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Visita di Airu al sistema di climatizzazione ad acqua di mare di Portopiccolo

A Sistiana, frazione di Duino Aurisina (TS), il primo impianto di climatizzazione che serve una serie di utenze utilizzando il mare come fonte di calore rinnovabile.

vista Pp notturna

Figura 1: Il residence di Portopiccolo visto dall’alto

La località turistica dov’è installato il sistema è indicata come “Portopiccolo”, si tratta di un complesso turistico composto da villette e appartamenti, oltre a ristoranti e negozi (http://www.portopiccolosistiana.it)

 

La storia

Ideatore e progettista del sistema di scambio con acqua di mare realizzato a Portopiccolo è l’ing. Antonio Masoli, mentre la società che gestisce l’impianto è la Fabbro Impianti SnC di Udine. L’Ing. Masoli, amministratore e direttore tecnico della società di ingegneria SIMM di Trieste, è un Energy Manager con alle spalle diversi progetti di successo basati su questa fonte (acqua di mare), ma, prima di Portopiccolo limitati ad interventi aventi una singola utenza: Porto San Rocco (1998), Salone degli Incanti di Trieste (ex pescheria, 2004) e Hotel Centurion Palace di Venezia (2009).

Il progetto dell’area residenziale di Portopiccolo nasce dalla necessità di rivalorizzare un’area naturale di pregio che era stata sventrata da una cava, poi abbandonata. Solo dopo 20 anni dalla richiesta è stata ottenuta la concessione edilizia, nel 2010, e fin da subito si è deciso di pianificare l’insediamento con un sistema di climatizzazione centralizzato e ad emissioni nulle: le fonti energetiche sono infatti l’acqua di mare e l’energia elettrica (pompe di calore), senza rendere necessario il collegamento alla rete gas.

Il progetto è stato reso possibile dall’erogazione di finanziamenti europei (fondi per il turismo) e regionali (fondi per la riqualificazione territoriale -ex cava-).

Dopo la realizzazione delle infrastrutture, la posa delle reti e la costruzione degli edifici è stato scavato e aperto il piccolo porto, permettendo l’avvio dell’impianto di climatizzazione nell’aprile del 2014. Il sistema ha infatti la presa dell’acqua proprio all’interno del porto (Figura 1: Il residence di Portopiccolo visto dall’alto), ad una profondità di 3,8 m. Lo stesso progettista ci spiega che si tratta di una soluzione conservativa, poiché prelevare l’acqua al largo sarebbe stato più complesso e avrebbe lasciato maggiori incertezze sulla sua temperatura (si tratta di una zona soggetta a forti correnti marine).

Grazie all’esperienza di progettazione acquisita, l’intero impianto è stato realizzato con gli scopi di:

  1. Minimizzare tempi (e costi) degli interventi di pulizia e manutenzione lato mare (più frequenti): sistema di trattamento dell’acqua di mare con ClO2 (biossido di cloro), uso di filtri autopulenti, possibilità di sfilare organi meccanici direttamente dalla banchina, ecc.
  2. Massimizzare l’efficienza e garantire una elevatissima affidabilità: pompe, scambiatori e macchine sono spesso in più unità indipendenti, attivate solo in numero necessario a soddisfare il fabbisogno istantaneo delle utenze.

Vincoli normativi

Per l’impianto termico, operativo tutto l’anno e 24h al giorno, non sono stati imposti limiti penalizzanti dalla provincia, che, con parere dell’ARPA, ha imposto il rispetto dei vincoli della normativa nazionale (D. Lgs. 152/06), ovvero obbligo di installazione di un sistema di monitoraggio in grado di garantire costantemente:

  • Una soglia sulla temperatura massima allo scarico di 35 °C;
  • Un incremento della temperatura del mare a 1 km dallo scarico inferiore a 3°C;
  • Un limite alla presenza di cloro residuo allo scarico inferiore a 0,2 mg/l[1].

Schema di principio e anello di distribuzione

Il sistema di climatizzazione è semplificabile nello schema mostrato in Figura 2: l’acqua di mare scambia calore nella “centrale mare” con circuito ad acqua tecnica che a sua volta porta il vettore energetico alle pompe di calore elettriche localizzate nelle 18 sottocentrali diffuse nel villaggio e aventi lo scopo di coprire i fabbisogni di riscaldamento, raffrescamento e Acqua Calda Sanitaria di tutte le utenze.

schema impianto

Figura 2: Schema di principio dell’impianto di climatizzazione ad acqua di mare

Il circuito ad acqua tecnica forma un anello che si estende per circa 2 km e, grazie alle temperature operative sempre inferiori a 35°C, è stato interamente realizzato con tubazioni in polietilene (utilizzate anche nella rete con l’acqua di mare e prodotte dalla società bresciana Unidelta[2]), aventi dimensione DN315 nel tratto della dorsale principale.

planimetria impianto termico

Figura 3: La planimetria dell’impianto termico con indicate le reti ad acqua tecnica (linee arancio) e ad acqua di mare (linea blu), la centrale mare e le sottocentrali (locali arancio) e i locali per il prelievo e pompaggio dell’acqua di pozzo (locali blu)

Centrale mare

La “centrale mare” è la parte più innovativa ed elaborata dell’impianto, alimentata con una cabina elettrica in Media Tensione (20 kV). Il suo cuore sono 4 scambiatori (di cui 1 pensato solo per riserva) ad acqua di mare – acqua tecnica con potenza nominale di 1,45 MW ciascuno, del tipo a piastre, realizzati in titanio e coibentati (in grigio e numerati nella Figura 4) per evitare la formazione di condensa durante l’inverno. Il sistema di controllo rileva in continuo le loro perdite di carico e consente al gestore di valutare quando è necessario effettuare la manutenzione (di solito annuale); essa prevede smontaggio e pulizia delle piastre per la rimozione dei depositi. E’ prevista anche la possibilità di effettuare una disincrostazione chimica degli scambiatori (senza ricorrere allo smontaggio), attraverso apposito circuito e con recupero del fluido utilizzato per l’operazione (da smaltire).

scambiatori

Figura 4: L’interno della “centrale mare”, con i 4 scambiatori (in grigio e numerati) acqua di mare – acqua tecnica e i rispettivi circuiti (dipinti di grigio e rosso)

Ogni scambiatore è dotato a monte di un filtro autopulente per la rimozione delle alghe: il sistema di controllo pianifica automaticamente le inversioni di flusso con by-pass dell’acqua sporca verso il collettore di scarico. La potenza termica massima estraibile dall’acqua di mare risulta essere di circa 4,5 MW (con 3 circuiti attivi su 4, l’altro è di riserva). Ad oggi la richiesta non è mai andata oltre la metà di tale valore: non tutte le utenze sono ancora attive.

Il sistema di trattamento dell’acqua di mare inietta ClO2 in funzione della sua portata volumetrica e della sua temperatura. Prima dello scarico viene poi monitorata la presenza di cloro al fine di rispettare i vincoli legislativi e, se necessario, vengono additivati anche dei decloranti. L’uso di cloranti e decloranti è consistente in piena estate, quando aumenta la quantità di alghe nell’acqua e contemporaneamente cresce la richiesta di climatizzazione (dunque serve una maggior portata d’acqua), tuttavia impatta in modo poco significativo sui costi di gestione (si parla indicativamente di 30 €/anno per unità immobiliare).

La circolazione dell’acqua di mare è garantita da 4 pompe centrifughe alimentate con inverter in acciaio inox (stesso materiale con cui sono realizzati i collettori e il resto dei circuiti ad acqua di mare), con portata nominale di 183 m3/h ciascuna (n.d.r. ne risulta ΔT acqua di mare massima di circa 4÷5 °C). L’acqua dell’anello di distribuzione di acqua tecnica viene invece movimentata nella centrale mare da 4 pompe centrifughe: 2 grandi (274 m3/h ciascuna), una media e una piccola, utilizzate in base al fabbisogno dell’utenza (n.d.r. ne risulta un ΔT acqua tecnica di circa 3 °C).

Nella centrale sono presenti anche 2 fan coil raffreddati ad acqua di pozzo per il raffrescamento dell’ambiente (in alto a sinistra in Figura 4), essi consentono di smaltire verso l’esterno il carico termico, senza dover ricorrere ad un elevato ricambio d’aria tramite (rumorosi) ventilatori.

Non sono presenti invece caldaie o altri generatori di emergenza. L’Ing. Masoli ci ha spiegato che, per garantire lo scambio di calore con l’ambiente, la presa dell’acqua di mare è stata posta ad una elevata profondità (3,8 m, mentre le oscillazioni del livello del mare sono molto più contenute) e, per qualsiasi evenienza, l’impianto potrebbe essere alimentato in alternativa con acqua proveniente da 2 pozzi (profondità 80 m) o dall’acquedotto comunale.

Qualche stima sui costi di investimento:

  • impianti meccanici, elettrici e sanitari per un totale di circa 25 M€;
  • il solo impianto di climatizzazione per circa 2,5÷3 M€, di cui 1,6 M€ solo per la centrale mare e l’anello con acqua tecnica.

Sottocentrali termiche e utenze

Come anticipato, la rete ad acqua tecnica scambia la propria energia con le pompe di calore (di solito 1 o 2 per sottocentrale) presenti nelle 18 sottocentrali distribuite nel residence, che producono il fluido termovettore per l’alimentazione delle diverse utenze. Si tratta di circa 500 unità immobiliari, oltre ad altri spazi climatizzati (es. hotel 5 stelle lusso, negozi, ristoranti, uffici, ecc.) per una superficie totale stimata in circa 70.000 m2. Entro Natale 2016, è prevista la presa in servizio anche della grande SPA (oggi ancora in costruzione).

 

vista Pp diurna

 

Figura 5: Un’immagine della (nuova) edilizia residenziale alimentata dal sistema di climatizzazione ad acqua di mare

 

 

 

 

Ogni pompa di calore alimenta un circuito per la fornitura di ACS e un secondo circuito per il riscaldamento/raffrescamento degli ambienti, è dotata inoltre di accumulatori in centrale (Figura 6). In alcuni casi non residenziali sono presenti invece 3 circuiti, per la fornitura simultanea di riscaldamento e raffrescamento (es. hotel, SPA).

 

serbatoi isolati

Figura 6: Alcuni serbatoi isolati, presenti in una delle principali sottocentrali, di accumulo del fluido termovettore per il riscaldamento/raffrescamento e dell’Acqua Calda Sanitaria prodotte dalle Pompe di Calore

 

 

 

Le pompe di calore utilizzate nelle sottocentrali sono state prodotte dalla Clivet (due in Figura 7) e hanno taglie comprese tra 30 e 400 kW termici. I COP nominali sono di circa 4,4÷4,9 ma il gestore dell’impianto ci ha riferito che anche in pieno periodo invernale l’acqua di mandata per il riscaldamento delle utenze non supera i 40 °C circa, garantendo COP medi stagionali anche superiori.
PdC clivettarga macchina

Figura 7: Le due pompe di calore presenti nella sottocentrale che abbiamo visitato, in alto le tubature isolate dei circuiti di alimentazione; nell’immagine a destra i dati di targa di una delle due macchine.

 

Ad ulteriore garanzia della resilienza del sistema ci è stato detto che l’acquedotto è connesso anche ad ogni centrale termica e quindi potrebbe essere utilizzato anche qui come fonte per lo scambio termico in caso di emergenza (es. rottura della rete ad anello).

La fatturazione dei consumi effettivi della singola unità immobiliare per la climatizzazione e l’Acqua Calda Sanitaria avviene sulla base della misura effettuata dai rispettivi sotto-contatori individuali (D. Lgs. 141/2016), a questa viene aggiunta una quota dei consumi involontari dovuta alla differenza con l’energia termica scambiata tra la sottocentrale e l’anello (perdite di rete), calcolata secondo la norma UNI 10200.

Condizioni operative

Dall’analisi dei dati registrati in oltre 2 anni di costante monitoraggio dell’impianto si evince che finora il sistema si è comportato bene, mostrando ottime efficienze e senza avvicinarsi ai vincoli imposti dalla tutela dell’ambiente (rif. a Vincoli normativi).

La temperatura dell’acqua di mare (prelevata dal piccolo porto) ha raggiunto un picco massimo estivo di circa 28 °C e un minimo di 9 °C, in occasione di un insistente vento di Bora. Le condizioni più critiche per l’esercizio dell’impianto, inizialmente ipotizzate per il periodo estivo, sono state inaspettatamente incontrate nel periodo invernale. In pieno inverno le temperature operative del circuito ad acqua tecnica risultano essere infatti di circa 10/5 °C (mandata/ritorno), mentre va garantita la produzione di acqua per riscaldamento a circa 40 °C.

[1] Vincolo imposto dalla Tab. 3 dell’All. 5 alla Parte III del D.Lgs. 152/06

[2] http://www.unidelta.com/it/index/1-0.html

 

Fabrizio Tadiello*, Antonio Masoli**, Paolo Fabbro***

* Associazione Italiana Riscaldamento Urbano (AIRU) – P.za Luigi di Savoia 22, 20124 Milano – www.airu.it, +39 02 4541 2118

**Società di Ingegneria Masoli Messi (SIMM) – Via Cicerone 4, 34133 Trieste –

www.simming.it, +39 040 3480 740

***Fabbro Impianti SnC – Via Circonvallazione Sud 60, 33033 Codroipo (UD) – www.fabbroimpianti.it, +39 0432 908 474