Presentazione OCHSNER 08.05.2014

Criteri di scelta,
accessori e regolazione,
esempi di applicazione
Relatore: Ing. Raffaele Vavalà
8 Maggio 2014
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Autore: Ing. Raffaele Vavalà – Diritti di proprietà intellettuale riservati. E’ vietata la riproduzione
senza autorizzazione scritta.
POMPE DI CALORE
Volume specifico
Linea del liquido
saturo
Pressioni
Linea del vapore
saturo
Zona del liquido
Zona liquido
e vapore
Temperature
Titolo
liquido/vapore
8 Maggio 2014
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Entalpia specifica
Zona del vapore
surriscaldato
Entropia
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Principi generali – il diagramma P-h
Diagramma P - h
sottoraffreddamento 4 – 5 K
sottoraffreddamento:
garanzia di condensazione
completa del refrigerante
pressione
P
liquido
2
3
1 - 2: compressione
2 - 3: condensazione
Liquido + vapore
3 - 4: espansione
4 - 1: evaporazione
X=0
1
4
Vapore surriscaldato
Entalpia specifica h
8 Maggio 2014
X=1
Surriscaldamento 7- 8 K
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surriscaldamento:
garantisce che non entri
liquido nel compressore
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Principi generali – Il ciclo frigorifero sul diagramma P - h
pressione P
Sottoraffreddamento
Desurriscaldamento
Gas + Liquido = T costante
Liquido „caldo“
Gas „allo scarico“
CONDENSATORE
Liquido,
diminuzione
di P e T
Liquido + vapore
Gas,
aumento
di P e T
Valvola di
ESPANSIONE
COMPRESSORE
X=0
EVAPORATORE
Liquido „freddo“
Gas „in aspirazione“
Liquido + Gas = T costante
Vapore surriscaldato
Surriscaldamento
X=1
Entalpia specifica h
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Principi generali – Il ciclo frigorifero sul diagramma P - h
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Diagramma P - h
sottoraffreddamento 4 – 5 K
sottoraffreddamento:
garanzia di condensazione
completa del refrigerante
pressione
P
liquido
2
3
1 - 2: compressione
2 - 3: condensazione
Liquido + vapore
3 - 4: espansione
4 - 1: evaporazione
X=0
1
4
Vapore surriscaldato
Entalpia specifica h
8 Maggio 2014
X=1
Surriscaldamento 7- 8 K
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surriscaldamento:
garantisce che non entri
liquido nel compressore
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Principi generali – I componenti delle macchine
Diagramma P - h
COP =
pressione
P
liquido
2
3
1 - 2: compressione
2 - 3: condensazione
Liquido + vapore
3 - 4: espansione
4 - 1: evaporazione
X=0
4
Entalpia specifica h
8 Maggio 2014
1
X=1
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Principi generali – Il rendimento COP
Fattori da considerare nella scelta della tecnologia del compressore
-Rapporto di compressione (dipende anche dal fluido refrigerante)
-Variazione del rendimento globale in funzione dei parametri di esercizio
-Lubrificazione
-Temperature massime di esercizio (T max gas di scarico)
-Ore di vita
-Influenza delle condizioni di esercizio sulle ore di vita
-Influenza del numero di cicli di avviamento sulle ore di vita
8 Maggio 2014
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Principi generali – Il rendimento COP
Caratteristiche del compressore On-Off
- Velocità di rotazione fissa -> La potenza resa dipende dalle condizioni di
esercizio
- Rendimento ottimizzato per uno specifico regime di funzionamento
- Regolazione del ciclo frigorifero basata sul controllo del surriscaldamento ->
temperatura di mandata dipendente dalla temperatura di ritorno
- Componenti del circuito frigorifero ottimizzati per uno specifico regime di
funzionamento (diametri tubi e velocità del gas, lubrificazione)
- Evaporatore e condensatore ottimizzati in un intervallo ristretto di
prestazioni
- Alimentazione elettrica diretta senza necessità di conversione
- Necessità di utilizzare un accumulo inerziale per minimizzare i cicli di
avviamento (riduce i consumi di sbrinamento per le PdC Aria/Acqua)
- Minor numero di ore di esercizio -> vita tecnica lunga
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Principi generali – Il rendimento COP
Caratteristiche del compressore a Inverter
- Velocità di rotazione variabile -> Potenza resa modulabile
- Rendimento variabile in un intervallo di regimi di funzionamento (migliore in
una parte dell’intervallo di funzionamento)
- Regolazione del ciclo frigorifero basata sulla temperatura di mandata
richiesta e sul controllo del surriscaldamento
- Componenti del circuito frigorifero scelti per il regime di funzionamento più
critico (diametri tubi e velocità del gas, lubrificazione)
- Evaporatore e condensatore ottimizzati per il regime di potenza più utilizzato
- Alimentazione elettrica necessita di convertitore di frequenza (inverter) ->
fino al 5% di perdite di energia aggiuntive
- Possibilità di non utilizzare un accumulo inerziale (a certe condizioni)
- Maggior numero di ore di esercizio -> vita tecnica minore della tecnologia
On-Off
8 Maggio 2014
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Principi generali – Il rendimento COP
Caratteristiche degli evaporatori delle pompe di calore Aria/Acqua
Compito dell’evaporatore è trasferire calore dall’aria al fluido refrigerante.
Gli evaporatori sono normalmente scambiatori alettati, in cui il refrigerante
circola dentro tubi in rame su cui sono montate alette in alluminio
(solitamente fissate per mandrinatura).
Il fluido refrigerante attraversa la prima parte di evaporatore in forma liquida,
successivamente passa ad un flusso in cambio di fase (ebollizione), e
nell’ultima parte di evaporatore si trova in forma gassosa. I coefficienti di
scambio termico con il tubo sono molto variabili, influenzati anche dal
comportamento del lubrificante mescolato al fluido refrigerante.
Dal lato aria, la capacità di scambio termico dipende dalla forma delle alette
(distanza, superficie) e dalla velocità dell’aria.
8 Maggio 2014
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Principi generali – Il rendimento COP
Caratteristiche degli evaporatori delle pompe di calore Aria/Acqua
In certe condizioni di esercizio (U.R., T aria) la capacità di scambio termico dal
lato aria viene influenzata dalla formazione di condensa e brina sulle alette .
La capacità di sciogliere brina e ghiaccio, e di eliminare l’acqua di condensa e
di scioglimento in modo efficace, può influenzare molto il rendimento
stagionale delle pompe di calore Aria/Acqua.
La gamma di pompe di calore Aria/Acqua OCHSNER con compressori On-Off
utilizza un evaporatore con scambiatore orizzontale e flusso d’aria verticale,
superfici di scambio grandi (basso carico termico), distanza fra le alette
maggiorata, ventilatore reversibile per eliminare l’acqua di condensa e di
sbrinamento.
8 Maggio 2014
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Principi generali – Il rendimento COP
Evaporatore verticale con flusso d’aria orizzontale
Il trattamento idrofilo fa
aderire le gocce d’acqua alle
alette, ma scorrendo verso il
basso le gocce possono unirsi
e creare problemi di drenaggio
-> rischio di formazione di
accumuli di ghiaccio
Distanza standard 2-2,5 mm
8 Maggio 2014
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Principi generali – Il rendimento COP
Evaporatore verticale con flusso d’aria orizzontale
8 Maggio 2014
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Principi generali – Il rendimento COP
Evaporatore orizzontale con flusso d’aria verticale
Il trattamento idrofilo fa
aderire le gocce d’acqua alle
alette, ma scorrendo verso il
basso le gocce possono unirsi
e
creare
problemi
di
drenaggio. Aumentare
la
distanza fra le alette e
“soffiare” via l’acqua elimina il
fenomeno e il rischio di
formazione di accumuli di
ghiaccio
Distanza 3,5 mm
8 Maggio 2014
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Principi generali – Il rendimento COP
Evaporatore orizzontale con flusso d’aria verticale
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Principi generali – Il rendimento COP
Costo energetico dello sbrinamento con accumulo inerziale
In riscaldamento viene caricata energia
termica nell’accumulo inerziale, con COP di
circa 3,5. Una certa quantità di questa energia
è quella dovuta alla formazione di brina.
Nello sbrinamento ottimale viene ripresa la
stessa
quantità
di
energia
termica
dall’accumulo inerziale, con COP > 12.
Uno sbrinamento non iniziato al momento giusto comporta un maggior costo
energetico. Ochsner utilizza più parametri per gestire lo sbrinamento.
8 Maggio 2014
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Principi generali – Il rendimento COP
DIMENSIONAMENTO E
MODI DI ESERCIZIO
Esercizio monovalente, bivalente,
misto
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Modi di esercizio
MONOVALENTE
La pompa di calore è l’unico generatore di calore, e soddisfa il 100% del
carico termico per tutta la stagione. Questo modo di esercizio è
utilizzato con pompe di calore geotermiche o ad acqua di falda.
Potenza
Potenza PdC = potenza di progetto
PdC
100%
-10°C
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20°C
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T esterna
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Modi di esercizio
BIVALENTE PARALLELO
La pompa di calore funziona come unico generatore fino al punto di
bivalenza. Oltre il punto di bivalenza la pompa di calore riscalda
insieme ad una caldaia o ad una resistenza elettrica. Utilizzato
principalmente per macchine aria/acqua.
Potenza
Potenza PdC < potenza di progetto
Ausil.
100%
BV
PdC
Potenza Ausil. < potenza di progetto
-10°C
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20°C
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T esterna
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Modi di esercizio
BIVALENTE PARALLELO/ALTERNATIVO
La pompa di calore funziona come unico generatore fino al punto di
bivalenza. Oltre il punto di bivalenza la pompa di calore riscalda insieme ad
un generatore di calore ausiliario. Oltre il punto di spegnimento della pompa
di calore, il generatore ausiliario funziona da solo. Il generatore ausiliario
deve avere una potenza pari al 100% del fabbisogno di progetto.
Potenza
Potenza PdC < potenza di progetto
BV
Potenza Ausil. = potenza di progetto
PdC
Ausil.
100%
-10°C
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20°C
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T esterna
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Modi di esercizio
PRODUZIONE ACQUA CALDA
Si consiglia un accumulo di volume minimo 300 litri per 4-5 persone.
Volumi maggiori in presenza di vasche idromassaggio ed usi intensivi.
Sconsigliati impianti di ricircolo, se indispensabili ridurne l’utilizzo al
minimo indispensabile (timer).
Verificare i tempi di ripristino della temperatura dell’accumulo in
funzione del tipo di applicazione e dei tempi di reazione dell’insieme
impianto-edificio.
Consigliato sistema misto, cosiddetto «semirapido» per i casi in cui la
portata di punta è elevata (ad es. per i condomini; vantaggi: potenza
installata minore, volume accumulo acqua calda sanitaria minore).
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Modi di esercizio
Per ogni fonte di calore le variabili da considerare sono fondamentalmente
tutte quelle necessarie a garantire la disponibilità di energia termica in
quantità e qualità (temperatura) adeguate a rispondere alle caratteristiche
del progetto:
- Temperatura e variabilità stagionale
- Portate termiche minime sufficienti:
- Portata minimadi acqua
- Portata d’aria
- Conducibilità del terreno
- Temperature minime e massime
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Requisiti delle fonti di calore
Quantità, qualità, disponibilità inadeguate di energia termica dalla fonte di
calore comportano:
- Malfunzionamenti e potenziali danni alle pompe di calore (necessità di
dispositivi di sicurezza)
- Rendimenti e prestazioni non corrispondenti al progetto (requisiti
prestazionali non soddisfatti, consumi eccessivi, riflessi negativi sulle
valutazioni economiche delle attività e di altri impianti)
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Requisiti delle fonti di calore
POMPE DI CALORE ARIA/ACQUA
Sono da considerare:
- Posizionamento dell’unità esterna, tenendo conto di:
- Spazi adeguati per la circolazione dell’aria
- Accesso e spazio adeguati per l’installazione e la manutenzione
- Supporti strutturali adeguati al peso
- Criticità legate alle emissioni sonore e alle vibrazioni
- Necessità di smaltimento di acqua di condensa e sbrinamento
- Distanze e dislivelli rispetto all’unità interna
- Passaggi per le linee elettriche e le linee frigorifere
- Disponibilità di una fonte di calore per l’integrazione alle basse
temperature
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Requisiti delle fonti di calore
POMPE DI CALORE ACQUA/ACQUA
Sono da considerare:
- Disponibilità dell’acqua in quantità adeguata (portata minima garantita,
richiesti circa 175 litri/ora di portata per ogni kW di potenza nominale
della pompa di calore)
- Qualità dell’acqua adeguata (neutra, corrosiva, incrostante, richiesta
analisi di vari parametri)
- Temperatura della fonte (minima 8°C)
- Profondità della falda (se > di 30 m convenienza dell’uso da verificare)
- Possibilità di realizzare il pozzo (spazi per la trivellazione, distanza dalla CT)
- Permessi e burocrazia (tempi da 1 a 2 anni, competenza delle Province e
leggi regionali)
- Scarico in falda o in superficie
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Requisiti delle fonti di calore
POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici orizzontali
Sono da considerare:
- Tipo di terreno (composizione, umidità, conducibilità termica, presenza di
acqua fissa o variabile nel corso dell’anno)
- Superficie disponibile (da calcolare in funzione della densità superficiale di
potenza, della potenza lineare per m di sonda, del fabbisogno energetico
totale). Da considerare circa 30 m2 per ogni kW di potenza nominale della
pompa di calore.
- Vincolo di utilizzo della superficie (non asfaltabile, non utilizzabile per
piante con radici profonde, non utilizzabile per strutture che facciano
ombra e impediscano l’assorbimento delle precipitazioni)
- Spazio disponibile per gli scavi e il movimento del terreno (stoccaggio
temporaneo)
- Accessi per i mezzi di movimento terra
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Requisiti delle fonti di calore
Suolo
Estrazione specifica
massima
a 1800 h/a
Estrazione specifica
massima
a 2400 h/a
Secco,
non
compatto, sabbioso
10 W/m2 e 5 W/m di
tubazione
8 W/m2 e
4 W/m di tubazione
Compatto, umido
20–30 W/m2 e 15 W/m
di tubazione
16-24 W/m2 e
12 W/m di tubazione
Sabbioso/ghiaioso
saturo di acqua
40 W/m2 e 20 W/m di
tubazione
32 W/m2 e
16 W/m di tubazione
Nastro di
segnalazione
min.
60 cm
Sabbia o terreno
vagliato
50
cm
15
cm
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20 – 30 m
POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici orizzontali
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Requisiti delle fonti di calore
POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici verticali
Sono da considerare:
- Studio geologico per il dimensionamento delle sonde (per condizioni
medie considerare circa 15 m di sonda finita per ogni kW di potenza
nominale della pompa di calore)
- Superficie disponibile per l’esecuzione dei lavori
- Disposizione delle sonde a distanze adeguate tra loro e da eventuali
vincoli (confini dei terreni, fondamenta di edifici, fognature, linee di
collegamento e pozzetti di raccolta, etc.)
- Opportunità di eseguire il Response Test
- Accessibilità e spazi per i mezzi di trivellazione e manovra
- Permessi e burocrazia (variabili a livello regionale e provinciale)
- Tempistica di esecuzione anche in relazione ad altri lavori in cantiere
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Requisiti delle fonti di calore
POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici verticali
Estrazione specifica per m lineare
a 1800 h/a
a 2400 h/a
Terreno
Standard comuni:
Terreno non buono (sedimenti asciutti) (λ<1,5 W/mK)
Solido roccioso medio con sedimenti saturi d'acqua (λ=1,5 3,0 W/mK)
Roccia solida con alta conducibilità (λ > 3,0 W/mK)
Strati singoli:
Ghiaia, sabbia asciutti
Ghiaia, sabbia, saturi d'acqua, acquiferi
In ghiaia e sabbia con alto flusso di acqua in movimento, per
singola sonda
Argilla, melma, umido
Calcare massiccio
Arenaria
Migmatiti acide (ad es. granito)
Migmatiti alcaline (ad es. basalto)
Gneiss
25 W/m
20 W/m
60 W/m
84 W/m
50 W/m
70 W/m
<25 W/m
65-80 W/m
<20 W/m
55-65 W/m
80-100 W/m
35-50 W/m
55-70 W/m
65-80W/m
65-85 W/m
40-65 W/m
80-100 W/m
30-40 W/m
45-60 W/m
55-65 W/m
55-70 W/m
35-55 W/m
OCHS
NER
Questi valori possono variare significativamente a causa di fenditure, fessurazioni e alterazioni.
max.
100m
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min.
56m
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Sezione
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Requisiti delle fonti di calore
L’accumulo inerziale ha diverse funzioni:
• Funziona come un separatore idraulico tra la pompa di
calore e le utenze impianto
• Garantisce i tempi minimi di funzionamento e
spegnimento prescritti per il funzionamento ottimale del
compressore
• Permette di integrare facilmente più fonti di energia
termica nell’impianto
• Volume consigliato: 30 l per ogni kW di potenza nominale
8 Maggio 2014
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Accumuli inerziali
Configurazione standard
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Pompa di calore
Resist. Ausiliaria
5
Circuito ACS
Resist. Ausiliaria ACS
3
Circuito diretto
Circuito miscelato
4
2
1
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6
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Regolazione OTE 3
Il Sistema è composto da un controller ed una unità di
interfaccia
+
©
OTE
plus
=
8 generatori di calore in cascata
(pompe di calore o altri generatori)
16
8
circuiti di carico RISCALDAMENTO e RAFFRESCAMENTO
circuiti di carico ACQUA CALDA SANITARIA
Comunicazione via eBUS
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Regolazione OTE 3
Impostazioni temperatura ambiente:
Parametri curva climatica riscaldamento:
Parametri curva climatica raffrescamento:
03-00:
Temperatura ambiente antigelo
03-01:
Temperatura di mandata a 20°C TE
03-36:
Limite funzione raffrescamento
03-51:
Temperatura ambiente giorno – modo risc.
03-12:
Temp. esterna di progetto RISCALD.
03-43:
Temp. mandata a 20°C TE
03-53:
Temperatura ambiente notte – modo risc.
03-13:
Temp. mandata di progetto RISCALD.
03-47:
Temp. esterna di progetto RAFFR.
03-54:
Temperatura ambiente giorno – modo raffr.
03-21:
Limite funzione riscaldamento
03-48:
Temp. mandata di progetto RAFFR.
03-56:
Temperatura ambiente notte – modo raffr.
07-02:
Temperatura minima di mandata
03-44:
Punto iniziale compensazione estiva
07-08:
Temperatura massima di mandata
03-45:
Pendenza compensazione estiva
03-58
Variazione Comfort
03-44*
Temp. ambiente impostata
TM/TAI[°C]
07-08
03-56
03-13
03-43
03-54
03-45*
03-58
03-51
03-12
Limitazione punto di rugiada
07-02*
03-53
03-01
03-00
RISCALDAMENTO
03-36*
03-21*
03-48
RAFFRESC.
ØTE/TE [°C]
20°C
TM: Temperatura Mandata
TA: Temperatura Ambiente
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Regolazione OTE 3
Curva Riscaldamento – Curva Raffrescamento
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03-47
TE: temperatura esterna
* ØTE: temperatura esterna media
Per la scelta della pompa di calore occorre stabilire:
• Modo di esercizio (mono o bivalente)
• Potenza di progetto (invernale ed eventualmente estiva)
• Temperatura di mandata di progetto
• Temperatura della fonte di calore in condizioni di progetto
o Temperatura esterna di progetto per Aria/Acqua
o 10°C per pompe di calore Acqua/Acqua (o la minima
temperatura della falda se nota)
o 0°C per pompe di calore geotermiche
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina
Esempio 1: abitazione nuova di 130 m2 in località Tolmezzo
(UD) con potenza di progetto 3.6 kW, pavimento radiante
con temperatura di mandata di 35°C alla temperatura
esterna di -5°C. Solo riscaldamento. Acqua calda per 4
persone (200 litri/gg a 40°C). Fabb. energia risc. 5.850
kWh/anno (Epi,invd 45 kWh/m2/aa)
Pompa di calore Aria/Acqua o Geotermica con accumulo combinato
• Modo di esercizio: monovalente (bivalente in casi particolari)
• Potenza di progetto invernale: 3.6 kW
• Temperatura di mandata di progetto: 35°C
• Temperatura aria esterna in condizioni di progetto: -5°C
• Fabbisogno giornaliero per ACS = 8 kWh (incluse dispersioni, 2.920 kWh/aa)
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Scelta della macchina – Esempio 1
Schema impianto di principio
Riscaldamento
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1
Schema impianto di principio
Produzione ACS
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Scelta della macchina – Esempio 1
Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio,
modello GMLW 5 plus
Punto di esercizio
in prod. ACS
Punto di esercizio
in riscaldamento
35°C
8 Maggio 2014
-5°C
Pagina 38 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 1a
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto
soddisfatto
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1a
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di
progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione
limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3
ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 3,4 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 3,4 kW = 2,35 h
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1a
Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio,
modello ELW 8
Punto di esercizio
in prod. ACS
35°C
Punto di esercizio
in riscaldamento
-5°C
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1b
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto
soddisfatto
8 Maggio 2014
Pagina 42 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 1b
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di
progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione
limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3
ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 5,1 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 5,1 kW = 1,6 h
8 Maggio 2014
Pagina 43 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 1b
Schema impianto di principio
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1c
Schema impianto di principio lato geotermico
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1c
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto
soddisfatto
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1c
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di
progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione
limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3
ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 4,7 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 4,7 kW = 1,7 h
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1c
Calcolo di massima campo geotermico:
- potenza frigorifera in condizioni S0/W35 = 4,0 kW
- assumendo una resa sonde verticali di 50 W/m si ottiene
una lunghezza totale di 80 m
- è sufficiente una sola sonda verticale da 80 m
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1c
Schema impianto di principio
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1d
Schema impianto di principio, lato pozzo
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 1d
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto
soddisfatto
8 Maggio 2014
Pagina 51 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 1d
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di
progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione
limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3
ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 6,5 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 6,5 kW = 1,2 h
8 Maggio 2014
Pagina 52 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 1d
Esempio 2: abitazione nuova di 180 m2 in località Cervignano
(UD) con potenza di progetto 3.8 kW, pavimento radiante
con temperatura di mandata di 35°C alla temperatura
esterna di -5°C. Riscaldamento e raffrescamento. Acqua
calda per 4 persone (200 litri/gg a 40°C). Fabb. energia
risc. 3.240 kWh/anno (Epi,invd 18 kWh/m2/aa). Fabb.
energia raffr. 486 kWh sensibile, 1.314 kWh latente.
Pompa di calore Aria/Acqua o Geotermica con inerziale e accumulo acs
• Modo di esercizio: monovalente (bivalente in casi particolari)
• Potenza di progetto invernale: 3.8 kW
• Temperatura di mandata di progetto: 35°C
• Temperatura aria esterna in condizioni di progetto: -5°C
• Fabbisogno giornaliero per ACS = 8 kWh (incluse dispersioni, 2.920 kWh/aa)
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 2
Esempio 2
La potenza di progetto estiva non è stata determinata con
calcolo. Dall’esperienza pratica, per abitazioni residenziali
ben coibentate con impianto radiante a pavimento, la
potenza estiva massima è compresa tra 25 e 40 W/m2
(inclusa la deumidificazione).
In questo caso si assume un valore di 30 W/m2,
corrispondenti ad una potenza di progetto di 5,4 kW.
E’ da verificare la capacità di deumidificazione del sistema di
ventilazione con batteria dedicata da alimentare a 10°C,
eventualmente da integrare con deumidificatori locali.
8 Maggio 2014
Pagina 54 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 2
Esempio 2
La potenza di progetto estiva in questo caso è più vincolante
della potenza di progetto invernale.
Pur presentandosi una potenza di progetto invernale molto
simile all’esempio 1, i modelli esaminati in precedenza
non sono tutti idonei a soddisfare le condizioni estive.
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 2
Schema impianto di principio
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 2
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto invernale
soddisfatto
8 Maggio 2014
Pagina 57 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 2a
Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto
Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te =
30°C) = 9,0 kW (> dei 5,4 kW richiesti)
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di
progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione
limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3
ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 6,5 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 6,5 kW = 1,2 h
8 Maggio 2014
Pagina 58 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 2a
Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio,
modello ELW 8
Punto di esercizio
in prod. ACS
35°C
Punto di esercizio
in riscaldamento
-5°C
8 Maggio 2014
Pagina 59 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 2b
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto
soddisfatto
8 Maggio 2014
Pagina 60 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 2b
Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto
Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te =
30°C) = max 9,1 kW (> dei 5,4 kW richiesti)
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di
progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione
limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3
ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 5,1 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 5,1 kW = 1,6 h
8 Maggio 2014
Pagina 61 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 2b
Schema impianto di principio lato geotermico
8 Maggio 2014
Pagina 62 di 78
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senza autorizzazione scritta.
Scelta della macchina – Esempio 2c
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto
soddisfatto
8 Maggio 2014
Pagina 63 di 78
Autore: Ing. Raffaele Vavalà – Diritti di proprietà intellettuale riservati. E’ vietata la riproduzione
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Scelta della macchina – Esempio 2c
Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto
Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te =
30°C) = max 6,0 kW (> dei 5,4 kW richiesti)
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di
progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione
limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3
ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 6,1 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 6,1 kW = 1,3 h
8 Maggio 2014
Pagina 64 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 2c
Calcolo di massima campo geotermico:
- potenza frigorifera in condizioni S0/W35 = 5,4 kW
- assumendo una resa sonde verticali di 50 W/m si ottiene
una lunghezza totale di 110 m
- è sufficiente una sola sonda verticale da 110 m
8 Maggio 2014
Pagina 65 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 2c
Schema impianto di principio come esempio 1d, con
aggiunta collegamento per raffrescamento passivo
8 Maggio 2014
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Scelta della macchina – Esempio 2d
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto
soddisfatto
8 Maggio 2014
Pagina 67 di 78
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senza autorizzazione scritta.
Scelta della macchina – Esempio 2d
Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto
Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te =
30°C) = min 5,6 kW (> dei 5,4 kW richiesti)
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di
progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione
limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3
ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 6,5 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 6,5 kW = 1,2 h
8 Maggio 2014
Pagina 68 di 78
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Scelta della macchina – Esempio 2d
La normativa di riferimento valida per la misura dei COP
delle pompe di calore e dei condizionatori è la EN14511.
In mancanza di dati intermedi è possibile interpolare
linearmente i dati disponibili, per quanto sia sempre
preferibile rivolgersi direttamente alle case produttrici per
richiedere i dati di prestazione secondo la normativa
europea di riferimento.
Il COP Stagionale (SCOP) è quello che determina i consumi
reali (le bollette pagate dagli utenti).
8 Maggio 2014
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SCOP e consumi indicativi degli esempi
Il calcolo si effettua secondo la normativa EN14825 (cui fa
riferimento la UNI TS 11300/4).
Il metodo di calcolo determina il valore di SCOP di una
determinata pompa di calore per un determinato profilo
di fabbisogno di potenza.
In sintesi:
• la stagione di riscaldamento viene suddivisa in quantità di
ore (bins) con differenti temperature esterne e di
mandata, e per ogni temperatura esterna viene
determinato il fabbisogno di potenza.
8 Maggio 2014
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SCOP (COP Stagionale)
400
Number of hours
Heat demand
12
350
10
300
200
6
150
4
100
2
50
0
0
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15
Outdoor temperature [˚C]
Fonte: Calculation of SCOP for heat pumps according to EN 14825 – Pia Rasmussen – Danish Technological Institute
8 Maggio 2014
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Heat demand [kW]
Number of hours
8
250
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SCOP (COP Stagionale)
Per permettere il confronto fra macchine diverse, vengono
definiti tre profili climatici standard (Medio, Caldo, Freddo) con
cui calcolare il valore di SCOP da riportare nelle etichette
energetiche obbligatorie per generatori di calore dal settembre
2015.
600
500
Number of hours
Fonte: Calculation of SCOP
for heat pumps according to
EN 14825 – Pia Rasmussen –
Danish Technological
Institute
400
Average (A)
Warmer (W)
Colder (C)
300
200
100
0
-25
8 Maggio 2014
-20
-15
-10
-5
0
5
Outdoor temperature [˚C]
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10
15
20
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SCOP (COP Stagionale)
Esempio di etichetta energetica
OCHSNER l’ha introdotta già da
quest’anno su tutta la gamma di
pompe di calore, tutte in classe A++
con mandata a 35°C nella fascia
climatica media.
Le migliori caldaie a condensazione
non superano la classe B.
8 Maggio 2014
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CALDAIE A CONDENSAZIONE
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senza autorizzazione scritta.
SCOP (COP Stagionale)
Per ogni fascia di condizioni di esercizio viene determinato il
COP medio corrispondente della pompa di calore, partendo dai
dati di prestazione forniti dal produttore. I dati vengono corretti
secondo alcuni coefficienti, dipendenti dal rapporto di carico
termico ed interpolati per ricavare i valori intermedi.
Il metodo di calcolo tiene conto anche degli organi ausiliari non
compresi nei valori di COP misurati secondo EN14511 (ad
esempio le resistenze elettriche che riscaldano compressori e
olio lubrificante, consumi in stand-by, etc.).
Per le macchine a inverter si tiene conto della modulazione del
compressore, e fino alla potenza minima non ci sono
diminuzioni di rendimento dovute al funzionamento a carico
parziale.
8 Maggio 2014
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senza autorizzazione scritta.
SCOP (COP Stagionale)
Il metodo di calcolo prevede l’utilizzo di coefficienti di
riduzione delle prestazioni a carico parziale forniti dai
produttori. In mancanza, fornisce una formula per il calcolo del
coefficiente di riduzione, che porta ai risultati riportati come
esempio nei grafici seguenti, per una pompa di calore con COP
3,5 a potenza nominale, con controllo On-Off o ad Inverter:
Fonte: sito web
Masterclima
8 Maggio 2014
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senza autorizzazione scritta.
SCOP (COP Stagionale)
Per il profilo climatico medio, applicabile con buona
approssimazione alle zone del Nord Italia, un calcolo indicativo
per impianti con accumulo inerziale si può fare facendo una
media pesata dei COP in tre condizioni medie:
- 10% nelle condizioni di progetto
- 40% nelle condizioni corrispondenti a 0°C di Te
- 50% nelle condizioni corrispondenti a 10°C di Te
Per il calcolo del COP annuo in produzione ACS si può utilizzare
lo stesso metodo per i 6 mesi invernali, e considerare le
prestazioni corrispondenti a Tm 55°C e Te 20°C per gli altri 6
mesi.
8 Maggio 2014
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SCOP (COP Stagionale)
Con il metodo indicato applicato ai casi di esempio precedenti si possono ottenere questi valori:
Località Esempio
Tipo
Modello
Configurazione
impianto
SCOP SCOP
risc.* ACS
EER
Fabbisogno energia annuo
[ kWht ]
Tolmezzo
Riscald. Sbrinam. ACS
Raffr. Riscald.
1a
Aria/Acqua
On-Off
GMLW5plus
PdC + accumulo
combinato 500 l
4,6
3,3
-
5.850
117
2.920
0
1.302
1b
Aria/Acqua
Inverter
ELW 8
PdC + accumulo
combinato 500 l
4,1
2,5
-
5.850
293
2.920
0
1c
Geotermico GMSW5plus
PdC + accumulo
combinato 500 l
5,8
3,3
-
5.850
0
2.920
1d
Acqua/Acqua GMWW7plus
PdC + accumulo
combinato 500 l
6,6
3,4
-
5.850
0
2.920
4,8
3,3
3,0
3.240
65
4,1
2,5
2,6
3.240
5,9
3,2
3,5
6,6
3,4
-
2a
Cervignano
Consumo elettrico annuo **
[ kWhe ]
2b
2c
2d
PdC +
inerziale 300l +
accumulo acs 350 l
PdC +
Aria/Acqua
ELW8
inerziale 200l +
Inverter
accumulo acs 350 l
PdC +
Geotermico GMSW7plus
inerziale 300l +
HK
raffr. attivo
accumulo acs 350 l
Acqua/Acqua
PdC + accumulo
raffr. passivo GMWW7plus combinato 500 l +
***
scambiatore
Aria/Acqua
On-Off
GMLW9plus
* = escluso circolatore campo geotermico
** = incluso circolatore campo geotermico (60W) o pompa pozzo (200W)
8 Maggio 2014
ACS
0
2.192
4,1
1.480
34
1.503 1.160
0
2.664
3,4
4.820
12
0
1.061
913
0
1.974
4,4
1.320
38
0
1.037
941
0
1.978
4,4
1.200
42
2.920 1.800
689
895
600
2.184
3,7
850
59
162
2.920 1.800
833
1.160 692
2.685
3,0
4.050
15
3.240
0
2.920 1.800
567
929
535
2.032
3,9
1.080
46
3.240
0
2.920 1.800
491
851
438
1.781
4,5
865
58
*** = pozzo artesiano senza pompa
Pagina 77 di 78
890
SCOP
Ore
Vita attesa
annuo annue compressore
esercizio (50-60.000h)
[ anni ]
Raffr. Totale
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COP per pompe di calore per acs
Riepilogo dati con costi indicativi degli impianti:
Tolmezzo
Località Esempio
Modello
Configurazione
impianto
Consumo elettrico annuo *
[ kWhe ]
Riscald.
ACS
890
1a
Aria/Acqua
On-Off
GMLW5plus
PdC + accumulo
combinato 500 l
1.302
1b
Aria/Acqua
Inverter
ELW 8
PdC + accumulo
combinato 500 l
1c
Geotermico GMSW5plus
1d
Acqua/Acqua GMWW7plus
2a
Cervignano
Tipo
2b
2c
2d
Costo
installaz.**
Costo totale
2.192
4,1
1.480
34
€ 13.000,00 € 3.500,00 € 16.500,00
1.503 1.160
0
2.664
3,4
4.820
12
€ 10.000,00 € 3.200,00 € 13.200,00
PdC + accumulo
combinato 500 l
1.061
913
0
1.974
4,4
1.320
38
€ 11.300,00 € 8.300,00 € 19.600,00
PdC + accumulo
combinato 500 l
1.037
941
0
1.978
4,4
1.200
42
€ 10.000,00 € 4.200,00 € 14.200,00
689
895
600
2.184
3,7
850
59
€ 16.500,00 € 4.000,00 € 20.500,00
1.160 692
2.685
3,0
4.050
15
€ 10.000,00 € 3.500,00 € 13.500,00
GMLW9plus
* = incluso circolatore campo geotermico (60W)
** = incluso campo geotermico o pozzo dove applicabili
8 Maggio 2014
Costo
materiali
0
PdC +
inerziale 300l +
accumulo acs 350 l
PdC +
Aria/Acqua
ELW8
inerziale 200l +
Inverter
accumulo acs 350 l
PdC +
Geotermico GMSW7plus
inerziale 300l +
HK
raffr. attivo
accumulo acs 350 l
Acqua/Acqua
PdC + accumulo
raffr. passivo GMWW7plus combinato 500 l +
***
scambiatore
Aria/Acqua
On-Off
SCOP
Ore
Vita attesa
annuo annue compressore
esercizio (50-60.000h)
[ anni ]
Raffr. Totale
833
567
929
535
2.032
3,9
1.080
46
€ 12.300,00 € 10.100,00 € 22.400,00
491
851
438
1.781
4,5
865
58
€ 10.000,00 € 4.500,00 € 14.500,00
NOTA: i costi materiali e installazione sono stimati
*** = pozzo artesiano senza pompa
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senza autorizzazione scritta.
COP per pompe di calore per acs
8 Maggio 2014
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GRAZIE PER
L’ATTENZIONE