Tecnologie per il riscaldamento e
climatizzazione efficiente degli edifici e per
la produzione di acqua calda sanitaria
Massimo Gallanti
CESI RICERCA
Con la collaborazione di:
Federazione Nazionale
Imprese Elettrotecniche
ed Elettroniche
Federazione delle Associazioni Nazionali
dell'Industria Meccanica Varia ed Affine
Consumi finali di energia anno 2005:
ripartizione per impiego
Ripartizione dei consumi per impiego anno 2005
(riferiti ad energia primaria)
Trasporti
Azionamenti elettrici (motori)
3%
18%
25%
Iluminazione (incl. illum. pubblica)
8%
18%
22%
Riscaldamento/raffrescamento/a.c.s
. settore civile
Altri usi elettrici e termici settore
civile
Usi termici in industria e agricoltura
6%
Altri usi elettrici in industria e
agricoltura
Elaborazione CESI Ricerca su dati ENEA e Terna
Note
• Sono esclusi i consumi per usi non energetici, bunkeraggi, consumi e perdite nel settore dei combustibili
• Rendimento complessivo di conversione in energia elettrica: 38,5%
1
Consumi finali di energia anno 2005:
ripartizione per impiego
Consumi per impiego anno 2005 (in energia
primaria) [Mtep]
Trasporti
5
32
45
15
31
39
11
Incide per circa il 60% (in energia primaria) sui
consumi complessivi del settore civile
Azionamenti elettrici
(motori)
Iluminazione (incl. illum.
pubblica)
Riscaldamento/raffrescam
ento/a.c.s. settore civile
Altri usi elettrici e termici
settore civile
Usi termici in industria e
agricoltura
Altri usi elettrici in
industria e agricoltura
Elaborazione CESI Ricerca su dati ENEA e Terna
Note
• Sono esclusi i consumi per usi non energetici, bunkeraggi, consumi e perdite nel settore dei combustibili
• Rendimento complessivo di conversione in energia elettrica: 38,5%
2
Ripartizione dei consumi finali per fonte e
impiego
Consumi in energia finale per riscaldamento
raffrescamento e acqua calda sanitaria nel
settore civile (anno 2005)
Consumo
termico [Mtep]
Consumo
elettrico [TWh]
Residenziale
23
11,76
Terziario
8,4
24
TOTALE
31,4
35,76
Elaborazione CESI Ricerca su dati ENEA e Terna
•
•
•
3
Condizionamento in forte crescita, sia nel residenziale, sia nel
terziario (forte impatto sui consumi elettrici)
Consumo per riscaldamento costante (fortemente dipendente
dalle condizioni climatiche)
Aumentano le esigenze di climatizzazione su “ciclo annuale”
Il confort e l’efficienza energetica
•
Il mantenimento del comfort all’interno degli spazi occupati dalle
persone negli edifici è uno degli importanti traguardi raggiunti dal
nostro livello di benessere; significa mantenere durante tutto
l’anno dei livelli di temperatura, umidità relativa, rinnovo dell’aria
ambiente, filtrazione e rimozione dei contaminanti dell’aria, livello
di rumore, illuminazione, ecc che assicuri il benessere fisico e la
salute delle persone.
•
Il concetto di comfort non è più legato al solo riscaldamento o
raffrescamento, ma viene assicurato da impianti che presidiano
l’intero bisogno annuale
•
Impiego di impianti innovativi a elevata efficienza energetica
¾ l’evoluzione tecnologica negli ultimi anni ha reso disponibili sistemi
impiantistici che da un lato migliorano sensibilmente il livello di
comfort negli ambienti e dall’altro riducono i consumi energetici di
valori estremamente interessanti
4
Interventi per l’efficienza energetica della
climatizzazione
Vetri a bassa dispersione (vetri doppi,
selettivi, ombreggianti)
RC
Pareti e coperture esterne ben isolate
RC
INVOLUCRO Serramenti esterni a tenuta da infiltrazioni
Limitazione dei ponti termici
Schermature solari
Pareti ventilate
AMBIENTE
5
Uso del verde come schermatura solare,
protezione vento
Effetto schermatura solare e protezione vento
da edifici circostanti
RC
R
C
RC
RC
RC
Interventi per l’efficienza energetica della
climatizzazione
Dimensionamento
corretto
della centrale
termofrigorifera (caldaie, gruppi frigoriferi, R C
pompe di calore)
IMPIANTO
Componenti ad alta efficienza energetica
RC
Dimensionamento del sistema di distribuzione
RC
Modalità di regolazione
RC
Recupero sull’aria estratta
RC
Recupero tra ambienti a
climatizzazione contrapposte
Free-cooling
esigenze
di
RC
C
Soluzioni impiantistiche e sorgenti termiche
RC
appropriate
6
Parametri per la climatizzazione degli edifici
• Caratteristiche geometriche dell’edificio (scambi termici
interno / esterno)
• Caratteristiche termofisiche della struttura (scambi termici
interno / esterno)
• Carichi interni (apporto gratuito in inverno, da smaltire in estate)
• Centrale termofrigorifera (rendimento di produzione del caldo e del
freddo)
• Sistema di distribuzione del caldo e del freddo
(rendimento delle linee aerauliche, rendimento degli emettitori)
• Sistemi di ventilazione degli ambienti a recupero di
energia (esatto tasso di ricambio tramite sistemi di ventilazione meccanica)
• Modalità di conduzione dell’impianto (orari di accensione,
temperature di set point degli ambienti)
• Abitudini degli occupanti (apertura/chiusura infissi esterni, tempo di
presenza, attività svolte)
7
Le tecnologie efficienti per la climatizzazione nel
terziario: aspetti che condizionano la scelta
• Il tipo di edificio in cui l’impianto si inserisce (nuovo, da
ristrutturale e in questo secondo caso, il livello di
ristrutturazione)
• Disponibilità di spazi in cui collocare gli impianti
tecnologici
• La tipologia e il livello di domanda che si deve
soddisfare (prevalentemente estiva, prevalentemente
invernale, ecc.)
• La gestione dell’impianto (centralizzata vs. autonoma
– installazione in ogni singolo appartamento)
• La disponibilità di reti energetiche (gas naturale, rete
elettrica)
• Valutazioni economiche (tempo di pay-back, livello di
investimento)
8
Tecnologie per la produzione del caldo e del
freddo
• Il mercato è in grado di offrire un’ampia varietà
riguarda di tecnologie per la produzione di “caldo” e
“freddo”. Come orientarsi tra queste?
¾ Tipo di fonte energetica utilizzata (combustibili fossili,
elettricità, energia solare, biomasse, geotermica)
¾ Tecnologie per sola acqua calda sanitaria
¾ Tecnologie orientate al (oppure esclusive per) riscaldamento
¾ Tecnologie orientate al raffrescamento
¾ Tecnologie per l’impiego integrato di
riscaldamento/raffreascamento e produzione acqua calda
sanitaria (sistemi progettati e ottimizzati per il ciclo annuale)
9
Raffrescamento
Riscaldamento
Acqua calda
sanitaria
Generatori di
calore a
condensazione
(sistema
Chiller
(sistema
autonomo e
centralizzato)
centralizzato)
Pompa di
calore ad
assorbimento
(sistema
centralizzato)
Gruppo ad
assorbimento
(sistema
centralizzato)
Pompa di
calore a
compressione
a gas
(sistema
centralizzato)
Pompa di
calore a
compressione
elettrica
(sistema
Sistemi a
irraggiamento
Scalda-acqua
a gas
(sistema
centralizzato e
autonomo)
Caminetti e
stufe a legna
(sistema
autonomo e
centralizzato)
centralizzato)
Condizionatori
portatili/split
(sistema autonomo)
10
Scalda-acqua
elettrico
(sistema
autonomo)
Generatori di calore a condensazione
11
DRIVERS DI MERCATO PER GENERATORI DI VAPORE A
CONDENSAZIONE
MERCATO RISCALDAMENTO
DRIVERS
Sostituzioni
≈ 80%
Nuovo
≈ 20%
FACILITA’ INSTALLATIVA e MANUTENTIVA
INTEGRAZIONE CON INVOLUCRO EDILIZIO
PERCEZIONE DI SICUREZZA
REGOLAMENTAZIONI NAZIONALI E LOCALI
ECONOMICITA’ (di prodotto, di servizio, etc)
EFFICIENZA
SOLUZIONI
EFFICIENZA
Dispositivi di controllo e termoreg.
Dispositivi di controllo e
termoregolazione
Caldaie a condensazione
Caldaie a condensazione
Integrazione con il solare termico
12
VERSO SOLUZIONI PIU’ EFFICIENTI: LA CONDENSAZIONE
Conventional Boiler
Condensing Boiler
3% not recovered
latent heat
90%
on
L.C.P.
111% on
L.C.P
Theorical
energy of the
fuel
11% not recovered latent heat
8% losses at
chimney
8%
recovered
latent heat
105%
on
L.C.P.
2% losses due to radiation
2% losses at
chimney
1% losses due to radiation
Con la condensazione parte del calore contenuto nei gas di scarico
viene recuperato sotto forma di vapore acqueo, consentendo un
migliore sfruttamento del combustibile e quindi il raggiungimento di
rendimenti più alti
I prodotti della combustione, prima di essere espulsi all'esterno,
attraversano uno speciale scambiatore all'interno del quale il
vapore acqueo condensa, cedendo parte del calore latente di
condensazione all'acqua del primario. In tal modo, i gas di scarico
fuoriescono ad una temperatura di circa 60°C
13
PUNTI CHIAVE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA
Semplici e mirati interventi per ottenere risparmio energetico:
•
utilizzo di sistemi di termoregolazione (esterni o integrati a bordo macchina) per stabilizzare la temperatura
ambiente su valori dipendenti dalla temperatura esterna (Soluzione valida anche per generatori di calore
convenzionali )
•
utilizzo di impianti a bassa temperatura per ridurre le dispersioni per irraggiamento e le dispersioni per gas di
scarico
•
ripartizione dell'impianto a zone
•
ottimizzazione della combustione ed efficienza dell’isolamento termico del corpo di caldaia
•
possibilità di fornire l’intero sistema di riscaldamento
e di produzione di acqua calda sanitaria integrato
con le fonti rinnovabili sia per i sistemi autonomi
che per quelli centralizzati
Con risparmi
dell’ordine del 30%
14
LA CONDENSAZIONE: UNA TECNOLOGIA VINCENTE ANCHE
PER I SISTEMI INDUSTRIALI
Requisiti tecnici dei generatori d’aria calda a condensazione:
• Bruciatore modulante
• Recupero termico del calore di condensazione, dei prodotti
•
•
•
•
15
della combustione, conseguendo un rendimento di
combustione sino a 105-107 %
Modulazione continua dal 100% al 30 % della potenza termica
nominale
Controllo PID della temperatura dell’aria di ventilazione (per
prevenire la stratificazione dell’aria)
Controllo della temperatura ambiente, con interazione sulla
modulazione
Ventilazione continua
CASE STUDY: I GENERATORI D‘ARIA CALDA
A CONDENSAZIONE
Confronto tra un generatore a condensazione e un generatore
tradizionale ON-Off in una applicazione tipica:
dati tecnici
tabella di confronto
16
Il riscaldamento radiante per l’industria
17
IL SETTORE INDUSTRIALE: IL RISCALDAMENTO RADIANTE
Il riscaldamento per irraggiamento consiste nella trasmissione di
radiazioni infrarosse che:
•
i propagano in tutte le direzioni
•
i propagano naturalmente nel vuoto senza bisogno di energia
supplementare
•
on sono assorbite dall’aria
•
ono assorbite dai corpi solidi che le trasformano immediatamente in
energia termica
e superfici emittenti vengono appese al soffitto dell'ambiente da
18
scaldare
IL SETTORE INDUSTRIALE: IL RISCALDAMENTO RADIANTE
… RISCALDARE SENZA MUOVERE ARIA, POLVERE, FUMI DI OGNI GENERE E SENZA ALCUN
RUMORE
19
IL SETTORE INDUSTRIALE: IL RISCALDAMENTO RADIANTE
10
8
Riscaldamento ad irraggiamento
Altezza [m]
6
4
Riscaldamento tradizionale
2
Pavimento
0
10
20
30
Temperatura [°C]
… RISCALDARE CON ASSENZA DI GRADIENTE TERMICO E QUINDI CON
BASSE DISPERSIONI DI CALORE
(riducendo così la stratificazione dell’aria ovvero il carico termico necessario a
riscaldare l’intero ambiente, in particolare i pavimenti e le parti inferiori)
20
IL SETTORE INDUSTRIALE: IL RISCALDAMENTO RADIANTE
… RISCALDARE DOVE SERVE
(solo le aree operative, non le intere superfici e con possibilità di programmare
temperature differenti per singola zona)
21
IL SETTORE INDUSTRIALE: IL RISCALDAMENTO RADIANTE
(nessuna centrale termica)
… RISCALDARE GRANDI LOCALI SENZA IMGOMBRARE IL SUOLO
22
IL SETTORE INDUSTRIALE: IL RISCALDAMENTO RADIANTE
Tutto ciò, unito ad una fase di progettazione dell’impianto calibrata
sulla tipologia d’installazione, consente un’ottimizzazione dei consumi e
pone i sistemi di riscaldamento ad irraggiamento come una tecnologia
all’avanguardia nel raggiungimento del comfort climatico
23
Caminetti e stufe a legna e pellet
24
Il ciclo della natura
La legna: una risorsa rinnovabile
perfettamente integrata nel ciclo della natura
25
Il servizio di riscaldamento
Esistono diversi modelli per fornire il servizio di
riscaldamento:
1. La microgenerazione distribuita
2. La generazione centralizzata
3. La cogenerazione centralizzata
Ogni modello si presta a rispondere a esigenze
differenti
1. Le abitazioni singole dalla prima periferia alle case isolate
2. Condomini, edifici di grandi dimensioni nei centri urbani
3. Piccoli agglomerati abitativi, quartieri di grandi città (sia
calore che elettricità)
26
I vantaggi del miglioramento tecnologico
- Bassa soglia economica di accesso
- Rendimento dei generatori
-Maggiore del 75% a legna
-Maggiore dell’85% a pellet
- Facile integrazione con altri sistemi
- Bilancio neutro della CO2
- Abbattimento polveri in atmosfera
IL Pellet
caricamento combustibile automatico
accensione automatica/remota
programmazione settimanale
modulazione automatica della potenza
controllo automatico della combustione
27
Vecchio
Nuovo
L’evoluzione della tecnologia di combustione
Emissioni di CO in riduzione
Efficienza crescente
28
Caminetti e stufe a legna: conclusioni
Occorre promuovere le tecnologie innovative
che bruciano correttamente la legna nel
rispetto dell’ambiente riducendo le emissioni in
atmosfera derivanti da:
• parco installato poco efficiente
• cattiva gestione di focolari (manutenzione,
combustibile inadeguato ecc.)
29
I sistemi di riscaldamento e raffrescamento a
pompa di calore
30
I sistemi di riscaldamento/raffrescamento a
pompa di calore
• La pompa di calore è una tecnologia che estrae calore
da una sorgente a bassa temperatura (es. aria
esterna) per trasferirlo ad un ambiente a temperatura
più alta (es. abitazione da scaldare):
¾ Esempi di pompe di calore: frigorifero, condizionatore
• La pompa di calore è in grado di funzionare secondo
un ciclo reversibile:
¾ Per produrre “caldo” – Effetto utile: scaldare uno spazio che
si trova a temperatura più alta rispetto all’ambiente circostante
¾ Per produrre “freddo” – Effetto utile: raffreddare uno spazio
che si trova a temperatura più bassa rispetto all’ambiente
circostante
31
Come funziona la pompa di calore
1 kWh
(energia di alimentaz.
en. elettrica, gas)
3-4 kWh
(calore)
POMPA
di
CALORE
T2
Pozzo caldo
T1
2-3 kWh
(calore gratuito
prelevato dalla
sorgente)
Pompa di calore per
raffrescamento
“Sorgente” di
calore
(acqua, aria, terreno)
1 kWh
(energia di alimentaz.
en. elettrica, gas)
Pompa di calore per
riscaldamento
2-3 kWh
(calore)
POMPA
di
CALORE
T2
Sorgente
T1
32
“Pozzo” caldo di
dispersione del
calore
(acqua, aria, terreno)
3-4 kWh
(calore disperso
nel “pozzo”)
Come funziona la pompa di calore
Pompa di calore aria-acqua
Pompa di calore geotermica
Sistemi a pozzi di captazione
33
Sorgenti termiche per la climatizzazione
SORGENTI
CARATTERISTICHE
−
−
ARIA
−
−
−
Convenzionale
−
−
−
ACQUA
−
Non
convenzionali
TERRENO
34
−
−
−
−
−
Disponibilità elevata
Praticità d’uso
Prestazioni energetiche variabili
Formazione di brina
Rumore e ingombro ventilatori esterni
Prestazioni costanti e migliori rispetto alla sorgente aria
Disponibilità variabile per tipo di fonte
Necessità di opere di prelievo e scarico
Problemi connessi alle caratteristiche chimico-fisiche
dell’acqua
Vincoli normativi per prelievo e scarico
Buone prestazioni energetiche
Tecnologia poco diffusa
Elevati costi di realizzazione
Disponibilità limitata per necessità di ampie superfici
Il raffreddamento evaporativo
Il raffreddamento evaporativo è un mezzo efficiente ed
economico per dissipare il calore negli impianti di
condizionamento dell’aria e di refrigerazione e nei processi
industriali. Esso si basa su un principio naturale secondo il
quale l’evaporazione forzata di una minima quantità d’acqua
provoca un abbassamento della temperatura della massa
d’acqua principale (trasferimento di calore latente).
Questo è il principio di funzionamento su cui si basano le torri
di raffreddamento a circuito aperto o chiuso e i condensatori
evaporativi per raffreddare o condensare fluidi e gas in
un’ampia varietà di applicazioni.
EFFICIENZA ENERGETICA
Il raffreddamento evaporativo combina alta efficienza e bassi
costi di gestione, poiché consente di ottenere basse
temperature di raffreddamento con un consumo minimo di
energia ed acqua. In molti processi, perché l’efficienza si
mantenga elevata, è essenziale che le temperature dell’acqua di
raffreddamento siano basse.
35
Tipologie di pompe di calore
•
Pompe di calore a compressione
¾ Pompe di calore azionate da motore elettrico
– Chiller
– Sistemi a climatizzazione a ciclo annuale
– Condizionatori portatili/split
¾ Pompe di calore azionate da motore endotermico
– Chiller
– Sistemi a climatizzazione a ciclo annuale
•
Pompe di calore ad assorbimento (alimentate a gas o a fluido caldi - es.
cogenerazione, cascami termici, solare)
– Gruppi ad assorbimento
– Pompe di calore ad assorbimento
•
Tipo di distribuzione
¾ Ad espansione diretta (il fluido di lavoro scambia calore con aria dell’ambiente
da raffreddare/riscaldare)
¾ Idronica (il fluido di lavoro scambia calore con acqua, che è usata per la
distribuzione)
36
I sistemi di climatizzazione a ciclo estivo a
pompa di calore elettrica
37
I Chillers
Il Chiller è una macchina che funziona con un ciclo a
compressione di vapore . Queste macchine
raffreddano l'acqua che viene utilizzata per
raffreddare e deumidificare l'aria. Sono utilizzati per
impianti idronici di media e grande dimensione
(terziario e commerciale). Necessitano di una corretta
progettazione dell’impianto.
La potenzialità media varia dai 15 ai 300 kW ma ci
sono macchine da 500- 1000 kW e oltre.
CERTIFICAZIONE EUROVENT
Questo marchio, riportato sul catalogo, garantisce agli specificatori,
agli installatori ed agli utilizzatori che i prodotti messi in vendita sul
mercato dall'azienda partecipante sono presentati in modo corretto.
Le specifiche del prodotto, la documentazione relativa e, nei casi
previsti, la pubblicità espongono il marchio Eurovent con la dicitura
"Questa azienda è associata al Programma di Certificazione Eurovent.
I prodotti sono elencati nel Directory dei prodotti certificati".
I prodotti certificati sono elencati nella guida (chiamata anche
Directory) Eurovent.
Essi si fregiano del marchio di certificazione Eurovent
38
Le pompe di calore elettriche a ciclo annuale
39
Le pompe di calore a ciclo annuale: la
tecnologia
Vengono classificate “Reversibili”
perché possono funzionare sia in ciclo
estivo che in ciclo invernale.
Con un unico impianto, garantiscono
durante tutto l’anno i livelli di temperatura
e umidità relativa desiderati, assicurando
le migliori condizioni di comfort.
Sono adatti per tutte le tipologie di
edificio, ma in particolare per sistemi
centralizzati, nel settore terziario e
commerciale.
Una sola unità per riscaldamento e
raffrescamento, per tipologie di impianti
ad espansone diretta o idronici
40
Come funziona la pompa di calore elettrica
IL PRINCIPO DELLA
POMPA DI CALORE
COP > 1
Q2
CONDENSATORE
IL CICLO A
COMPRESSIONE DI
VAPORE
L
Valvola di
Espansione
Compressore
elettrico
EVAPORATORE
Q1
41
I vantaggi delle pompe di calore elettriche
•
•
•
•
•
Nelle pompe di calore il calore ambientale che proviene dall’acqua, dalla
terra e dall'aria. Una quota significativa (dipendente dal COP della
macchina) dell'energia termica necessaria per produrre il calore con le
pompe di calore, è quindi presa dall'ambiente.
I sistemi a pompa di calore elettrica con un COP di circa 2,1 hanno lo
stesso consumo di energia primaria dei sistemi di riscaldamento
convenzionali.
Le efficienze stagionali delle pompe di calore possono oggi raggiungere
COP 3; i sistemi più innovativi, in particolari condizioni ambientali, possono
avere COP stagionali anche superiori (4 e oltre)
Gli attuali di climatizzazione a ciclo annuale, alimentati a energia elettrica
hanno buone efficienze e sono migliorativi rispetto alle soluzioni soluzioni
convenzionali.
Diversi paesi del centro-nord Europa hanno avviato da molti anni delle
specifiche attività di ricerca e sviluppo nell’impiego delle pompe di calore
per applicazioni energeticamente efficienti.
42
Le difficoltà dei sistemi a pompa di calore
elettrica a ciclo annuale
• Il tasso di diffusione di questi impianti è ancora basso
a causa della scarsa preparazione culturale e tecnica
degli attori della filiera (architetti – progettisti meccanici
– installatori di impianti e clienti finali)
• Investimenti nella formazione degli attori e incentivi
economici ne permetterebbero un più rapida diffusione
43
Condizionatori portatili/split
44
Condizionatori portatili/split
•
Sistemi aria-aria (ad espansione diretta), con potenza fino a 12
kW
•
Soluzione impiegata per servire un singolo ambiente o gruppi di
ambienti (sistemi multi split). Sistemi autonomi
•
Installati per uso di raffrescamento, possono contribuire anche al
riscaldamento (se reversibili) degli ambienti
•
Di facile installazione, non richiedono un retrofit dell’edificio
45
Condizionatori portatili/split: il parco
installato
Parco installato al 2006:
circa 9.000.000 pezzi
tra split e portatili
Sell-out Italia
2.500.000
162.479
187.250
175.000
2.000.000
207.954
111.540
1.500.000
portatili
142.424
fissi
1.928.122
1.000.000
1.883.700
1.610.000
1.352.070
500.000
1.255.280
924.887
0
2002
2003
2004
2005
2006
2007
andamento vendite Italia – Dati Gfk/CecedItalia
46
Un settore in forte espansione
RAC Penetration Rate (%)
25
23
25
20
20
15
16
15
10
8
10
6
5
Portable AC
2
3
4
0
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Un mercato giovane, in rapida crescita
controllato e monitorato
Fixed AC
Che ha visto continui progressi nel campo della
Sicurezza
Ecocompatibilità
Direttiva Etichettatura Energetica
Direttiva EUP
47
I prodotti da promuovere
Occorre promuovere gli apparecchi in classe A con possibilità
di doppia funzione caldo/freddo – pompa di calore.
Condizionatori classe A
Vendite 2007 - % Classe A
70,0
60,8
60,0
50,0
40,0
30,0
25,0
20,0
10,0
0,0
PORTABLE
Prodotti con funzione
Pompa di Calore
48
FIXED
Riduzione consumi energetici
Obiettivo: portare parco installato dei condizionatori portatili/split da
EER medio da 2,4 attuale a 3,2
16.000
14.720
14.000
12.800
12.000
GWh
10.000
8.720
8.000
6.000
4.000
2.000
0
Consumi 2004 GWh
Consumi 2016 senza
incentiviGWh
-13% consumi
49
Consumi 2016 con incentivi
GWh
Fonte CECED Italia
Le pompe di calore a compressione
alimentate a gas
50
Pompe di calore a compressione con motore
endotermico a gas
ciclo di funzionamento
Potenza
recuperata dai
compressori
30%
Gas
100%
Motore
a gas
65%
5%
Q2
Calore
dissipato per
irraggiamento
CONDENSATORE
L
Valvola di
Espansione
EVAPORATORE
Q1
51
Perdita di calore
dissipato tramite
Il circuito di
raffreddamento
Recupero del calore
tramite scambiatore
Compressore
azionato da
motore a gas
Pozzo caldo per
circuito frigorifero
INVERNO
Acqua calda per uso
sanitario
ESTATE
Pompe di calore a compressione con motore
endotermico a gas
Sistema V.R.F . ad espansione
diretta
Con compressori trascinati da
motori endotermici a gas
Potenze frigorifere da 22,4 a 71 kW
Potenze termiche da 26 a 84 kW
52
I vantaggi delle pompe di calore a
compressione con motore endotermico
•
•
•
Un’unica unità per riscaldamento e raffrescamento, per tipologie
di impianti ad espansone diretta o idronici
Ridottissimi consumi di energia elettrica
Efficienza
¾ I valori in efficienza, calcolati sul potere calorifico inferiore, possono
raggiungere valori fino a:
– 1,40 in modalità raffrescamento
– 1,50 in modalità riscaldamento
¾ Possibilità di recuperare calore per la produzione di acqua calda
sanitaria, senza influenzare le prestazioni dell’unità
•
Elevata affidabilità
¾ Garantita da un’esperienza ormai ventennale dei leader di settore
•
•
Ridotta manutenzione
Limitato impatto ambientale
53
Alcuni esempi
Discoteca Baladì – Fermo
Hotel Ilissos – Atene
Tipologia di impianto ad espansione diretta Tipologia di impianto ad acqua con recupero
POTENZA TOTALE 532 kW in freddo
acqua sanitaria
637 kW in caldo
POTENZA TOTALE 560 kW in freddo
670 kW in caldo
54
Alcuni esempi
55
I sistemi ad assorbimento
(pompe di calore, sistemi frigoriferi)
56
Sistemi ad assorbimento
Fiamma diretta
(calore)
POMPA
di
CALORE
T2
Pozzo caldo
T1
Gruppo frigorifero
“Sorgente” di
calore
(acqua, aria, terreno)
Fiamma diretta
o fluido caldo
Pompa di calore per
riscaldamento
(calore)
GRUPPO
FRIGORI
FERO
T2
T1
57
“Pozzo” caldo di
dispersione del
calore
(acqua, aria, terreno)
POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO
AD ARIA, ACQUA O PER APPLICAZIONI GEOTERMICHE
Macchine a lavoro chimico
Assorbimento
Condensatore
Valvola di Laminazione
Pompa Soluz.
Evaporatore
58
Generatore
Assorbitore
Sistemi ad assorbimento: caratteristiche
•
Come le pompe di calore a compressione, anche il ciclo ad
assorbimento è reversibile: uno stesso sistema può funzionare
per produzione di calore e per produzione di acqua refrigerata
•
Tuttavia le caratteristiche tecnologiche dei cicli ad assorbimento
fanno si che i prodotti presenti sul mercato sono ottimizzati per
una delle due funzionalità, in particolare:
¾Cicli a bromuro di litio: funzionamento estivo (frigorifero)
¾Cicli acqua-ammoniaca: funzionamento invernale (pompa di calore)
Entrambi in cicli, essendo reversibili, sono in grado di operare
anche nell’altra funzionalità.
59
Sistemi ad assorbimento: vantaggi
•
Riduzione della domanda di energia elettrica (fino all’85%)
¾ L’energia primaria utilizzata è il gas. L’energia elettrica viene
impiegata esclusivamente per il funzionamento delle
apparecchiature ausiliarie di controllo, di circolazione dei fluidi di
lavoro (e per lo smaltimento del calore nei sistemi frigoriferi)
•
Elevata affidabilità e ridotta manutenzione
¾ Il limitato numero di parti meccaniche in movimento riduce i
componenti soggetti ad usura
•
Silenziosità
¾ Le apparecchiature sono estremamente silenziose e prive di
vibrazioni
•
Limitato impatto ambientale
¾ Il tipo di combustibile utilizzato, il gas, riduce le emissioni di
combustione nocive
¾ Possibilità di integrare con fonti rinnovabili
•
Facilità di installazione in retrofit
60
Pompe di calore a bromuro di litio
•
Un unico gruppo per il raffrescamento e il riscaldamento
¾ L’acqua refrigerata è prodotta ad una temperatura di 7°C e quella calda
a 55°C, valori perfettamente idonei alla climatizzazione degli ambienti sia
in estate, sia in inverno.
¾ L’impianto così risulta più semplice e compatto
¾ Impianto adatto al’Integrazione con sistemi di cogenerazione e con
solare termico
•
Efficienza
¾ I valori di efficienza, calcolati sul potere calorifico inferiore, possono
raggiungere valori fino a
– 1,32 IN MODALITA’ RAFFRESCAMENTO
– 0,92 IN MODALITA’ RISCALDAMENTO
•
Limitato impatto ambientale
¾ Il fluido di lavoro impiegato consta di una soluzione di bromuro di litio ed
acqua, chimicamente stabile, non infiammabile, atossica,
ecologicamente pulita e non dannosa per l’ozono
61
Pompe di calore a bromuro di litio:
esempi di applicazione
Installazione presso una piscina
Assorbitori a gas funzionanti in
modalità pompa di calore per
deumidificazione
aria
e
riscaldamento acqua di vasca
Viene sfruttato anche il calore di
condensazione
(per
scaldare
l’acqua della vasca)
2x105 kW frigoriferi
62
Impianto climatizzazione uffici
423 kW frigoriferi e 342 kW
termici
COP: 1,13
Pompe di calore a bromuro di litio:
esempi di applicazione
Impianto climatizzazione uffici
Assorbitore (70 kW frigoriferi)
alimentato ad acqua calda in
impianto di pirolisi di rifiuti solidi
63
Impianto di solar cooling (collettori
solari
sottovuoto
m²
124;
assorbitore 35kW; località Riccione
RN)
Pompe di calore acqua - ammoniaca
modelli ad aria
GAHP-AR
Aria/Acqua
¾ ampi campi operativi di temperatura aria esterna:
da -20°C a +45°C
¾ prestazioni invernali particolarmente significative e
superiori alle tecnologie convenzionali
¾ temperatura acqua prodotta: fino a 70°C in inverno
e alternativamente 3°C in estate
¾ per installazione esterna
modelli geotermici
¾ produzione contemporanea di acqua calda e fredda
¾ possibilità di sonde geotermiche ridotte
(-40% rispetto ai modelli elettrici)
GAHP-W
Acqua/Acqua
¾ temperatura acqua prodotta: fino a 70°C lato caldo
e -10°C lato freddo (banche ghiaccio)
•
Riscaldamento e condizionamento a gas ad altissima efficienza con utilizzo di
energie rinnovabili (fino al 35% di energia rinnovabile)
•
Moduli con potenze termiche da 35 a 175 kW; potenze frigorifere da 16,9 a 84,5 kW
64
POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO
AD ARIA
Casa di Cura Villa Serena Rovigo
Camera di Commercio - Padova
Attività: Casa di cura
Attività: Pubblica Amministrazione
Potenza frigorifera: 675 kW
Potenza frigorifera: 350 kW
Potenza riscaldamento: 700 kW Potenza termica: 845 kW
Post-riscaldamento: 140 kW
65
L’acqua sanitaria
66
Stima parco italiano prodotti riscaldamento
acqua
ABITAZIONI
Prodotti dedicati
all’acqua
sanitaria
Prodotti
combinati con
riscaldamento
Assente
TOTALE
67
‘000
2004
11.700
15.400
800
27.900
‘000
PARCO PRODOTTI PER 2004
RISCALDAMENTO ACQUA
Elettrico
Accumulo
Gas
Istantaneo
Gas
Accumulo
11.000
Solare
140
TOT
14.540
2.700
700
L’acqua calda è un bisogno di
base, che viene soddisfatto con
prodotti economicamente
accessibili.
Vita media di 10 anni
85% sostituzione
15% nuovo
Soluzione
per il miglioramento dell’efficienza energetica
MERCATO SCALDACQUA
Sostituzioni
85%
Nuovo
15%
Prodotti innovativi semplici da installare:
9 Scaldabagni elettrici ad alta efficienza energetica
68
Nuovo o ristrutturazione
“pesante”
9 Scaldabagni elettrici ad alta
efficienza energetica
9 Solare termico
9 Apparecchi combinati Caldo più
igienico sanitario
Nuova generazione di scaldabagni elettrici ad
alta efficienza
- Introduzione della gestione elettronica
Ottimizzazione temperature e quantità di acqua calda
stoccata in funzione dei profili di utenza ed attraverso
logiche di autoapprendimento
T
Saving
rispetto ad un modello std.
time
Prelievo1
Prelievo2
Prelievo3
Prelievo4
Prelievo5 Prelievo6
- Intervento sul miglioramento delle componenti funzionali :
Riduzione dispersioni grazie a nuovi isolanti
Incremento contenuto energetico
Risparmi
raggiungibili fino al 15%
69
Solare termico
- Copertura dei requisiti di legge per il fabbisogno di acqua calda sanitaria
(nuovi edifici: almeno 50% acqs. prodotta da fonti rinnovabili)
Sistemi a circolazione forzata
con collettori a tubi sottovuoto e piani
Risparmi
raggiungibili del 50%
e oltre
70
Scaldacqua solari
per sistemi a
circolazione naturale
Tecnologia disponibile
Logica della sostituzione per il parco
installato, conseguendo l’obiettivo Europeo
del 20% al 2020
Le soluzioni individuate consentono:
un minor impatto impiantistico
sono praticabili rapidamente e massivamente
Si ottengono risultati sicuri e facilmente realizzabili.
Soluzioni applicabili quando altre più efficienti sono
di difficile e onerosa applicazione nelle abitazioni esistenti
71
