LA SFIDA DELLA RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI ing. Michele Vio Libero professionista Past president AiCARR ing. Michele Vio 0 Riepilogo introduttivo ing. Michele Vio 1 Riepilogo introduttivo TIPOLOGIE Pompe di calore a compressione in ciclo critico Pompe di calore a compressione a CO2 in ciclo transcritico Pompe di calore ad assorbimento ing. Michele Vio 2 PdC a compressione ing. Michele Vio 3 PdC ad assorbimento ing. Michele Vio 4 PdC ad assorbimento ing. Michele Vio 5 CONFRONTI Livelli termici Efficienza energetica Percentuale Energia Rinnovabile Impatto ambientale Costi produzione dell’energia ing. Michele Vio 6 LIVELLI TERMICI TIPOLOGIA Ottimale [°C] Massimo [°C] Sorgente COMPRESSIONE 35 - 45 65 Aria – Acqua Terreno CO2 60 80 Aria – Acqua Terreno ASSORBIMENTO AMMONIACA 40 - 50 70 Aria – Acqua Terreno ASSORBIMENTO Bromuro Litio 30 37 Acqua ing. Michele Vio 7 BILANCI ENERGETICI ing. Michele Vio 8 Bilancio energetico BILANCIO ENERGETICO ing. Michele Vio 9 Bilancio energetico EFFICIENZA ENERGETICA EC EF ES COP ES ES ing. Michele Vio 10 Bilancio energetico INDICI ENERGETICI ing. Michele Vio 11 Bilancio energetico EFFICIENZA ENERGETICA: si esprime in termini di energia primaria EC EF ES REP ES ES ing. Michele Vio 12 Bilancio energetico Per le pompe di calore a gas REP = GUE EC EF ES REP GUE ES ES ing. Michele Vio 13 Bilancio energetico PdC a COMPRESSIONE ing. Michele Vio 14 Bilancio energetico RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA EC SE EC REP SE COP EP ES ing. Michele Vio 15 RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA ing. Michele Vio 16 RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA ing. Michele Vio 17 RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA ing. Michele Vio 18 IMPATTO AMBIENTALE ing. Michele Vio 19 IMPATTO AMBIENTALE ing. Michele Vio 20 IMPATTO AMBIENTALE ing. Michele Vio 21 CONVENIENZA ECONOMICA CG=0,45 €/m3 CE=0,15 €/kWh REP pC COP CG CE ing. Michele Vio 22 CONVENIENZA ECONOMICA CG=0,72 €/m3 CE=0,12 €/kWh REP pC COP CG CE ing. Michele Vio 23 CONFRONTO INVERNALE ing. Michele Vio 24 CONFRONTO ESTIVO ing. Michele Vio 25 POMPE DI CALORE A COMPRESSIONE ing. Michele Vio 26 Variazione delle prestazioni All’aumentare della temperatura della sorgente calda diminuiscono POTENZA e EFFICIENZA ing. Michele Vio 27 Variazione delle prestazioni Al diminuire della temperatura della sorgente calda diminuiscono POTENZA e EFFICIENZA ing. Michele Vio 28 Variazione delle prestazioni DI QUANTO? Dipende da molti fattori ing. Michele Vio 29 Variazione delle prestazioni Ciclo monostadio 2 3 1 4 ing. Michele Vio 30 Variazione delle prestazioni EER – EFFICIENZA ENERGETICA ESTIVA EU E h1 h4 EERTH LC h2 h1 EUE LC ing. Michele Vio 31 Variazione delle prestazioni COP – EFFICIENZA ENERGETICA INVERNALE EU I h2 h3 COPTH LC h2 h1 EUI LC Il lavoro del compressore concorre all’effetto utile ing. Michele Vio 32 Variazione delle prestazioni RAPPORTO DI COMPRESSIONE pressione condensazione pC RC pressione evaporazione pE RC ing. Michele Vio 33 Temperatura delle sorgenti e temperatura di scambio termico Le temperature di evaporazione e condensazione sono sempre diverse dalle temperature delle sorgenti fredde, a causa delle efficienza degli scambiatori. Negli scambiatori refrigerante – aria la differenza è tra gli 8°C e i 18°C (diversificata tra estate e inverno). Negli scambiatori refrigerante – acqua la differenza è limitata a 2°C – 6°C ing. Michele Vio 34 Temperatura delle sorgenti e temperatura di scambio termico Evaporazione ad aria – T aria 7°C – Tw = 45°C ing. Michele Vio 35 Temperatura delle sorgenti e temperatura di scambio termico Evaporazione ad acqua – T acqua 7°C – Tw = 45°C ing. Michele Vio 36 Influenza del rendimento del compressore RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE Il peggioramento del rendimento isoentropico del compressore fa aumentare il lavoro del compressore ing. Michele Vio 37 Influenza del rendimento del compressore L’effetto utile estivo rimane inalterato per cui EER peggiora molto EER REALE EU E th C LC th ing. Michele Vio 38 Influenza del rendimento del compressore L’effetto utile invernale aumenta per cui COP peggiora meno COP C EU I th 1 C LC th ing. Michele Vio 39 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche Perché all’aumentare della temperatura di produzione dell’acqua calda diminuisce la potenza e si riduce il COP? ing. Michele Vio 40 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche L’aumento della temperatura di condensazione aumenta RC ing. Michele Vio 41 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche L’aumento della temperatura di condensazione aumenta Lc ing. Michele Vio 42 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche L’aumento di Lc è ancora maggiore se peggiora il rendimento del compressore ing. Michele Vio 43 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche A parità di rendimento del compressore diminuisce EUi ing. Michele Vio 44 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche A parità di rendimento del compressore diminuisce EUi ing. Michele Vio 45 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche Se il rendimento del compressore peggiora EUi potrebbe rimanere inalterato o addirittura aumentare ing. Michele Vio 46 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche Se il rendimento peggiora Eu i potrebbe rimanere inalterato o addirittura aumentare ing. Michele Vio 47 rendimento isoentropico del compressore ing. Michele Vio 48 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI SCROLL Il rendimento diminuisce sempre all’aumentare del rapporto di compressione ing. Michele Vio 49 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI A VITE ing. Michele Vio 50 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI A VITE All’aumentare del rapporto di compressione il rendimento può aumentare o diminuire ing. Michele Vio 51 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI A VITE All’aumentare del rapporto di compressione il rendimento può aumentare o diminuire ing. Michele Vio 52 Rendimento isoentropico del compressore ing. Michele Vio 53 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI A VITE Se il compressore è ottimizzato per bassi rapporti di compressione ing. Michele Vio 54 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI A VITE Ha EER migliore e COP peggiore ing. Michele Vio 55 Rendimento isoentropico del compressore L’effetto utile estivo rimane inalterato per cui EER peggiora molto EER REALE EU E th C LC th ing. Michele Vio 56 Rendimento isoentropico del compressore L’effetto utile invernale aumenta per cui COP peggiora meno COP C EU I th 1 C LC th ing. Michele Vio 57 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche Perché al diminuire della temperatura della sorgente fredda diminuisce la potenza e si riduce il COP? ing. Michele Vio 58 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta RC ing. Michele Vio 59 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta Lc ing. Michele Vio 60 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche La diminuzione della temperatura di evaporazione fa aumentare Eui ing. Michele Vio 61 Ciclo reale EFFETTO UTILE COP LC ing. Michele Vio 62 Prestazioni delle pompe di calore Circuiti ON - OFF 2 circuiti separati con compressori ON-OFF ing. Michele Vio 63 100% CARICO Lavorano entrambi COP EFFETTO UTILE LC ing. Michele Vio 64 50% CARICO Ne lavora 1 solo COP EFFETTO UTILE LC COP rimane invariato ing. Michele Vio 65 Circuiti parzializzati un circuito con più compressori o compressore parzializzabile ing. Michele Vio 66 100% CARICO COP EFFETTO UTILE LC Il COP è uguale al caso precedente ing. Michele Vio 67 50% CARICO Il circuito parzializza EFFETTO UTILE COP LC COP aumenta ing. Michele Vio 68 Influenza del contenuto d’acqua dell’impianto ing. Michele Vio 69 Circuiti frigoriferi più complessi CIRCUITI FRIGORIFERI IN SERIE La curva di potenza potrebbe essere sempre piatta ing. Michele Vio 70 Circuiti frigoriferi più complessi 71 POMPE DI CALORE a CO2 ing. Michele Vio 71 Circuiti frigoriferi più complessi 72 POMPE DI CALORE a CO2 ing. Michele Vio 72 SORGENTI TERMICHE ing. Michele Vio 73 SORGENTI TERMICHE ARIA ACQUE SUPERFICIALI TERRENO ing. Michele Vio 74 SORGENTI TERMICA ARIA VANTAGGI: - c’è sempre - e’ gratuita - non richiedere opere aggiuntive - energia ausiliari (ventilatori) relativamente bassa SVANTAGGI: - temperatura bassa e variabile - formazione di brina sulla batteria ing. Michele Vio 75 formazione di brina sulla batteria la PdC brina e bisogna effettuare cicli di sbrinamento ing. Michele Vio 76 formazione di brina sulla batteria FORMAZIONE DI BRINA Perché si formi brina sulla batteria evaporante si devono verificare due condizioni: - Temperatura superficiale della batteria minore di 0°C - Formazione di un gradiente di umidità assoluta Dx ing. Michele Vio formazione di brina sulla batteria ing. Michele Vio 78 formazione di brina sulla batteria In parzializzazione il Dx si riduce (area gialla) ing. Michele Vio 79 formazione di brina sulla batteria Cicli di sbrinamento Serve 1 ciclo di sbrinamento circa ogni 1,2 g/kg di brina formata sulla batteria Ogni ciclo di sbrinamento fa perdere il 10% di energia e di efficienza energetica ing. Michele Vio 80 formazione di brina sulla batteria Conseguenze della formazione di brina ing. Michele Vio 81 formazione di brina sulla batteria ENERGIA PER LO SBRINAMENTO I sistemi idronici prelevano energia dall’acqua dell’impianto quelli ad espansione diretta dall’aria dell’ambiente (eccezione: nuovi sistemi con accumulo eutettico) ing. Michele Vio 82 formazione di brina sulla batteria Cicli di sbrinamento Serve 1 ciclo di sbrinamento circa ogni 1,2 g/kg di brina formata sulla batteria Ogni ciclo di sbrinamento fa perdere il 10% di energia e di efficienza energetica ing. Michele Vio 83 formazione di brina sulla batteria ing. Michele Vio 84 SORGENTE TERRENO VANTAGGI: - è a temperatura costante, molto favorevole in estate - potenza ausiliari (pompe) relativamente bassa (dal 5% al 15% della potenza elettrica dei compressori), ma difficilmente si riesce a variare la portata d’acqua SVANTAGGI: - costi molto elevati - non sempre disponibile - pratiche difficili - pericolo di deriva termica - energia di pompaggio spesso troppo elevata ing. Michele Vio 85 La deriva termica DERIVA TERMICA SORGENTI GEOTERMICHE Cosa succede dopo 10 anni Tratto da “La pompa di calore per un comfort sostenibile” a cura di RSE ing. Michele Vio 86 La deriva termica Funzionamento solo caldo Fabbisogno 175.000 kWh annui Volume termico deriva di circa 11°C Attorno alle sonde deriva di 15°C ing. Michele Vio 87 La deriva termica Funzionamento solo caldo Fabbisogno 175.000 kWh annui Moto falda 4 m/anno La deriva nel volume termico si riduce a 9,2°C ing. Michele Vio 88 La deriva termica Funzionamento solo caldo Fabbisogno 175.000 kWh annui La deriva nel volume termico si riduce a 7,7°C Moto falda m/anno ing. Michele Vio 89 La deriva termica Funzionamento solo caldo Fabbisogno 175.000 kWh annui Moto falda 40 m/anno La deriva nel volume termico si riduce a 1°C ing. Michele Vio 90 La deriva termica EDIFICIO CON EQUILIBRIO TRA ESTATE E INVERNO La deriva nel volume termico è QUASI NULLA ing. Michele Vio 91 SORGENTE ACQUE SUPERFICIALI VANTAGGI: - è a temperatura costante, favorevole in estate - costi per le opere relativamente bassi - - nessun pericolo di deriva termica SVANTAGGI: - costi molto elevati - non sempre disponibile - pratiche difficili - pericolo di deriva termica - energia di pompaggio molto elevata (a causa del salto termico massimo richiesto 3°C e dei battenti idrostatici da 10m a oltre 70m) ing. Michele Vio 92 TERMINALI D’IMPIANTO ing. Michele Vio 93 Terminali d’impianto TERMINALI D’IMPIANTO RADIATORI FAN-COIL O BATTERIE DI IMPIANTI AD ARIA SISTEMI RADIANTI ing. Michele Vio 94 Terminali d’impianto RADIATORI La potenza totale fornita da un radiatore è definita dalla norma UNI EN 442 P k Dt k tmR t A n k tmR tA n n costante, funzione della geometria del radiatore temperatura media superficiale del radiatore temperatura dell’aria ambiente esponente funzione della geometria del radiatore ing. Michele Vio 95 Terminali d’impianto RADIATORI UNI EN 442 P k Dt n k tmR t A n ing. Michele Vio 96 Terminali d’impianto INFLUENZA ISOLAMENTO EDIFICI Edificio non isolato Edificio isolato 22,5°C ing. Michele Vio 97 Terminali d’impianto INFLUENZA ISOLAMENTO EDIFICI ing. Michele Vio 98 Temperatura di funzionamento dei radiatori FUNZIONAMENTO POSSIBILE FUNZIONAMENTO OTTIMALE ing. Michele Vio 99 Nessun intervento sull’involucro edilizio ing. Michele Vio 100 Interventi sull’involucro: riduzione del 25% dei fabbisogni ing. Michele Vio 101 Interventi sull’involucro: riduzione del 50% dei fabbisogni ing. Michele Vio 102 VANTAGGI DEI SISTEMI IBRIDI Verranno visti nella relazione successiva ing. Michele Vio 103
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