Pompe di Calore elioassistite

ENERGIA 2.0 – Pompe di Calore Elioassistite e Sistemi Efficienti
L'ENERGIA RINNOVABILE DEL SOLARE IBRIDO E LA SUA
INTEGRAZIONE EFFICIENTE NEL SISTEMA EDIFICIO-IMPIANTO
INTERVENIRE OGGI
Un Investimento Sicuro per il Domani
Bergamo 20 Settembre 2016
Entropia Zero Srl – Via G. Rossini 3, 21052 Busto Arsizio (VA)
Tel. 0331-1989839 - Fax 0331-1989185 – Web www.entropiazero.it
INDICE INTEVENTO 16.30-17.15
1. Il solare ibrido e Termico al servizio delle pompe di calore.
2. Dimensionamento di un Impianto Solare ibrido in abbinamento ad una
pompa di calore elio-assistita.
3. Sistemi impiantistici con solare ibrido integrato con altre fonti
energetiche in particolare geotermia compatta e recupero calore da
accumuli di acqua piovana e di scarico.
4. Massimizzazione della produzione elettrica asservita ai fabbisogni e
cenni sui sistemi di Accumulo.
5. Sistemi di Termoregolazione e gestione Impianti.
6. Strumenti propedeutici ad una corretta progettazione: diagnosi
energetiche (Audit) e Firme Energetiche.
7. Il monitoraggio ed il controllo continuo degli impianti.
TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) – POMPE DI CALORE
Tra i generatori di energia termica
efficienti meritano il podio al primo
posto le pompe di calore
La pompa di calore è una macchina
in grado di trasferire (pompare)
calore da un sistema (sorgente
fredda) a temperatura più bassa ad
un altro a temperatura più alta
Permette quindi, attraverso un
piccolo consumo di energia
elettrica, di supplire al
riscaldamento e alle richieste di
acqua calda sanitaria (ACS) degli
appartamenti ed uffici ed altri usi.
TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) – POMPE DI CALORE
Il vantaggio nell'uso delle pompe
di calore risiede nella loro capacità
di fornire più energia termica
(calore) rispetto al consumo
elettrico necessario.
Questo concetto è la base
dell'efficienza della pompa di
calore misurata tramite il COP
(coefficiente di prestazione), che
rappresenta il rapporto tra
l'energia fornita sotto-forma di
calore rispetto all'energia elettrica
spesa.
COP=Q fornito/E elettrica spesa
Il valore del COP dipende in modo
sensibile dalla Temperatura della
Sorgente Fredda
TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) – POMPE DI CALORE
TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) – POMPE DI CALORE
Il COP è molto sensibile alla temperatura della sorgente fredda, nell’esempio sopra
passando da una temperatura della sorgente fredda di 0°C a 5°C otteniamo un
innalzamento del COP di quasi il 15% (da 3,35 a 3,84)
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – POMPA DI CALORE
TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) – pompe di calore
Radiazione
Solare
Modulo
Fotovoltaico
=
Energia elettrica
Piastra Alluminio
Roll-Bond
=
Energia Termica
Modulo Solare Ibrido
(Termofotovoltaico)
Elettricità
=
+
Fonte
inesauribile e
gratuita ………
Superficie
Captante
Anteriore
Superficie
Captante
Posteriore
Calore
Funzionalità di
Sonda
geotermica
“Aerea”
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – POMPE DI CALORE ELIOASSISTITA
L’idea nuova è quella di utilizzare il modulo solare ibrido come sonda “aerea” per lo
scambio termico all’interno di pompa di calore di tipo acqua-acqua.
Come abbiamo già visto nelle slide precedenti il COP dipende fortemente dalla
temperatura della sorgente esterna che grazie all’energia termica recuperata dal
modulo ibrido manteniamo “mediamente” più alta a livello stagionale di qualsiasi
altra fonte esterna utilizzata normalmente dalla pompa di calore (aria,acqua di
sonda geotermica etc)
Scambiatore
a piastre con
funzioni di
evaporatore
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – POMPE DI CALORE ELIOASSISTITA
E quando il sole non è presente?
Sfruttiamo l’elevata capacità della tecnologia Roll Bond di scambiare calore per
irraggiamento dell’ambiente circostante. Abbiamo già visto che la Potenza
mediamente recuperata dal Modulo Ibrido varia tra i 100-150W/mq con ∆T=6°C
Dove ∆T=6°C=(Temperatura operante ambiente – T fluido nel collettore)
Di conseguenza nella peggiore delle ipotesi il rendimento della pompa di calore è
pari a quello di una macchina che recupera calore dall’aria esterna senza problemi
però di sbrinamento e quindi cicli inversi del gas refrigerante.
Scambiatore
a piastre con
funzioni di
evaporatore
TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) – Dimensionamento Impianto
1) Abitazione in provincia di Roma di 150mq
classificata in classe energetica D (90kWh/mqxanno)
con fabbisogno energetico per riscaldamento di circa
13’500kWh con fabbisogno annuale di energia
elettrica di c.a. 4’500 kWh
2) Abitazione con fabbisogno giornaliero di acqua
calda sanitaria pari a 300 Litri con temperatura media
di erogazione di 45°C
3) Impianto esistente: Caldaia a Gas Metano con
produzione istantanea di acqua calda sanitaria
kWh/mq/day
gennaio
febbraio
marzo
aprile
maggio
giugno
luglio
agosto
settembre
ottobre
novembre
2,6
3,79
4,93
5,81
6,69
7,43
7,81
7,23
5,72
4,34
2,98
dicembre
2,49
Angolo di Tilt 20°, Azimuth 0°
Impianto Proposto (6,24kWe – 21,6kWth):
-24 Moduli Solari Ibridi
-Inverter CC/CA con Potenza MAX in Uscita di 6000W
-Bollitore Sanitario da 300 litri
-Volano Termico Lit 500 posto su sorgente fredda
-Pompa di calore di tipo acqua-acqua elioassistita
-Energia Elettrica Prodotta su Base Annua c.a. 8’500 kWh di cui il 55%
in autoconsumo ed il 45% immesso in rete con meccanismo di
scambio sul Posto
-Copertura fabbisogno di acqua calda sanitaria c.a. 80%
-Copertura fabbisogno di acqua calda per riscaldamento 100%
-Consumo stimato Pompa di Calore 3’000 kWh/anno
Fabbisogno
Riscaldamento
gennaio
febbraio
marzo
aprile
maggio
giugno
luglio
agosto
settembre
ottobre
novembre
dicembre
kWh
3037,5
2362,5
1350
675
0
0
0
0
0
675
2362,5
3037,5
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Dimensionamento Impianto numeri
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Dimensionamento Impianto numeri
Nell’ipotesi che tutta l’energia solare possa essere sfruttata!
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Schema di Impianto
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – POMPE DI CALORE ELIOASSISTITA
E se la Potenza Solare ibrida non è sufficiente?
Potenza Solare ibrida nella Peggiore delle situazioni
si calcola come Superficie Moduli x 120 W (∆T=6°C)
Esempio: 24 moduli x 1,5 = 36mq x 120 = 4300W
Potenza Resa ~6500W (COP ~ 3)
Possiamo integrare con altre fonti quali:
Geotermia compatta di Superficie
Scambiatori immersi in vasche di accumulo acqua
piovana o acqua di scarico (acque grigie)
Scambiatore
a piastre con
funzioni di
evaporatore
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – RICARICA TERRENO (BATTERIA TERMICA)
Dimensioni canestro: Diametro 1mt
Altezza 1,6mt
Volume 1,3mc
Lunghezza tubo spiralato in PE: 52 mt
Profondità di Posa:
2,5-3,5mt base canestro
Profondità tubi di collegamento: almeno 1,0mt
Energia Prelevabile/Immagazzinabile breve
periodo (4-5h) con ∆T=10°C: c.a. 10kWh
Potenza breve periodo (4-5h) con ∆T=10°C:
c.a. 2kW
GEOBOND la sonda geotermica compatta
studiata e realizzata per massimizzare il
funzionamento e le prestazioni delle
pompe di calore elio-assistite. Con poco
spazio di terreno e poco costo si riesce
ad integrare l’energia mancante dal
solare ibrido e funzionare come batteria
termica quando l’energia è in eccesso.
Energia Prelevabile/Immagazzinabile medio
periodo (12-14h) con ∆T=5°C: c.a. 20kWh
Potenza medio periodo (12-14h) con delta
T=5°C: c.a. 1,5kW
Potenza Asintotica (oltre le 14h) con ∆T=3°C:
c.a. 800W
Grazie ad un canestro esterno realizzato in lamiera con all'interno un tubo spiralato
in PE100 RC PN 16 DN25 è possibile confinare 1,3 mc di sabbia ad elevata
conducibilità termica in modo da avere disponibile un accumulo di energia
utilizzabile giorno e notte. Con l’inserimento al suo interno di un tubo poroso in
grado di erogare da 5-10 l/h e quindi aumentare l’umidità della sabbia/terreno è
possibile utilizzare la sonda per il raffrescamento estivo .
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Schema di Impianto con Integrazione
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Ottimizzare l’autoconsumo (forcing utenza)
Riprendendo una Frase delle precedenti Slide “Nell’ipotesi che tutta l’energia solare possa essere
sfruttata!” è importante implementare una gestione dell’impianto al fine di ottimizzare
l’autoconsumo di tutta l’energia solare prodotta dall’impianto ibrido facendo in modo che la pompa
di calore funzioni sempre con il massimo COP disponibile.
Esempio: con presenza di massetto radiante posso immagazzinare il maggior calore nelle ore
favorevoli (T limite Ambiente = T setpoint + 2°C) anche se non c’è richiesta di calore
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Ottimizzare l’autoconsumo Accumuli Elettrici
Come ben sappiamo uno dei
problemi del fotovoltaico ed in
generale di tutte le fonti
rinnovabili sono la loro
aleatorietà associata al fatto
che la produzione di energia
tante volte non coincide con la
richiesta.
Il primo problema è quasi
irrisolvibile mentre il secondo
problema può essere ovviato
con gli accumuli elettrici di
natura chimica principalmente
(Batterie)
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Ottimizzare l’autoconsumo Accumuli Elettrici
Un sistema di accumulo
elettrochimico (batterie)
Permette di
immagazzinare la maggior
produzione elettrica
quando in eccesso per poi
poter essere utilizzata
quando non si ha presenza
di irraggiamento o quando
la richiesta dell’utenza è
maggior di quella
disponibile da sole.
Un sistema di accumulo
ben dimensionato per le
esigenze e richieste
dell’utenza associato ad un
impianto fotovoltaico
permette di raggiungere
percentuali dell’80-90% di
autoconsumo dell’energia
autoprodotta dall’impianto
stesso.
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Accumuli Elettrici – Schemi di impianto
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Accumuli Elettrici – Schemi di impianto
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Accumuli Elettrici – Schemi di impianto
TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) – Accumuli Elettrici – Schemi di impianto
GESTIONE OTTIMALE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE
ESEMPIO DI MODELLO E SIMULAZIONE: APPARTAMENTO MQ 80 IN CONDOMINIO
GESTIONE OTTIMALE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE
ESEMPIO DI MODELLO E SIMULAZIONE: APPARTAMENTO MQ 80 IN CONDOMINIO
DIFFERENZA IN GRADI GIORNO: 38 || DIFFERENZA 1,58 GRADI CENTIGRADI
GESTIONE OTTIMALE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE
ESEMPIO DI MODELLO E SIMULAZIONE: APPARTAMENTO MQ 80 IN CONDOMINIO
TEMPERATURA MEDIA: 4,07 GRADI
GIORNATA INVERNALE CON CIELO SERENO
Energia[kWh] – Ogni Ora
1,74
1,76
1,82
1,84
2,18
2,16
2,32
1,97
1,90
2,21
1,71
1,55
1,44
1,24
1,06
1,11
1,23
1,28
1,76
1,80
1,63
1,73
1,82
2,04
Totale Giorno
41,29
GESTIONE OTTIMALE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE
ESEMPIO DI MODELLO E SIMULAZIONE: APPARTAMENTO MQ 80 IN CONDOMINIO
Energia[kWh] Ogni Ora
TEMPERATURA MEDIA: 0,47 GRADI
GIORNATA INVERNALE CIELO NUVOLOSO
DIFFERENZA: 3,6 GRADI
8,7% INCREMENTO CONSUMI PER OGNI GRADO
DIFFERENZA ENERGIA kWh
DIFFERENZA ENERGIA %
12,90
31,25%
Totale Giornata
2,13
2,12
2,16
2,17
2,43
2,40
2,49
2,15
2,11
2,47
2,46
2,35
2,43
2,34
2,16
2,40
2,42
2,35
2,15
2,14
1,96
2,05
2,10
2,29
54,20
GESTIONE OTTIMALE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE
ESEMPIO DI MODELLO E SIMULAZIONE: APPARTAMENTO MQ 80 IN CONDOMINIO
TEMPERATURA MEDIA: 0,47 GRADI
SIMULAZIONE CON TEMPERATURA
INTERNA PLUS
DIFFERENZA: 1,58 GRADI
10,7% INCREMENTO CONSUMI PER OGNI GRADO
DIFFERENZA ENERGIA kWh
DIFFERENZA ENERGIA %
9,23
17,04%
Energia[kWh] Ogni Ora
2,62
2,61
2,65
2,66
2,68
2,81
2,94
2,59
2,53
2,84
2,82
2,68
2,78
2,69
2,48
2,74
2,77
2,70
2,55
2,53
2,36
2,45
2,47
2,50
Totale Giornata
63,43
RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI-IMPIANTI
Riqualificare energeticamente un edificio e relativi
impianti tecnologici significa rendere più efficiente il
sistema edificio/impianti dal punto di vista
dell’utilizzo delle risorse energetiche.
L’intervento deve mantenere o migliorare i livelli di
servizio finale (es. confort termico, illuminazione,
etc.) consumando meno tra:
Energia elettrica per usi domestici (illuminazione,
elettrodomestici etc.) o funzionali (es al servizio degli
impianti tecnologici quali pompe di circolazione)
Energia elettrica per la climatizzazione Invernale o
Estiva
Combustibile per la Climatizzazione Invernale
Risorse idriche
La riqualificazione interviene su:
Involucro edilizio in tutti i suoi componenti
Impianti tecnologici in tutti i suoi aspetti
RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA
!APPROCCIO (PERCORSO) PROFESSIONALE CORRETTO!
Audit/Diagnosi Energetica e certificazione dello
stato di fatto [a cura dell’energy Manager]
Analisi dei dati emersi dallo studio[idem].
Si prospettano al Cliente/Condominio interventi in
progressione, efficaci, da poco invasivi, sino a quelli più
radicali ed impegnativi finanziariamente, ma ancora più
efficienti[idem].
Si evidenziano i possibili benefici/costi di ogni
intervento e quindi i tempi di rientro[idem]
Attuazione delle decisioni prese: Capitolato di appalto,
progetto esecutivo, ricerca fornitori, contrattazione delle
forniture, ricerca di finanziamenti, messa in opera,
svolgimento pratiche amministrative[Impresa,
Progettista/Termotecnico in collaborazione con l’energy
Manager].
 Certificazione energetica finale[energy manager]
Collaudo intervento e Monitoraggio dei risultati
attesi [Impresa in collaborazione con l’energy
Manager]
Sull mercato operano aziende in grado
di fornire l’intero servizio.
Ẻ importante per le aziende meno
strutturate quali termoidraulici,
artigiani, etc affiancarsi a professionisti
in grado di applicare l’approccio
corretto al fine di presentare al cliente
un servizio di qualità.
Una corretta gestione progettuale
assicura la buona riuscita
dell’intervento, evitando brutte
sorprese ed un aumento sensibile dei
costi!
RIQUALIFICAZIONE DALL’ AUDIT ENERGETICO ALL’ESERCIZIO
!APPROCCIO (PERCORSO) PROFESSIONALE CORRETTO!
DIAGNOSI ENERGETICA – IL PRIMO PASSO VERSO L’EFFICIENZA
!APPROCCIO (PERCORSO) PROFESSIONALE CORRETTO!
«Diagnosi Energetica»: procedura sistematica volta a fornire un'adeguata conoscenza
del profilo di consumo energetico di un edificio o gruppo di edifici, di una attività o
impianto
industriale o di servizi pubblici o privati, ad individuare e quantificare le opportunità di
risparmio energetico sotto il profilo costi-benefici e riferire in merito ai risultati
La diagnosi energetica consiste in un’analisi delle prestazioni del sistema
edificio-impianto in condizioni di esercizio.
1. Acquisizione dati
2. Implementazione e taratura del modello
3. Validazione del modello
4. Simulazione degli interventi
DIAGNOSI ENERGETICA – IL PRIMO PASSO VERSO L’EFFICIENZA
!APPROCCIO (PERCORSO) PROFESSIONALE CORRETTO!
1. L’acquisizione dei dati avviene:
- mediante esame dei consumi di energia elettrica e di combustibile (bollette, fatture ecc.);
- mediante rilevazione delle condizioni di temperatura interne ed esterne su un arco di
tempo significativo;
- mediante rilievo planivolumetrico e delle caratteristiche costruttive dell’involucro edilizio;
- mediante rilievo delle caratteristiche costruttive e funzionali dell’impianto di
climatizzazione, degli orari di funzionamento e della regolazione impostata;
- mediante la documentazione tecnica di progetto (es. Legge 10), se disponibile;
-sperimentalmente, mediante indagini termografiche.
2. I dati vengono utilizzati per implementare e tarare,
tarare con l’uso di softwares dedicati,
un modello che simuli il comportamento termico del sistema edificio-impianto in condizioni
di esercizio.
3. I fabbisogni energetici del sistema, stimati mediante il modello,
modello vengono
confrontati con i consumi effettivi dell’edificio, rilevati su una serie storica significativa, per
valutare l’affidabilità dei risultati ottenuti.
4. Una volta validato il modello,
modello è possibile utilizzarlo per simulare gli effetti degli
interventi di riqualificazione, al fine di valutare quali risultino più efficienti sia dal punto di
vista del risparmio energetico che dal punto di vista economico.
DIAGNOSI ENERGETICA – IL PRIMO PASSO VERSO L’EFFICIENZA
«Indagine Termografica»:
-Cattivo isolamento sottofinestra
-Colonne montanti riscaldamento
-Ponti termici della struttura
DIAGNOSI ENERGETICA – IL PRIMO PASSO VERSO L’EFFICIENZA
PRINCIPALI CRITICITA’:
- Elevata trasmittanza dell’involucro e presenza di Ponti termici.
- Collocazione dei terminali scaldanti e delle colonne montanti dell’impianto di distribuzione
sulle pareti perimetrali
- Caldaia obsoleta
- Regolazione climatica della temperatura agente a valle della caldaia
-Assenza di una regolazione della temperatura per unità immobiliare e/o per singolo
ambiente
-POSSIBILI INTERVENTI:
-Coibentazione delle pareti verticali opache mediante cappotto esterno
-Coibentazione di pareti a cassa vuota mediante riempimento dell’intercapedine con
materiale isolante (questa soluzione non corregge i ponti termici)
-Coibentazione di solette e/o coperture
-Sostituzione di serramenti e infissi e coibentazione dei sottofinestra
-Rifacimento impianto emissione e/o collocazione dei terminali scaldanti sulle pareti interne
-Sistema di ventilazione meccanica controllata.
-Installazione di caldaie a condensazione con regolazione climatica agente direttamente su
un bruciatore modulante e/o di pompe di calore ad alta efficienza.
efficienza
-Installazione si sistemi di Termoregolazione e Contabilizzazione del Calore
-Installazione di impianti solari fotovoltaici, termici e/o impianti solari ibridi per la produzione
di acqua calda ad uso riscaldamento e/o ACS.
ESEMPIO MATRICE INTERVENTI CON COSTI-BENEFICI
Tipo di intervento
Costo
Coibentazione
sottotetto con
tramittanza media
U=0,19W/mq*K
€ 50/m (circa 82
m2) – Spesa
complessiva € 4'100
+ iva
€ 350/m2 (c.a 11
m2) – Spesa
complessiva € 3'900
+ iva
€ 35/m2 (c.a 56 m2)
– Spesa
complessiva € 2’000
+ iva
Sostituzione infissi
Applicazione cappotto
termico interno
U=0,31W/mq*K
Risparmio energia
(m3 di gas)
Risparmio / ricavo
Emissioni
evitate
(T di CO2)
Risparmio annuale 410 €
2
49% - 490 m3
Contributo Conto Termico
1'800 € / anno
Risparmio annuale 91 €
2,45
11% - 110 m3
Contributo Conto Termico
€ 1'700 € /anno
0,6
10% - 100m3
Risparmio annuale 91 €
0,6
Risparmio annuale
€1’100,00 per
riscaldamento, ACS ed
energia elettrica.
5,3
Sostituzione Generatore
di calore con Pompa di
calore aria-acqua per il
riscaldamento e
produzione acqua calda
sanitaria
8’000 €
Installazione Impianto
Fotovoltaico 3,5kW
€ 7'000
100% se installata
pompa di calore –
1’100 m3
100% se installato
impianto
fotovoltaico –
1'100 m3
Contributo Conto Termico
€800/anno
Risparmio annuale €
1’100,00 per
riscaldamento, ACS ed
energia elettrica
5,3
Conto Energia € 700/anno
Sistema di emissione a
piastre radianti
Sistema di termoregolazione e
contabilizzazione
individuale del calore
Sistema di ventilazione
meccanica
controllata /VMC
€1'800
10% - 110m
3
Risparmio annuale 90 €
0,6
€ 800
10% - 110m3
Risparmio annuale 90 €
0,6
€ 5’500
10% - 100m3
Risparmio annuale 90 €
0,6
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Ing Alessio Iannascoli – Entropia Zero Srl
Energy Manager e Sviluppo Progetti
Email: [email protected]
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www.solarbond.it
Cellulare: 366.5380118