Analisi tecnico-economica di riqualificazione energetica di un impianto termico centralizzato

1. Aprile – 2017 1
RIQUALIFICAZIONE E GESTIONE DEI SISTEMI
ENERGETICI DI UN GRANDE COMPLESSO
IMMOBILIARE RESIDENZIALE
Analisi tecnico-economica di riqualificazione energetica di un
impianto termico centralizzato
Ing. Vincenzo Carrarini, Mechanical & Energy Consultant
1 PREMESSA E OBIETTIVI
Il complesso immobiliare oggetto dell’analisi è composto da una decina di palazzine residenziali tra loro
indipendenti (circa n. 65 appartamenti complessivi), servite da alcune strutture sportive (piscina e campi da
tennis), con accesso principale dalla strada pubblica.
Tali edifici sono connessi ad una rete di teleriscaldamento, interna al complesso, che fornisce l’acqua calda
per il riscaldamento invernale e per gli usi igienico sanitari annuali. La centrale termica centralizzata è
caratterizzata da n. 2 generatori di calore ad acqua surriscaldata, alimentati a gasolio.
Il condominio del complesso immobiliare ha commissionato un’analisi di fattibilità tecnica e sensibilità
economica, avendo manifestato l’esigenza di intervenire sull’attuale impianto termico, al fine di prevedere
una riqualificazione energetica dello stesso, dettata anche dai frequenti guasti riscontrati sulla rete di
distribuzione idronica. In particolare, il condominio è interessato a ricevere una valutazione tecnico-
economica incentrata principalmente sui seguenti due scenari di intervento, oggetto tra l’altro di alcune
deliberazioni condominiali, e cioè:
 impianto centralizzato attuale (con rete di teleriscaldamento e sotto-stazioni termiche di edificio)
con passaggio dall’alimentazione a gasolio all’alimentazione a gas naturale e revamping (parziale o
totale) della rete di distribuzione dell’acqua calda;
 caldaia (a gas naturale) autonoma al servizio di ciascun immobile (ovvero una decina di centrali
termiche tra loro distinte).
L’obiettivo dello studio è dunque quello di fornire al condominio una serie di valutazioni preliminari in
termini di:
 analisi delle performance tecniche e gestionali dell’impianto termico centralizzato, ovvero un
assessment energetico sull'impianto esistente (“as is” o “S_0”), distinto nei vari macro-componenti
principali: centrale termica centralizzata, circuito idronico e sotto-stazioni termiche;
 analisi costi/benefici degli scenari attuale (“S_0”) e di intervento proposti (“S_1” e “S_2”) per la
riqualificazione dell’impianto termico.

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2 CARATTERIZZAZIONE DELL’IMPIANTO TERMICO ESISTENTE
2.1 DESCRIZIONE DEL LAYOUT IMPIANTISTICO
Il condominio è servito da un’unica centrale termica, caratterizzata da n. 2 generatori di calore ad acqua
surriscaldata da 930 kW ciascuno, alimentati a gasolio, che fornisce l’energia termica (riscaldamento ed
acqua calda sanitaria, ACS) ai singoli edifici attraverso una rete di teleriscaldamento “ad albero”. In centrale
sono presenti n. 2 accumulatori termici da 1.000 litri ciascuno.
Il circuito di distribuzione idronica si estende per circa un chilometro e mezzo (tra mandata e ritorno) nel
sottosuolo, direttamente annegato nel terreno, realizzato con tubazioni di acciaio pre-coibentato e
costituito dall’abbinamento di un tubo di servizio in acciaio, un isolamento in schiuma di poliuretano e una
guaina esterna in polietilene ad alta densità (HDPE). Tuttavia, emergono alcuni aspetti di rilievo: assenza dei
giunti di dilatazione sul piping1
; assenza di lamierino in acciaio come rivestimento esterno della tubazione
pre-coibentata; spessore del materiale coibente non ottimale.
La rete “ad albero” fornisce indirettamente l’energia termica a ciascuno degli edifici, senza necessitare di
stazioni di pompaggio (“di rilancio”) durante il percorso. Le utenze sono collegate alla rete per mezzo di
sotto-centrali dotate di sistemi di cessione del calore a scambio indiretto, ossia con scambiatori di calore tra
il circuito primario (rete di teleriscaldamento) e il circuito secondario (rete interna di distribuzione
dell’edificio). Ciascuna sotto-centrale termica ospita dunque uno scambiatore di calore a piastre, un
sistema di pompaggio dell’acqua, un sistema di regolazione della temperatura dell’acqua, e n. 2 boiler da
1.000 litri ciascuno per la produzione di acqua calda sanitaria.
2.2 GRIGLIA DI RILEVAZIONE DEI PARAMETRI CARATTERISTICI
Il quadro sinottico di seguito riportato anticipa la metodologia di valutazione adottata, attraverso la
(parziale) compilazione della griglia di rilevazione dei parametri caratteristici e valori medi di
funzionamento dell’impianto termico esistente, riscontrati durante le visite on site e/o desunti dalle
informazioni disponibili.
1
L’assenza dei compensatori di dilatazione costituisce una delle principali cause dei guasti riscontrati frequentemente sul circuito idronico, che
originano perdite di acqua dalle tubazioni. Tale aspetto costituisce una criticità non tanto per la perdita di energia termica (che può ritenersi di
scarsa entità, viste le buone performance energetiche medie globali dell’impianto), quanto per le infiltrazioni d’acqua che innescano processi di
corrosione sui tratti di piping limitrofi (oltre ad incrementare i consumi idrici legati all’acqua di reintegro). Va inoltre ricordato che le attuali caldaie
vengono cautelativamente esercite ad acqua calda, anziché ad acqua surriscaldata (pur disponendo dei regolari permessi normativo-legislativi), al
fine di contenere le sollecitazioni meccaniche lungo il circuito di distribuzione del fluido termovettore.

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Figura 1 - Parametri caratteristici e valori medi di funzionamento dell’impianto termico esistente).
2.3 VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI ENERGETICHE
La valutazione delle performance complessive dell’impianto di teleriscaldamento è stata desunta attraverso
la determinazione dei rendimenti dei vari sotto-sistemi impiantistici asserviti alle singole utenze, in
relazione al circuito primario dell’impianto termico centralizzato (ovvero, senza analizzare i circuiti
secondari dei singoli sistemi edificio-impianto).
Figura 2 - Rendimenti medi stagionali di generazione , distribuzione (TLR), scambio termico e globale del sistema.
Il rendimento globale medio stagionale dell’impianto descrive quantitativamente la prestazione
complessiva del sistema centrale termica (generazione dell’energia termica), rete di teleriscaldamento
(distribuzione del fluido termovettore) e scambiatore termico in sotto-centrale (fornitura dell’energia
termica presso le utenze).
Tale parametro complessivo risulta fortemente influenzato dalla generazione dell’energia termica, essendo
a sua volta dipendente dal carico di funzionamento, dalle temperature dell’acqua calda2
e dal tipo di
fabbisogno richiesto dall’utenza (riscaldamento e/o acqua calda sanitaria ).
2
Attualmente l’impianto viene esercito ad acqua calda, anziché ad acqua surriscaldata, a causa dei problemi di tenuta strutturale evidenziati sulla
rete di distribuzione del fluido termovettore all’utenza.
01/11 - 15/04 (*)
(Riscaldamento+ACS)
16/04 - 31/10
(ACS)
Temperatura di mandata (°C) 85-88 60 M
Temperatura di ritorno (°C) 73-76 M
Salto termico (°C) 12 M
Combustibile medio (litri/anno) 246.545 6.316 S
Combustibile medio annuo per Acqua Calda Sanitaria (%) S
Potenza termica nominale disponibile (kW) 2x930 930 -
Rendimento medio stagionale di produzione (%) 85% 50% S
Rendimento istantaneo di produzione (%) 91% M
Orario di funzionamento (h/anno) 12x166=1992 S
Velocità media dell'acqua (m/s) 1 1 S
Perdite medie di "calore" totali (%) 7% S
Perdite medie di "calore" imputabili ai guasti rilevanti (%)
Acqua di reintegro totale (mc/anno)
Acqua di reintegro totale (euro/anno)
Acqua di reintegro dovuta ai guasti rilevati sulla rete (litri/anno)
Lunghezza totale del circuito (m) 1.500 M
Tratto del circuito su cui sono stati rilevati guasti (m) 200x2=400 M
Potenza termica nominale dello scambiatore (kW)
Salto termico medio lato "stacco rete" (°C)
Temperatura media di ingresso acqua lato "stacco" rete (°C)
Temperatura media di uscita acqua lato "stacco rete" (°C)
Efficienza dello scambiatore (%) 98,5% S
LEGENDA: S: valore stimato; M: valore misurato; P: valore progettuale
(*) Anno Termico (DPR 412/93 e s.m.i.)
Valore medio di funzionamento
Fonte DatiParametri caratteristiciImpianto/componente
CentraleTermicaRetediTeleriscaldamento
IMPIANTOTERMICOCENTRALIZZATO"ASIS"
Sotto-stazioni
termiche
15%
Generazione [ηp] Distribuzione [ηrete] Scambio termico [ηsc] SISTEMA [ηglo]
66,0% 93,0% 98,5% 60,5%

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3 IPOTESI DI RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA E SCENARI DI
INTERVENTO
3.1 REVAMPING DELL’IMPIANTO TERMICO ESISTENTE
Lo Scenario S_1 analizza la fattibilità tecnico-economica di interventi inerenti alla riqualificazione
dell’attuale impianto termico centralizzato, individuando una serie di sotto-scenari. Ciascuno di essi
prevede sia riqualificazione parziale e/o totale della rete di teleriscaldamento, sia il cambio del combustibile
di alimentazione della centrale termica (da gasolio a gas naturale), al fine di consentire sia la compliance
alla delibera regionale sul “piano per il risanamento della qualità dell’aria”, sia un tangibile risparmio
economico sull’approvvigionamento (a parità di consumi termici dell’utenza).
Lo Scenario S_1. si declina nei seguenti sotto-scenari di intervento proposti:
 S_1.1: cambio dei bruciatori e riqualificazione parziale della rete di teleriscaldamento (TLR);
 S_1.2: cambio delle caldaie e riqualificazione parziale della rete di teleriscaldamento (TLR);
 S_1.3: cambio delle caldaie e riqualificazione totale della rete di teleriscaldamento (TLR).
La trasformazione di una caldaia da gasolio a gas sostituendo il bruciatore comporta, anche per potenzialità
medio-alte, alti costi d’installazione ed una resa complessivamente “non eccellente” del generatore, motivo
per cui spesso conviene sostituire direttamente il gruppo termico.
L’installazione di un moderno generatore a condensazione a quattro stelle con bruciatore modulante (come
nel caso considerato in questa analisi) può incrementare ulteriormente il rendimento di generazione medio
stagionale. A tal fine, occorre aumentare quanto più possibile il salto termico tra mandata e ritorno, agendo
sulla riduzione della temperatura del fluido termovettore di ritorno in centrale. Nel caso in analisi, essendo
la temperatura dell’acqua di ritorno in caldaia pari a circa 70 °C, si potrebbe ad esempio prevedere uno
spillamento sul circuito di ritorno che vada ad alimentare un boiler di pre-riscaldo dell’acqua, al fine di
ottimizzare lo sfruttamento del recupero di calore dai fumi espulsi.
L’analisi tecnico-economica è stata effettuata per ciascuno dei sotto-scenari analizzati. A titolo
esemplificativo, di seguito si riporta il dettaglio puntuale dello scenario S_1.2, in cui risultano evidenti le
performance impiantistiche (consumi energetici e rendimenti) ed il dettaglio dei costi di investimento
iniziale (componenti ed opere civili ed impiantistiche) ed operativi (spesa energetica, conduzione e
manutenzione).

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Figura 3 - Scenario 1.2: Cambio caldaie e riqualificazione parziale rete TLR (S_1.2).
3.2 TRASFORMAZIONE DEL LAYOUT IMPIANTISTICO ESISTENTE
Lo Scenario S_2 analizza la fattibilità tecnico-economica dell’intervento di trasformazione dell’attuale
layout impiantistico, concernente l’installazione di caldaie centralizzate per ciascuno degli edifici. In
particolare, tale scenario comprende l’acquisto e la posa in opera (installazione impiantistica ed opere civili
accessorie) in ciascun immobile di: una caldaia a gas a condensazione da esterno; uno scambiatore; un
sistema di pompaggio (con motori inverter); n. 2 accumulatori per l’acqua calda sanitaria. In sintesi:
 S_2: trasformazione del layout impiantistico esistente, ovvero l’installazione di caldaie
centralizzate per ogni singolo immobile.
Tale scenario comporta il completo inutilizzo dell’attuale layout impiantistico, ovvero la centrale termica
centralizzata e l’annessa rete di teleriscaldamento e sotto-stazioni termiche. L’analisi tecnico-economica
effettuata viene riportata nel quadro di sintesi di seguito riportato.
Figura 4 - Scenario 2: Caldaie centralizzate per singolo immobile (S_2).
Performance Valori u.d.m
Comsumi medi di gas 175.532 [mc/anno]
Rendimento medio stagionale di produzione 99,4% [%]
Rendimento medio stagionale rete TLR 94,9% [%]
Rendimento medio stagionale sotto-centrale 98,5% [%]
Consumi medi acqua di reintegro rete TLR 3.500 [mc/anno]
Comsumi medi di energia elettrica 66.702 [kWh/anno]
Investimento Valori u.d.m
Installazione di generatori di calore a gas (2 x 930 kW) 186.000€ [€]
Riqualificazione parziale rete TLR (piping, scavi e posa in opera) 220.000€ [€]
Adeguamente Centrale Termica (linea gas, canna fumaria, etc.) 4.000€ [€]
Progetto, pratiche e direzione lavori 21.683€ [€]
Totale 431.683€ [€]
Costi operativi
Consumi di gas 157.979€ [€/anno]
Consumi di energia elettrica 15.342€ [€/anno]
Consumi di acqua di reintegro rete TLR 3.500€ [€/anno]
Conduzione e manutenzione ordinaria 9.638€ [€/anno]
Manutenzione straordinaria 9.150€ [€/anno]
Totale 195.608€ [€/anno]
Scenario 1.2: Cambio caldaie e riqualificazione parziale rete TLR (S_1.2)
Performance Valori u.d.m
Comsumi medi di gas 158.834 [mc/anno]
Rendimento medio stagionale di produzione 96,7% [%]
Comsumi medi di energia elettrica 6.353 [kWh/anno]
Investimento u.d.m
Installazione e predisposizione di generatori di calore a gas (9 x 200 kW) 702.237€ [€]
Progetto, pratiche e direzione lavori 36.000€ [€]
Totale 738.237€ [€]
Costi operativi
Consumi di gas 142.950€ [€/anno]
Consumi di energia elettrica 1.461€ [€/anno]
Conduzione e manutenzione ordinaria 9.638€ [€/anno]
Manutenzione straordinaria 4.575€ [€/anno]
Totale 158.624€ [€/anno]
Scenario 2: Caldaie centralizzate per singolo immobile (S_2)

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4 CONFRONTO TECNICO-ECONOMICO TRA GLI SCENARI DI
INTERVENTO INDIVIDUATI
L’analisi è stata condotta col metodo del Discount Cash Flow (DCF), ipotizzando un tasso di attualizzazione
del 5%, e valutando il Valore Attuale Netto (VAN) ed il tempo di ritorno dell’investimento (PBT).
Gli scenari di riqualificazione energetica proposti ed analizzati sono di seguito riportati in un prospetto di
sintesi, contenente i principali parametri decisionali considerati. Ciò, al fine di agevolare il decisore nella
scelta degli interventi impiantistici di riqualificazione energetica più consoni alle esigenze tecniche (alte
performance, quindi bassi costi operativi) ed economiche (minori costi di investimento). I calcoli riportati
sono stati effettuati al netto degli incentivi/leve fiscali potenzialmente usufruibili.
Figura 5 - Sintesi dei parametri decisionali per i vari scenari analizzati (al netto di incentivi/leve fiscali).
L’investimento maggiore è richiesto dallo scenario S_1.3, trattandosi praticamente di una realizzazione ex
novo dell’impianto termico centralizzato esistente. Lo scenario S_2 presenta un investimento pari a circa
due terzi di S_1.3, per la trasformazione dell’attuale layout impiantistico. Gli scenari S_1.1 e S_1.2
richiedono investimenti decisamente inferiori, trattandosi di interventi di retrofit energetico ed opere
civili/impiantistiche ridotte rispetto ai precedenti.
Il grafico (Figura 6) seguente evidenzia i costi totali (fissi e variabili) attualizzati. La porzione di colore chiaro
di ciascun istogramma identifica l’investimento iniziale, mentre la parte restante, di colore scuro evidenzia il
contributo dei flussi di cassa attualizzati nell’intero periodo di analisi.
Figura 6 - Valore dell’investimento iniziale sommato al valore cumulato dei flussi di cassa attualizzati (per ciascuno
scenario analizzato) nell’intero periodo in analisi (15 anni).
S_1.1 S_1.2 S_1.3
Investimento - 306.446€ 431.683€ 1.071.375€ 738.237€
Costi operativi (*) 4.744.818€ 2.843.572€ 2.030.348€ 2.030.348€ 1.646.467€
Saving (**) - 1.901.246€ 2.714.469€ 2.714.469€ 3.098.351€
S_1S_0
(baseline )
S_2Parametri decisionali
(*) Calcolati in un intervallo temporale di 15anni, considerando un tasso di attualizzazione del 5%
(**) Calcolati rispetto allo scenario esistente (S_0), considerando i flussi di cassa attualizzati nel periodo considerato (15anni)
€ -
€ 500.000,00
€ 1.000.000,00
€ 1.500.000,00
€ 2.000.000,00
€ 2.500.000,00
€ 3.000.000,00
€ 3.500.000,00
€ 4.000.000,00
€ 4.500.000,00
€ 5.000.000,00
S_0 S_1.1 S_1.2 S_1.3 S_2
Investimento+FlussidiCassaattualizzati
(euro)
Scenari di intervento

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I Pay Back Time risultano assai favorevoli, essendo compresi tra i 2 ed i 6 anni, senza considerare alcun tipo
di incentivo/leva fiscale. In particolare, gli scenari S_1.1, S_1.2 e S_2 presentano i PBT più bassi (dell’ordine
dei 2-3 anni, senza considerare gli incentivi).
5 CONSIDERAZIONI FINALI
Gli Scenari S_1.2 e S_2 presentano i minori costi globali nel periodo e PBT assai favorevoli, compresi tra i 2
ed i 3 anni (senza considerare alcun tipo di incentivo/leva fiscale).
In particolare, di seguito il riepilogo dei valori assunti dai vari parametri decisionali.
Figura 7 - Sintesi dei parametri decisionali per alcuni scenari analizzati (S_1.2 e S_2).
In definitiva, lo Scenario S_1.2 rappresenta quello più plausibile sotto l’ottica costi-benefici, poiché richiede
minori investimento iniziale e PBT, ed un maggiore “ritorno sull’investimento” (rapporto tra VAN ed
investimento Iniziale, pari a 5,3 versus 3,2). In sintesi, l’intervento proposto risulta essere il seguente:
 S_1.2: cambio delle caldaie e riqualificazione parziale della rete di teleriscaldamento (TLR)
a fronte dello Scenario S_2 che minimizza i costi totali (fissi e variabili, ovvero i Risparmi Netti Attualizzati)
soltanto di qualche punto percentuale nel periodo analizzato (15 anni).
I calcoli qui riportati non tengono in considerazione il contributo degli incentivi/leve fiscali potenzialmente
usufruibili (ad es. detrazioni fiscali), che riducono ulteriormente il tempo di ritorno dell’investimento.
Parametri decisionali S_1.2 S_2
Investimento (I) 431.683€ 738.237€
Pay Back Time (PBT) 2 3
Risparmio Netto Attualizzato (RNA) (*) 2.282.787€ 2.360.114€
Investimento (I)+Flussi di Cassa (FC)
attualizzati e cumulati
2.462.031€ 2.384.704€
"ritorno investimento" 5,3 3,2
(*) VAN al 15° anno - Investimento iniziale