LEZIONE 11
MOTORI ELETTRICI
RIFASAMENTO
POMPE DI CALORE
GEOTERMIA
AUDIT ENERGETICO
Motori elettrici
In Italia i consumi elettrici relativi al settore industriale nell’anno
1995 sono stati di circa 124,8 TWh. Di questi circa 92,5 TWh.
Nel settore industriale, attraverso i motori si spendono quasi il
74% della bolletta elettrica
Nonostante ciò, niente viene
fatto per ridurre i consumi
elettrici dei motori, pur
sapendo che ci potrebbero
essere potenziali risparmi che
ammontano a diversi punti
percentuali.
Motori elettrici
Per esempio un motore elettrico da 15 kW, ha un costo di circa 520 €,
ed un costo di esercizio in dieci anni, considerando 3.500 ore anno e
un costo dell’energia elettrica
di 7 cs/kWh, di circa 32.000 s:
quasi 60 volte il costo iniziale.
Nonostante questo, tutti
cercano di risparmiare sul
costo di acquisto scegliendo
motori scadenti, senza
pensare che un piccolo
extraprezzo finalizzato
all’acquisto di un motore più
efficiente potrebbe essere recuperato in pochi mesi di utilizzo.
Motori elettrici
Il motore asincrono è l’oggetto più diffuso e familiare tra le
apparecchiature industriali.
Anche se la semplicità di costruzione e l'affidabilità sono le sue
caratteristiche fondamentali, il motore asincrono presenta tuttavia
numerosi problemi, fra cui:
elevata corrente di spunto, anche 8 volte la corrente nominale;
eccesso di consumo di energia a basso carico, rilasciato negli
equipaggiamenti sotto forma di calore, vibrazioni e rumore;
bassissima efficienza durante il funzionamento a carico ridotto
discontinuo, che è anche il più diffuso;
sovrasollecitazioni elettriche e meccaniche agli apparati e al carico
nel caso di avviamento di grossi carichi inerziali e di cicli di
lavorazione con molteplici “stop and go”.
Motori elettrici
Le perdite in un motore elettrico sono di diversa natura:
• perdite meccaniche, per attrito (nei cuscinetti e alle spazzole) e
per ventilazione;
• perdite nel ferro a vuoto (proporzionali al quadrato della
tensione), costituite da perdite per isteresi consistenti nell’energia
dispersa nei cambi di direzione del
flusso, e perdite per correnti
parassite;
• perdite per effetto Joule
(proporzionali al quadrato della
corrente), negli avvolgimenti di
statore e rotore.
Motori elettrici
Nei motori ad alta efficienza queste perdite sono state ridotte
intervenendo sui materiali o modificando alcuni elementi costruttivi:
• nucleo, realizzato con lamierini a basse perdite che diminuiscono le
perdite a vuoto;
• sezione maggiorata dei conduttori dello statore e del rotore per
ridurre le perdite per effetto Joule;
• attenta scelta del numero di cave e della geometria delle stesse.
Non c’è una legge che impone standard minimi sui rendimenti dei
motori elettrici. Ognuno può costruire il motore che vuole. Nel 1999 ,
però, il CEMEP (Comitato Europeo Costruttori Macchine Rotanti e
Elettronica di Potenza) e la Commissione Europea hanno raggiunto un
accordo volontario sulla costruzione di motori elettrici.
Motori elettrici
Si sono stabilite tre classi di efficienza eff1, eff2 e eff3 (la eff1 è la
migliore, la eff3 la peggiore). Per ogni classe sono stati definiti
i rendimenti minimi. I costruttori aderenti all’accordo si sono impegnati
a rispettare questi valori minimi.
Motori elettrici
La prima cosa da fare, quando si svolge una analisi
energetica, è un inventario di tutti i motori presenti nello
stabilimento.
L’inventario non dovrà limitarsi ad un semplice elenco di
motori come può essere quello presente presso il magazzino
ricambi o il reparto manutenzione, esso dovrà contenere dati
tecnici importanti quali: potenza, anno di installazione,
rendimento, ore di funzionamento annue, fattore
di carico, numero di avvolgimenti subiti, etc.
Tutti questi dati ci permetteranno di conoscere l’energia
elettrica consumata dal motore nell’arco dell’anno,
l’incidenza percentuale sui consumi dell’azienda, quali motori
hanno consumi importanti e meritano attenzione
Motori elettrici
Per valutare la convenienza dell'adozione di motori elettrici ad
alta efficienza occorre distinguere i due casi :
•acquisto ex-novo di un motore
•sostituzione di un dispositivo esistente
Nel primo caso la convenienza nell'adozione di motori ad alta
efficienza si ha già a partire dalle 1.300 ore di funzionamento
anno per potenze inferiori ai 10 MW
Il secondo caso può essere ulteriormente suddiviso a seconda
che la sostituzione avvenga per rottura, per convenienza e
confrontandosi con la possibilità di operare un riavvolgimento.
Motori elettrici
Se il motore si rompe (rottura degli avvolgimenti statorici o
rotorici) si hanno due possibilità: fare riavvolgere il motore,
oppure sostituirlo.
Una cosa importante da valutare è che un motore riavvolto
ha un rendimento inferiore rispetto a quello dello stesso
motore nuovo. Questa diminuzione può variare dallo 0,5%,
se il riavvolgitore è particolarmente bravo, fino al 4%.
Per il nostro calcolo possiamo utilizzare un valore
conservativo: 1%. Se è la seconda volta che effettuiamo il
riavvolgimento, il declassamento del rendimento
sarà del 2% e così via. Di questo ne dobbiamo tenere conto
nel calcolo.
Motori elettrici
LISTINO PREZZI
AVVOLGIMENTO DEI MOTORI ELETTRICI
Il costo di
acquisto di un
motore ad alta
efficienza si può
ipotizzare
55€/kW
Nel caso di sostituzione di motori elettrici asincroni con
motori ad alta efficienza posso richiedere i certificati bianchi.
L’acquisizione di un certificato Bianco permette di ricevere
incentivi per cinque anni pari a circa 100€ per ogni TEP/anno di
energia primaria risparmiata. L’unità di misura TEP (Tonnellata di
Petrolio Equivalente) corrisponde a 41,86 GJ. Per valutare
l’ammontare dell’incentivo occorre riportare i kWh elettrici
risparmiati ai TEP equivalenti.
L’equivalenza tra l’energia elettrica risparmiata dall’utente e i TEP
dipende dai processi di trasformazione dell’energia primaria in
energia elettrica. Convenzionalmente in base al mix produttivo del
italiano è stata stabilità la corrispondenza tra le due grandezze:
3
1TEP 0,22 10 kWh
Motori elettrici
1 TURNO
2 TURNI
3 TURNI
1 TURNO
2 TURNI
3 TURNI
Risparmio energetico
[kWh/anno]
360
720
1380
Risparmio economico
[€/anno]
54
110
208
Risparmio energia
primaria
[TEP/anno]
0,08
0,16
0,3
Incentivo economico
[€/anno]
8
16
30
Rifasamento - Generalità
In un impianto elettrico utilizzatore occorre dunque generare e
trasportare, oltre alla potenza attiva utile P, una certa potenza reattiva
Q, indispensabile per la conversione dell’energia elettrica ma non
fruibile dall’utilizzatore, poichè scambiata con la rete. Il complesso della
potenza generata e trasportata costituisce la potenza apparente S.
Si definisce fattore di potenza cosϕ il rapporto tra la componente attiva
IR ed il valore totale della corrente I; ϕ e l’angolo di fase tra la tensione e
la corrente. Ad una data tensione V di fase risulta:
Rifasamento - Generalità
La tabella 1.1 riporta i fattori di potenza tipici di alcune
apparecchiature elettriche.
Rifasamento - Generalità
Rifasare significa agire per incrementare il fattore di potenza in
una specifica sezione dell’impianto, fornendo localmente la
potenza reattiva necessaria al fine di ridurre, a pari potenza
utile richiesta, il valore della corrente e quindi della potenza
transitante nella rete a monte.
In questo modo, le linee, i generatori e i trasformatori possono
essere dimensionati per un valore di potenza apparente
inferiore, come verra meglio espresso nel capitolo successivo.
Rifasamento - Generalità
Dal punto di vista strettamente tecnico, un impianto correttamente
dimensionato può funzionare regolarmente anche in presenza di un
basso fattore di potenza, per questo motivo non esistono norme
che prescrivono il valore preciso del fattore di potenza che deve
avere un impianto elettrico.
Effettuare il rifasamento rappresenta tuttavia una soluzione che
consente di ottenere vantaggi tecnici ed economici; infatti, esercire
un impianto con un basso cosϕ comporta un incremento dei costi
per il distributore di energia elettrica il quale, di conseguenza,
applica un sistema di tariffe che penalizza il prelievo dell’energia
con bassi fattori di potenza.
Rifasamento - Generalità
Come precedentemente accennato, rifasando un impianto
fornendo localmente la potenza reattiva necessaria si riduce, a
pari potenza utile richiesta, il valore della corrente e quindi la
potenza globale assorbita da monte; ciò comporta numerosi
vantaggi tra i quali un migliore utilizzo delle macchine
(generatori e trasformatori) e delle condutture (linee di
trasmissione e distribuzione).
Nel caso di forme d’onda sinusoidali, la potenza reattiva
necessaria per passare da un fattore di potenza cosϕ1 ad un
fattore di potenza cosϕ2 e data dalla relazione (valida sia in
trifase che in monofase):
Rifasamento - Vantaggi
Migliore utilizzazione delle macchine Elettriche
I generatori ed i trasformatori sono dimensionati in base alla
potenza apparente S. Essa, a parità di potenza attiva P, è tanto
più piccola quanto minore è la potenza reattiva Q da erogare.
Pertanto, rifasando l’impianto, le macchine possono essere
dimensionate per una potenza apparente inferiore, pur
fornendo la stessa potenza attiva.
Dalla tabella 2.1, se occorre alimentare una serie di carichi con
una potenza complessiva di 170 kW con cosϕ=0.7, occorre
utilizzare un trasformatore da 250 kVA.
Se i carichi assorbissero la stessa potenza con cosϕ=0.9, anziche
0.7, sarebbe sufficiente utilizzare un trasformatore da 200 kVA.
Rifasamento - Vantaggi
Migliore utilizzazione delle macchine Elettriche
I generatori ed i trasformatori sono dimensionati in base alla
potenza apparente S. Essa, a parità di potenza attiva P, è tanto più
piccola quanto minore è la potenza reattiva Q da erogare.
Pertanto, rifasando l’impianto, le macchine possono essere
dimensionate per una potenza apparente inferiore, pur fornendo
la stessa potenza attiva.
Se occorre alimentare una serie di carichi con una potenza
complessiva di 170 kW con cosϕ=0.7, occorre utilizzare un
trasformatore da 250 kVA.
Se i carichi assorbissero la stessa potenza con cosϕ=0.9, anzichè
0.7, sarebbe sufficiente utilizzare un trasformatore da 200 kVA.
Rifasamento - Vantaggi
Rifasamento - Vantaggi
Migliore utilizzazione delle condutture
Innalzando il fattore di potenza si riduce, a parità di potenza
utile, la corrente.
Riduzione delle perdite.
Riduzione delle cadute di tensione.
Rifasamento - Vantaggi
I distributori di energia elettrica applicano un sistema di tariffe che
penalizza il prelievo dell’energia con un fattore di potenza medio
mensile inferiore a 0.9.
In linea generale, le clausole contrattuali di fornitura di energia
richiedono il pagamento dell’energia reattiva prelevata se il fattore
di potenza e compreso tra 0.7 e 0.9, mentre non e dovuto alcun
pagamento se e superiore a 0.9.
Per cosϕ < 0.7 i distributori di energia possono obbligare l’utente al
rifasamento.
Si noti che avere un fattore di potenza medio mensile superiore o
uguale a 0.9, significa richiedere alla rete energia reattiva inferiore
o uguale al 50% dell’energia attiva:
Rifasamento - Vantaggi
Il costo su base annua che l’utente sostiene prelevando
l’energia reattiva in eccedenza a quella corrispondente ad un
fattore di potenza pari a 0.9 può essere espresso nel seguente
modo:
dove:
• CEQ e il costo dell’energia reattiva in un anno in €;
• EQ e l’energia reattiva consumata in un anno in kvarh;
• EP e l’energia attiva consumata in un anno in kWh;
• EQ - 0.5 ・ Ep e la quota di energia reattiva soggetta al costo;
• c è il costo unitario dell’energia reattiva in €/kvarh.
Rifasamento - Vantaggi
Se si rifasa a 0.9, per non pagare il consumo di energia reattiva, il costo
della batteria di condensatori e della loro installazione è:
dove:
• CQc e il costo annuo in € per avere un fattore di potenza pari a 0.9;
• Qc e la potenza della batteria di condensatori necessaria a portare il
cosϕ a 0.9, in kvar;
• cc e il costo impianto annuo della batteria di condensatori in €/kvar;
Il risparmio per l’utente sara:
Rifasamento - Vantaggi
Esempio: Un’azienda assorbe energia attiva e reattiva secondo la
tabella 3.1
Ipotizzando un costo unitario dell’energia reattiva pari a 0.0421
€/kvarh, il costo totale annuo sarà:
Rifasamento - Vantaggi
Se si sceglie una batteria
automatica di rifasamento
di potenza Qc = 30 kvar
con un costo comprensivo
di installazione annuo cc di
25 €/kvar si ottiene un
costo complessivo di 750 €.
Il risparmio per l’utente
non tenendo in conto
l’ammortamento e gli oneri
finanziari sarà:
Rifasamento - Mezzi di produzione
I principali mezzi per la produzione di potenza
reattiva sono:
• alternatori sincroni;
• compensatori sincroni;
• compensatori statici;
• batterie di condensatori statici.
Rifasamento - Mezzi di produzione
Si è visto quali sono i vantaggi tecnici ed economici del rifasamento.
Occorre quindi capire qual’è il punto in cui vanno installati i
condensatori in modo da sfruttare al meglio tali vantaggi.
Non esistono regole valide per ogni tipo di impianto e in teoria i
condensatori possono essere installati in qualsiasi punto, ma occorre
valutarne la realizzazione pratica ed economica.
In base alle modalità di ubicazione dei condensatori i principali
metodi di rifasamento sono:
• rifasamento distribuito;
• rifasamento per gruppi;
• rifasamento centralizzato;
• rifasamento misto;
• rifasamento automatico.
Rifasamento - Mezzi di produzione
Rifasamento distribuito
Il rifasamento distribuito si realizza collegando una batteria di
condensatori opportunamente dimensionata direttamente ai
terminali del dispositivo utilizzatore che necessita di potenza
reattiva.
L’installazione e semplice e poco costosa: condensatore e carico
possono usufruire delle stesse protezioni contro le sovracorrenti e
sono inseriti e disinseriti contemporaneamente.
Questo tipo di rifasamento è consigliabile nel caso di grossi
utilizzatori con carico e fattore di potenza costanti e tempi di
connessione lunghi ed e solitamente utilizzato per i motori e le
lampade a fluorescenza.
Rifasamento - Mezzi di produzione
Rifasamento per gruppi
Consiste nel rifasare localmente gruppi di carichi con caratteristiche di
funzionamento simili installando una batteria di condensatori
dedicata. E’ il metodo che raggiunge un compromesso tra la soluzione
economica e il corretto esercizio dell’impianto in quanto i benefici del
rifasamento saranno sentiti solo dalla linea a monte del punto in cui è
installata la batteria di condensatori.
Rifasamento - Mezzi di produzione
Rifasamento centralizzato
L’andamento giornaliero dei carichi ha un’importanza
fondamentale per la scelta del tipo di rifasamento più conveniente.
In impianti con molti carichi, in cui non tutte le utenze funzionano
contemporaneamente e/o in cui alcuni utilizzatori sono connessi
solo poche ore al giorno, è evidente che la soluzione del
rifasamento distribuito diventa troppo onerosa rimanendo per
lungo tempo inutilizzati molti dei condensatori installati.
Pertanto, l’utilizzo di un unico sistema di rifasamento all’origine
dell’impianto permette di ridurre notevolmente la potenza
complessiva dei condensatori installati.
Rifasamento - Mezzi di produzione
Rifasamento misto
Questa soluzione deriva da un compromesso fra le due soluzioni
del rifasamento distribuito e di quello centralizzato e ne sfrutta i
vantaggi. In questo modo si utilizza il rifasamento distribuito per
gli apparecchi utilizzatori di maggior potenza e quello centralizzato
per la restante parte.
Il rifasamento misto è prevalentemente impiegato quando in un
impianto solo le grosse apparecchiature sono utilizzate
frequentemente; in tale circostanza essi sono rifasati
singolarmente mentre le piccole apparecchiature sono rifasate in
modo centralizzato.
Rifasamento - Mezzi di produzione
Rifasamento automatico
Nella maggiore parte degli impianti non si ha un assorbimento
costante di potenza reattiva ad esempio a causa di cicli di lavoro
in cui si utilizzano macchine con diverse caratteristiche elettriche.
In tali impianti sono impiegati sistemi di rifasamento automatici
che, per mezzo di un sistema di rilevamento di tipo varmetrico e
di un regolatore di fattore di potenza, permettono l’inserzione o
la disinserzione automatica di diverse batterie di condensatori,
seguendo in tal modo le variazioni della potenza reattiva assorbita
e mantenendo costante il fattore di potenza dell’impianto.
POMPE DI CALORE
La pompa di calore è un dispositivo che consente di trasferire
calore da un sistema ad una certa temperatura ad un sistema a
temperatura superiore .
POMPE DI CALORE
Una pompa di calore raffreddando l’aria esterna, consenta di
avere un riscaldamento pari a 2 o anche 3 o 4 kWh termici per
ogni kWh elettrico.
Questo fatto sembra apparentemente in contrasto con la legge di
conservazione dell’energia. Solo apparentemente. L’importante è
non separare due fatti:
1. la quantità di calore prelevata dal sistema più freddo è
trasferita al più caldo;
2. il lavoro meccanico necessario per attuare questo
trasferimento.
Macchina di Carnot
Rendimento
Pompa di Calore
COP (Coefficient Of
Performance)
Per un ciclo ideale
POMPE DI CALORE
In funzionamento estivo il refrigeratore sottrae calore all’ambiente
da raffrescare compiendo un lavoro che equivale ad un consumo di
energia elettrica.
L’EER (dall’inglese Energy Efficiency Ratio) in modo del tutto analogo
è pari al rapporto tra la potenza frigorifera fornita all’ambiente
climatizzato e l’energia elettrica
assorbita:
La pompa di calore più diffusa è quella
cosiddetta a compressione di vapore.
Per capirne il funzionamento bisogna
tenere presente due fenomeni:
1 - quando una sostanza passa dalla
fase liquida alla fase vapore richiede
una quantità di calore: il calore di
vaporizzazione.
2 - Per ogni sostanza la vaporizzazione
o la condensazione possono avvenire
per una certa pressione soltanto ad una
ben definita temperatura che resta
costante per tutto il tempo durante il
quale ha luogo il fenomeno.
Va tenuto conto inoltre che la potenza termica resa dalla pompa di
calore dipende dalla temperatura a cui la stessa assorbe calore.
Al di sotto di una temperatura compresa tra -2°C e 2°C la pompa di
calore si disattiva in quanto le sue prestazioni si ridurrebbero
significativamente.
POMPE DI CALORE
I fl uidi di scambio con gli ambienti, esterno ed interno, determinano
anche la denominazione delle pompe di calore, che vengono
identificate con due nomi: il primo indicativo del mezzo di scambio
con l’esterno ed il secondo indicativo del mezzo di scambio con
l’ambiente da climatizzare. Una pompa di calore aria-acqua è una
pompa di calore che ha l’aria come mezzo di scambio esterno e
l’acqua come mezzo di scambio con l’ambiente interno.
In funzione dei mezzi di scambio si ha una prima classificazione delle
pompe di calore, distinte in:
- aria-acqua
-aria-aria
- acqua-acqua
- terra-acqua
SORGENTE DI CALORE ARIA
L’aria esterna è una
fonte energetica
illimitata e sempre
disponibile: il suo
impiego mediante
una pompa di
calore, oltre ad
essere gratuito, non
richiede nessun iter
autorizzativo.
SORGENTE DI CALORE ARIA
In virtù dell’andamento delle temperature esterne, il D.P.R.
412/93 suddivide l’intero territorio nazionale in sei zone
climatiche a ciascuna delle quali corrisponde una durata diversa
del periodo di esercizio dell’impianto di riscaldamento.
Questa suddivisione si effettua per mezzo del numero di
“Gradi Giorno”: parametro corrispondente alla somma,
estesa a tutti i giorni della stagione di riscaldamento delle
sole differenze positive giornaliere, tra la temperatura
ambiente, fissata convenzionalmentea 20°C e la
temperatura esterna media giornaliera.
UNI 10349 - UNI 10379
Il rapporto tra il numero di gradi giorno ed il numero di
giorni della stagione di riscaldamento corrisponde alla
differenza tra la temperatura interna di progetto ti = 20°C
e la temperatura media stagionale:
Per differenza con la temperatura interna di progetto, si
risale alla temperatura media della stagione invernale:
POMPE DI CALORE
Per sfruttare al meglio la sorgente
aria esterna può essere
vantaggioso articolare l’impianto
termico in modo che la
pompa di calore prelevi la portata
d’aria di cui ha bisogno,
non direttamente dall’esterno
bensì da un ambiente
termicamente più favorito.
Pompa di calore bivalente
Il dimensionamento di una pompa di calore in funzionamento
monovalente deve essere effettuato alla temperatura minima di
progetto, mentre in caso di funzionamento bivalente, il
dimensionamento deve essere effettuato per una temperatura
compresa tra la minima di progetto e la media stagionale.
Con una regolazione speciale una pompa di
calore può funzionare in abbinamento ad una
diversa fonte di calore (Pompa Bivalente).
Questa si accende automaticamente in caso di
temperature esterne estremamente basse, in
funzione del grado d’isolamento e del
fabbisogno termico dell’edificio e
dell’efficienza della pompa di calore.
SORGENTE DI CALORE ACQUA
Acque di falda
Le acque sotterranee sono una fonte di calore molto
appropriata per le pompe di calore in quanto riescono a
mantenere temperature costanti durante l’arco dell’anno:
10÷15°C in condizioni normali, 15÷25°C in zone adiacenti
a località termali.
La temperatura dell’acqua di falda si attesta, in prossimità
della superficie terrestre, alla temperatura media dell’aria
esterna e cresce con l’aumentare della profondità: se il
punto di prelievo è ad una profondità adeguata le
variazioni termiche annuali sono trascurabili.
SORGENTE DI CALORE ACQUA
La realizzazione di un impianto in pompa di calore acquaacqua
richiede un’analisi geologica a cura di uno specialista al fine di
conoscere la stratigrafia del terreno che ospita la falda,di
stimare le masse di acqua disponibili e stabilire il verso del
flusso dell’acqua.
I sistemi in pompa di calore acquaacqua possono essere a circuito
aperto, sfruttando in modo diretto
l’acqua di falda, oppure a circuito
chiuso, con un fluido termovettore
intermedio come nelle classiche
applicazioni geotermiche.
SORGENTE DI CALORE ACQUA
Le applicazioni con circuito aperto richiedono la presenza di uno o
più pozzi per la captazione dell’acqua e la sua restituzione in falda.
Particolare attenzione va prestata
alla qualità delle acque
prelevate per evitare
imbrattamento e corrosione delle
componenti della pompa di calore
interessate dal transito.
SORGENTE DI CALORE ACQUA
I pozzi inoltre devono rispettare un distanza reciproca di
almeno 15 m ed il prelievo e lo scarico devono avvenire nel
senso di flusso delle acque.
SORGENTE DI CALORE ACQUA
In presenza di un corpo idrico superficiale in comunicazione con la
falda, la restituzione in falda può avvenire attraverso di esso
anzichè attraverso un pozzo dedicato.
SORGENTE DI CALORE ACQUA
Acque superficiali
Le acque superficiali (fiume, lago o bacino) presentano una maggiore
instabilità termica rispetto alle acque di falda ma grazie all’inerzia
termica dell’acqua ed alle loro ingenti masse, sono ancora delle
ottime sorgenti per pompe di calore di tipo acqua-acqua.
Il mare costituisce la sorgente termica più diffusa. Nei
mari che bagnano l’Italia la temperatura varia da un
minimo di 10°C in Inverno ad un massimo di 25°C in
estate: lo sfruttamento di acque salate amplifica però i
fenomeni di corrosione.
SORGENTE DI CALORE ACQUA
Fiumi e laghi soffrono una instabilità più elevata con temperature,
comunque favorevoli, che passano da un minimo di 4-6°C in
inverno ad un massimo di 25°C in estate. Con queste acque
diminuiscono i problemi di corrosione ma aumentano quelli di
filtraggio per via del contenuto di
materiale in sospensione che deve
essere intercettato prima che
il fluido entri in contatto con la
pompa di calore.
SORGENTE DI CALORE ACQUA
Le pompe di calore elioassistite
Questi sistemi sono formati da un sistema di captazione di
energia solare, generalmente collettori a bassa efficienza,
collegati ad una pompa di calore di tipo acqua-acqua per la
produzione di acqua calda, che viene poi mandata al
sistema di distribuzione del calore interno all’edificio
servito dall’impianto.
Il consumo si dimezza
POMPA DI CALORE A CO2
I vantaggi della CO2
Facilmente reperibile in natura
Poco costosa
Prodotto naturale ed innocuo
E' un prodotto che non presenta problemi di sicurezza locale
Ininfiammabile e non tossico
Offre la possibilità di impostare, a richiesta dell'utente,
temperature fino a 90° garantendo tutto l'anno che l'acqua
calda sanitaria mantenga le caratteristiche organolettiche
imposte da prescrizioni legislative e normative
POMPA DI CALORE A CO2
Il COP del ciclo è inoltre scarsamente
influenzato dalla temperatura di
evaporazione, diminuendo molto poco
anche con temperature esterne assai basse.
POMPE DI CALORE AD ADSORBIMENTO
Un’interessante possibilità di sfruttamento dell’energia
solare ai fini del raffrescamento degli edifici – Solar Cooling è fornita dall’utilizzo di pannelli solari accoppiati a macchine
frigorifere ad assorbimento.
Queste macchine non funzionano secondo il tradizionale
ciclo a compressione di vapore, ma utilizzano l’energia
termica prodotta dal campo solare (ed eventualmente da
una caldaia di integrazione) per realizzare un ciclo
termodinamico che sfrutta le capacità assorbenti di alcune
soluzioni acquose.
POMPE DI CALORE AD ADSORBIMENTO
Nelle macchine frigorifere ad assorbimento il
compressore elettromeccanico è sostituito da una
fonte di calore ad alta temperatura e da una miscela
binaria di fluidi, tipicamente una soluzione di acqua e
bromuro di litio (H2O-BrLi), oppure ammoniaca ed
acqua (NH3- H2O)
POMPE DI CALORE AD ADSORBIMENTO
Geotermia
L’energia Geotermica è generata dal calore terrestre.
L’origine di questo calore è legato alla natura interna del nostro
pianeta e con i processi fisici che in esso hanno luogo.
E’ una risorsa diffusa praticamente inesauribile (se sfruttata
correttamente), costantemente disponibile nel tempo,
rinnovabile e a bassissimo impatto ambientale.
Geotermia
Nella maggior parte delle aree terrestri,
le rocce hanno una temperatura di
circa 25-30 °C a 500 m di profondità, e
di 35-45°C a 1000 m.
Al disotto di 15-20 metri si ha la
zona di OMOTERMIA, in cui il calore
è fornito esclusivamente dal flusso
proveniente dall’interno della terra
con un aumento medio progressivo
di 1°C ogni 33 metri di profondità.
Geotermia
Le forme di utilizzo della risorsa geotermica
possono essere suddivise, in funzione di
temperature decrescenti, in tre categorie:
1.Geotermia ad alta entalpia per la produzione
di energia elettrica attraverso vapore ad alta
temperatura che aziona delle turbine e trasforma
il proprio contenuto energetico in energia
meccanica.
2. Geotermia a media entalpia con utilizzo
diretto del calore.
Geotermia
Geotermia
Geotermia
3. Geotermia a bassa entalpia basata
sul semplice scambio termico col
sottosuolo attraverso sistemi costituiti
da sonde inserite nel terreno e pompe
di calore geotermico (GHP
“Geothermal Heat Pump”).
Geotermia
“Non esiste sistema di riscaldamento e
condizionamento in grado di ridurre le emissioni di
gas serra ed il conseguente impatto sul
riscaldamento globale così efficace come le pompe di
calore geotermiche”.
Il potenziale energetico immagazzinato
nella parte pellicolare della crosta terrestre
è elevatissimo. A partire da 10 m di
profondità, la temperatura del terreno
risulta pressoché costante tutto l’anno.
Geotermia
In generale l’ampiezza della variazione
giornaliera di temperatura si riduce già dai primi
centimetri di profondità mentre quella della
variazione stagionale si riduce dello stesso
fattore dopo alcuni metri.
Il terreno possiede un elevata capacità di
accumulo.
Quindi il terreno si trova a temperature
notevolmente differenti dall’ambiente da
climatizzare ed un salto termico inferiore
rispetto a quanto si avrebbe utilizzando l’aria
esterna (climatizzazione tradizionale).
Geotermia
La conducibilità termica del terreno
Gli aspetti che influenzano la conducibilità termica:
Il tipo di terreno:
• granulometria e tipo di materiali
• successione stratigrafica dei terreni
• densità
Le caratteristiche della falda:
• temperatura
• velocità di flusso
• profondità
Geotermia
La presenza di acqua
Favorisce il contatto tra l’impianto ed il sottosuolo: ciò
comporta un aumento del rendimento potenziale.
La presenza nel sottosuolo di una falda acquifera
favorisce il ripristino del campo termico modificato
dalle sonde geotermiche: in funzione della velocità,
temperatura e geometria.
L’umidità naturale: nel caso di terreni insaturi migliora la
conducibilità termica e garantisce un buon contatto tra
sonda e sottosuolo.
Geotermia
Le sonde geotermiche verticali
Scambiatori, di norma in polietilene, infissi nel terreno per mezzo di
perforazioni verticali di lunghezza compresa tra 50 e 300 m (mediamente
100 – 150 m).
Le principali tipologie di sonde geotermiche verticali sono:
1. a tubo semplice di andata e ritorno;
2. a due tubi in andata e due in ritorno;
3. a tubi coassiali;
4. a fasci di tubi complessi (coassiali multipli).
Sonde verticali:
Costi maggiori
Poco spazio necessario
Elevata efficienza
Geotermia
Le sonde geotermiche orizzontali
Le principali geometrie utilizzate negli scambiatori orizzontali sono
a) a sviluppo lineare: - con un solo tubo; - con due o più tubi sovrapposti;
b) a sviluppo lineare: - con due tubi affiancati; - con quattro tubi;
c) a serpentine: - in serie; - in parallelo;
d) a spirale (compatto);
e) a pettine (compatto);
f) inseriti nella platea di fondazione;
g) a tubi alettati.
Sonde orizzontali:
•Maggior spazio
•Meno costoso
•Piccoli edifici
•Temperature variabili
Geotermia
I pali energetici
Sono delle geostrutture (principalmente
pali) in calcestruzzo o calcestruzzo
armato dalla duplice funzione: fungere da
fondamenta ed, equipaggiate con
scambiatori di calore, fornire calore
all’edificio che sostengono.
All’interno dei pali sono installati dei tubi
in polietilene ad U (due o più a seconda
del diametro del palo da 0.4 a 1.5 m).
Come si esegue un audit in uno
stabilimento industriale
Come si esegue un audit in uno
stabilimento industriale
L’efficienza energetica è un elemento di competitività per il
sistema paese e uno strumento strategico per l’industria
manifatturiera in particolare. La norma UNI 16001 raccomanda
le linee guida che ogni organizzazione dovrebbe seguire al fine di
sviluppare e gestire il proprio sistema energetico. Il processo di
gestione deve essere ciclico e volto al miglioramento continuo;
l’audit energetico è un momento fondamentale ricorsivo di un
ciclo di gestione rodato, ma ancor prima uno strumento
fondamentale per il suo innesco.
L’efficienza energetica diviene una rilevante opportunità competitiva;
infatti, il risparmio associato, trasferendosi direttamente sugli utili
aziendali, interviene con una leva sensibile nel liberare risorse
economiche verso opportunità di implementazione strategica. In
questo senso, la norma UNI CEI 16001 sui sistemi di gestione
dell’energia, si prefigge di dare le indicazioni di principio utili per le
organizzazioni nel perseguimento dell’efficienza energetica; la norma
non fornisce requisiti assoluti ma, al contrario, invita qualunque
organizzazione a prestare attenzione allo sviluppo e alla gestione di
un proprio sistema energetico, semmai calibrando l’impegno sulle
proprie caratteristiche; anche nei casi di incidenza energetica meno
pesante, infatti, molti interventi riservano benefici a fronte di impegni
di intensità di capitale nulla o molto limitata, come, ad esempio, nel
caso della diffusione di consapevolezza e di atteggiamenti virtuosi.
L'energy check è alla base di ogni politica di risparmio energetico e
si sviluppa secondo la seguente struttura:
• Sopralluogo, raccolta dati, analisi dello stato di fatto.
• Produzione di un report contenente una descrizione dell'azienda,
dei consumi e dei flussi di energia, dei principali utilizzi e
caratteristiche del settore.
• Determinazione del potenziale di riduzione dell'impiego di fonti
energetiche tradizionali, anche in relazione all'introduzione delle
fonti rinnovabili.
• Proposta di un piano di implementazione degli interventi
individuati con le relative valutazioni di carattere economico.
La durata minima degli energy check sarà di cinque giorni, inclusa
l'analisi dei dati raccolti. Il numero di giorni per il sopralluogo
dipenderà dalle condizioni specifiche dell'azienda
Energy Check – Step-by-step
Fase 1: Raccolta dei dati, prima del sopralluogo
In preparazione per l'energy-check verranno raccolti i dati dalle
aziende. Una quantità considerevole di informazioni sugli aspetti
energetici sono immediatamente disponibili in una società, ma
spesso richiedono uno sforzo di raccolta ed interpretazione dei dati.
Una volta riunite le informazioni utili si avrà un quadro più chiaro
sugli usi di energia e sui costi.
Energy Check – Step-by-step
Le fatture costituiscono la fonte più importante di informazioni. I
dati potrebbero essere disponibili da altre aree di attività e, se
appropriati, verranno inclusi. Ad esempio i dati sui costi derivati
dalle fatture potrebbero venire richiesti dalla contabilità.
Gli auditor utilizzeranno i dati per una prima valutazione della
situazione energetica (fonti, principali utilizzatori, capacità
produttiva, primi riferimenti, ecc . . ) Analizzando i dati raccolti
l'auditor otterrà le informazioni necessarie per sapere cosa
osservare in maggior dettaglio in fase di sopralluogo.
Energy Check – Step-by-step
La seguente lista di informazioni necessarie verrà fornita alle aziende,
che le dovranno raccogliere e mandare agli auditor (oppure
permettergli di farne delle copie durante il sopralluogo):
• Copie delle fatture di tutte le fonti energetiche utilizzate, almeno
degli ultimi due anni (elettricità, gasolio, gas naturale, GPL , calore,
teleriscaldamento, ecc.). Le fatture devono contenere le informazioni
sulla quantità di energia conumata (kWh, metri cubi, …)
• Copie dei contratti di fomitura
• Piante del sito (per un preparazione ed orientamento)
• Indicatori: numeri tipici che mostrino potenza dei carichi (fattuato,
produzione, input di materiale, ecc.) su base mensile
• Lista di macchinari attrezzature responsabili dei maggiori consumi
• Istruzioni tecniche per i principali utilizzatori
• Esistenti relazioni di audit energetici
Energy Check – Step-by-step
Con le informazioni raccolte l'auditor è in grado di iniziare la
compilazione degli strumenti di Energy-check ed avere una
prima visuale della situazione energetica, come ad esempio:
Informazioni di base sull'azienda:
• Dati dell'azienda (codice di settore, indirizzo, campo in cui
opera, ecc.)
• Contatti
• Numeri chiave (numero di impiegati, m2 di area produttiva,
fatturato, produzione, materie prime utilizzate, ore di attività)
Energy Check – Step-by-step
Domande riguardanti le conoscenze della PMI in materia di energia
• C'è una persona responsabile per l'energia?
• C'è un monitoraggio dei consumi?
• L'efficienza energetica è tenuta in considerazione in fase di acquisto
di nuove attrezzature?
• La società è al corrente delle buone norme per un suo sostenibile
dell'energia?
• La società ha consultato un esperto per migliorare l'efficienza
energetica?
Energy Check – Step-by-step
Dati elettrici su base mensile
• Consumo di elettricità e costi (energia e rete)
• Produzione elettrica
Dati sul calore base annuale
• kWh/annui e costi dei diversi combustibili fossili
• Emissioni di CO2 dei combustibili fossili (calcolati in base
al metodo dì calcolo azionale)
• kWh/annui e costi delle fonti energetiche rinnovabili
• metri quadri di superficie riscaldata
Energy Check – Step-by-step
Fase 2: Analisi dei dati raccolti
L'informazione sull'input di energia e sulla sua variazione
annuale può essere desunta dalle fatture, ad esempio le
bollette di:
• elettricità
• gasolio
• gas naturale
• biomassa
• GPL
• ecc.
Energy Check – Step-by-step
Fase 2: Analisi dei dati raccolti
In particolare, per l'analisi degli usi di energia (energy output)
nei diversi processi, verranno svolte indagini più approfondite
circa i processi di:
• riscaldamento
• raffrescamento
• aria compressa
• illuminazione
• aria condizionata
• motori elettrici
• ecc.
Energy Check – Step-by-step
Fase 3: Sopralluogo
Dopo aver studiato ed analizzato le informazioni ottenute,
l'energy-auditor è ben preparato per vIsitare lo
stabilimento ed effettuare l'energy-check. La parte
fondamentale di un sopralluogo è tracciare i flussi di
energia all'interno della azienda e dei processi produttivi e
di fare foto del sito, degli impianti e delle attrezzature
importanti per il report finale.
Energy Check – Step-by-step
Fase 3: Sopralluogo
Gli energy-auditors riceveranno gli strumenti adeguati per il
sopralluogo incluse informazioni dettagliate su:
• Misurazioni
• fattori di potenza
• gestione dei carichi
• illuminazione
• aria compressa
• ventilazione
• ecc.
• pompe
• motori elettrici
• condizionatori
• impianti di riscaldamento
• calore di processo
• recupero di calore
Energy Check – Step-by-step
Fase 4: Tracciamento dei flussi energetici
Con i dati raccolti fino a questa fase, il sistema energetico può
essere rappresentato con un diagramma di flusso (o
diagramma di Sankey), ovvero la rappresentazione grafica di
tutti i flussi rilevanti di energia presenti nell’azienda.
Energy Check – Step-by-step
Fase 5: Identificazione delle aree di intervento
Come risultato della raccolta dati e del sopralluogo, l'energy-auditor
identifica le aree di intervento. Un set completo di informazioni farà
da supporto all'auditor nell'individuazione delle possibilità di
risparmio. In base alle condizioni specifiche dell'azienda soggetto
dell'audit verranno scelte le informazioni da utilizzare tra quelle
raccolte come, ad esempio:
• Check list
• Elenco generale enti
• Elenco di interventi specifici del settore
• Esempi di “best practice”
• Riferimenti
• ecc.
Energy Check – Step-by-step
Fase 6: Produzione del report
Riportare i risultati dei check dove vengono evidenziate le varie scelte
progettuali, i vari metodi e modi di risparmio ed un piano per attuare
lo stesso.
Utilizzare grafici, esempi di pratiche e procedure per illustrare le
pratiche di riduzione di energia analizzate e utilizzate in modo da
rendere facile la comprensione al committente.
