OBIETTIVO 2020: LE RINNOVABILI EFFICIENTI
Le pompe di calore: tecnologia, politiche e semplificazione
La climatizzazione con pompa di
calore: caratteristiche e comportamento
"in campo" di soluzioni concorrenti
Walter Grattieri
Palazzo delle Stelline
Milano, 15 marzo 2011
Consumi finali di energia
≈ 130 Mtep nel 2020
32%
34%
Climatizzazione
(≈ 60% del consumo
degli edifici)
Edifici
Industria
Trasporti
34%
2
Da cosa dipendono i consumi di climatizzazione ?
Località
Geometria (S/V, orientamento spaziale, … )
Natura dell’involucro
(trasmittanza, inerzia termica, ponti termici,
emissività, selettività)
Carichi
interni
(affollamento,
apparecchiature d’ufficio, …)
dispersioni
di
elettrodomestici
e
Rendimento dell’impianto di produzione (caldo/freddo)
Rendimento dell’impianto di distribuzione
(linee aerauliche,
emettitori)
Modalità di conduzione dell’impianto (orari di
accensione,
temperature degli ambienti, livello di automazione)
Abitudini degli occupanti
3
tempo di presenza, attività svolte)
(apertura/chiusura infissi, ricambi d’aria,
Interventi per l’efficienza della climatizzazione (1/2)
Vetri a bassa dispersione (vetri doppi,
selettivi, basso emissivi)
RC
Pareti e coperture ben isolate
RC
INVOLUCRO Serramenti esterni a tenuta da infiltrazioni
Limitazione dei ponti termici
Schermature solari
4
RC
R
C
Pareti ventilate
RC
AMBIENTE
Uso del verde e degli edifici circostanti come
schermatura solare, protezione vento
RC
CARICHI
INTERNI
Uso di apparecchiature ad alta efficienza
(illuminazione, elettrodomestici, mezzi
informatici, ecc.)
Sistemi di aspirazione forzata per ridurre le
sorgenti termiche ad alta intensità (cucine,
fotocopiatrici, ecc)
C
C
Interventi per l’efficienza della climatizzazione (2/2)
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 energetico sui ricambi d’aria
RC
Scambio di energia tra ambienti con esigenze di
climatizzazione contrapposte
R
Free-cooling
C
Soluzioni impiantistiche e sorgenti termiche
RC
appropriate
5
Funzionamento della pompa di calore - Riscaldamento
La pompa di calore trasferisce calore da un mezzo (o ambiente) a bassa
temperatura ad un altro, a temperatura più elevata, previa la rigenerazione
termodinamica di detto calore mediante l’apporto di un limitato input energetico
Energia
Calore utile
Efficienza stagionale
6
Calore Utile
SCOP =
Energia
Stagione
di riscaldamento
Funzionamento della pompa di calore - Raffrescamento
La pompa di calore trasferisce calore da un mezzo (o ambiente) a bassa
temperatura ad un altro, a temperatura più elevata, previa la rigenerazione
termodinamica di detto calore mediante l’apporto di un limitato input energetico
Energia
Calore utile
Efficienza stagionale
7
Calore Utile
SEER =
Energia
Stagione
di raffrescamento
Perché la pompa di calore?
1. La pompa di calore raggiunge agevolmente le condizioni che consentono il
risparmio di energia primaria nel riscaldamento degli edifici
2. La Direttiva 2009/28/CE assimila a fonte rinnovabile l’energia termica
catturata dalle pompe di calore come:
"energia aerotermica": energia accumulata nell’aria ambiente sotto forma di calore
"energia geotermica": energia immagazzinata sotto forma di calore sotto la crosta
terrestre
"energia idrotermica": energia immagazzinata nelle acque superficiali sotto forma
di calore
3. La convenienza economica dipende dal differenziale di costo fra le
soluzioni impiantistiche disponibili, dal livello di consumo e dalle tariffe
dell’energia (elettricità/combustibili).
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Efficienze a confronto
160
150
Efficienza
primaria
[%]
PdC gas 140
130
η sistema elettrico = 46%
(Delibera AEEG EEN 3/08)
120
110
100
Efficienza
Finale
(C.O.P.)
Caldaia 90
80
1,00
9
1,20
1,40
1,60
Una PdC elettrica con C.O.P. > 1,96
consuma meno energia primaria di
una caldaia con rendimento = 90%
1,80
2,00
2,20
2,40
2,60
2,80
3,00
3,20
Una PdC elettrica con C.O.P. > 3,04
consuma meno energia primaria di una
PdC a gas con G.U.E. = 140%
3,40
Energia rinnovabile (Direttiva 2009/28/CE – Allegato VII)
Computo dell’energia prodotta dalle pompe di calore
La quantità di energia aerotermica, geotermica o idrotermica catturata dalle pompe di
calore da considerarsi energia da fonti rinnovabili ai fini della presente direttiva, ERES, è
calcolata in base alla formula seguente:
ERES = Qusable × (1 – 1/SPF)
dove:
– Qusable = il calore totale stimato prodotto da pompe di calore che rispondono ai criteri di
cui all’articolo 5, paragrafo 4, applicato nel seguente modo: solo le pompe di calore
per le quali SPF > 1,15 × 1/η sarà preso in considerazione ;
– SPF = il fattore di rendimento stagionale medio stimato per tali pompe di calore;
– η è il rapporto tra la produzione totale lorda di elettricità e il consumo di energia primaria
per la produzione di energia e sarà calcolato come media a livello UE sulla base dei
dati Eurostat.
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Quanta energia rinnovabile ?
Confronto fra pompe di calore “equivalenti”:
1.
2.
Pompa di calore elettrica: S.C.O.P.(=SPF)= 3,04
Pompa di calore a gas:
S.G.U.E.(=SPF)= 1,40
Requisito per l’ammissibilità: SPF > 1,15 × 1/η
1.
2.
11
PdC elettrica
PdC a gas
η= 0,4381) η= 1
SPF>2,63
SPF> 1,15
Calcolo dell’energia rinnovabile: ERES = Qusable × (1 – 1/SPF)
1.
ERES elettrica=
Qusable×(1-1/3,04)= 0,67 × Qusable
2.
ERES gas=
Qusable×(1-1/1,40)= 0,29 × Qusable
1) Anno 2007 (Eurostat - RES Working Party meeting , 23 October 2009)
Entrambe
ammissibili
Pompa di calore = risparmi in bolletta?
Domanda:
Quando il calore prodotto da una PdC costa meno di quello prodotto da
una caldaia?
Risposta:
Quando il suo C.O.P supera il limite economico
€ PdC
C.O.P. > Limite economico = ηC
€C
€PdC
costo unitario dell’energia consumata da una PdC
€C
costo unitario dell’energia consumata da una caldaia
ηC
rendimento caldaia
C.O.P (G.U.E.)
€/kWh !!
rendimento PdC
Per una PdC a gas (€PdC = €C ) è sufficiente che G.U.E.>ηC
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Per una PdC elettrica il confronto deve anche considerare il rapporto di costo fra
energie concorrenti
Pompa di calore = risparmi in bolletta?
PdC elettrica, fornitura residenziale con “secondo” contatore dedicato
Limite energetico
30 kW, 30.000 kWh/a
110
Rendimento caldaia [%]
Limite economico
100
90
3 kW, 3.000 kWh/a
80
70
60
50
1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40
COP PdC
Il C.O.P. economico è maggiore di quello che assicura il risparmio di energia primaria.
Il differenziale si riduce al crescere del consumo
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Vettori energetici per la climatizzazione
Elettricità
GAS Naturale
(calore residuo)
14
– disponibilità elevata
– assenza di emissioni in sito
– impatto sul Sistema Elettrico
– costo orario variabile
– consumi reali
– disponibilità variabile
– consumi complementari
– emissioni in sito
– consumi reali
Caratteristiche di sorgenti/pozzi termici
− Disponibilità elevata
− Praticità d’uso
ARIA
− Prestazioni energetiche variabili
− Rumore e ingombro
− Temperatura più idonea e più costante
dell’aria
ACQUA − Disponibilità variabile
− Costo delle opere di prelievo e scarico
− Vincoli normativi per prelievo e scarico
− Temperatura più idonea dell’aria
− Disponibilità elevata
TERRENO
− Tecnologia poco diffusa
− Costo di realizzazione del campo geotermico
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Pompe di Calore Aerotermiche
POMPA
DI
CALORE
ARIA
PdC
Elettriche
Generalmente consigliate per climi non rigidi
Modelli con inverter, anche di tipo idronico !
Prestazione energetica in crescita, buona anche
in condizioni climatiche severe
Tutte le taglie (locale singolo, appartamento,
16
edificio)
PdC
a gas
Prestazioni meno sensibili alla temperatura
della sorgente
Funzionamento anche con radiatori
Installazioni in gruppi preassemblati e/o
integrati da caldaia
Atteso “scale down” delle taglie disponibili
Pompe di Calore geotermiche ad acqua di falda
Idonee con ogni clima
Taglia medio/grande
Prestazione elevata, ma variabile con
l’incidenza dei consumi ausiliari
(dal 15 a oltre il 25 %)* a causa di:
falda acquifera troppo profonda
circuiti di distribuzione dell’acqua emunta troppo estesi
conduzione impropria degli impianti di sollevamento
Iter autorizzativo complesso
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* Dato relativo a PdC elettriche (incidenza probabilmente inferiore per PdC a gas a
causa della minore dipendenza dalla sorgente)
Pompe di Calore Geotermiche a circuito chiuso
Idonee con ogni clima
Taglia medio/grande
Prestazione elevata, ma il carico termico
influenza la temperatura della sorgente
(valori troppo bassi per lunghi periodi pregiudicano
la resa energetica)
Attenzione alla persistenza nel tempo
del potenziale geotermico
Consumi degli ausiliari = 12 %* ca.
( inferiori a quelli di impianti con “sollevamento d’acqua”)
Iter autorizzativo relativamente semplificato
18
(Regione Lombardia Deliberazione n. VIII/011383)
* Dato relativo a PdC elettriche
La sorgente geotermica
Attenzione !
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il terreno non è una sorgente
illimitata di calore
è cruciale tenere conto della
“dinamica” di captazione del
calore sotterraneo
un campo geotermico
inadeguato comporta la
riduzione nel tempo della
temperatura della sorgente
indispensabile minimizzare il
fabbisogno dell’edificio per
limitare l’estensione (ed il costo!)
del campo geotermico
Persistenza della sorgente geotermica
Temperatura [°C]
Variazione della temperatura della sorgente nel corso degli anni
0
5
10
15
20
25
30
Anni
( “solo riscaldamento”, si trascura falda acquifera in movimento)
20
35
Campo geotermico inadeguato
Temperatura media giornaliera
Ritorno sonde [°C]
24.00
Aria esterna [°C]
22.00
20.00
18.00
Temperatura [°C]
16.00
14.00
12.00
10.00
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00
-2.00
giorno/mese
21
14/04
04/04
25/03
15/03
05/03
23/02
13/02
03/02
24/01
14/01
04/01
25/12
15/12
05/12
25/11
15/11
05/11
26/10
16/10
-6.00
06/10
-4.00
Attività 2011
Analisi modellistiche e strumentali del geoscambio:
Diagnosi energetica in corso di PdC geotermica in Liguria:
riscaldamento, condizionamento e ACS
Strumentazione di PdC geotermica in recupero edilizio (60
alloggi) in Piemonte, riscaldamento e ACS, inizio diagnosi
inverno 2011/12
Strumentazione di impianto con PdC a gas (aerotermica) in Lombardia ,
inizio diagnosi inverno 2011/12
Test di PdC aerotermica,
condizionamento e ACS
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Milano
(lab.
RSE):
riscaldamento,
Grazie per l’attenzione!
Walter Grattieri
R.S.E. S.p.A.
Sviluppo dei Sistemi Elettrici
Via Rubattino, 54
20134 Milano
Tel.: +39 02 3992 5714
[email protected]
www.erse-web.it
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