LEZIONE 3 Analisi delle metodologie, simulazione della progettazione di un impianto di piccola taglia. Esempio di un caso reale – casa monofamiliare. a cura di Simone Laprovitera e-mail: [email protected] tel.: 340.46.87.850 PROCEDURA PROGETTUALE 1. Verifica della fattibilità tecnica 2. Individuazione dei vincoli autorizzativi 3. Caratterizzazione dell’utenza 4. 5. Caratterizzazione geologica e termogeologica del terreno Definizione delle condizioni di scambio terreno-sonda 6. Scelta dello schema di centrale e della PdC 7. Dimensionamento campo sonde 8. Dimensionamento collegamenti orizzontali 9. 10. Definizione componentistiche di centrale Dimensionamento di staffaggi e finiture Gli output della progettazione GEOSCAMBIATORE CENTRALE TERMICA • Caratteristiche dimensionali scambiatore • Schema funzionale di centrale • Caratteristiche costruttive sonde • Scelta pompa di calore geotermiche • Dimensionamento parti idrauliche • Circuito di alimentazione sonde • Lay out di centrale • Fluido termovettore • Procedure di costruzione/collaudo È di fondamentale importanza definire sin dalle fasi progettuali le logiche di funzionamento dell’impianto, i parametri di set-point, controlli di processo e allarmi L’impianto della signora Maria Impianto di piccola taglia con potenza inferiore a 15 kW. L’approccio alla progettazione così come descritto di seguito può essere impiegato se sussistono le seguenti condizioni: 1. Solo produzione di acqua calda e ACS 2. Funzionamento annuo standard (1800 ore , max 2400 ore) 3. Temperatura limite delle sonde geotermiche: 0 °C 4. Temperatura del terreno indisturbata: >= 10 °C 5. Le sonde saranno del tipo a doppia U diametro 32 mm cementati con malta cementizia a conducibilità termica migliorata. 6. Profondità sonde compresa tra 40 e 60m con interasse minimo pari a 5m Riferimento alla normativa VDI 4640 Schema di calcolo: 1. Definizione della potenza termica nominale della pompa di calore (legge 10) 2. Scelta della pompa di calore e definizione delle COP nelle diverse condizioni di riferimento 3. Calcolo della potenza da scambiare con il terreno 4. Scelta della resa termica del terreno W/m 5. Dimensionamento dello scambiatore Dimensionamento delle sonde:C Qu COP Qt Qu PdC Qt L Lunghezza complessiva sonde Tipo Sottosuolo Calore specifico di estrazione Per 1800 h Per 2400h Terreno povero (sedimento secco λ<1.5 W/mK) 25W/m 20W/m Roccia sedimentaria satura d’acqua (1,5<λ<3 W/mK) 60W/m 50W/m Roccia consolidata bianca (λ>3 W/mK) 84 W/m 70 W/m 25W/m 20W/m Ghiaia, sabbia satura d’acqua 65-80W/m 55-65W/m Ghiaia, sabbia con forte flusso d’acqua 80-100W/m 80-100W/m Argilla, limo umido 35-50W/m 30-40W/m Calcare (massiccio) 55-70W/m 45-60W/m Arenaria 65-80W/m 55-65W/m Rocce intrusive 65-80W/m 55-70W/m Rocce effusive 40-65W/m 35-55W/m Gneiss 70-85W/m 60-70W/m Valori di orientamento generali Rocce Ghiaia, sabbia secca Fonte (VDI 4640) Note al metodo Il dimensionamento deve prevedere una portata di circolazione compresa tra 1 e 3 m³/h per sonda Se il geoscambiatore è costituito da più sonde è corretto utilizzare un coefficiente di sovradimensionamento pari al 10% La capacità (complessiva) di scambio termico tra sonda e terreno si riduce di circa il 20% se l’impianto funzionerà per più di 2400 ore/anno e se vi sono più impianti indipendenti vicini È possibile ridurre del 10% la lunghezza delle sonde qualora il periodo di funzionamento dell’impianto è inferiore a 1000 ore/anno I limiti del metodo Non viene contemplato il funzionamento in regime estivo. Si considera la potenza di scambio con il terreno e non l’energia. Il metodo è testato per impianti installati nell’Europa del nord. Non si hanno test di verifica in territori a clima temperato come il bacino del mediterraneo. Un metodo alternativo proposto dall’ente svizzero per le energie rinnovabili Profondità 1/2 sonde Fabbisogno Utilizzo dei nomogrammi Altitudine loc. α= Qh (Qh/β)-Qp Qh: fabbisogno annuo kW/a β: fattore di performance stag. Qp: consumo ausiliari I limiti di validità del nomogramma En. In riscaldamento < 20 MWh/anno Potenza pdc tra 3 e 10 kW Altitudine max: 1500 m Conducibilità terreno tra 1,2 e 4 W/mK Lunghezza sonde: 60 – 160m (1 SGV), 60 – 100m (2 SGV) Un caso reale: Impianto per abitazione monofamiliare Taglia impianto: 15 kW Campo sonde •3 sonde verticali •Lunghezza 90 m •4 x 32 mm, PN16, PE 100 Centrale termica •1 Pompa di calore terra/acqua •Potenza assorbita/resa nominale (B0/W35): 3,7/15,9 kW •COP = 4,3 Refrigerante R410A •Reversibilità con inversione di ciclo frigorifero •Sistema di gestione integrato Un caso reale: Impianto per abitazione monofamiliare Schema funzionale