PROGETTO CORR

Ripristino dell’ impianto di solar cooling and heating dell’ edificio F51 del centro Casaccia.

Ing. Giuseppe Corallo SSPT-STS

Marzo 2016

Premessa

L’ impianto di solar cooling and heating dell’ edificio F51 è stato realizzato nel 2010 con fondi

dell’ accordo di programma ENEA-MISE.

L’ idea progettuale dell’ epoca era quella di realizzare un impianto col minimo tempo di ritorno

sull’ investimento, realizzato principalmente con una riduzione del campo solare del 50 % rispetto

all’ usuale.

Il tempo di ritorno, calcolato con una complessa routine di ottimizzazione in TRNSYS, era stimato

in circa 5/12 anni rispetto ad un impianto standard composto da una caldaia + chiller elettrico in

presenza/assenza di incentivi statali.

Una simulazione molto accurata sull’ impianto ha fornito un potenziale di risparmio del 50 %

invernale e del 90 % estivo rispetto all’ impianto standard di riferimento.

Tali percentuali si traducono in un risparmio cumulativo stimato di circa 1000-1200 € in inverno e

800-1000 € in estate, considerando i prezzi dell’ energia per il Centro Casaccia..

Come ulteriore vantaggio esiste la possibilità di estendere il periodo di riscaldamento col solare

senza caldaia, ben oltre il periodo imposto dal DPR 412 (12 ore dal 1° Novembre al 15 Aprile),

quando in tutti gli altri edifici vengono invece accese le stufette elettriche.

Purtroppo dopo il grande interesse dei primi mesi di utilizzo, per motivi legati a scarsa

manutenzione, errori di progettazione e assenza di conduttore specifico, l’ impianto ha via via finito

di funzionare ed è rimasto abbandonato per anni.

Nel Giugno 2015, su richiesta esplicita del direttore di Centro, è stata programmata una serie di

interventi tesi al recupero funzionale in collaborazione con i servizi del Centro Casaccia.

Stato iniziale dell’ impianto di solar cooling dell’ edificio F51

Un sopralluogo effettuato in data 16/06/2015 ha evidenziato che l’ impianto è fermo e non

funzionante.

In particolare, vedi schema di fig.13:

1) la piazzola esterna comprendente la macchina ad assorbimento Yazaki , il gruppo frigorifero

elettrico Climaveneta (in funzione), il serbatoio freddo e la torre evaporativa, si presenta in buone

condizioni, salvo verifiche funzionali sui vari componenti.

2) La zona del tetto dell’ F 51 che comprende il campo solare, i vasi di espansione della caldaia e l’

aerotermo di sicurezza, presenta qualche segno di degrado in più: 6-7 tubi captatori rotti,

strumentazione analogica illeggibile, presenza di tubi superflui di impianti precedenti,

coibentazione mancante a tratti.

Inoltre, dato che il campo solare è di potenza superiore ai 35 kW, sembrano mancare alcuni

dispositivi di sicurezza previsti dalla Raccolta R ( pressostato di minima crf ISPESL, valvola

termostatica di massima crf ISPESL+ gruppo automatico di carico, termostato di massima crf

ISPESL) è presente una valvola di sicurezza tarata a 6 bar che però ha l’ imboccatura di scarico non

adeguatamente convogliata ed è inoltre montata erroneamente tra due valvole di intercettazione.

Fig. 1 Gruppo frigorifero a compressione

Fig. 2 pompe esterne macchina ad assorbimento Yazaki

Una successiva indagine ha appurato che l’ impianto è stato realizzato in data antecedente all’

entrata in vigore della Raccolta R, e quindi lo stesso è esentato dalla installazione dei suddetti

dispositivi di sicurezza mancanti.

Fig.3 Tubazione in rame ai pannelli con valvola di sicurezza

Fig.4 circuito aerotermo smaltitore

Fig. 5 tubo captatore rotto

Fig.6 vaso espansione caldaia

3) La zona della sala macchine, che comprende l’ UTA, gli accumuli caldi e il quadro elettrico del

sistema di supervisione e controllo DESIGO, figura in buone condizioni e con alcuni componenti

che sono stati sostituiti (pompe, valvola motorizzata), alcune coibentazioni non sono state

ripristinate bene e la condensa sgocciola, i conta calorie Siemens appaiono rimaneggiati.

Il computer che permetteva la gestione remota dell’ intero impianto è assente.

Fig.7 Valvola VR10 di tipo nuovo

Fig.8 Pompe pannelli solari

Fig. 9 Pompe Fan coils

Fig.10 Valvole regolazione UTA

4) Il locale caldaia ( backup solare + riscaldamento invernale) è quello che si trova nelle migliori

condizioni, con caldaia nuova e sezione di impianto rifatta da poco.

Fig.11 Caldaia

Fig.12 Pompe caldaia

Da quanto visto, per il ripristino del funzionamento dell’ impianto dovranno essere fatte le seguenti

azioni:

1- Ripristino del PC di controllo 2- Verifica della funzionalità dei singoli componenti 3- Messa in marcia

Nel caso che non fosse stato possibile ripristinare il funzionamento del DESIGO, era stata anche

valutata l’ ipotesi di montare un nuovo sistema di controllo basato su componentistica

elettromeccanica standard, similmente all’ analogo impianto della serra a contenimento presso l’ ed.

F 96 del centro Casaccia, per poter affidare più facilmente la gestione ordinaria dell’ impianto alla

ditta incaricata della manutenzione termica.

Comunque, alla fine il computer di controllo è stato ritrovato con l’ Hard Disk guasto, spostato in una stanza adiacente al locale della centrale di impianto, e si è optato per la sua riparazione e per il ripristino del software SIEMENS su nuova piattaforma Windows 7 64 bit. 2° sopralluogo presso F-51 in data 16/10/2015

in attesa dell’ arrivo del nuovo software per il controllo dell’ impianto, sono state fatte altre verifiche sulla portata di acqua ai pannelli solari, individuando un errore di progettazione originale, di cui non si era mai accorto nessuno. Infatti, la tubazione utilizzata , in rame da 40 mm esterno, risulta troppo piccola per la portata di progetto dei pannelli (10’000 l/h per avere un salto termico di 5°C) con perdite di carico stimate di circa 30 mCA, ben lontane da quelle vincibili con i circolatori attualmente montati. Questo difetto sarebbe correggibile sostituendo tutte le tubazioni dei collettori dei pannelli solari con altre di diametro adeguato (2” ¼), oppure sostituendole le pompe di circolazione aumentandone la prevalenza. Data la pesantezza dell’ intervento si consiglia di rinunciare ad avere un salto di 5 °C sui pannelli solari e di accontentarsi di 10 °C, ponendo in serie anziché in parallelo le due pompe di circolazione dei pannelli solari di Fig. 8.

Verifica della funzionalità dei componenti

Dopo la nuova installazione del software Desigo Insight (12/02/2016) che permette la supervisione

dell’ impianto, si è potuto verificare in data 26/02/2016 che le pompe e l’ aerotermo di sicurezza

(smaltitore) sono funzionanti, ad eccezione della pompa solare PCX 012, a destra nella Fig.8, che

appare col termico interrotto.

Una successivo sopralluogo del 01/03/2016 ha invece permesso di verificare anche il corretto

funzionamento delle valvole motorizzate, ad eccezione della valvola VR1 di miscelazione fredda,

( manettino manuale rotto e accoppiamento dello stelo precario) e della VR 3 che si apre solo a

metà .

Fig. 13 Schema dell’ impianto di solar cooling/heating dell’ edificio F 51

Lo schema interattivo del Desigo Insight non funziona correttamente in molti ponti e, dato che la

sua programmazione era stata da sempre fatta da SIEMENS, siamo riusciti ad ottenere una loro

giornata gratuita di intervento prima di rimettere in marcia l’ impianto.

Intervento SIEMENS del 14/03/2016

Grazie all’ intervento SIEMENS sono stati corretti/verificati i seguenti punti:

-attivazione della pianificazione settimanale in automatico

-in modalità OFF il circuito smaltitore è ora comunque attivo

-eliminazione del doppio set point di intervento dell’ aerotermo smaltitore

-correzione set point caldaia

-correzione set point sul ritorno in estate

-taratura apertura valvolaVR3

-modifiche alla lista di accesso da remoto e locale

-sostituzione di un sensore di temperatura alla UTA

Durante l’ intervento, con l’ ausilio dei servizi di centro è stato ricostruito lo schema della

circuitazione dei termosifoni (spenta da tempo indeterminato), del Boiler dell’ acqua calda

sanitaria (bucato da anni), della linea fan coil della stanza 001 (allacciata di fortuna a due

tubazioni dell’ UTA) ed anche la logica di azionamento delle varie valvole manuali della centrale

termica, con parziale etichettatura identificativa.

Messa in marcia

Grazie alla ricostruzione delle varie circuitazioni, dal 15/03/2015 è stato possibile mettere in marcia

in automatico l’ impianto in base al DPR 412 (accensione in modalità Solar Cooling +caldaia

06:30-18:30 da lunedì a venerdì e Solar Cooling (senza caldaia) solamente sabato e domenica).

Fig. 14 Ricostruzione schema centrale termica

Durante i giorni successivi alla messa in marcia sono state ancora osservate alcune anomalie minori

al software Desigo che potranno essere modificate solo dopo l’ accensione di un apposito contratto

di servizio con la SIEMENS o altra ditta con idonee competenze..

Dal punto di vista hardware sono stati notati alcuni difetti di progettazione/installazione:

-I contacalorie ad ultrasuoni sono quasi tutti montati al contrario (flusso verso il basso) e ciò

spiega i continui disservizi che si sono sempre avuti con questi dispositivi.

Per tale motivo, a suo tempo, vennero anche tutti inutilmente cambiati da SIEMENS senza capirne

la causa.

Quello sull’ acqua calda alla macchina ad assorbimento è guasto, mentre quello sull’acqua ai fan

coils non può funzionare bene in inverno perché ha il sensore di temperatura di ritorno montato su

un tubo non percorso dalla corrente liquida calda.

-La pompa PCX011 unica in funzione sul circuito dei pannelli eroga una portata troppo bassa con

conseguente salto termico di circa 20-25 °C e raggiungimento di temperature di mandata spesso al

di sopra dei 120 °C di limite: le perdite di carico del circuito ne richiederebbero almeno una

identica (WILO STRATOS 40 1-10) posta in serie e non in parallelo come invece è ora montata la

PCX 012 (guasta).

-Il reintegro di acqua automatico sul circuito pannelli solari è erroneamente montato sulla

mandata delle pompe e tenuto troppo basso (2 Bar) con conseguente continua formazione di vapore

nei pannelli e interruzione del funzionamento: una successiva taratura a 3.5 Bar sembra comunque

aver risolto momentaneamente il problema.

-Lo smaltitore sembra avere un effetto fiacco sull’ abbassamento della temperatura dei pannelli

solari, bisognerebbe verificare la pulizia/funzionalità dello scambiatore intermedio e del circuito

idraulico relativo.

-La temperatura di invio dell’ acqua calda ai fan coil in inverno viene regolata dalla VR6 e dalla

caldaia solo fintanto che i serbatoi solari non superano la temperatura del set point: a quel punto

la temperatura diviene quella di uscita dai serbatoi e non può essere abbassata se non limitandola

alla fonte ed impedendo però un efficace azione di accumulo dell’ energia solare.

-Quando la caldaia è chiamata in causa, perché la temperatura in uscita dai serbatoi solari è

inferiore al set point di mandata, si può assistere a continue accensioni molto ravvicinate nel

tempo: bisognerebbe aggiungere un accumulo sul circuito caldaia e disgiungere la regolazione

della temperatura di mandata della caldaia dall’ accensione della pompa di circolazione verso lo

scambiatore .

-L’UTA è troppo rumorosa e pertanto viene tenuta spenta

-I fan coil vennero cambiati tutti all’ atto della realizzazione dell’ impianto e sono quindi in ottimo

stato, tuttavia, almeno in parte, non sembrano essere collegati correttamente per la termostatazione

estate/inverno nelle varie stanze e non sono dotati di valvole di intercettazione.

-Alcuni termosifoni sono stati chiusi perché perdono acqua.

-La logica di controllo della temperatura di mandata estiva tramite la VR1 che miscela le mandate

delle due macchine frigorifere ( assorbimento+ compressione) appare fragile e andrà verificata sul

campo molto attentamente.

Nonostante queste limitazioni l’ impianto riesce a garantire almeno un decente servizio di

riscaldamento in automatico senza bisogno di interventi in loco e con una buona possibilità di

verifica/intervento da remoto.

Le portate e quindi le potenze non sono sempre leggibili in modo affidabile a causa dell’ errato

montaggio dei conta calorie, si sente la mancanza di una indicazione del risparmio conseguito

( giornaliero....stagionale).

Azioni/ modifiche strutturali da eseguire:

Urgenti:

1. Canalizzare valvola di sicurezza circuito solare ed eliminare valvole di intercettazione. 2. Spostare il reintegro acqua del circuito solare sul collettore di ritorno. 3. Montare una seconda pompa PCX011,WILO STRATOS 40/1-10, in serie alla prima (se

riparabile si può usare la PCX 012, WILO TOP-S 40/10).

4. Ordinare e sostituire i tubi rotti dei pannelli solari Kloben SKY 21 (sono fuori produzione e si troveranno ancora per poco).

5. Revisionare valvola VR1 (miscelazione acqua refrigerata) 6. Verificare la funzionalità del circuito idraulico smaltitore 7. Sostituire strumentazione analogica non funzionante sul circuito solare. 8. Organizzare una giornata informativa per gli addetti all’ esercizio e manutenzione dell’

impianto

9. Attivare contratto di manutenzione software/hardware con SIEMENS od altra ditta idonea per almeno 1-2 anni

10. Verificare tenore di incondensabili alla macchina ad assorbimento Yazaki. 11. Verificare funzionalità del controllo della temperatura di mandata estiva.

Opportune:

1. Assegnare un’ altra stanza al PC di supervisione oppure a chi la usa come magazzino: la chiave della stanza è bene che sia in esclusiva dotazione di personale del Centro Casaccia (la

chiave hardware USB del Desigo Insight, in caso di smarrimento, richiede una denuncia alle

autorità competenti prima di poter essere ricomprata).

2. Sostituire/riparare il Contacalorie sull’alimentazione acqua calda alla Yazaki 3. Aggiungere indicatori di efficienza energetica/risparmio (software) 4. Aggiungere pianificazione temporale annuale estate/inverno (software) 5. Spostare tutti i contacalorie in posizione che consenta il flusso dal basso verso l’ alto

(hardware).

6. Realizzare un loop di regolazione (hardware/software) aggiungendo una valvola a tre vie tra mandata e ritorno dei fan coil per ottenere una migliore regolazione invernale quando la

temperatura dei serbatoi solari supera il set point di mandata verso i fan coil (vedi schema

funzionale, valvola in verde).

7. Aggiungere un accumulo sul circuito caldaia per disgiungere la regolazione della temperatura di mandata della caldaia dall’ accensione della pompa di

circolazione( hardware/software), in modo da evitare frequenti ON-OFF della caldaia in

caso di richiesta di integrazione sul solare. (In verde nello schema funzionale)

8. Sostituire/riparare boiler acqua calda sanitaria 9. Dotare gli stacchi dei fan coil di valvole di intercettazione ove mancanti 10. Verificare corretto funzionamento estate-inverno nelle stanze

11. Riparare termosifoni con perdite 12. Eliminare glicole propilenico nel circuito solare ed aggiungere un loop con funzione

antigelo (software), come nell’ analogo impianto della serra a contenimento F 96.

13. Ripristino della coibentazione mancante 14. Spostare attacchi tubazioni fan coil della stanza 001 al piano terra su punti più idonei. 15. Completare identificazione delle varie linee/versi di percorrenza mediante apposite targhette.

Ulteriori modifiche hardware e software potranno essere suggerite dall’ esercizio durante la

stagione estiva.

Calendario azioni effettuate

11/06/2015 Richiesta di intervento Direttore di Centro

16/06/2015 1° Sopralluogo su F-51 (condizioni generali)

30/07/2015 Richiesta di offerta a SIEMENS per ripristino software di controllo

08/09/2015 Offerta Siemens

16/10/2015 2° sopralluogo su F-51 (tubi solare)

11/11/2015 Ordine SIEMENS

12/02/2016 Installazione nuovo software SIEMENS

26/02/2016 3° sopralluogo su F-51 (pompe)

01/03/2016 4° sopralluogo su F-51 (valvole)

14/03/2016 Intervento gratuito SIEMENS

15/03/2016 messa in marcia in condizioni invernali

..... (continua)