CASO 1: Impianti con pompa di calore aria

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Programma della giornata: pomeriggio
Le reti di distribuzioni idroniche
•Dimensionamento dei sistemi idronici: portata e prevalenza dei gruppi di
circolazione (esempi)
•Riqualificazione degli impianti esistenti con impianti a pompa di calore
Le reti di distribuzione aerauliche:
•Dimensionamento di massima dei sistemi aeraulici
Esempio di calcolo incentivi per PDC (D.M. 28/12/12)
Caldaia o pompa di calore? Generatori di calore a confronto
Pompe di calore aria-acqua, acqua-acqua e aria-aria: best practice
Le pompe di calore per produzione Acqua Calda Sanitaria
Dimensionamento dei diversi tipi d’impianto
Dimensionamento dei sistemi idronici
Grandezze fondamentali per il progetto delle reti idrauliche
·
Portata;
·
Prevalenza.
Portata: quantità d’acqua che attraversa i vari rami della rete nell’unità di tempo. Si misura in [l/s], come
indicato dal S.I. oppure, per comodità, in litri l’ora [l/h];
Prevalenza: è la pressione dell’acqua nella sezione considerata del circuito. Si misura in chilopascal [kPa],
come indicato dal S.I. oppure, per comodità, in millimetri di colonna d’acqua [mm.c.a.].
IMPORTANTE:
• La prevalenza è data all’acqua dalla pompa che fa circolare l’acqua all’interno del circuito vincendo le perdite di carico
incontrate;
•Esistono vari tipi di pompe, ma nel campo della climatizzazione si usano solo le pompe centrifughe;
• La parte operatrice di questo tipo di pompe è costituita da un rotore palettato che manda l’acqua in pressione sfruttando
la forza centrifuga.
La Potenza termica o frigorifera che deve essere erogata dai vari terminali d’impianto è strettamente legata
alla portata d’acqua che attraversa i terminali stessi. I vari rami della rete saranno attraversati da differenti
portate d’acqua, in funzione della potenza che i terminali d’impianto alimentati dai differenti rami della rete
dovranno erogare.
P = Q x ∆T x cp x ρ
dove
P = Potenza termica o frigorifera in [kcal/h];
Q = Portata d’acqua [l/h];
∆T = Differenza di temperatura tra (Tmandata – Tritorno ), [°C];
cp = Calore specifico acqua = 1 [kcal/(kg°C)] a Tacqua = 15°C e P = 1 atm;
ρ = peso specifico acqua = 1 [kg/l]
Es.
- Potenza = 93 kW ≈ 80.000 [kcal/h]; (per convertire i kW in kcal/h: 1 kW = 860 kcal/h )
- ∆T = 5[°C] (temperatura in mandata: 7 °C; temperatura in ritorno: 12 °C;)
si ha Q = Portata acqua refrigerata = P / ∆T = 80.000 / 5 = 16.000 [litri/ora].
Curva caratteristica del circuito idraulico
Curva caratteristica di una pompa centrifuga
•Per circuito idraulico utilizzatore si intende la serie
delle tubazioni, dei terminali d’impianto e dei dispositivi
idraulici;
• La curva caratteristica del circuito utilizzatore fornisce
la perdita di carico che l’acqua subisce nel percorrere il
circuito al variare della portata;
Punto di lavoro della pompa inserita nel circuito idraulico
Il punto di lavoro o di funzionamento indica l’effettiva portata Q e l’effettiva prevalenza H che la pompa
fornirà al circuito utilizzatore. Il punto di lavoro si ottiene semplicemente sovrapponendo la curva della
pompa e quella del circuito:
Esempio di scelta della pompa
Sia quella mostrata in figura la curva di
resistenza del circuito e sia data la portata
richiesta:
Tra le pompe disponibili in commercio
occorrerà scegliere quelle la cui curva
caratteristica interseca la curva del circuito
proprio nel punto di lavoro voluto:
Esempio di scelta della pompa – Le perdite di carico
Perdite di carico concentrate (o localizzate) - z:
Perdite di carico distribuite (o continue) - r:
Le perdite di carico si misurano in [kPa] oppure in [mm.c.a.]. Vale la seguente formula di conversione:
1 mm.c.a. ≈ 10 Pa
1 m.c.a. ≈ 10 kPa
Sono dovute all’attrito tra l’acqua e le
pareti interne dei tubi; sono dette
distribuite perché sono distribuite lungo
tutto il circuito.
r = (F / D) X (ρ v² / 2) [kPa/m; mm.c.a./m]
Sono quelle che l’acqua incontra laddove vi
sono particolarità come la presenza di
dispositivi idraulici e terminali d’impianto
oppure laddove vi sono variazioni brusche
del diametro del tubo, curve, derivazioni
etc…
z = k ρ v² / 2 [kPa; mm.c.a.]
•F un fattore adimensionale che dà conto della rugosità
della parete del tubo;
•D è il diametro interno del tubo [m];
•ρ è la densità dell’acqua alla temperatura media di
esercizio [kg/m³];
•v è la velocità media dell’acqua [m/s].
•k è detto “coefficiente di perdita localizzata” e dipende
dalla geometria della particolarità che ha creato la
resistenza (accidentalità).
Parametro tabellato.
Esempio di scelta della pompa – Le perdite di carico distribuite
Scelta dei diametri dei tubi e calcolo delle perdite di carico distribuite:
•Calcolo delle perdite di carico distribuite: solo dopo avere definito i diametri dei tubi.
• Scelta dei diametri dei tubi: si pongono limitazioni alla velocità dell’acqua.
• Acqua troppo lenta: formazione di sacche d’aria all’interno dei tubi, conseguenti gorgoglii e irregolare
flusso dell’acqua (inoltre la presenza d’aria all’interno delle tubazioni favorisce la corrosione);
• Acqua troppo veloce: perdite di carico inaccettabili, pompe molto costose ed ingombranti (l’eccessiva
velocità dell’acqua produce rumorosità e può addirittura portare a rottura le tubazioni per erosione).
Le velocità consigliate per i vari tipi di tubazioni sono quelle riportate nella tabella seguente:
•Calcolo delle perdite di carico distribuite: solo dopo avere definito i diametri dei tubi.
• Scelta dei diametri dei tubi: si pongono limitazioni alla velocità dell’acqua.
• Acqua troppo lenta: formazione di sacche d’aria all’interno dei tubi, conseguenti gorgoglii e irregolare
flusso dell’acqua (inoltre la presenza d’aria all’interno delle tubazioni favorisce la corrosione);
• Acqua troppo veloce: perdite di carico inaccettabili, pompe molto costose ed ingombranti (l’eccessiva
velocità dell’acqua produce rumorosità e può addirittura portare a rottura le tubazioni per erosione).
Le velocità consigliate per i vari tipi di tubazioni sono quelle riportate nella tabella seguente:
Poiché le perdite distribuite dipendono dal quadrato della velocità dell’acqua, porre limiti alla velocità
equivale a porre limiti alle perdite di carico continue.
Per gli impianti di climatizzazione si impongono alle perdite continue i seguenti limiti inferiore e superiore:
r = 20÷
÷30 [mm.c.a./m]
Usando tabelle come quella mostrata di seguito, sarà possibile determinare il diametro del tubo a partire
dalla conoscenza della portata d’acqua: la tabella fornisce la perdita di carico distribuita per metro di tubo:
Esempio
portata d’acqua refrigerata: 16.000 [litri/ora];
temperatura in mandata: 7 °C;
temperatura in ritorno: 12 °C;
(temperatura media circa pari a 10 °C)
lunghezza L del circuito: 60 [metri]
Determinare il diametro del tubo (che supponiamo dover essere in acciaio) e, calcolare la perdita di carico
distribuita lungo il circuito.
Facendo uso della tabella si entra con il valore della portata e si ottiene in verticale il diametro da assegnare
al tubo ed in orizzontale la perdita di carico distribuita per ogni metro di tubo:
Dalla tabella si ottiene:
·
Diametro nominale tubo: D = 2 1/2";
·
Perdita di carico distribuita al metro: r = 26 [mm.c.a.]
·
Velocità dell’acqua: 1,20 [m/s]
La perdita di carico continua per l’intero circuito è data da:
R = r x L = 26 [mm.c.a./m] x 60 [m] = 1.560 [mm.c.a.] ≈ 15,6 [kPa]
Esempio di scelta della pompa – Le perdite di carico concentrate
Dipendono dalla particolare accidentalità: curva, derivazione, variazione di diametro, valvola, batteria del
ventilconvettore, scambiatore a piastre….
Vale la formula:
z = k ρ v² / 2 [kPa; mm.c.a.]
Per le perdite concentrate si dispone di tabelle di calcolo come le due tabelle seguenti:
•la prima fornisce il valore del coefficiente di perdita concentrata k relativo al tipo di accidentalità;
•la seconda fornisce il valore della perdita concentrata in [mm.c.a.]
Esempio
Supponiamo che per il caso del circuito precedente (ved. esempio sul calcolo delle perdite
distribuite) si vogliano ora calcolare le perdite concentrate dovute alla presenza di:
•N°2 curve normali a 90°;
•N°1 valvola a 3 vie;
•N°1 valvola a sfera a passaggio ridotto.
Dalla prima tabella calcolo la sommatoria Σ k (ricordiamo che è D = 2 1/2", tubo d’acciaio):
Σ k = 0,4*2+8+0,6 = 9,4 ≈ 10
(approssimare sempre per eccesso)
Dalla seconda tabella, ricordando che la velocità dell’acqua all’interno della tubazione era v = 1,2 [m/s],
si determina la perdita di carico concentrata in [mm.c.a.]: z=713 [mm.c.a.] con acqua a T=80°C.
Essendo la temperatura media dell’acqua pari a T=10°C si ha z=713*1,029 = 734 [mm.c.a.]
Esempio di scelta della pompa – Le perdite di carico distribuite + concentrate
Essendo quindi:
R = r x L = 26 [mm.c.a./m] x 60 [m] = 1.560 [mm.c.a.] ≈ 15,6 [kPa]
z=713*1,029 = 734 [mm.c.a.]
La perdita di carico totale è data allora da:
R + z = 15,6 +7,34 ≈ 23 [kPa]
Per una portata d’acqua pari a, ricordiamo, Q
= 16.000 [l/h].
Esempio di scelta della pompa
Curva caratteristica del circuito utilizzatore:
Il circuito utilizzatore avrà pertanto la curva caratteristica
sopra riportata.
Curva caratteristica pompa–circuito utilizzatore:
La pompa dovrà poter fornire la prevalenza di 23 [kPa] alla
portata di 16.000 [l/h]. La curva caratteristica della pompa
dovrà passare per il punto di lavoro (16000; 23). In queste
condizioni il punto di lavoro sarà quello voluto: sarà
smaltita la portata richiesta pari a 16.000 [l/h] vincendo la
perdita di carico pari a 23 [kPa].
Riqualificazione degli impianti esistenti con impianti a pompa di
calore
Valutazione della necessità di eventuali modifiche all’impianto
esistente
Percentuale di tempo funzionamento radiatori ad alta temperatura
Riduzione dell’emissione termica di un radiatore in funzione della
temperatura di mandata
Nonostante il suo nome, il radiatore
scambia energia prevalentemente
per convezione (circa il 70-80%):
risulta utile considerare quanto
diminuisca l’emissione rispetto al
valore nominale in funzione della
temperatura di mandata (si considera
un ritorno ad una temperatura di
5°C inferiore. Per una temperatura
di mandata di 55°C (contro gli
usuali 80°C in ingresso e 60°C in
uscita) l’emissione è appena inferiore
al 60% del valore nominale.
Layout tipico impianto a radiatori
Dimensionare un impianto di riscaldamento con radiatori e
pompa di calore
Effettuando un intervento di sostituzione del generatore su un edificio esistente, una informazione sul
fabbisogno termico necessario può essere ottenuta anche dal tipo di radiatori presenti, dal numero di
elementi e dalle temperature di progetto.
E' «consigliabile», sostituendo il vecchio generatore con una pompa di calore, lavorare a temperature più
basse al fine di non inficiare il risparmio energetico ottenibile con la pompa di calore; a riferimento possono
essere presi i seguenti valori per la temperatura di mandata:
Tu = 45 ÷ 55 ⁰C.
Ad una ridotta temperatura di mandata corrisponde un buon risparmio energetico.
La resa termica dei radiatori a bassa temperatura risulta essere ridotta per cui per ovviare al mancato
apporto termico si può aumentare il numero di elementi dei radiatori oppure, meglio, si possono effettuare
degli interventi mirati alla riduzione del fabbisogno termico come la sostituzione dei serramenti con
serramenti più performanti, l'isolamento dell’involucro edilizio etc..
Esempio:
Sistemi aeraulici
Sistemi di diffusione del caldo/freddo negli ambienti climatizzati
Una rete di distribuzione dell ’ aria è tipicamente
costituita dagli elementi riportati in figura:
- canali di distribuzione e, ove presente il ricircolo, di
ripresa;
-ventilatore/i di mandata e di ripresa dell’aria (solo in
caso di ricircolo).
I canali di distribuzione dell ’ aria possono essere
classificati in funzione:
− della tipologia di impiego;
− della velocità dell'aria;
− della pressione.
Sistemi aeraulici
In base alla tipologia di impiego si distinguono in:
− canali di mandata (facenti capo all’unità di trattamento e veicolo di trasporto dell'aria fino all'immissione
in ambiente);
− canali di ripresa (facenti capo all’unità di trattamento o a un ventilatore per il ricircolo e/o l'espulsione
dell'aria ripresa dall'ambiente);
− canali di aspirazione (con flusso diretto verso un ventilatore);
− canali di espulsione (nei quali la direzione del flusso va da un ventilatore verso l’aria atmosferica).
La classificazione precedente non influisce sulla tecnologia costruttiva
In alcuni casi è necessario specificare la tipologia in relazione all’impiego, ad esempio in presenza di
problematiche connesse alla coibentazione termica o di esigenze che obbligano al raggiungimento di
caratteristiche di tenuta dell’aria particolarmente elevate.
Inoltre, le condotte di mandata dell’
’aria sono in sovrappressione, tutte le
altre tipologie sono in depressione.
Sistemi aeraulici
Materiali di costruzione dei canali di distribuzione dell’aria:
− in lamiera metallica: i più diffusi sono quelli in acciaio zincato per via dell’elevata robustezza, rigidità e
tenuta, mentre in ambienti ad elevato rischio di corrosione si adotta, in genere, l’acciaio inox o l’alluminio
(quest’ultimo è spesso preferito in virtù della sua leggerezza o per motivi estetici);
− in materie plastiche: trovano scarso impiego, salvo nell’ambito di particolari applicazioni, al fine di limitare
i fenomeni corrosivi, (scarsa resistenza meccanica e al fuoco), maggiori costi; solitamente sono in cloruro di
vinile o in polietilene;
− in pannelli prefabbricati: costituiti da materiali sintetici (poliuretano espanso), spesso a base di silicati di
calcio o di fibre minerali, da materie plastiche trattate o da alluminio preisolato; sono impiegati quando
necessitano particolari forme delle sezioni o in corrispondenza di particolari diramazioni e raccordi; hanno il
vantaggio di essere leggeri e poco rugosi internamente (sono, infatti, di solito rivestiti internamente), ma
hanno costi notevoli;
− in materiale flessibile: sono in genere impiegati per collegare i diffusori ai condotti principali o in
corrispondenza di particolari ostacoli o conformazioni della struttura che va ad accogliere il circuito;
problematiche legate alla scarsa resistenza al fuoco e all’insorgenza di maggiori perdite di carico rispetto ai
canali rigidi; di solito sono realizzati in alluminio o PVC.
Dimensionamento dei sistemi aeraulici
Dimensionamento dei Terminali di immissione dell’
’aria
Dopo aver determinato la portata d’aria di progetto in ciascun ambiente, è necessario stabilire il numero e il
tipo dei terminali di immissione (bocchette o diffusori) per ciascun locale o zona, ponendo attenzione ad
alcuni fattori:
1. velocità di mandata dell’
’aria, soprattutto in relazione al livello sonoro;
2. perdita di carico al terminale, in quanto perdite di carico eccessive riducono la pressione statica
disponibile al ventilatore e possono compromettere la corretta distribuzione dell’aria;
3. posizione dei carichi termici in ambiente: il flusso di aria deve essere diretto in modo da compensare e
neutralizzare fonti localizzate di calore;
4. gittata o raggio di diffusione, scegliendo terminali con gittate pari a 0,75 volte la lunghezza
dell’ambiente, considerando che al termine della gittata la velocità dell’aria è ancora sufficiente per
provocare un’ulteriore diffusione, anche per effetto dei moti convettivi;
5. posizione degli elementi di ripresa dell’aria.
’aria: BOCCHETTE DI MANDATA
Costituiscono il più vecchio sistema di diffusione dell’aria. Nelle prime applicazioni esse erano dotate di
alette per la distribuzione dell’aria di tipo fisso; successivamente le alette divennero mobili e in seguito
ancora le bocchette furono dotate di due serie di alette mobili ortogonali tra loro, per consentire una
migliore distribuzione dell’aria in ambiente.
La sezione effettiva di passaggio dell’aria attraverso una bocchetta è minore di quella geometrica, a causa
della presenza delle alette e della contrazione dei filetti fluidi; è correlata alla sezione geometrica mediante
la seguente relazione:
Aeff = Ageom · K (m2)
Aeff = area della sezione effettiva (m2);
Ageom = area della sezione geometrica (m2);
K = fattore di contrazione, funzione della forma geometrica dell’aletta, che può assumere i valori K = 0,7 ÷
0,9 per la mandata, K = 0.5 ÷ 0.8 per la ripresa.
’aria: BOCCHETTE DI MANDATA
Velocità [m/s] di efflusso raccomandate
per diverse applicazioni
Per ottenere un buon effetto soffitto:
- bordo superiore della bocchetta ≤300
mm dal soffitto;
- per i diffusori, l’inclinazione del getto
≤40° rispetto all’orizzontale;
- la velocità effettiva di lancio ≥2 m/s.
’aria: GRIGLIE DI RIPRESA O TRANSITO
Una tipica configurazione è quella di effettuare la mandata dell’aria mediante bocchette poste in alto e la
ripresa mediante bocchette poste in basso, dal lato opposto, in modo tale che il flusso d’aria interessi tutto
l’ambiente.
Velocità massima dell’aria [m/s] attraverso le griglie di ripresa e di transito
Dimensionamento della RETE DI DISTRIBUZIONE DELL’
’ARIA
Le velocità massime ammesse nei circuiti, soprattutto nei tratti più prossimi all’ambiente da trattare,
devono essere tali da non dar luogo a forte rumorosità o ad altre cause di discomfort per l’utenza.
Velocità massime consigliate nei canali dell’aria a bassa velocità [m/s]
GLI INCENTIVI PER LE POMPE DI CALORE:
IL D.M. 28/12/12
ESEMPIO DI CALCOLO
Requisiti tecnici per accedere all’
’incentivo (Allegato II del D.M. 28/12/12)
ESEMPIO 1
Calcolo dell’
’incentivo (Allegato II – 2.1 e 2.2 del D.M. 28/12/12)
Calcolo dell’
’incentivo (Allegato II – 2.1 e 2.2 del D.M. 28/12/12)
Durata degli incentivi (Tabella 4 Regole applicative)
Esempio 1: PDC aria – acqua Pt = 112 kW
CONDIZIONI CALCOLO COP:
TEMPERATURA
ACQUA INGRESSO /
USCITA ALLO
SCAMBIATORE
INTERNO (⁰C)
COP 3,52
Esempio 1: PDC aria – acqua Pt = 112 kW
Tabelle di calcolo incentivo
COP
4,1
Ci
Quf
0,055
600
850
A
Potenza/Zona climatica
5
10
15
20
24
30
35
Potenza/Zona climatica
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
Pompe di calore elettriche potenzialità fino a 35Kwt contributo
€
€
€
€
€
€
€
B
250
499
749
998
1.198
1.497
1.747
COP
4,1
Ci
Quf
0,018
600
€
€
€
€
€
€
€
€
€
€
A
2.041
4.083
6.124
8.166
10.207
12.249
14.290
16.332
18.373
20.415
€
€
€
€
€
€
€
353
707
1.060
1.414
1.697
2.121
2.474
€
€
€
€
€
€
€
complessivo erogato in 2 anni
1100
1400
1700
C
D
E
457 €
582 €
707
915 €
1.164 €
1.414
1.372 €
1.747 €
2.121
1.830 €
2.329 €
2.828
2.196 €
2.795 €
3.393
2.745 €
3.493 €
4.242
3.202 €
4.075 €
4.949
1800
F
€
€
€
€
€
€
€
749
1.497
2.246
2.994
3.593
4.491
5.240
Pompe di calore elettriche potenzialità oltre 35Kwt contributo
850
€
€
€
€
€
€
€
€
€
€
B
2.892
5.784
8.676
11.568
14.460
17.352
20.245
23.137
26.029
28.921
PALERMO
€
€
€
€
€
€
€
€
€
€
complessivo erogato in 5 anni
1100
1400
1700
C
D
E
3.743 €
4.763 €
5.784
7.485 €
9.527 €
11.568
11.228 €
14.290 €
17.352
14.971 €
19.054 €
23.137
18.713 €
23.817 €
28.921
22.456 €
28.580 €
34.705
26.199 €
33.344 €
40.489
29.941 €
38.107 €
46.273
33.684 €
42.871 €
52.057
37.427 €
47.634 €
57.841
NAPOLI
ROMA
MILANO
1800
F
€
€
€
€
€
€
€
€
€
€
6.124
12.249
18.373
24.498
30.622
36.746
42.871
48.995
55.120
61.244
CALDAIA O POMPA DI CALORE?
TECNOLOGIE A CONFRONTO
Es. 1: Riscaldamento e produzione ACS con caldaia tradizionale a GPL (Sedificio=150 m2 – 2 servizi igienici)
Località: Anguillara Sabazia (ROMA)
Nota: il consumo di combustibile
legato al piano cottura è incluso
nei consumi riportati. Ai fini
energetici,
il
consumo
di
combustibile
è
stato
COMPLETAMENTE imputato al
sistema di riscaldamento degli
ambienti e di produzione ACS.
Riscaldamento e produzione ACS con caldaia tradizionale a GPL (Sedificio=150 m2 – 2 servizi igienici)
Nel 2012 sono stati consumati circa 600 [m3/anno] di GPL
= 31,39 kWh/Sm3
Nota: il potere calorifico dei vettori energetici commerciali è molto variabile e dipende dall'origine del
materiale e dai trattamenti successivamente subiti, perciò i valori in tabella sono puramente indicativi
•
Si ha quindi un fabbisogno di energia primaria pari a: 600 [m3/anno] x 31,39 [kWh/Sm3]
= 18.834 [kWh/anno]
•
Il fabbisogno termico dell’
’edificio sarà pari a circa (ipotizzando ηmedio = 0,83): 15.650 [kWh/anno]
•
Spesa complessiva in bolletta: 2.620,00
[€/anno]
Riscaldamento e produzione ACS con caldaia tradizionale a METANO (Sedificio=150 m2 – 2 servizi igienici)
’edificio è pari a circa (ipotizzando ηmedio = 0,83): 15.650 [kWh/anno]
Passando a gas metano si avrà:
= 9,59 kWh/Sm3
DATI TECNICO-ECONOMICI:
•0,8638 costo gas metano [€/Nm3]- Anno 2012, tasse incluse
(Fonte http://www.casaeclima.com)
•
Si ha quindi un consumo di gas metano: 15.650 [kWh/anno] / 9,59 [kWh/Sm3] / 0,83 =
= 1.966 [m3/anno]
•
Spesa complessiva in bolletta: 1.700,00
[€/anno]
Riscaldamento e produzione ACS con Pompa di calore ELETTRICA
(Sedificio=150 m2 – 2 servizi igienici); Località: Anguillara Sabazia (ROMA)
’edificio è pari a circa: 15.650 [kWh/anno]
Condizioni di riferimento:
Riscaldamento: Acqua entrante/uscente a 40/45⁰C, aria esterna a 7/6⁰C BS/BU
Raffreddamento: Acqua entrante/uscente a 12/7⁰C, aria esterna a 35⁰C BS
Si consideri uno SCOP della macchina pari a: SCOP 3,5
Riscaldamento e produzione ACS con Pompa di calore ELETTRICA
(Sedificio=150 m2 – 2 servizi igienici); Località: Anguillara Sabazia (ROMA)
’edificio è pari a circa: 15.650 [kWh/anno]
Considerando uno SCOP della macchina pari a: SCOP = 3,5
Il fabbisogno di energia elettrica sarà pari a: 15.650 [kWh/anno] / 3,5 = 4.471 [kWhelettrici
/anno]
Consumi elettrici 2012 Cucina e altri:
Consumo complessivo di energia elettrica = 4.471 [kWhelettrici /anno] + 3.105 [kWhelettrici /anno]
= 7.576 [kWhelettrici /anno]
Spesa annua con tariffa D3 per solo riscaldamento (0,37 €/kWh) = 1.654 € / anno
Spesa annua con tariffa BT per solo riscaldamento (0,29 €/kWh) = 1.296 € / anno
RIASSUMENDO:
CALDAIA A GPL
ηmedio = 0,83
P.C.I. = 31,39 kWh/Sm3
Costo specifico = 4,3 €/m3
Fabbisogno energia Primaria: 18.834 [kWh/anno]
Consumo combustibile: 600 [m3/anno]
Spesa complessiva in bolletta: 2.620,00 [€/anno]
Costo specifico del kWh: 0,14 [€/kWh]
CALDAIA A METANO
ηmedio = 0,83
P.C.I. = 9,59 kWh/Sm3
Costo specifico = 0,8638 €/m3
Fabbisogno energia Primaria: 18.834 [kWh/anno]
Consumo combustibile: 1966 [m3/anno]
Costo specifico del kWh: 0,11 [€/kWh]
POMPA DI CALORE
SCOP = 3,5
Costo specifico:
D3 = 0,37 €/kWh
BT = 0,29 €/kWh
Fattore conversione in
Energia Primaria: 2,174
(Raccomandazione CTI 14)
Fabbisogno energia Elettrica: 4.471 [kWh/anno]
Fabbisogno di energia Primaria: 9.720 [kWh/anno]
Tariffa D3:
Tariffa BT:
En. Primaria risparmiata: - 50%!!!!
Osservazioni
LA POMPA DI CALORE, SE CONFRONTATA CON UNA CALDAIA A GPL CONVIENE..
SEMPRE!!!!!
LA POMPA DI CALORE, SE CONFRONTATA CON UNA CALDAIA A METANO, CONVIENE
COMUNQUE.. ANCHE SE C’
’E’
’ UNA FORTISSIMA INFLUENZA DELLA TARIFFA
ELETTRICA A SCAGLIONI!!!!!
LA POMPA DI CALORE CONSENTE DI OTTENERE UN RISPARMIO DI ENERGIA
PRIMARIA DI…
CIRCA IL 50%!!!!
CASO 1: Impianti con pompa di calore aria - acqua
CASO STUDIO CONCORSO VIESSMANN: Progettare la riqualificazione efficiente:
esempi vincenti di integrazione edificio-impianto
Ristrutturazione villa nel Golfo dei Poeti Lerici, La Spezia
Prospetto sud - est
Prospetto nord - est
Obiettivi del Progetto
Conservazione architettonica ed identità strutturale
Climatizzazione annuale Riscaldamento – Raffrescamento
Qualità dell’aria - Comfort
Rispetto dell’ambiente e impiego
di materiali ecompatibili
Efficienza energetica
Risparmio economico di gestione
Sostenibilità e Comfort
Interventi su edificio
Cappotto in pasta di legno (Spessore
100mm)
Cura dei ponti termici
Isolamento acustico in lana di legno
Infissi con struttura in legno, doppi vetri
e rivestimento basso emissivo ad elevata
efficienza
Interventi termotecnici
N° 2 pompe di calore aria/acqua in sequenza
Generatore a gas a condensazione di integrazione
Impianto radiante a pavimento con pannelli in sughero e massetto in anidrite
(certificati Bio)
Ventilazione meccanica controllata con recupero di calore
Impianto radiante riscaldamento/ raffrescamento ecocompatibile con
deumidificazione
Domotica per gestione illuminazione, climatizzazione e carichi elettrici
Sistema di recupero delle acque piovane
Soluzione = SISTEMA
Collettore
solare
termico
Centralina climatica unica
Caldaia a
condensazione
N°2 Pompe di calore
Pannello in sughero
Ventilazione meccanica controllata
con recupero di calore
Impianto radiante a pavimento
Schema di funzionamento idraulico
I vincoli paesaggistici hanno (per ora) impedito l’impiego di solare fotovoltaico
Convenienza della pompa di calore sul generatore di calore a condensazione
Efficienza (COP) nelle condizioni di impiego
Pompa di calore Vitocal 200 S
2,87
3
Valori tecnico-economici post intervento
Costi per l’involucro
(serramenti, pareti opache, copertura, ecc.)
Costi impianti tecnologici
(climatizzazione, ACS, ventilazione meccanica)
Costo annuale energia primaria
70.000 €
48.888 €
630 €
Fabbisogno energia primaria EP
23,9 kWh/m2 anno
Fabbisogno energia primaria utile
38,6 kWh/m2 anno
Riduzione fabbisogno energia termica utile
67%
Riduzione fabbisogno energia termica primaria EP
85%
Energia fornita da fonte rinnovabile
ACS
(solare + Caldaia)
copertura
η medio globale
55%
85%
Climatizzazione (solare + PdC + VMC)
(caldo – freddo – deumidificazione)
copertura
η medio globale
95%
85%
Fonte non rinnovabile
copertura
η medio globale
5%
95%
Caratteristiche termiche
Zona climatica
Gradi Giorno
Volume climatizzato (m3)
Superficie climatizzata (m2)
Rapporto S/V
Coefficiente vol. dispersione
D
1427
1400
330
0,54
0,44
La prestazione energetica stimata è pari a
22-23 kWh/m2 anno
classe A
CASO 2: Impianti con pompa di calore acqua - acqua
Gruppo polivalente ad R744 (CO2) – CONTAINER F92
IMPIANTO AI.CO.WA
AIr Conditioning with HP CO2 WAter-water
Ad aria primaria e fan coil
Pterm = 30 kWt con acqua-glicole al 43%
Pfrig = 27 kWf con acqua-glicole al 43%
Schema funzionale impianto
Directional Centre De Cecco - PESCARA (Arch. Massimiliano Fuksas): Year 2005
Case study: Application of N⁰4 Multifunction heat pumps
N⁰4 Multifunction heat pumps:
Brand: CLIMAVENETA; mod. ERACS-Q_2462; R134a; 2 Screw
PERFORMANCE DURING TOTAL RECOVERY:
Pt = 740,3 kWt – H2O 45-40 ⁰C;
Pf= 576,9 kWf – H2O 7-12⁰ C;
Pel absorbed by compressors = 167,9 kWel;
Summer Test =36⁰ C; Winter Test =0⁰ C;
Directional Centre De Cecco - PESCARA (Arch. Massimiliano Fuksas): Year 2005
first floor
Control panel
Multifunction heat
pumps: MANAGER 3000
tenth floor
CASO 3: Impianti con pompa di calore aria - aria
ROOF TOP in pompa di calore ad R744 (CO2) – EDIFICIO F76
Il roof top è installato a servizio dell’edificio F76,
avente superficie complessiva pari a S=215 m2,
garantendo sia il comfort termoigrometrico invernale
ed estivo che il corretto ricambio d’aria all’interno dei
10 uffici presenti nell’edificio.
Pompa di calore a CO2 (R744): CIRCUITO
FRIGORIFERO
FUNZIONAMENTO ESTIVO (temperatura esterna +35°
°C)
-Capacità frigorifera 38,5 kWf con aria in +27°C / out
+16°C
-Lato condensatore: aria in +35°C / out +50°C
FUNZIONAMENTO INVERNALE (temperatura esterna +5°
°C)
-Capacità termica 36,3 kWt con aria in +16°C / out +34°C
-Lato evaporatore: aria in +2°C / out -2°C
Planimetria impianto distribuzione aria
Sezione con particolare su sistema di mandata e ripresa aria
Particolare su grandezze acquisite da BMS: canale mandata aria
Particolare su grandezze acquisite da BMS: canale ripresa aria
Le pompe di calore per produzione ACS
La Fonte Energetica Rinnovabile (FER) è l’aria, l’acqua, il terreno!!
ESEMPI SISTEMI IN PDC PER PRODUZIONE ACS
Sistemi “classici” per la Produzione di ACS
Produzione ACS con sistemi a PdC
PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA
Per produrre A.C.S. per una doccia servono circa 25 kW
Una doccia necessita di circa 10-12 litri al minuto, 600-700 litri all’ora, per
circa 30°C di salto termico (le caldaie a produzione istantanea sono infatti
da 24 kW). Se ci sono 2 bagni, serve una caldaia con un accumulo da 50100 litri, perché comunque la potenza di una doccia è fornita
istantaneamente.
Una caldaia da 24 kW carica un accumulo da 50 litri da 4 a 6 minuti
(dipende dalla temperatura d’accumulo), uno da 100 litri in un tempo
doppio.
Per questo periodo la caldaia non alimenta il circuito di riscaldamento, ma
l’energia persa è irrisoria e la potenza della caldaia è comunque molto
superiore alla richiesta per cui l’impianto recupera.
Per tutto il periodo in cui la pompa di calore lavora sul sanitario, non può
fornire energia all’impianto.
Torna ad essere un problema energetico. Nel caso di un bagno, l’energia
mancante è 11,9 kWh: nel caso di due bagni addirittura 23,8 kWh.
Questa energia qualcuno la DEVE fornire.
SOLUZIONI
1)Si utilizza una caldaia di supporto
2)Si sfasa la produzione dell’acqua calda sanitaria (se possibile)
3)Si aumenta la potenza della pompa di calore
Produzione ACS con sistemi compatti a PdC: sistemi integrati
Produzione ACS con sistemi compatti a PdC: sistemi SPLIT
RIFERIMENTI:
-
-
-
Incentivazione della produzione di energia termica da impianti a fonti rinnovabili ed interventi di
efficienza energetica di piccole dimensioni: Regole applicative D.M. 28/12/12 Edizione 09/04/2013
GSE
Quaderni Caleffi
Le reti di distribuzione
Pompe di calore
Prof. Renato Lazzarin
Gli impianti a pompa di calore: cosa cambia alla luce del D.Lgs. 28/11
Ing. Michele Vio
Impianti di climatizzazione ad acqua
Prof. Gianfranco Cellai
Impianti ad alta efficienza energetica: soluzioni e metodi di calcolo
Prof. Alfonso Capozzoli
Utilizzo dei radiatori in alluminio per la riqualificazione energetica degli edifici esistenti
Global Radiatori
Alfea: pompa di calore aria-acqua
Atlantic
CASO STUDIO CONCORSO VIESSMANN: Progettare la riqualificazione efficiente: esempi vincenti di
integrazione edificio-impianto
Ing. Mauro Braga
Pompa di calore per acqua sanitaria: l’evoluzione eco-efficiente
Gabriele Di Prenda

CASO 1: Impianti con pompa di calore aria

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