lezione 3 - Trevi Geotermia

LEZIONE 3
Analisi delle metodologie, simulazione della
progettazione di un impianto di piccola taglia.
Esempio di un caso reale – casa monofamiliare.
a cura di Simone Laprovitera
e-mail: [email protected] tel.: 340.46.87.850
PROCEDURA PROGETTUALE
1.
Verifica della fattibilità tecnica
2.
Individuazione dei vincoli autorizzativi
3.
Caratterizzazione dell’utenza
4.
5.
Caratterizzazione geologica e termogeologica del terreno
Definizione delle condizioni di scambio terreno-sonda
6.
Scelta dello schema di centrale e della PdC
7.
Dimensionamento campo sonde
8.
Dimensionamento collegamenti orizzontali
9.
10.
Definizione componentistiche di centrale
Dimensionamento di staffaggi e finiture
Gli output della
progettazione
GEOSCAMBIATORE
CENTRALE TERMICA
• Caratteristiche dimensionali
scambiatore
• Schema funzionale di centrale
• Caratteristiche costruttive sonde
• Scelta pompa di calore
geotermiche
• Dimensionamento parti idrauliche
• Circuito di alimentazione sonde
• Lay out di centrale
• Fluido termovettore
• Procedure di costruzione/collaudo
È di fondamentale importanza definire sin dalle fasi progettuali le logiche di
funzionamento dell’impianto, i parametri di set-point, controlli di processo e allarmi
L’impianto della signora Maria
Impianto di piccola taglia con potenza inferiore a 15 kW.
L’approccio alla progettazione così come descritto di seguito può essere impiegato se sussistono le seguenti condizioni:
1. Solo produzione di acqua calda e ACS
2. Funzionamento annuo standard (1800 ore , max 2400 ore)
3. Temperatura limite delle sonde geotermiche: 0 °C
4. Temperatura del terreno indisturbata: >= 10 °C
5. Le sonde saranno del tipo a doppia U diametro 32 mm cementati con malta
cementizia a conducibilità termica migliorata.
6. Profondità sonde compresa tra 40 e 60m con interasse minimo pari a 5m
Riferimento alla normativa VDI 4640
Schema di calcolo:
1. Definizione della potenza termica nominale della pompa di calore (legge 10)
2. Scelta della pompa di calore e definizione delle COP nelle diverse condizioni
di riferimento
3. Calcolo della potenza da scambiare con il terreno
4. Scelta della resa termica del terreno W/m
5. Dimensionamento dello scambiatore
Dimensionamento delle sonde:C
Qu
COP
Qt
Qu
PdC
Qt
L
Lunghezza complessiva sonde
Tipo Sottosuolo
Calore specifico di
estrazione
Per 1800
h
Per
2400h
Terreno povero (sedimento secco λ<1.5
W/mK)
25W/m
20W/m
Roccia sedimentaria satura d’acqua (1,5<λ<3
W/mK)
60W/m
50W/m
Roccia consolidata bianca (λ>3 W/mK)
84 W/m
70 W/m
25W/m
20W/m
Ghiaia, sabbia satura d’acqua
65-80W/m
55-65W/m
Ghiaia, sabbia con forte flusso d’acqua
80-100W/m
80-100W/m
Argilla, limo umido
35-50W/m
30-40W/m
Calcare (massiccio)
55-70W/m
45-60W/m
Arenaria
65-80W/m
55-65W/m
Rocce intrusive
65-80W/m
55-70W/m
Rocce effusive
40-65W/m
35-55W/m
Gneiss
70-85W/m
60-70W/m
Valori di orientamento
generali
Rocce
Ghiaia, sabbia secca
Fonte (VDI 4640)
Note al metodo
Il dimensionamento deve prevedere una portata di circolazione compresa tra
1 e 3 m³/h per sonda
Se il geoscambiatore è costituito da più sonde è corretto utilizzare un
coefficiente di sovradimensionamento pari al 10%
La capacità (complessiva) di scambio termico tra sonda e terreno si riduce di
circa il 20% se l’impianto funzionerà per più di 2400 ore/anno e se vi sono più
impianti indipendenti vicini
È possibile ridurre del 10% la lunghezza delle sonde qualora il periodo di
funzionamento dell’impianto è inferiore a 1000 ore/anno
I limiti del metodo
Non viene contemplato il funzionamento in regime
estivo.
Si considera la potenza di scambio con il terreno e non
l’energia.
Il metodo è testato per impianti installati nell’Europa
del nord. Non si hanno test di verifica in territori a
clima temperato come il bacino del mediterraneo.
Un metodo alternativo proposto dall’ente svizzero per le energie rinnovabili
Profondità 1/2
sonde
Fabbisogno
Utilizzo dei nomogrammi
Altitudine loc.
α=
Qh
(Qh/β)-Qp
Qh: fabbisogno annuo kW/a
β: fattore di performance stag.
Qp: consumo ausiliari
I limiti di validità del nomogramma
En. In riscaldamento < 20 MWh/anno
Potenza pdc tra 3 e 10 kW
Altitudine max: 1500 m
Conducibilità terreno tra 1,2 e 4 W/mK
Lunghezza sonde: 60 – 160m (1 SGV), 60 – 100m (2 SGV)
Un caso reale: Impianto per abitazione monofamiliare
Taglia impianto: 15 kW
Campo sonde
•3 sonde verticali
•Lunghezza 90 m
•4 x 32 mm, PN16, PE 100
Centrale termica
•1 Pompa di calore terra/acqua
•Potenza assorbita/resa nominale (B0/W35):
3,7/15,9 kW
•COP = 4,3 Refrigerante R410A
•Reversibilità con inversione di ciclo frigorifero
•Sistema di gestione integrato
Un caso reale: Impianto per abitazione monofamiliare
Schema funzionale