AA 2023/2024 - 99547 - RETI SMART PER LA PRODUZIONE E IL TRASPORTO DELL'ENERGIA TERMICA E FRIGORIFERA M - Programma del Corso
Prof. Francesco Melino – Modulo I
DEFINIZIONI
Distinzione tra rete di teleriscaldamento (o teleraffrescamento) e sistema di teleriscaldamento (o teleraffrescamento); definizione di una rete di teleriscaldamento e teleraffrescamento secondo la Direttiva UE 2018/2001 e il DL 102/2014 e 73/2020; definizione di teleriscaldamento e teleraffrescamento efficiente; analisi dei dati statistici della diffusione del teleriscaldamento e del teleraffrescamento in Italia; principali vantaggi e svantaggi
RETI DI TELERISCALDAMENTO/TELERAFFRESCAMENTO
schema di principio, elementi principali della centrale di produzione, gruppo pompe (cenni), sistemi di produzione (cenni) vaso di espansione (cenni), makeup/blowdown/trattamento acque; struttura di una rete di teleriscaldamento/teleraffrescamento: rete ramificata (schema, vantaggi, svantaggi, considerazioni principali); rete ad anello (schema, vantaggi, svantaggi, considerazioni principali); rete magliata (schema, vantaggi, svantaggi, considerazioni principali); rete radiale (schema, vantaggi, svantaggi, considerazioni principali); rete mista ed evoluzione di una rete reale di teleriscaldamento; Configurazione di una rete di teleriscaldamento/teleraffrescamento: configurazione a 2 tubi (schema di riferimento e considerazioni principali); configurazione a 3 tubi - 2 mandate e 1 ritorno (schema di riferimento e considerazioni principali); configurazione a 3 tubi - 1 mandata e 2 ritorni (schema di riferimento e considerazioni principali); configurazione a 4 tubi caldi (schema di riferimento e considerazioni principali); configurazione a 2 tubi caldi e 2 tubi freddi (schema di riferimento e considerazioni principali); esempi di reti reali (considerazioni).
GENERAZIONI TELERISCALDAMENTO
Fluido Termovettore: tipologie di fluido (vapore, acqua surriscaldata, acqua calda, acqua, salamoia, ecc.), considerazioni e legame con le generazioni del teleriscaldamento. Generazioni Teleriscaldamento: generalità, fluido termovettore usato, tipologia di rete, fonti primarie principali usate dalla I alla V generazione.
TUBAZIONI
caratteristiche principali delle tubazioni prefabbricate in acciaio con coibentazione in schiuma di poliuretano e guaina di protezione, schema e dimensioni caratteristiche, esempi da catalogo, cenni sulla giunzione con muffola termorestringente, altre tipologie di tubazioni (tubi semi-rigidi, tubi per vapore con mantello in acciaio sottovuoto, tubi in materiale sintetico e tubi sintetici non coibentati); cenni sulle trincee per teleriscaldamento/teleraffrescamento (schema e dimensioni principali rispetto al diametro tubazione).
GRUPPI DI POMPAGGIO
Richiami sulle pompe centrifughe: curva prevalenza, efficienza e potenza in funzione della portata volumetrica, caratteristica risultante dall'accoppiamento in serie o in parallelo di due pompe centrifughe uguali. Gruppi di pompaggio: caratteristiche principali, configurazione, ridondanza (considerazioni), schema 3x50% in serie e in parallelo e considerazioni; regolazione del gruppo di pompaggio a pressione costante; regolazione del gruppo di pompaggio a pressione variabile; regolazione di velocità di due pompe in parallelo (caso 1 pompa controllata e caso 2 pompe controllate), regolazione di velocità di due pompe in serie (caso 1 pompa controllata e caso 2 pompe controllate); cenni sulla pressione normale (PN), definizione della massima pressione operativa, massima pressione incidentale, pressione test, minima pressione operativa; curva delle pressioni per una rete ramificata (una centrale e unico gruppo di pompaggio); Considerazioni sulla curva di pressione, utenza critica, il caso di impiego di pompe di rilancio; esempi di curva di pressione nel caso di rete mista con due anelli.
SOTTOSTAZIONI DI SCAMBIO TERMICO TRADIZIONALI
classificazione, caratteristiche della sottostazione di scambio diretta (svantaggi e vantaggi); considerazioni sulla regolazione del primario al variare della potenza termica richiesta dal secondario; cenni sul metodo del Thermal Resistance Scaling e sulla procedura di calcolo iterativa; schema delle connessioni tra sottocentrale e rete di teleriscaldamento (valvole di intercettazione, condotta di allacciamento, circuito primario e circuito secondario); schema di una sottostazione indiretta per solo riscaldamento (considerazioni); schema di una sottostazione indiretta per solo riscaldamento (considerazioni); schema di una sottostazione indiretta per riscaldamento e acqua calda sanitaria istantanea (considerazioni); schema di una sottostazione indiretta per riscaldamento e acqua calda sanitaria con accumulo e scambiatore esterno (considerazioni); schema di una sottostazione indiretta per riscaldamento e acqua calda sanitaria con accumulo e scambiatore interno (considerazioni);
REGOLAZIONE DI UNA RETE DI TELERISCALDAMENTO (TELERAFFRESCAMENTO)
classificazione dei metodi di regolazione: portata costante, salto di temperatura costante, regolazione mista; definizione della potenza termica immessa in rete e composizione della stessa (potenza termica dispersa nel circuito di mandata e di ritorno, potenza termica richiesta dalle utenze). Regolazione a portata costante, schema di riferimento, equazioni principali, grado di regolazione dell'utenza e coeff. di switch della valvola, accoppiamento tra circuito e gruppo pompe, criteri e logiche. Regolazione a salto di temperatura costante, schema di riferimento, equazioni principali, grado di regolazione dell'utenza e coeff. di apertura della valvola, accoppiamento tra circuito e gruppo pompe, criteri e logiche.
VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI RETE DI TELERISCALDAMENTO (TELERAFFRESCAMENTO)
indice OMEGA, schema a blocchi delle rete e del caso di confronto, elaborazione indice, considerazioni.
SOTTOSTAZIONI DI SCAMBIO TERMICO ATTIVE (BIDIREZIONALI)
classificazione, considerazioni generali sui livelli di temperatura e di pressione, schema dei flussi di energia del caso Mandata su Mandata; architettura sottostazioni attive: schema 1 (mandata su ritorno), schema 2 (mandata su mandata), schema 3 (ritorno su ritorno), schema 4 (ritorno su mandata), vantaggi, svantaggi, considerazioni
Prof.ssa Maria Alessandra Ancona – Modulo II
PROGETTAZIONE DI UNA RETE DI TELERISCALDAMENTO/TELERAFFRESCAMENTO
Le macro-fasi della progettazione. Caratterizzazione delle utenze: individuazione della tipologia di rete; stima qualitativa dei fabbisogni termici al variare della tipologia di utenza; stima quantitativa dei fabbisogni termici per la produzione di acqua calda sanitaria ed esempi al variare della tipologia di utenza, stima quantitativa dei fabbisogni termici per riscaldamento ed esempi al variare della tipologia di utenza, stima quantitativa dei fabbisogni per il raffrescamento estivo ed esempi al variare della tipologia di utenza; calcolo delle portate su secondario e primario della sottostazione di scambio termico: caso semplificato e caso con fattori di contemporaneità.
Progetto della rete di distribuzione: determinazione del layout, scelta della tipologia di rete, determinazione del punto di design – calcolo dei diametri. Calcolo e verifica di una rete di teleraffreddamento/teleraffrescamento: algoritmo di Todini-Pilati e calcolo termo-idraulico di una rete, analisi del comportamento della rete al variare delle condizioni al contorno, individuazione delle criticità, ottimizzazione della rete (diametri, pressione di mandata). Esercizio numerico di applicazione dell’algoritmo di Todini-Pilati. Il software IHENA.
LE CENTRALI A SERVIZIO DELLE RETI DI TELERISCALDAMENTO E FOCUS SULLA COGENERAZIONE
Tipologie di centrali e dati nazionali sulla tipologia di centrali per la produzione di calore a servizio di reti di teleriscaldamento.
Definizione di sistema cogenerativo (CHP) e confronto con la produzione separata. Definizione del PES, del rendimento globale e dell'indice elettrico. Classificazione dei sistemi CHP: topping e bottoming. Turbogas cogenerativi: layout (solo descrizione) e considerazioni sulla potenza termica ceduta all'utenza. Possibilità di regolare la produzione termica attraverso by-pass e postcombustione, limitazione alla convenienza del sistema cogenerativo. Campo di funzionamento sul piano delle potenze. Motori a combustione interna cogenerativi: tipologie di sorgenti per recupero di calore e valori caratteristici delle temperature a disposizione.
Gruppi a vapore cogenerativi: layout (solo descrizione) dei gruppi a vapore CHP con turbina in contropressione e in derivazione. Campo di funzionamento sul piano delle potenze. Cicli combinati cogenerativi layout (solo descrizione) di un ciclo combinato cogenerativo ad 1 livello di pressione. Campo di funzionamento sul piano delle potenze. Cenni all’utilizzo dei rifiuti solidi urbani. Architettura e caratteristiche principali di un termovalorizzatore. Esempi di applicazioni. Cenni all'utilizzo dell'energia geotermica: architettura centrale cogenerativa alimentata ad energia geotermica. Esempi di applicazioni.
Normativa CAR: definizioni, benefici conseguibili, procedura di calcolo per la determinazione del PES e dei certificati bianchi.
LA COGENERAZIONE ABBINATA AL TELERISCALDAMENTO
Benefici specifici dei sistemi cogenerativi che alimentano reti di teleriscaldamento: agevolazione sulle accise, accesso facilitato agli incentivi, certificati verdi e meccanismo incentivante sostitutivo, certificati bianchi, qualifica SEU/SEESEU-B. Incertezze sulla determinazione dei confini della centrale.
