Analisi tecnico economica di un investimento per l’installazione di un impianto di cogenerazione e di pompa di calore in un complesso universitario

Introduzione 
Introduzione 
Il risparmio energetico è un problema che si è imposto all’attenzione mondiale già 
nel 1973 con la crisi petrolifera che portò alla ribalta internazionale i rischi connessi 
alla disponibilità e all' esaurimento delle fonti energetiche fossili. Sulla spinta creata 
da tali incertezze, i maggiori paesi industrializzati, inclusa l' Italia, vararono 
importanti programmi di ricerca e sviluppo delle tecnologie di utilizzo della energia 
solare, le energie rinnovabili e di risparmio energetico. 
Queste idee cominciarono però a sfumare nel corso degli anni ' 80, nel momento in 
cui nuove riserve di petrolio e di gas venivano scoperte. I prezzi di queste fonti, 
invece di aumentare, come in molti pensavano, diminuirono notevolmente e, con essi 
i rischi legati alla loro disponibilità, resi meno drammatici anche da una loro 
provenienza piø diversificata e da nuove condizioni geopolitiche. 
¨ agli inizi degli anni ' 90, quando il ricordo delle crisi petrolifere del ' 73 e del ' 79 è 
sempre piø appannato, che le energie rinnovabili e le politiche di risparmio 
energetico tornano all' attenzione di politici e decisori. La nuova spinta è, però, 
diversa rispetto a quella di 20 anni prima: entra in scena la cosiddetta "crisi 
ambientale". L' ipotizzato riscaldamento del pianeta, determinato dalle emissioni 
prodotte nella combustione delle fonti fossili diventa così l' elemento centrale delle 
politiche energetiche di quest' ultimo decennio. Lo sviluppo delle rinnovabili e con 
essa gli interventi di risparmio energetico tornano nell' agenda dei governi e della 
comunità internazionale con maggiore forza e vede il suo massimo impegno 
soprattutto a seguito degli impegni sottoscritti a Kyoto nel dicembre del ' 97. 
Ecco che tornano di scena gli interventi di risparmio energetico, quali possono essere 
l’utilizzo della pompa di calore ad acqua di falda o la cogenerazione. Questi 
interventi possono essere applicati a gruppi di utenze domestiche (uno o piø 
condomini), esercizi commerciali e utenze civili di grandi dimensioni (ospedali, 
uffici pubblici, scuole, ecc.), oltre alla piccola e media industria. 
In particolare la pompa di calore che utilizza l’acqua di falda trae la parte 
preponderante dell’energia termica dal sottosuolo, si può parlare in questo caso di 
fonte geotermica rinnovabile. Non per nulla nel libro Bianco sulle fonti rinnovabili di 
energia, approvato dalla Commissione Europea, contempla tra le suddette l’impiego 
di acqua del sottosuolo o superficiale a bassa temperatura per il riscaldamento con 
l’uso della pompa di calore. Si ha poi una comunicazione successiva al libro Bianco 
da parte del Consiglio delle Comunità Europee, il quale ritiene che si possa utilizzare 
piø razionalmente l’energia ricorrendo maggiormente alla produzione combinata di 
calore ed energia elettrica e dell’erogazione di calore a distanza. Invita inoltre gli 
Stati membri ad individuare e rimuovere gli ostacoli legislativi, amministrativi o 
tariffari che si oppongono allo sviluppo della produzione combinata di calore e di 
energia. 
Alla luce di simili considerazioni, questo lavoro vuole valutare, allo stato attuale, 
VII 
Introduzione 
l’effettiva convenienza di tali interventi, quantificando i concreti risparmi energetici 
ed economici in uno specifica caso di un’utenza civile. Analizzando il caso in esame 
verranno sollevate delle problematiche del tutto generali, si partirà da un’indagine sui 
fabbisogni energetici per concludersi con un’analisi economica ed energetica delle 
differenti scelte impiantistiche. Oltre che mettere in evidenza quale soluzione tecnica 
si rileva piø vantaggiosa, questo scritto si presta ad essere anche un’utile metodologia 
di indagine per la scelta di un intervento di risparmio energetico. 
Nei primi due capitoli vengono esposte le tecnologie alla base delle scelte 
impiantistiche che si sono proposte successivamente. Oltre che rappresentare una 
spiegazione delle varie tecnologie essi risultano di fondamentale importanza per 
capire le motivazioni che hanno spinto a prendere in considerazione una scelta 
piuttosto che un’altra. In particolare nel capitolo 1 si trattano i gruppi di 
cogenerazione, fornendo dei parametri importanti per la scelta del motore primo. Si 
danno anche delle nozioni riguardanti le macchine ad assorbimento per la produzione 
del freddo, alternativa ai piø tradizionali gruppi frigoriferi, chiamati in causa nei mesi 
estivi quando non si sa come utilizzare il calore in esubero da parte del cogeneratore. 
Nel capitolo 2, invece, si trattano le macchine a compressione di vapore, facendo 
particolare attenzione alle varie possibilità di scelta per la sorgente fredda della 
pompa di calore. 
Il capitolo 3 descrive il caso in esame, la struttura architettonica e logistica 
dell’edificio e le disposizioni tariffarie per l’energia elettrica , il metano e il gasolio. 
Si prosegue con il capitolo 4 in cui vengono analizzate le previsioni dei fabbisogni 
energetici, base di partenza per il calcolo economico delle soluzioni impiantistiche 
dei capitoli successivi. Viene infatti trattato nel capitolo 5 il caso tradizionale, 
scenario preso come riferimento per il calcolo di convenienza delle altre tecnologie. 
Nel sesto capitolo si prende in esame la cogenerazione mentre nel settimo si tratta 
l’uso della pompa di calore elettrica reversibile. 
Infine nell’ultimo capitolo (capitolo 8) vengono discusse e confrontate le varie 
soluzioni impiantistiche sia dal punto di vista economico che energetico-ambientale. 
VIII 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
1 La cogenerazione di energia elettrica e 
termica 
1.1 Generalità sulla cogenerazione 
Per cogenerazione si intende la produzione combinata e simultanea di energia 
elettrica e termica con un motore primo e un generatore elettrico. 
L’interesse ad una produzione combinata rispetto ad una produzione indipendente 
delle due forme di energia scaturisce dalla possibilità di ottenere un rendimento 
complessivo superiore. 
Nella figura 1.2 viene mostrato un’analisi energetica relativamente alla produzione di 
35 unità di energia elettrica e 55 unità di energia termica ottenute rispettivamente 
mediante soluzioni tradizionali e con un impianto cogenerativo. 
Figura 1.1 Analisi energetica per la produzione di 35 unità di energia elettrica e 55 di calore: 
- tradizionale (I caso) 
- cogenerativo (II caso) 
Si nota subito come per produrre le stesse quantità di energia elettrica e termica 
occorrano 158 unità con una soluzione tradizionale mentre ne bastano 100 con un 
impianto cogenerativo. 
1 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
Dai sistemi di cogenerazione derivano i piø recenti sistemi di trigenerazione dove, 
nel periodo estivo o qualora sia richiesta energia frigorifera, il calore recuperato può 
essere trasformato in energia frigorifera grazie all’impiego del ciclo frigorifero ad 
assorbimento il cui funzionamento si basa su trasformazioni di stato del fluido 
refrigerante (acqua) in combinazione con la sostanza (bromuro di litio) utilizzata 
quale assorbente. 
Figura 1.2 Schema impianto di co- e tri-generazione 
In un sistema di trigenerazione il rendimento globale aumenta enormemente 
ottenendo risparmi energetici anche nell' ordine del 60%. 
Sistemi di cogenerazione, con motori endotermici o a turbine, consentono l’ 
autoproduzione di energia elettrica utilizzando differenti fonti primarie di energia 
termica quali metano, gpl, biogas, biomasse ecc. e contemporaneamente permette di 
disporre di energia termica recuperata dal processo di trasformazione. 
Questi sistemi oggi sono tecnicamente maturi ed economicamente convenienti per 
poter essere adottati diffusamente 
Attualmente la cogenerazione è diventata indubbiamente una buona opportunità, 
conveniente anche per utenze medio-piccole questo grazie a: 
- una continua evoluzione delle tecnologie e dei sistemi di controllo 
- una fornitura di metano che per tale tecnologia è resa particolarmente 
favorevole dalle disposizioni di legge in materia di risparmio energetico, 
maggiori agevolazioni sono possibili qualora le fonti primarie siano 
rinnovabili. 
- possibilità di trasferire in rete, ricavandone un corrispettivo, l' energia elettrica 
autoprodotta in esubero. 
- possibilità che i sistemi di cogenerazione possono essere interamente 
assemblati in container abbattendo così i costi di investimento. 
I principali vantaggi della co- e tri-generazione possono essere elencati nei seguenti 
punti: 
- Riduzione del combustibile
: l’installazione di un gruppo di trigenerazione 
porta ad una riduzione di combustibile di circa il 25%, rispetto quanto 
impiegato nella tradizionale produzione di energia. 
- Riduzione delle emissioni: la riduzione dell’inquinamento atmosferico 
registra la stessa proporzione della riduzione del combustibile. Con l’uso del 
2 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
gas naturale, al posto del petrolio e del carbone, le emissioni di SO ed i fumi 
2
si riducono a zero. 
- Benefici economici: i costi energetici degli impianti di trigenerazione sono 
piø bassi di quelli degli impianti "tradizionali". La riduzione di prezzo oscilla 
tra 20-30%. 
- Aumento dell’affidabilità della fornitura di energia: l’allacciamento dei 
piccoli impianti di trigenerazione alla rete può garantire un funzionamento 
ininterrotto dell’unità, in caso di interruzione del funzionamento 
dell’impianto o della fornitura energetica dalla rete. A livello di paese, essi 
favoriscono la generazione dell’energia decentralizzata, riducendo il bisogno 
di grandi centrali elettriche. Inoltre incrementano l’occupazione a livello 
locale. 
- Aumento della stabilità delle reti elettriche: gli impianti di trigenerazione 
offrono un significativo supporto alle reti elettriche durante i caldi mesi 
estivi. La richiesta del freddo è soddisfatta mediante il processo 
dell’assorbimento anzichØ da ciclo di compressione sostenuto dell’energia 
elettrica. L’applicazione della trigenerazione inoltre aumenta la stabilità delle 
reti e migliora l’efficienza del sistema, in quanto i picchi estivi sono coperti 
da società elettriche attraverso impianti di riserva inefficienti con 
sovraccarico delle linee di trasmissione dell’elettricità. 
1.2 Fondamenti teorici 
Si consideri una trasformazione ciclica diretta ad opera di una macchina termica, la 
quale preleva il calore Q da una sorgente a temperatura T, cede il calore Q 
11a
all’ambiente che si trova alla temperatura T inferiore a Te fornisce il lavoro L 
a1 
all’esterno. 
Figura 1.3 Flussi di energia relativi ad un ciclo diretto 
3 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
Dal primo principio della termodinamica 
Q=L+Q 
1a
 Si suppone che la macchina esegua il ciclo di Carnot ossia in ciclo a rendimento piø 
elevato. Essendo una macchina reversibile si può scrivere 
QQ
1a
= 
TT
1a
 Esplicitando l’equazione rispetto al calore ceduto all’ambiente si ottiene 
Q
1
Q=T 
aa
T
1
 Da cui si ricava con semplici passaggi 
T-TT
1aa
L=Q-Q=Q=Q1- 
1a11
TT
11
 PoichØ si sono considerate trasformazioni reversibili non si hanno perdite per 
irreversibilità e L risulta il massimo lavoro ottenibile dalla trasformazione 
considerata. 
A questo lavoro si da il nome di Exergia della quantità di calore Qdisponibile alla 
1 
temperatura T con temperatura ambiente T. L’exergia è cioè “il lavoro massimo 
1a
che si può ottenere in una macchina che realizza un ciclo reversibile diretto come il 
Q
1
ciclo di Carnot” . Al termine ·T si da invece il nome di Anergia e rappresenta la 
a
T
1
quantità di calore non trasformabile in lavoro e che deve quindi necessariamente 
essere ceduta all’ambiente sottoforma di calore Q. Si ottiene quindi la relazione che 
a
mi afferma che il calore Qprelevato dalla sorgente piø calda e uguale all’exergia 
1 
sommata all’anergia. 
4 
   
   
   
   
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
Figura. 1.4 Andamento del rapporto exergia E su calore Q in funzione della temperatura T con una 
11
determinata temperatura ambiente T 
a
 Andando a rappresentare in un grafico il rapporto tra exergia E e calore prelevato Q 
1
in funzione della temperatura T per una data temperatura ambiente T si possono 
1a
trarre delle importanti conclusioni. Si può rilevare che tanto piø alta è la temperatura 
T tanto piø il rapporto tra exergia e calore assorbito si avvicina all’unita, ciò 
1
significa che ad elevate temperature l’exergia è di valore molto prossimo al calore 
assorbito e che l’anergia è un termine sempre piø trascurabile, se confrontato con Q. 
1
Questo sta a significare che il calore è tanto piø pregiato quanto piø elevato è la 
temperatura T in quanto riusciamo a ricavare, in percentuale, un lavoro maggiore. 
1
Per alzare i rendimenti dei nostri cicli si potrebbe pensare di lavorare a temperature 
altissime, purtroppo però si hanno dei limiti dovuti ovviamente ai materiali delle 
macchine in uso. 
Rispetto quindi all’energia potenziale, all’energia elettrica o all’energia cinetica che 
sono exergia pura in quanto completamente reversibili, il calore è una forma di 
energia meno pregiata poichØ non può essere del tutto convertito. 
Risulta perciò evidente il vantaggio della cogenerazione. In questi impianti in effetti 
può realizzarsi in pieno il concetto di sistema ad energia totale in grado cioè di 
sfruttare al massimo l’energia del combustibile. Infatti si trasforma l’energia ricavata 
dalla combustione in energia elettrica, mentre il calore di scarto a basso contenuto 
exergetico, altrimenti perduto, viene utilizzato per applicazioni industriali, di 
riscaldamento o climatizzazione. 
1.3 Motori primi 
Il campo d’impiego della cogenerazione può in teoria variare da potenze di qualche 
decina di kiloWatt fino alle centinaia di megaWatt. Per questo motivo non esiste una 
scelta unica per il ciclo termico di azionamento e quindi per il motore primo da adottare 
nelle applicazioni cogenerative. Il problema della ricerca della soluzione ottimale va risolta, 
di volta in volta, per ogni singola applicazione in base a parametri di giudizio che non 
saranno solo di natura tecnica ed economica, ma possono invece coinvolgere esigenze di 
5 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
carattere ambientale, urbanistico e sociale. La soluzione ottimale non è semplice perchØ 
risente di molteplici fattori il cui peso è subordinato a valutazioni soggettive che possono 
essere diverse. 
Le principali tipologie di motori primi per la cogenerazione sono: 
• turbine a vapore 
• turbine a gas 
• motori a combustione interna 
• celle al combustibile 
• microturbine 
1.3.1 Turbine a vapore 
Le turbine a vapore sono impiegate di norma in impianti che operano secondo il ciclo 
Rankine. 
In questa tipologia di impianto si può alimentare il generatore di vapore nei modi piø 
disparati: dai combustibili fossili piø pregiati fino alle biomasse utilizzando perfino i 
rifiuti solidi urbani. 
Diversa può essere la modalità di sfruttamento del calore prodotto si possono 
distinguere fondamentalmente due tipi di impianti:gli impianti con turbina contropressione e 
quelli con turbina a derivazione e condensazione. 
Le turbine a contropressione:In questo caso il vapore prodotto espande in turbina fino 
ad un livello di pressione e di temperatura compatibile con il livello richiesto 
all’utenza termica. La pressione del vapore all' uscita della turbina risulta così 
decisamente superiore a quella normalmente prevista nel caso di sola generazione 
elettrica dove il criterio progettuale predominante è quello di ottimizzare il salto di 
pressione nella turbina per ottenere il massimo rendimento in termini di produzione 
elettrica. Quindi le turbine a contropressione presentano una minore efficienza e un 
maggior consumo specifico di vapore per unità di potenza resa. Si ha però il vantaggio 
dato dall' espansione piø' contenuta e soprattutto dal piø basso volume specifico del 
vapore in uscita, i quali permettono di limitare la macchina ad un unico corpo di turbina di 
dimensioni contenute con una riduzione sensibile dei costi rispetto agli impianti dell' altro tipo. 
Il vapore scaricato dalla turbina può essere utilizzato direttamente inviandolo all’utenza , in 
questo caso però non essendoci il condensatore si dovrà prevedere il reintegro con acqua 
opportunamente trattata per evitare la formazione di incrostazioni. Occorre inoltre 
eliminare i gas disciolti per ridurre la presenza di incondensabili nel ciclo. 
6 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
Figura 1.5 Impianto con turbina in contropressione 
Se si utilizza invece un impianto a condensatore caldo si usa un opportuno 
scambiatore per trasferire il calore ad un fluido secondario. 
Si intuisce come una soluzione impiantistica con turbina a contropressione sia 
caratterizzata da una scarsa flessibilità alle variazioni di uno solo dei due carichi 
(termico ed elettrico) richiesti in quanto il rapporto tra produzione elettrica e termica 
si mantiene pressochØ costante. E’ quindi necessario prevedere la possibilità di 
supporto da parte di una rete elettrica ed installare dei generatori di calore 
tradizionale. Il problema si fa sentire maggiormente nel caso di condensatore caldo in 
cui ad una bassa richiesta termica si è costretti a dissipare il calore senza effetto utile. 
Figura 1.6 Impianto con turbina in contropressione e due scambiatori 
Per aumentare la flessibilità dell’impianto è possibile utilizzare turbine con piø 
condensatori caldi con possibilità di spillammeti intermedi da utilizzare nei momenti 
di massimo carico termico. Aumentando in questo caso i costi negli impianti di 
piccola e media potenza si utilizza la soluzione piø semplice. 
7 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
Turbine in derivazione: Con questa soluzione si ha che il vapore prodotto può 
espandersi in turbina fino ad arrivare ad un livello di pressione compatibile con la 
temperatura del fluido esterno utilizzato per asportare il calore dal condensatore così 
come di norma avviene nelle grandi centrali elettriche. 
Figura 1.7 Impianto con turbina a vapore a derivazione 
Il calore richiesto per l' utenza termica è ottenuto derivando parte del vapore nel corpo di 
bassa pressione della turbina al livello di temperatura e pressione richiesto per alimentare 
l' utenza termica. Anche in questo caso il vapore estratto può essere direttamente utilizzato 
oppure il relativo calore viene ceduto ad un fluido secondario in uno o piø scambiatori a 
superficie. A fianco a questo derivazione di vapore a fini cogenerativi ci possono essere i 
tradizionali spillamenti utilizzati per aumentare il rendimento del ciclo Rankine, 
queste complicazioni impiantistiche risultano però convenienti solo nel caso di grandi 
impianti. A causa della dissipazione del calore di condensazione, questi impianti 
cogenerativi hanno un rendimento termico complessivo inferiore a quelli con turbine a 
contropressione. Sono peròcaratterizzati da una notevole flessibilità di funzionamento 
Infatti come si può notare dallo schema la portata di vapore derivata può variare dal 
valore massimo di progetto al valore nullo con sola produzione di energia elettrica il cui 
esubero può essere ceduto alla rete elettrica in caso di necessità. 
1.3.2 Turbina a gas 
Gli impianti con turbina a gas e quella di avere un calore recuperato caratterizzato da un 
elevato livello termico che consente di soddisfare anche utenze particolarmente impegnative. 
Schema classico di un impianto con turbina a gas per fini cogenerativi è quello in figura 
1.9. 
8 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
Figura 1.8 Impianto con turbina a gas 
L' aria comburente preventivamente compressa viene inviata alla camera di combustione in 
cui viene iniettato il combustibile. La combustione avviene in presenza di un notevole 
eccesso d' aria per avere una consistente portata di fluido operativo e per contenere la 
temperatura all' ingresso della turbina a valori compatibili con le caratteristiche dei 
materiali costituenti la turbina. Il fluido in uscita dalla turbina presenta ancora un' 
alta temperatura (350-500°C) e data la notevole presenza di ossigeno (16-18%) può 
essere eventualmente utilizzata come comburente in una successiva caldaia di 
postcombustione che permette così di aumentare l' energia termica disponibile. La turbina a 
gas è caratterizzata da una grande rapidità di avviamento, affidabilità, durata e ridotta 
manutenzione, ma la produzione di energia elettrica presenta un' efficienza piuttosto 
bassa. La potenza resa è poi fortemente influenzata dalla temperatura (e quindi densità) 
dell' aria immessa e in particolare si riduce al crescere della temperatura, per tale motivo 
può risultare conveniente stabilizzare il livello di temperatura dell’aria in ingresso 
effettuando un preriscaldamento in inverno con recuperi a bassa temperatura e un 
preraffreddamento estivo quando è possibile. Visto il rapido calo del rendimento a carico 
parziale si usa far funzionare la turbina a carico elettrico fisso e ci si adegua alle variazioni 
del carico termico con la caldaia di postcombustione dove è anche previsto un by-pass per 
i fumi attraverso un sistema di serrande, che permettono di controllare la portata nella 
caldaia di postcombustione mentre la rimanente parte viene inviata direttamente al camino. 
Figura 1.9 Andamento rendimenti turbina a carichi parziali 
9 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
Tali impianti utilizzano combustibili pregiati come gasolio, kerosene o gas metano ad una 
pressione di alimentazione di 10-12 bar. Se si utilizza gas metano proveniente dalla rete, esso 
necessita di norma di una centrale di ricompressione ne deriva che date le norme vigenti in 
termini di inquinamento acustico sarà necessario insonorizzare il locale visto che già la sola 
turbina a vapore è una grossa sorgente di rumore. La turbina a vapore rappresenta una 
esecuzione compatta anche se tutti gli organi accessori (es. caldaia postcombustione) 
rappresentano ulteriori pesi ed ingombri. Per quanto riguarda le emissioni non esistono per i 
turbogas problemi di polveri, fuliggine o ossidi di zolfo, l' unico vero problema è 
costituito dagli ossidi di azoto(NO) che vanno ridotti sotto i limiti prescritti dalle leggi 
X
vigenti. Un metodo per abbattere tali emissioni sarebbe l’uso di un reattore catalitico 
“SCR”, ma dato il loro costo risulta piø conveniente l’uso di iniezione di vapore o 
acqua in caldaia in modo da abbassare la temperatura di combustione e quindi la 
formazione di NO. Si ottiene così il ciclo STIG che migliora anche il rendimento di 
x 
energia elettrica a scapito dell’efficienza termica. 
Da ricordare che sempre grazie all’alta temperatura di scarico la turbina a gas la si 
può accoppiare con un impianto con turbina a vapore ottenendo il ciclo misto, esso 
permette di aumentare l' efficienza di generazione elettrica dell' impianto a scapito però 
dell' efficienza energetica globale data la riduzione della produzione termica. 
1.3.3 Motori a combustione interna 
I motori alternativi a ciclo Otto alimentati a gas metano e Diesel alimentati a gasolio 
costituiscono la tecnologia dominante nel campo delle piccole potenze, da pochi kW 
fino a qualche MW. 
La macchina è caratterizzata da un' efficienza di produzione elettrica elevata, oltre il 30%, e 
costante in un ampio campo di regolazione dei carichi. Il motore alternativo rende poi 
disponibile calore a livelli termici differenziati: è possibile recuperare, ad un livello di 85-
90°C, dal raffreddamento del motore e dell' olio lubrificante normalmente una quota pari a 
circa il 30% dell' energia termica fornita al motore. Si ha poi il raffreddamento dei gas di 
scarico che all' uscita del motore hanno una temperatura di 400-500°C questi possono 
essere tranquillamente raffreddati fino a circa 180-200°C in modo da mantenere una 
temperatura superiore a quella di condensa evitando la formazione di condense acide che 
provocherebbero la corrosione dei tubi (di norma il recupero dai fumi è compreso tra il 
20% e il 30% dell’energia termica fornita al motore). In presenza di sovralimentazione, è 
eventualmente possibile recuperare calore anche dall' aria comburente. 
10 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
Figura 1.10 Schema impianto cogenerativo con motore a combustione interna 
Nel caso in cui la richiesta termica sia caratterizzata da un unico valore di temperatura 
compatibile con il recupero totale, si può prestare bene una soluzione compatta in cui 
l’impianto di cogenerazione può essere già completamente assemblato dal costruttore e 
l’installazione in luogo si limiterà solo al collegamento elettrico ed idraulico. 
In questo modo si ha solitamente recupero di acqua calda a 85-90°C dovendo la 
temperatura dell' acqua di ritorno al circuito di raffreddamento del motore non superare i 70°C. 
Temperature superiori non sono consigliabili per un buon funzionamento dei normali 
motori potendosi creare problemi legati al surriscaldamento. Esistono in mercato motori che 
costruiti con particolari materiali lavorano a temperature piø alte ma l’incremento del costo 
della macchina non è accompagnato da un aumento delle prestazioni tali da rendere 
economicamente conveniente tale scelta. 
Ad ogni modo per evitare che la temperatura di funzionamento del motore superi i valori 
massimi consentiti deve sempre essere previsto un sistema di dissipazione del calore in 
eccesso rispetto alla richiesta dell' utenza termica, può essere semplicemente una batteria 
alettata raffreddata dalla aria oppure negli impianti piø grandi una torre evaporativa. 
Come per tutti i motori a combustione interna problematica è la fase di avviamento e messa 
a regime. E auspicabile quindi la presenza di una valvola a tre vie in grado, durante questa 
fase, di ricircolare parte dell' acqua di mandata per accelerare il riscaldamento iniziale 
del motore ed evitare temperature troppo basse per l' acqua di ritorno. 
Il motore a combustione interna funziona bene quando il carico è costante ciò comporta 
che la macchina viene fatta funzionare in modo da coprire la base del diagramma 
giornaliero del carico termico . L’alternativa è far funzionare la macchina in modo da 
seguire la richiesta elettrica e dissipando il calore in esubero. Viceversa nei periodi di forte 
richiesta termica si dovrà utilizzare le caldaie di riserva. 
11 
Capitolo 1 – La cogenerazione di energia termica ed elettrica 
Figura 1.11 Andamento rendimenti motore a combustione interna a carichi parziali 
Una soluzione per rendere la macchina piø flessibile è quella del suo frazionamento in piø 
unità fino a dieci per macchine di grossa taglia. Così facendo oltre alla facilità di 
regolazione ai carichi parziali risulta vantaggioso anche sotto il profilo degli investimenti in 
quanto risulta meno costoso piø' motori di piccola taglia realizzati in grande serie 
magari di derivazione automobilistica, piuttosto che un unico motore di elevata 
potenza, ma di mercato ridotto. Un’altra soluzione è l’installazione di accumulatori 
termici, normalmente serbatoi di acqua, caricati nei periodi di esubero e disponibili nei 
picchi di fabbisogno. 
Grosso problema dei gruppi endotermici è il disturbo di tipo acustico che essi creano. 
Richiedono interventi di insonorizzazione sia per quanto riguarda il motore, che va 
normalmente posto in una cabina afona munita però delle opportune prese d' aria di 
ventilazione, sia per i condotti di scarico che vanno muniti di silenziatori. Dovrà essere 
risolto anche il problema del controllo delle vibrazioni prodotte dai motori mediante 
l' impiego di adeguati supporti elastici. Questi interventi risultano facilitati dalla scelta di un 
locale con caratteristiche idonee per l' installazione del sistema cogenerativo da 
prevedere possibilmente già nella fase di progettazione architettonica dell' edificio. 
Dal punto di vista dell' inquinamento ambientale, l' impiego sempre piø diffuso del gas 
come combustibile ne riduce gli effetti. In un motore a gas l' ammontare di NOx e CO nei 
fumi di scarico dipende essenzialmente dalla quantità d' aria miscelata con il combustibile 
nel motore. Nel caso in cui si superi i limiti previsti dalla legge si dovrà prevedere un’unità 
trattamento fumi con abbattitori di tipo catalitico. 
I motori a combustione interna richiedono una manutenzione continua e costosa che 
deve essere già programmata in fase di progettazione e che naturalmente deve essere tenuta 
in considerazione nell' analisi costi-benefici nello studio di fattibilità dell' impianto. Con 
un esercizio corretto e una puntuale manutenzione il motore cogenerativo può però 
raggiungere e superare le centomila ore di funzionamento. 
12