Valorizzare il calore residuo del CSCS
Rete a bassa temperatura delle Aziende Industriali di Lugano
La strategia energetica della città di Lugano al 2050, che si concretizzerà nel piano energetico comunale, concentra i propri sforzi sui due pilastri della riduzione dei consumi e dell'incremento al ricorso alle energie rinnovabili. Dai dati preliminari presentati risulta essere particolarmente promettente il potenziale di calore prelevabile dall'ambiente: le acque sotterranee e superficiali rappresentano circa la metà del totale disponibile stimato.
Da oltre 10 anni il Centro Svizzero di Calcolo Scientifico di Lugano (CSCS), situato in zona Cornaredo, sfrutta in maniera particolarmente efficiente il lago come fonte di raffreddamento per i propri supercomputer: una condotta di quasi tre chilometri e 80 cm di diametro convoglia acqua fredda presso gli scambiatori per il raffreddamento del CSCS. Il livello di efficienza di quest'infrastruttura è da primato: dall'acqua in discesa verso il lago si recupera circa il 30% dell'energia spesa per il pompaggio verso l'edificio. Il calcolo scientifico oltre a elaborare quantità di dati inimmaginabili è una fonte di calore notevole, sufficientemente continua e soprattutto offre un'infrastruttura energetica alla città.
Le Aziende Industriali di Lugano, ente distributore di energia cittadino, stanno progettando la costruzione di una rete di anergia per la fornitura di riscaldamento e di raffreddamento del nuovo quartiere di Cornaredo (NQC), la Rete Anergetica NQC. Questa verrà utilizzata sia per il raffreddamento che per il riscaldamento di diversi edifici, esistenti, in costruzione e programmati nella zona andando a integrarsi nel sistema del CSCS.
Nell'ambito dello studio di fattibilità la rete anergetica è stata dimensionata preliminarmente con le seguenti caratteristiche:
- capacità di calore residuo lago/calore residuo CSCS: 6.5 MW
- domanda di calore e di raffreddamento dall'utenza: 10.5 MW
Nello studio preliminare sono state analizzate esclusivamente il comparto del nuovo sviluppo urbano di Cornaredo e la zona a nord: gli oltre 250'000 mq di superficie necessiterebbero annualmente di 13 MWh di calore e 10 MWh di freddo.
Nel sistema previsto l'energia dell'acqua del lago e il calore di scarto del CSCS vengono distribuiti attraverso la rete anergetica come in una rete di teleriscaldamento, mediante un sistema chiuso interconnesso:
- l'acqua scorre nella rete anergetica come fluido per il trasferimento del calore senza sistemi antigelo;
- le pompe regolano la rete con una pressione costante (pressione differenziale costante, per cui è determinante la pressione differenziale dell'utenza più lontana) o in base alla posizione delle valvole delle centrali termiche;
- le utenze di calore (centrali termiche) regolano il ritorno verso la rete anergetica a una temperatura costante di 3 °C;
- le centrali di raffreddamento utilizzano le valvole di controllo per regolare la temperatura di ritorno alla temperatura più alta possibile verso la rete anergetica, mai superiore ai 23 °C.
Gli obiettivi sono quelli di mantenere la temperatura più alta possibile nella rete e di operare con la massima escursione termica possibile tra mandata e ritorno, controllando la temperatura di mandata della rete anergetica.
Nella modalità di funzionamento «riscaldamento» viene impostata una temperatura di mandata di 12 °C. In modalità «raffreddamento» il calore di scarto del CSCS non viene utilizzato e viene impostata una temperatura di mandata di 8 °C. Nella realtà la rete funzionerà in modalità mista, con il predominio di una delle necessità. Nel funzionamento misto, il calore viene sia estratto che fornito alla rete. In questo caso il livello di temperatura della rete anergetica può essere regolato decidendo di utilizzare o meno il calore di scarto del CSCS. Le pompe di calore raggiungono un COP maggiore con temperature della rete superiori e quindi consumano meno elettricità per fornire calore agli edifici. I refrigeratori e i sistemi di freecooling, invece, funzionano in modo più efficiente con temperature della rete anergetica più bassa. La temperatura della rete anergetica influenza anche i volumi necessari e le perdite di carico: solo con l'ottimizzazione della temperatura di regolazione è possibile massimizzare l'efficienza dei sistemi.
Per ottimizzare le temperature e i consumi – massimizzando come detto l'efficienza di tutto il complesso sistema di pompaggi e centrali termiche, fornendo calore e freddo a tutte le utenze, sono necessarie opere aggiuntive rispetto a quanto è ora in opera. L'investimento, nell'ordine dei 35 Mio CHF, richiede un nuovo serbatoio denominato C/D (aggiuntivo ai due già realizzati) per l'acqua di lago, sistemi di pompaggio e filtri aggiuntivi, ulteriori connessioni tra i serbatoi esistenti, centrali termiche di produzione di calore e freddo. Le tempistiche di realizzazione delle opere sono nell'ordine dei 24 mesi, e la durata di vita utile di un tale impianto è sui 40 anni.
I nuovi investimenti e la necessità di decarbonizzare ed efficientare la fornitura di calore e freddo passano attraverso progetti di questo tipo, che cercano sinergie tra attori diversi per ridurre il rischio e raggiungere quanto prima gli obiettivi climatici che la città si pone.
