caldo estive, il che ha già provocato ripetuti distacchi di carichi interrompibili e generato allarme per la conseguente impennata dei prezzi sui mercati all’ingrosso dell’energia elettrica. Non potendo per ovvii motivi reprimere la domanda legittima di comfort negli edifici, occorre fare in modo che essa venga soddisfatta in modo razionale, ricorrendo a soluzioni tecnologiche che favoriscano l’efficienza energetica primaria e/o l’esercizio operativo del sistema elettrico. Per questo scopo, sono state eseguite diagnosi energetiche di soluzioni finalizzate a ridurre gli impatti sulla rete elettrica della domanda di climatizzazione degli ambienti grazie a sorgenti termiche idonee, alla possibilità di differire i prelievi alle ore vuote e all’impiego di un diverso vettore energetico (gas). E’ però importante poter verificare le prestazioni di tali impianti in condizioni reali di funzionamento; per questo motivo sono stati raccolti ed esaminati i dati di monitoraggio delle prestazioni energetiche “in campo” di sistemi di raffrescamento che sfruttano sia acque superficiali, sia falde acquifere, impianti con accumulo termico e assorbitori a gas. Il funzionamento stagionale di tali sistemi è stato confrontato con le prestazioni della tecnologia di uso comune, rappresentata da un condizionatore elettrico condensato ad aria (o anche da una caldaia nel periodo invernale), e riportato in guide tecniche, che potranno essere consultate per la progettazione e l’utilizzo corretto delle soluzioni tecniche esaminate. Nel caso di macchine utilizzanti l’acqua come sorgente termica, i coefficienti di prestazione sono più stabili e di valore più elevato rispetto a quelle che sfruttano l’aria esterna, questo per la maggiore idoneità dell’acqua, la cui temperatura è generalmente più alta in inverno e più bassa in estate di quella dell’aria. Pur con tale premessa, risulta tuttavia necessario verificare quali vantaggi energetici comporti l’uso di tali macchine, sia per il condizionamento estivo, sia per il riscaldamento invernale, quando si ritiene sostituiscano una caldaia.

Il ricorso ad impianti di condizionamento con accumulo di energia frigorifera, permette di spostare alle ore vuote il consistente prelievo di potenza per l’azionamento dei compressori, ottenendo una significativa riduzione del contributo alla punta di carico del sistema elettrico. Anche in questo caso è però opportuno accertare quale sia la contropartita energetica dei vantaggi in termini di potenza, tenuto conto delle perdite dell’accumulo termico e delle condizioni di “sottoraffreddamento” in cui devono operare i frigoriferi. Analogamente, l’uso di macchine alimentate a gas per la climatizzazione estiva (cicli ad assorbimento), contribuisce ad alleggerire la domanda di energia elettrica, in una stagione caratterizzata da un abbondante offerta del combustibile utilizzato. Ma anche qui è opportuno conoscere in quale misura risultino penalizzati i consumi primari, a causa della minore efficienza dell’assorbitore. Il rapporto raccoglie ed analizza i dati sulle prestazioni energetiche di alcuni impianti dotati di tecnologie efficienti per la climatizzazione degli edifici; per tali installazioni sono state effettuate nel corso del 2006 delle campagne di monitoraggio sia estive che invernali, allo scopo di raccogliere dati di funzionamento in condizioni reali di utilizzo, e poterli confrontare con le prestazioni che si sarebbero ottenute, nelle stesse condizioni operative, utilizzando soluzioni impiantistiche più convenzionali (pompa di calore e caldaia). Le campagne di monitoraggio sono state effettuate presso una utenza terziaria di media taglia (246 kW frigoriferi) dotata di ciclo frigorifero ad assorbimento alimentato a gas naturale, su di una utenza terziaria dotata di pompa di calore alimentata con l’acqua di un bacino lacustre (350 kW frigoriferi), su di una utenza di tipo domestico utilizzante una pompa di calore alimentata dall’acqua della falda freatica (5.5 kW frigoriferi). Il rapporto contiene anche, nell’ultimo capitolo, un approfondimento teorico sulle caratteristiche tecnico- economiche degli impianti di condizionamento dotati di accumulo del freddo utilizzando i dati di condizionamento dell’edificio con assorbitore a gas, non potendo ancora disporre di una utenza reale sulla quale raccogliere dei dati sperimentali. I risultati ottenuti evidenziano come: – l’assorbitore a gas consenta di più che dimezzare la potenza elettrica richiesta alla rete nell’ora di punta estiva (h 11 di un giorno feriale), ma con un considerevole incremento, superiore al 50 %, dell’energia primaria assorbita; – l’impianto con pompa di calore utlizzante acqua di lago richieda un dimensionamento, una gestione e manutenzione ottimizzata per poter essere competitivo: infatti l’energia assorbita dagli ausiliari è considerevole, ma può essere drasticamente ridotta asservendo gli ausiliari alla durata di funzionamento della pompa di calore e alla potenza erogata (mediante inverter). Inoltre una manutenzione adeguata ed un utilizzo della pompa di calore in condizioni ottimali consente di mantenere elevate le prestazioni della stessa e dell’impianto complessivamente;

– la pompa di calore ad acqua di falda abbia prestazioni superiori all’analoga PdC ad aria, sostanzialmente insensibili alla temperatura ambiente. Di contro diventa importante il dimensionamento del pozzo e dei filtri al fine di limitare il carico manutentivo; – l’accumulo termico consenta di ridurre la potenza elettrica assorbita nell’ora di punta estiva fino ad un massimo del 30 %, con consumi elettrici dell’ordine di quelli dell’impianto tradizionale a pompa di calore di confronto.