Stagionare al meglio con un consumo di energia prossimo a zero

foto_stagionaturaIl formaggio stagionato di qualità spesso è considerato sinonimo di tradizione e di rispetto dell’ambiente. Tuttavia il suo processo di produzione industrializzato richiede tanta energia. A titolo di esempio, per conservare circa 4.000 tonnellate di formaggio tipo grana in un magazzino di 35.000 m3 si spendono circa 70.000 euro all’anno in bollette energetiche per la sola climatizzazione. Ma oggi è possibile adottare soluzioni efficienti che nel rispetto del prodotto e dell’ambiente limitino il consumo di risorse: ENERGAID (ENERgy-Gain Active-Insulation Device) è una di queste. E per metterla a punto, l’ing. Franco Venturini è partito da un elemento chiave per l’uomo: la grotta.

Dalle grotte a ENERGAID

L’uomo preistorico si è difeso dalle avversità rifugiandosi nelle grotte ed è naturale che abbia poi utilizzato le grotte per conservare e stagionare gli alimenti. Con l’evoluzione e con il conseguente progresso tecnologico si è passati alla climatizzazione artificiale, consolidando erroneamente la convinzione che l’energia di origine fossile fosse a basso prezzo. Attualmente la situazione può essere migliorata aumentando l’isolamento termico, ottimizzando l’efficienza di macchine frigorifere e caldaie ecc. Tuttavia esistono alternative? Si riconsideri la grotta la cui climatologia riguarda complessi scambi di energia e materia fra i fluidi presenti in un sistema termicamente quasi-chiuso e meccanicamente vincolato. Si tratta di un argomento di grande complessità che richiede, anche per una trattazione sommaria, l’analisi di molte caratteristiche fisiche: grandi masse di terre e rocce influenzate da circolazione d’acqua, scambi e trasformazioni dell’aria umida. Semplificando molto: adottando una circolazione d’acqua confinata in sostituzione della circolazione incontrollata presente in grotta, si può eliminare dall’ambiente interno la presenza di acqua e di condensazioni indesiderate; nonché utilizzando dei materiali termicamente isolanti in sostituzione degli strati di terra e roccia si realizza un sistema di isolamento attivo. In tal modo si ottiene un ambiente asciutto, perfettamente controllabile in termini di temperatura e molto simile alla grotta che consente il pieno sfruttamento delle energie rinnovabili del sito.

Una soluzione sperimentata

Attualmente l’ERSAF (Ente Regionale per i Servizi all’Agricoltura e alle Foreste) presso la sua azienda di Carpaneta, in comune di Bigarello (Mantova), ha sperimentato una soluzione innovativa per la stagionatura nell’ambito del massimo abbattimento dei consumi energetici: si tratta della prima cella per l’industria agrifood a consumo energetico prossimo allo zero. A conclusione della sperimentazione sono stati invitati, il 29 maggio, gli operatori dell’agri-food nonché i costruttori di pannelli prefabbricati per pareti e coperture delle celle/magazzini di stagionatura a compiere una “verifica sul campo”. In tale occasione gli ospiti hanno avuto l’opportunità di visitare la cella di stagionatura pilota realizzata con tecnologia ENERGAID e di valutare le comparazioni effettuate con casi-studio di magazzini di stagionatura formaggio per quanto riguarda il rapporto costi energetici/ costi economici.

Il progetto

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Figura 1. Il principio di funzionamento

Essendo una nuova “tecnologia di isolamento termico attivo”, ENERGAID realizza un sistema di controllo della temperatura simile a quello della grotta, sfruttando l’energia rinnovabile direttamente presente sul sito: geotermica, idrotermica e solare (ricordando che ENERGAID è l’acronimo di ENERgy-Gain Active-Insulation Device). Il fattore decisivo per il raggiungimento della prestazione è il livello di efficienza dell’involucro della cella/edificio costruito con pannellature aventi particolari caratteristiche: all’interno di uno strato di poliuretano è stato inserito un circuito dalla particolare geometria, in cui è fatta circolare acqua di pozzo (fi gura 1). La circolazione del fluido, opportunamente modulata, è stata ottimizzata per mantenere l’interno della cella alla temperatura costante di 17 °C con una tolleranza di +/-1°C.

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Figura 2. Il consumo energetico

Ovviamente non vi è nulla che contrasti i principi della termodinamica: la gran parte dell’energia termica impiegata nell’insediamento di Carpaneta è di origine idrotermica e l’unica macchina presente per la climatizzazione della cella pilota, è una pompa di circolazione, escludendo un deumidificatore. Quest’ultimo è stato utilizzato per realizzare il controllo dell’umidità relativa ambiente. Per testare le condizioni di funzionamento più gravose, si è proceduto al posizionamento della cella in pieno ambiente esterno e in assenza di antilocale di accesso. La massima temperatura dell’aria esterna registrata nell’anno di funzionamento è stata di 38,4 °C. Durante i mesi invernali, poi, non si sono presentate, in tutte le condizioni di funzionamento, problematiche di condensazione, fatta eccezione per la porta di accesso non interessata dall’isolamento attivo. L’impianto pilota ha operato per più di un anno (figura 2) e la registrazione dei parametri di funzionamento a ogni minuto ha dato origine a una estesa base di dati, utilizzata per la virtualizzazione di due casi studio, descritti in seguito.

Risultati caseari

figura3

Figura 3. Il calo di peso durante la stagionatura

Per simulare l’effetto della soluzione ENERGAID sul formaggio stagionato, ERSAF ha proceduto a produrre 9 coppie di forme “gemelle” di grana sottoposte alle medesime lavorazioni ma conservate 9 nella cella pilota e 9 nel magazzino tradizionale. Per tutto il ciclo di stagionatura dei formaggi grana sono state mantenute le seguenti condizioni ambientali: temperatura compresa tra 16 e 18 °C; umidità relativa compresa tra 83-85%. In sintesi, sul formaggio ERSAF ha verificato:

-un minore calo peso con ENERGAID rispetto al controllo (figura 3);

–  minori deformazioni verticali delle forme, per maggiore stabilità termica di umidità relativa, con ENERGAID rispetto al controllo (figura 4);

– minore spessore della crosta con ENERGAID rispetto al controllo e quindi una crosta più traspirante;

– stagionatura in un ambiente più igienico; f maggiori uniformità dei lotti in stagionatura e quindi elevata standardizzazione della qualità complessiva del formaggio;

– caratteristiche sensoriali simili di ENERGAID rispetto al controllo.

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Figura 4. La deformazione verticale delle forme

Dall’impianto pilota ai casi studio

Dai dati raccolti con l’impianto pilota sono stati approntati due casi di studio di magazzini di stagionatura per formaggio tipo grana. La sperimentazione è confrontata con una soluzione con involucro coibentante tradizionale per evidenziare i vantaggi energetici ed economici conseguiti, approfondendo gli aspetti generali di investimento e ritorno economico. Il “caso-studio 1” è costituito da un magazzino con volumetria di 35.000 m3 sito a 50 m s.l.m. nel nord-est dell’Emilia-Romagna, zona E; sono stati valutati e confrontati i dati relativi ai consumi reali e ai consumi come se fosse costruito con tecnologia ENERGAID. Il “caso-studio 2” è costituito da un magazzino con una volumetria di 79.500 m3 sito a 60 m s.l.m. nel nord-est dell’Emilia-Romagna, zona E; sono stati valutati e confrontati i dati relativi ai consumi reali e ai consumi come se fosse costruito con tecnologia ENERGAID.

Comparazione con i due casi-studio

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Figura 5. La comparazione energetica dei casi-studio

Sono state messe a confronto la tipologia ENERGAID con quella tradizionale di magazzini caratterizzati da involucri degli edifici con isolamento termico passivo e attrezzati con condizionatori canalizzati a espansione diretta e caldaie a metano a condensazione. Nel caso della tipologia ENERGAID, oltre al differente involucro l’impianto di climatizzazione è sostituito con la presenza di deumidificatori. Il confronto economico tra i due sistemi è condotto solo sulle parti “differenziali” in quanto l’analisi non è estesa alle componenti presenti in entrambe le tipologie essendo ininfluenti sui risultati. L’arco temporale dell’analisi LCC (life cycle costing) copre un lasso di tempo di 30 anni. La comparazione energetica (figura 5) ed economica dei casi-studio è basata sul funzionamento virtuale di magazzini con tecnologia ENERGAID aventi le stesse caratteristiche dimensionali dei due casi-studio. Nel caso-studio 1 il vantaggio economico è superiore a 4 milioni di euro per 30 anni di funzionamento mentre nel caso-studio 2 esso è superiore a 11 milioni di euro per 30 anni di esercizio. In entrambi i casi l’analisi è sempre conservativa in quanto non considera l’aumento certo delle fonti fossili. L’analisi è stata condotta secondo il metodo VAN (valore attuale netto), ossia considerando la somma dei valori attuali di tutti i flussi di cassa in entrata e in uscita associati a un progetto di investimento. Il VAN è quindi dato dalla differenza tra i previsti flussi di cassa in entrata attualizzati generati dall’investimento (ricavi o risparmi di costo) e il valore della spesa iniziale connessa all’investimento. Nel metodo VAN, quindi, si stimano i valori dal cash-flow (inclusa la spesa iniziale per l’investimento) e il tasso di attualizzazione.

I punti di forza

La soluzione ENERGAID presenta estrema semplicità, consumo energetico prossimo allo zero, elevata stabilità della temperatura ambiente, assenza di fenomeni sia di condensazione superficiale sia di stratificazione della temperatura ambiente legata all’altezza. Si tratta di un sistema prevalentemente statico: infatti, l’unica macchina indispensabile è la pompa di circolazione. Il sistema, inoltre, presenta elevata affidabilità, durabilità e facilità di sanificazione. Richiede un limitato impiego di materiali necessari alla costruzione dell’involucro dell’edificio, che risulta estremamente sottile e leggero (peso in esercizio dei pannelli inferiore a 11 kg/m2). Consente di costruire tanto con le tecniche più convenzionali come il cemento armato, quanto con le interessanti strutture autoportanti antisismiche. Vi è un impiego pressoché esclusivo di energia rinnovabile. Inoltre, poiché i costi impiantistici sono contenuti e quelli di esercizio molto limitati, i tempi di ritorno economico sono competitivi.

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