1. Prof. Riccardo Guidetti, dott. Roberto Beghi, dott.ssa Valentina Giovenzana Gestione e sostenibilit in cantina: consumi idrici ed energetici riccardo.guidetti@unimi.it roberto.beghi@unimi.it valentina.giovenzana@unimi.it Riccagioia, 11 febbraio 2014

2. Indice Innovazione in cantina come strumento per la sostenibilit Limpiego dellenergia solare applicazioni La pompa di calore applicazioni

3. Indice Innovazione in cantina come strumento per la sostenibilit Limpiego dellenergia solare applicazioni La pompa di calore applicazioni

4. Sviluppo Sostenibile: una definizione sviluppo capace di soddisfare i bisogni del presente senza compromettere la capacit delle generazioni future di soddisfare i propri (WCED, 1987) Il rapporto Brundtland (conosciuto anche come Our Common Future) un documento rilasciato nel 1987 dalla Commissione mondiale sullambiente e lo sviluppo (WCED) in cui, per la prima volta, viene introdotto il concetto di sviluppo sostenibile. Il nome viene dato dalla coordinatrice Gro Haarlem Brundtland che in quell'anno era presidente del WCED ed aveva commissionato il rapporto. La definizione, come si pu vedere, non parla propriamente dell'ambiente in quanto tale, quanto pi ci si riferisce al benessere delle persone, e quindi anche la qualit ambientale; mette in luce quindi un principale principio etico: la responsabilit da parte delle generazioni d'oggi nei confronti delle generazioni future, toccando quindi almeno due aspetti dell'ecosostenibilit: ovvero il mantenimento delle risorse e dell'equilibrio ambientale del nostro pianeta. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

5. Sostenibilit Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

6. Sostenibilit Sostenibilit economica: intesa come capacit di generare reddito e lavoro per il sostentamento della popolazione. Sostenibilit sociale: intesa come capacit di garantire condizioni di benessere umano (sicurezza, salute, istruzione) equamente distribuite per classi e genere. Sostenibilit ambientale: intesa come capacit di mantenere qualit e riproducibilit delle risorse naturali (velocit di produzione adeguata; no effetto accumulo!) Sostenibilit istituzionale: intesa come capacit di assicurare condizioni di stabilit, democrazia, partecipazione, giustizia. L'area risultante dall'intersezione delle quattro componenti, coincide idealmente con lo sviluppo sostenibile. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

7. Il processo enologico. Anello ad alto valore aggiunto della filiera vitivinicola; Declinato secondo modalit diverse e diversamente complesse; Sede di fasi attive e importanti per rispettare un prodotto risultato di una tecnica ed una cultura centenaria; Sede di processi energivori (energia elettrica e termica); Sede di produzioni di rifiuti. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

8. R. solidi R. liquidi R. aerifor. La Cantina: una visione di sistema UVA Bott., Tappi, SO2, ecc. CANTINA Energia Personale Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014 VINO

9. La Cantina: una visione di sistema La gestione di un sistema complesso (diversi input ed output) richiede uno sforzo maggiore per mantenere un elevato livello di sostenibilit Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Dipartimento di Scienze Agrarie Area INGEGNERIA Area INGEGNERIA e Ambientali Riccagioia, 11 febbraio 2014

10. Lo sviluppo sostenibile in Cantina: alcuni contributi Il controllo dellenergia e dellacqua come parametri riconducibili alla sostenibilit ambientale Lautomazione come supporto alla sostenibilit sociale e ambientale Sostenibilit economica Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

11. Perch risparmiare energia? Dipendenza energetica estera e conseguente vulnerabilit a seguito delle continue oscillazioni di prezzo sempre molto alte che portano ad una riduzione di competitivit industriale sul mercato globale Forte produzione di energia elettrica da combustibili fossili che si riflette negativamente su emissioni di inquinanti kg di CO2 emessa = energia elettrica consumata kWh * 0.485 kgCO2/kWh I problemi ambientali causati dalle emissioni eccessive di gas serra avvenuti allincirca negli ultimi trentanni hanno causato gravi danni a ecosistemi, alla salute umana nonch costi rilevanti per certi settori maggiormente sensibili a condizioni climatiche per questi motivi che anche le cantine italiane sia piccole sia grandi devono risparmiare energia! Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

12. le BAT Unanalisi dellefficienza energetica il piu possibile completa deve tenere conto di un insieme di dati, analizzati e rielaborati, confrontati con valori di riferimento continuamente aggiornati. BAT Best Available Techniques Ispirati alle richieste della direttiva europea 96/61/EC del 24 settembre 1996 in ambito di controllo e prevenzione integrata dellinquinamento IPPC Directive (Integrated Pollution Prevention and Control) aggiornata dalla direttiva europea 2008/01/EC del 15 gennaio 2008. In particolare le BAT del settore alimentare: FOOD, DRINK AND MILK INDUSTRIES Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

13. Lenergia come parametro della sostenibilit Lenergia alla base del concetto di sostenibilit e ne riassume in pieno la definizione: - Sostenibilit ambientale: in quanto la sua produzione impatta sullambiente; - Sostenibilit sociale: lenergia ormai una leva di controllo delle popolazioni che vi dipendono sempre di pi; - Sostenibilit economica: i costi dellenergia sono alla base dei mercati mondiali; - Sostenibilit istituzionale: ormai ogni nazione deve programmare le proprie risorse energetiche con politiche adeguate ed appropriate. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

14. Il settore enologico: qualche dato Lelettricit Considerando una produzione annua pari a 50 milioni di Hl ed un consumo complessivo pari a circa 70 kWh/Hl, si arriva a stimare un consumo di energia elettrica per tutto il comparto pari a 0,42 tep (1 tep = 107 kcal). Si consideri che tutto il settore agroalimentare ha una richiesta annua pari a circa 3700 ktep e che il settore vino produce un fatturato che circa il 77,5 % rispetto a tutto il comparto (dati ISMEA) e lacqua Se si considera un dato medio pari a 10 LH2O /Lvino si ha un consumo idrico di settore pari a circa 5000 milioni di litri di acqua. Il consumo medio europeo pari a 180 L/persona, pertanto tutto il settore enologico consuma lacqua necessaria per una media citt italiana (circa lequivalente di 75.000 persone). Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

15. I progetti di analisi di processo: Il progetto A-POWER ed il progetto CHANGE: progetti finalizzati ad identificare i consumi energetici delle principali filiere agroalimentari. Enti promotori: Camera di Commercio di Milano, Comunit Europea Il progetto S.T.E.P. (Sustainable Technology for Economic Processing): progetti finalizzati ad identificare i consumi idrici delle principali filiere agroalimentari. Enti promotori: Comunit Europea Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

16. Dove si utilizza lenergia elettrica nellindustria agroalimentare? In generale: Sistemi di refrigerazione 60% Energia Elettrica Funzionamento impianti 40% Nel settore enologico: Sistemi di refrigerazione 90% Energia Elettrica Funzionamento impianti 10% Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

17. Come razionalizzare i consumi: il controllo Individuare i costi energetici delle singole fasi produttive Valutare possibilit di risparmio e di recupero energetico Panoramica del contesto aziendale grazie alla disponibilit degli operatori Misure e stime dei consumi (energia, potenza, tempo) Diagramma di flusso Identificazione e quantificazione degli ingressi di energia Identificazione e quantificazione dell energia in uscita Elaborazione dei risultati dei dati raccolti e valutazione dello stato energetico dellazienda Proposte concrete e realizzabili per un risparmio energetico Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

18. Strumenti disponibili 18 ANALISI SPERIMENTALE EFFETTIVO IMPIEGO DEL COMPRESSORE DI UN FRIGORIFERO 16 h/giorno 1) valutazione dei tempi 14 12 10 8 consumo energetico elettrico kWh ag os to se tte m br e ot to br e no ve m br e di ce m br e lu g lio ap ril e m ag gi o gi ug no (Uboldi) 50000 m ar zo g en n ai o fe bb ra io 6 kWh 40000 30000 20000 10000 G en na F e io bb ra io M ar zo Ap r il e M ag gi G o iu gn o Lu gl io Ag Se ost tte o m br O e tto b N o v re em Di b r e ce m br e 0 ANALISI TEORICO SPERIMENTALE 2) valutazione dei consumi energetici 3) Livelli di potenza 120 livello di potenza kW (Uboldi) 100 80 60 40 20 Valutazione dei dati di targa e stima dei tempi di funzionamento Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA 0 Riccagioia, 11 febbraio 2014 kW

19. Risultati: lanalisi Flow sheet di processo con i dati energetici (impianti di processo) Flussi energetici (processo e servizio) Disequilibri energetici (punti critici) Suddivisione dei consumi tra i reparti Contabilizzazione del valore energetico del prodotto. Elemento di controllo: la bolletta energetica ed idrica Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

20. Risultati: le proposte Recupero flussi di calore: integrare le attrezzature Uso pi razionale delle macchine di processo e di servizio (studio delle curve di carico, impiego di tecnologie pi adeguate, ecc.) Rispetto ed ottimizzazione dei contratti Interventi sugli impianti (tecnologie sostenibili) e sulla struttura (contenimento termico) Introdurre un Referente per lenergia (Energy Manager) Recupero sostenibile degli scarti: gestione dei rifiuti Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

21. Risultati: I consumi elettrici La modellazione del processo 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 900 39% 800 700 Potenza (kW) Po ten za max kW Lanalisi delle potenze 600 500 Potenza media (kW) 70% 400 300 200 Potenza vendemmia (kW) 40% 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 A me si Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014 B C

22. Risultati: I consumi elettrici I valori medi risultati dallanalisi Per la produzione di un litro di vino servono circa 0,72 kWh/L Suggerimenti: -Uso di sistemi frigoriferi con componenti ad alta efficienza; -Uso di sistemi di regolazione per la gestione dellimpianto frigorifero (inverter); -Uso di sistemi di filtrazione a basso consumo energetico; -Reimpiego delle biomasse (introduzione dei sistemi ad assorbimento); Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

23. Risultati: I consumi idrici Le fasi di lavaggio VOLUME CICLI (n) QUANTITA STIMATA (m3) CONSUMO ANNO (m3) % - 1 800 800 22,7 Vasche 1200 (l/uso) 3 - 980 27,8 Barriques 225 (l/uso) 2 - 324 9,2 Vasche (pre-tiraggio) 1000 (l/uso) 3 - 360 10,2 12 1055,25 1055,25 30 3518,25 100 FASI DI LAVAGGIO Cassette Pompe e Tubi TOTALE Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

24. Risultati: I consumi idrici I consumi idrici delle realt oggetto di studio sono conformi al valore riportato dalle BAT: servono circa 10 L (515 L) di acqua per produrre un litro di vino in cantina (cantine piccole tendono a consumare meno acqua rispetto alle grandi) Il 50 % dei consumi sono imputabili al lavaggio dei vasi vinari; Il 20 % dovuto al lavaggio delle cassette; L80% dei consumi idrici previsto nel semestre marzo/ottobre. Suggerimenti: -Uso di sistemi di sanificazione a basso consumo idrico; -Uso di sistemi di regolazione idrica (chiusura automatica getti, ecc.) -Aumento della consapevolezza del consumo idrico; -Migliore gestione dellacqua di ricircolo. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

25. Lautomazione.. Amber e Amber ne "Il progresso dell'automazione" (1962), hanno definito l'automazione come la tecnologia necessaria per realizzare macchine in grado di sostituire uno o pi attributi dell'uomo nell'effettuare un lavoro. A seconda dell'attributo sostituito, abbiamo cos nove differenti livelli di automazione: 0 Attributo sostituito Nessuno 1 Energia 2 Destrezza 3 Diligenza 4 Giudizio 5 Valutazione 6 7 8 9 Apprendimento Ragionamento Creativit Dominio Ordine Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Esempio Utensili manuali Utensili motorizzati a controllo manuale (trapano hobby) Automazioni a ciclo singolo (pressa) Automazione a ciclo ripetuto (macchine transfer) Controllo a ciclo chiuso (controllo livello) Capacit di ottimizzazione del ciclo (macchine con logiche adattive) Limitate capacit di auto-programmazione Capacit di ragionamento induttivo Capacit di creare manufatti originali (macchine-uomo!?!?) Riccagioia, 11 febbraio 2014

26. Il controllo automatico dei consumi elettrici Acquisto sistema: 7.000 (16 punti controllati) Installazione 3.000 Riduzione picchi: (35 %) Riduzione consumi: Pay Back: Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014 6.875 800 1,3 anni

27. Il controllo della temperatura Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

28. La gestione automatica in pressatura Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

29. La gestione delle basse pressioni per ottimizzare lestrazione Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

30. ed estrarre sottovuoto Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

31. Lautomazione ha permesso di inertizzare e raffreddare direttamente in pressa Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

32. Il controllo automatico ha portato a sviluppare presse continue ed ad azione delicata Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

33. Lultima novit: Il vecchio torchio si rinnova Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

34. Tecnologie speciali per lestrazione Processo di disgregazione cellulare Trattamento del pigiato diraspato con gas inerte (CO2 o N2) a 10-18 bar per 15-25 s Decompressione istantanea con espansione del gas disciolto che lacera le membrane cellulari Fuoriuscita della fase liquida della polpa senza lacerazione delle bucce Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014 Da F. Pezzi

35. Tecnologie speciali per lestrazione Trattamento con azoto liquido Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

36. Una nuova proposta di macerazione pneumocarbonica Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

37. La termovinificazione: un esempio di controllo avanzato Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

38. La termovinificazione: un esempio di controllo avanzato Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

39. Il controllo permette di limitare i coadivanti della filtrazione Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

40. Il controllo permette di limitare i coadivanti della filtrazione anche tramite sistemi basati sulla centrifuga Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

41. Dealcolazione in colonna a coni rotativi Recupero degli aromi del vino Produzione di distillati di alta qualit Desolforazioni di mosti Eliminazioni di odori sgradevoli (mercaptani, aldeidi, acetato detile, ac. volatili) Concentrazione del vino per eliminazione dacqua Prodotti sino al 45% di solidi sospesi Da F. Pezzi Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

42. Indice Innovazione in cantina come strumento per la sostenibilit Limpiego dellenergia solare applicazioni La pompa di calore applicazioni Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA

43. Lenergia solare importante? 70 W/m2 assorbiti dallatmosfera 80 W/m2 Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA riflessi e assorbiti dalle nuvole Riccagioia, 11 febbraio 2014

44. 2 irraggiamento orizzontale (W/m ) Quanta energia disponibile? 250 200 150 142 W/m2 valore medio 100 Bergamo 142 W/m2 Monte Rosa 175 W/m2 50 Lampedusa 210 W/m2 0 Gen Feb Mar Apr Mag Giu Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Lug Ago Set Ott Nov Dic Riccagioia, 11 febbraio 2014

45. Quanta energia disponibile ? Es: Bergamo = 142 W/m2 o (J/s)/m2 (Energia al secondo per m2) Energia annuale per m2 = 142 W x secondi/anno (60*60*24*365) = 4,5 109 J/m2 (4,7 107 J/m2 = 1kg di petrolio) = 107 kg petrolio/m2 Fabbisogno energetico in Italia (agricoltura, industria, trasporti, servizi, residenziale) Energia pro capite = 3,15 tep /anno 3150 kg petrolio 1 Dove: Qev = calore sottratto dallimpianto frigorifero L = lavoro compiuto dallimpianto frigorifero per sottrarre calore al corpo, fluido o ambiente destinato a essere raffreddato Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Coefficiente di prestazione della pompa di calore: COP = Qcond/L = + 1 Dove: Qcond = calore fornito dalla pompa di calore L = lavoro compiuto dalla pompa di calore per produrre il calore destinato a riscaldare Riccagioia, 11 febbraio 2014

87. Il COP della pompa di calore PRESSIONE (kPa) P2 CONDENSAZIONE A + 1 TD TA ESPANSIONE COMPRESSIONE P1 EVAPORAZIONE C B TC TB H1 COP = Qc /L = (L + Qev)L = L/L + Qev/L = 1 + Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA D E H2 ENTALPIA (kcal/kg) Riccagioia, 11 febbraio 2014 H3

88. Pompa di calore per la sottrazione di calore_esempio Qcond Prodotti/ambiente da raffreddare ESPANSIONE CONDENSAZIONE L EVAPORAZIONE Qev LO SCOPO E IL RAFFREDDAMENTO La differenza tra lentalpia del refrigerante allentrata e alluscita dellevaporatore il valore determinante dellefficienza frigorifera (H2 - H1). Maggiore il H, maggiore , migliore efficienza avr limpianto frigorifero. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

89. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

90. SETTORE RESIDENZIALE Pompa di calore_applicazioni Riscaldamento acqua sanitaria Riscaldamento ambienti SETTORE INDUSTRIALE Riscaldamento acqua sanitaria Riscaldamento ambienti (capannoni, officine, uffici) Produzione acua calda per usi di processo Essiccazione Riscaldamento contenitori ALIMENTARE Lavaggio e pulitura Pastorizzazione Cottura Sterilizzazione SETTORE AGRICOLO Riscaldamento acqua sanitaria (anche per irrigazione, per scaldare il terreno) Riscaldamento ambienti (sale incubazione e schiusa uova) Conservazione e trasformazione dei prodotti agricoli Recupero di calore nella refrigerazione del latte (raffreddamento del latte munto da 37C a 4C nel lato dellevaporatore e riscalda acqua di accumulo dal lato del condensatore) Essiccazione cereali e foraggi Riscaldamento serre Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

91. Il trasferimento di calore_erogazione di calore ESSICCAZIONE Il trasferimento di calore induce la perdita di acqua riduzione della concentrazione di acqua nella matrice vegetale annullamento delle attivit microbiologiche ed enzimatiche Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA stabilit del prodotto nel tempo Riccagioia, 11 febbraio 2014

92. Pompa di calore per la erogazione di calore_esempio Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

93. Bruciando combustibile (metano, GPL) trattasi di un processo di sottrazione di energia Come si pu riscaldare un ambiente? Con resistenza elettrica consumando energia dalla rete prelevando calore a bassa temperatura da un ambiente esterno (aria, acqua, terreno) a quello da riscaldare e riqualificandolo, a spese di un lavoro meccanico Con pompa di calore Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

94. Vantaggi Bruciando combustibile (metano, GPL) Attingendo cio calore dallenergia termica liberata per combustione di una sostanza che ha richiesto anni per essere formata. Infatti il calore deriva da un processo di sottrazione di energia in seguito alla rottura dei legami del combustibile. Con resistenza elettrica Il calore prodotto dal riscaldamento di una resistenza alimentata dalla rete elettrica. Il suo funzionamento implicher un consumo di corrente elettrica proporzionale alla potenza assorbita dalla resistenza stessa. Con pompa di calore Prelevando calore a bassa temperatura da un ambiente esterno (es: aria, acqua) a quello da riscaldare e riqualificandolo, a spese di un lavoro meccanico (che per poter essere erogato necessita di corrente elettrica). La pompa di calore operando a pi alto rendimento energetico e riqualificando calore di valore praticamente nullo garantisce risparmio energetico. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

95. Riassumendo La pompa di calore: 1.Consuma energia elettrica nel compressore; 2.Assorbe calore per mezzo dellevaporatore; 3.Cede calore al mezzo da riscaldare in Aria sempre disponibile, ma la sua temperatura corrispondenza del condensatore. varia, potenza pompa diminuisce con la T della sorgente La pompa di calore: Fornisce pi energia (calore) di quella elettrica impegnata per il suo funzionamento (compressore) in quanto estrae calore dallambiente esterno; Avr un COP maggiore quanto pi bassa la temperatura a cui il calore viene ceduto (nel condensatore) e quanto pi alta quella della sorgente da cui viene assorbito (nellevaporatore); La potenza termica resa dipende dalla temperatura alla quale la pompa assorbe calore; Esistono diverse tipologie di pompe in funzione del tipo di sorgente fredda e di pozzo caldo che utilizzano. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Acqua non risente delle condizioni climatiche, ma costi aggiuntivi per sistema di adduzione dellacqua Terreno ha minori sbalzi di temperatura, ma applicazioni tubature a 1/1,5 m di profondit Riccagioia, 11 febbraio 2014

96. Limpianto geotermico Sfruttamento dellenergia termica del sottosuolo Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

97. Sistemi closed loop Sonde geotermiche verticali Sistemi open loop Sonde geotermiche orizzontali Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

98. Applicazioni ESPANSIONE EVAPORAZIONE CONDENSAZIONE L Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

99. LE ESIGENZE CONTROLLO TERMOIGROMETRICO DELLA BARRICCAIA Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

100. LE ESIGENZE IMPIANTO DI REFRIGERAZIONE E RISCALDAMENTO DEI TINI E CLIMATIZZAZIONE DELLA TINAIA Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

101. Temperature di riferimento per la fermentazione alcolica tfin = tini + 1000 x Espe/cp x dove: tfin : temperatura di fine fermentazione in C; tini : temperatura mosto ad inizio fermentazione in C; Espe : energia sviluppata 135, kJ/l (32,5 kcal/l); Cp : calore specifico mosto pari a 3,6 kJ/kg C, (0,885 kcal/kg C); : massa volumica (densit) mosto pari a 1050 kg/m3. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

102. Flusso termico vasche P = A * U * (tint text) Con: P flusso termico (potenza) scambiato in Watt (Kcal/h); A superficie dellinvolucro disperdente in mq; U trasmittanza totale dellinvolucro disperdente W/mqC, (Kcal/h/mq C); tint temperatura interna del mosto in C; text temepratura esterna alla vasca in C. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

103. Dimensionamento sonda geotermica Sottosuolo: Gradiente termico; Conduttivit termica: (misura dell'attitudine di un materiale/sostanza a trasmettere il calore: maggiore il valore della conduttivit termica, meno isolante il materiale); Capacit termica (il rapporto fra il calore scambiato tra il corpo e lambiente e la variazione di temperatura che ne consegue); Eventuale presenza di falde; Tipologia di materiale di cementazione del perforo; Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

104. Dimensionamento sonda geotermica Impianto: Temperature di lavoro dellevaporatore/condensatore della pompa di calore; Fabbisogno termico delledificio; Potenze di picco in condizioni di progetto; Curve di carico termico e frigorifero; Ore di funzionamento degli impianti. Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

105. Definizione profondit della sonda Equazione di Ingersoll: q = L (tg - tw) / R q = flusso termico richiesto (W) L = lunghezza di scambiatore (m) tg = temperatura del terreno (C) tw = temperatura media del fluido termovettore nei tubi (C) R = resistenza termica del terreno (mC/W). Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

106. Esempio dimensionamento cantina Alto Adige Lagrein Superficie vitata totale: 7 ettari. Cantina situata a Salorno (BZ). T arrivo uve: 15C Superficie: 4 ha Resa: 50q/ha Quantit: 200 q T max di ferm. :28C Resa in vino: 130 hl T arrivo uve: 22C Superficie: 3 ha Resa: 75 q/ha Quantit: 225 q T max di ferm. : 26C Resa in vino: 150 hl Dipartimento di di Scienze Agrarie e Ambientali DipartimentoScienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Area INGEGNERIA Pinot Nero Riccagioia, 11 febbraio 2014

107. Consumi in fermentazione alcolica Lagrein 18000 W Pinot Nero 14153 W 32153 W Consumi in malolattica Pinot Nero 1026 W Lagrein 1197 W 2223 W Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

108. Dimensionamento sonda geotermica q = L (tg - tw) / R 460 metri di profondit Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

109. Vantaggi Una sola macchina per riscaldare e raffreddare; Sicurezza (no combustibili); Assenza assoluta di emissioni CO2; Nessuna manutenzione; Durata degli impianti; Incentivi statali; Svantaggi Diminuzione dei consumi. Costo iniziale; Possibilit di errato dimensionamento; Scarso numero di progettisti e difficolt a reperirli. Dipartimento di di Scienze Agrarie e Ambientali DipartimentoScienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

110. Ciclo frigorifero ad assorbimento_limpianto Fluido frigorigeno Ambiente caldo compressore Erogazione di calore Ambiente freddo Sottrazione di calore Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

111. Ciclo frigorifero ad assorbimento_limpianto GENERATORE In seguito alla somministrazione calore (qg) dalla fonte di calore, la soluzione (acqua + ammoniaca) si concentra perch la parte pi volatile (ammoniaca) vaporizza e va al condensatore dove viene raffreddata ed eroga calore allesterno. Il solvente (acqua) ritorna allassorbitore. BILANCIO ENERGETICO: qg + qo = qa + qc Fluido frigorigeno (acqua + ammoniaca) Erogazione di calore Sottrazione di calore ASSORBITORE Ingresso dellammoniaca vaporizzata che cede calore allassorbitore (acqua) che cambia di stato, Dipartimento passando di Scienze Agrarie e Ambientali da vapore a liquido diluendosi (acqua + ammoniaca) e2014 Riccagioia, 11 febbraio quindi la soluzione potr essere Area INGEGNERIA pompata al generatore dove si riscalda grazie al calore derivante da fonte esterna.

112. Ciclo frigorifero ad assorbimento_limpianto Lalimentazione del generatore (qg) pu avvenire mediante diverse fonti: gas naturale ( o altri combustibili liquidi ) vapore acqua calda acqua surriscaldata fumi combustione biomasse (vinacce, residui di potatura, lolla di riso, sanse) Fluido refrigerante una miscela binaria di fluidi (2 tipologie): 1) acqua (sostanza volatile) e bromuro di litio (H2O-BrLi): adatte al condizionamento ovvero per temperature (C) > 0 2) ammoniaca (sostanza volatile) ed acqua (NH3- H2O): adatte alla refrigerazione (T fino a -30C/-40C) Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

113. Ciclo frigorifero ad assorbimento_il COP Anche per la macchina ad assorbimento si definisce un coefficiente di prestazione (COP) quale rapporto fra la potenza termica resa e quella assorbita: COP = Qo / Qg Qo = Calore sottratto allutenza (freddo) Qg = Calore fornito (energia termica) COP singolo effetto: 0.60.75 Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA COP doppio effetto: 11.3 Riccagioia, 11 febbraio 2014

114. Ciclo frigorifero ad assorbimento_lapplicazione GENERATORE Recupero da vinacce (qg) FLUIDO REFRIGERANTE Acqua e Bromuro di Litio Fluido frigorigeno AMBIENTE REFRIGERATO Condizionamento dei tini a 15C Ambiente caldo, erogazione di calore CALORE EROGATO NELLAMBIENTE per riscaldamento acqua sanitaria (in caso di trigenerazione) TRIGENERAZIONE Scambiatore utilizzato per il recupero di calore derivante dal ciclo frigorifero Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Ambiente freddo, sottrazione di calore Riccagioia, 11 febbraio 2014

115. Ciclo frigorifero ad assorbimento_svantaggi e vantaggi Svantaggi: Alti costi dimpianto; Ridotta scelta di taglie; Presenza di una torre di raffreddamento per raffreddare la parte di soluzione assorbente che vaporizza (consumi idrici). Vantaggi: Ridotti consumi di energia elettrica (il compressore di un ciclo frigorifero a compressione consuma di pi rispetto alla pompa usata nel ciclo frigorifero ad assorbimento); Silenziosit ed elevata affidabilit dei gruppi ad assorbimento e ridotta manutenzione grazie allassenza di vibrazioni provocate dal compressore del ciclo tradizionale; Impiego di sottoprodotti/residui del processo produttivo come fonte di calore qg per il generatore: 1.Impiego di cascame termico dal processo di lavorazione che altrimenti dovrebbe essere smaltito; 2.Impiego di scarti organici di processo annullandone cos, i costi di smaltimento; Possibile recupero di calore di scarto dal processo del ciclo frigorifero (trigenerazione). Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

116. 280 C Olio diatermico Ev. integrazione Caldaia metano Caldaia a biomasse Min 200 C Acqua refrigerata 7 - 12 C Gruppo frigorifero ad assorbimento Max 240 C Accumulatore di calore Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

117. Onde evitare ingenti importazioni dallestero, necessario sfruttare anche le biomasse di tipo residuale che non impegnano terreni agricoli Pianta Superficie coltivata (ha) Residuo (t/ha) Biomassa totale ottenibile (Mt) 871.597 2,9 2,53 Olivo 1.170.362 1,7 2,00 Melo 64.447 2,4 0,15 Pero 45.826 2,0 0,09 Pesco 67.458 2,9 0,20 Agrumi 179.470 1,8 0,32 Mandorlo 86.406 1,7 0,15 Nocciolo 69.561 2,8 0,19 2.555.127 - 5,63 Vite Totale Disponibilit di biomasse residuali legnose in Italia equivalgono prudenzialmente a 500.000 ha coltivazioni energetiche Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

118. Vitigno GRECHETTO Produttivit (t/ha anno sul tal quale) Umidit (%)* PCI (kJ/kg s.s.)* 6 40 17.400 TREBBIANO 40 Potature di vite:3,6 produttivit e MERLOT 2,4 44 caratteristiche 17.600 17.100 CABERNET 5,4 35 17.300 SANGIOVESE R23 3,3 34 17.000 SANGIOVESE BRUNELLO 4,8 40 17.480 * Dati Laboratorio Centro Ricerca Biomasse Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

119. VALORIZZAZIONE DEI RESIDUI DI POTATURA PER LA RIDUZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI IN CANTINA J. Bacenetti, V. Giovenzana, R. Beghi, R. Guidetti, M. Fiala Convegno di Medio Termine dellAssociazione Italiana di Ingegneria Agraria Belgirate, 22-24 settembre 2011 Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

120. Consumi energetici in cantina REFRIGERAZIONE (EF) Processo di vinificazione elevato consumo di energia elettrica (EE) per la refrigerazione (EF) (90% circa dei consumi elettrici in cantina): Fermentazione Maturazione CALDO (ET) Riscaldamento locali Eventuali processi di sterilizzazione V I N O ENERGIA Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

121. Refrigerazione Gruppo frigorifero tradizionale (GFT) 1. 2. 3. 4. Efficace e affidabile Consumo di energia elettrica Impiego di gas refrigeranti di sintesi IEF = 2,5 4 Gruppo frigorifero ad assorbimento (GFA) 1. Efficace e affidabile 2. Consumo di energia termica (ET) 3. Potenziale valorizzazione di fonti rinnovabili e mancato utilizzo di refrigerante di sintesi, impiego di miscele NH3-H2O o H2O-BrLi 4. IEF = 0,6 - 1 Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

122. Gruppo frigorifero tradizionale Compressore Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

123. Gruppo frigorifero ad assorbimento Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

124. Gestione dei residui di potatura Sarmenti Smaltimento 2-3 ttq/haanno Trinciatura = 50 /ha Recupero Valorizzazione Vendita Combustione Basso valore commerciale Scarsa qualit ET Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

125. Scopo del lavoro Analisi preliminare della filiera per la valorizzazione dei residui di potatura della vite per la riduzione dei consumi energetici in cantina Valutazione: a) Costo di produzione economico e ambientale (emissioni di GHG) del biocombustibile (cippato da sarmenti) b) Costo economico e ambientale per la refrigerazione e il fabbisogno di caldo c) Sostenibilit delle filiera rinnovabile rispetto a quella tradizionale Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

126. Schematizzazione RESIDUI DI POTATURA Raccolta Stoccaggio e essiccazione Cippatura CALDAIA A METANO CIPPATO CANTINA CALDAIA A CIPPATO Fabbisogni EE ET Gruppo Frigorifero Tradizionale Caldo (ET) Refrigerazione (EF) ET Gruppo Frigorifero ad Assorbimento Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

127. Cantina 60 ha vitati Recupero sarmenti completamente meccanizzabile Fabbisogno termico 56400 kWht (Fonti fossili) Caldaia Metano Caldaia a biomassa 3380 Refrigerazione = 165000 kWhf 6050 GF Tradizionale GF Assorbimento CARATTERISTICHE TECNICHE Simbolo Unit Potenza elettrica PEE kWe 50 - Potenza termica PET kWt - 187 Indice Efficienza Frigorifera IEF - 3 0,8 Potenza frigorifera PFRIG kWf 150 Tempo di funzionamento HA h/anno 1100 Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA GFT GFA Riccagioia, 11 febbraio 2014 9430 Spesa annua per la filiera Tradizionale

128. 6050 /anno = SPEE [55000 kWhe] INPCALD [242000 + 66000 kWh] Gruppo Frigorifero tradizionale (GFT) PEE = 50 kWe HA = 1100 h EECONS= 55000 kWhe IEF = 3 Caldaia a cippato HA = 1100 + 300 h ET = 85% PCALD = 220 kWt ET ET CALDO FBCALDO= 56400kWht Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Gruppo Frigorifero ad Assorbimento (GFA) IEF = 0,8 HA = 1100 h PET= 187 kWt EF EF REFRIGERAZIONE PFRIG= 150 kWf FBFRED=165000 kWhf Riccagioia, 11 febbraio 2014

129. Costo Biocombustibile Imballatura Trasporto Stoccaggio Cippatura U% 45% 35 kW 0,85 ha/h 16000 500 kg 20 kW 0,35 ha/h 5000 600 kg Costo Economico Ambientale Unit 50 kW 3,85 ha/h 16500 900 kg Potenza Capacit operativa Costo dacquisto Massa Imballatura Trasporto Cippatura Totale /ttq 19,0 44,5 25,8 89,3 /ha 47,5 111,2 64,6 223,3 kg CO2eq/ttq 12,1 9,8 10,8 32,7 kg CO2eq/ha 30,1 24,6 26,9 81,6 Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA 25% Riccagioia, 11 febbraio 2014

130. Risultati 2,6 t/ha (U=45%) 1,9 t/ha (U=25%) PCN = 3,58 MWh/t) INPCALD [242000 + 66000 kWh] 6,8 MWh/ha EF ET 36,0 ha Energia prodotta dal cippato 9,8 ha COSTO AMBIENTALE COSTO ECONOMICO 2,9 t CO2eq (223 - 50 /ha) 45,8 ha 7940 (81,6 18,8 kg CO2eq/ha) 45,8 ha EMISSIONI EVITATE MANCATE SPESE (EE+ET) 0,713 kgCO2eq/kWhe 55000 kWhe 39,2 t CO2eq 9430 0,313 kgCO2eq/kWht 56400 kWhe 17,7 t CO2eq RISPARMIO EMISSIONI RISPARMIATE 1490 54,0 t CO2eq SISTEMA DI RIFERIMENTO (Direttiva RED, GL1003 CTI) 0,198 kgCO2eq/MJe per EE; 0,87 kgCO2eq/MJt per ET Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

131. Conclusioni Sostituzione GFT con GFA accoppiato a caldaia a biomassa: Tecnicamente fattibile, GFA affidabili e disponibili commercialmente con diverse taglie Modesto risparmio economico soprattutto considerando che gli investimenti necessari per la messa in funzionamento del sistema innovativo sono maggiori. Presenti margini per lottimizzazione del cantiere di recupero della biomassa e quindi per un conseguente abbattimento dei costi. Considerevole riduzione delle emissioni di GHG associate alla vinificazione e al soddisfacimento del fabbisogno termico Attivit di marketing (green label, impronta di carbonio, ecc.), Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014

132. grazie per lattenzione Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali Area INGEGNERIA Riccagioia, 11 febbraio 2014