Le pompe di calore - Ordine Ingegneri della provincia di Cagliari

31/01/2011
POMPE DI CALORE
Ing. Laurent SOCAL
31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
1
Cosa fa il progettista
Punto di partenza: esigenza di un servizio
sceglie un insieme di componenti per formare
un sistema idoneo a fornire un servizio
Dimensionamento
– Scelta dei componenti da mettere insieme per
fornire il servizio
Prestazione
energetica
– Verifica della prestazione energetica in condizioni
reali di esercizio
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
2
1
31/01/2011
Dimensionamento
Calcolo di dimensionamento (potenza, kW, portate)
Serve per stabilire la taglia di apparecchi e componenti
In condizioni di progetto condizioni estreme (l’impianto “deve farcela”)
Calcolo “dalla parte della sicurezza” + influenza costruttori (radiatori)
Conseguenza: forte sovradimensionamento, condizioni mai raggiunte
nell’esercizio, frequenti problemi di marcia a regime ridottissimo
– Tollerabile una scarsa precisione si limitano gli apparecchi piccoli
–
–
–
–
… Facile finchè sono caldaie:
– la prestazione energetica in termini di potenza massima è indipendente
dalle condizioni climatiche
– costo modesto del kW installato
… Critico con altri tipi di generatori: Pompa di calore
prestazione minima in condizioni di esigenze massime
abbinamento con una caldaia di supporto
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
3
La pompa di calore
E’ una macchina che consente di trasferire del calore
– Da un corpo a bassa temperatura (sorgente fredda)
– Ad un corpo a temperatura maggiore (sorgente calda)
Per effettuare questo trasferimento è necessario
spendere dell’energia meccanica
Utilizzo tipico: macchine frigorifere
COP di una pompa di calore è il rapporto fra
– energia termica fornita alla sorgente calda
– energia elettrica, meccanica o termica spesa
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
4
2
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Pompa di calore
Qel = 1 kWh
Energia elettrica
Qf = 3 kWh
gratis a 5 °C
Qc = 4 kWh
termici a 20 °C
Pompa di calore
COP = Qc/Qel = 4
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
5
Refrigeratore
Qel = 1 kWh
Energia elettrica
Qc = 4 kWh
a 35 °C
Qf = 3 kWh
a 26 °C
Refrigeratore
EER = Qf/Qel = 3
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
6
3
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Tipi di pompe di calore
Elettriche
– Ciclo termodinamico
– Compressore azionato da motore elettrico
Con motore a gas
– Ciclo termodinamico
– Compressore azionato da motore a gas
Ad assorbimento
– Ciclo basato sulla concentrazione / diluizione di
ammoniaca
– L’input è energia termica prodotta da un bruciatore
(da combustione)
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
1 kWh
elettrico
Pompa di calore elettrica
3…4
kWh
termici
2…3
kWh
gratis
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
8
4
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Pompa di calore
con motore a gas
3 kWh
combustibile
4…5
kWh
termici
2…3
kWh
gratis
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9
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Pompa di calore
ad assorbimento
3 kWh
combustibile
4…5
kWh
termici
1..2
kWh
gratis
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
10
5
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Fattori che influenzano la prestazione
Temperature delle sorgenti calda e fredda
– Ridurre la temperatura di mandata dell’impianto
Uso di impianti a pannelli
– Cercare sorgenti a temperatura più alta possibile
Flussi di scarto (aria di ventilazione)
Terreno, acqua di falda (“geotermiche”)
Acque superficiali: laghi, corsi d’acqua
Carico della pompa di calore
– A carico parziale il COP cambia
Altri fattori
– Brinamento (pompe di calore con sorgente fredda aria)
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11
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
COP massimo teorico
30
25
Mandata = 30°C
20
Mandata = 40°C
15
Mandata = 50°C
10
Mandata = 60°C
5
0
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Temperatura delIa sorgente fredda °C
COPMAX =
Tabs,HOT
Tabs,HOT − Tabs,COLD
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
=
T°C,HOT + 273,15
∆T
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
x 0,3…0,6 in pratica
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COP tipici di pompe di calore acqua/acqua
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
COP AETOP 07
6,0
35
5,0
4,0
45
3,0
55
2,0
1,0
0,0
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
Temperatura aria
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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7
31/01/2011
Rendimento di II principio
Rendimento di II principio, rapporto fra
– COP effettivo della pompa di calore
– COP teorico massimo
con le medesime temperature delle sorgenti
ηIIprincipi o
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COP
=
COPMAX
15
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Rendimento di II principio AETOP 07
0,50
0,45
35
0,40
0,35
45
0,30
55
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
-15
-10
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
-5
0
5
Temperatura aria
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
10
15
20
16
8
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Come calcolare la pompa di calore
Calcolo mensile con temperatura esterna media?
Possibile solo se:
– La temperatura della sorgente fredda è stabile
Sorgente terreno o corso d’acqua
– La temperatura di mandata è stabile
Impianti a pannelli o ventilconvettori
In caso contrario, occorre tenere conto della
forte variabilità della prestazione con la
temperatura esterna metodo dei bin
Analisi per intervallo di temperatura esterna
anzichè per intervallo temporale
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Norme europee approvate
PARTE GENERALE EN 15603
RISCALDAMENTO ED ACQUA CALDA SANITARIA: EN 15316
RISCALDAMENTO
Emissione e regolazione
Distribuzione
Generazione EN 15316-4-…
ACQUA CALDA SANITARIA
Calcolo dei fabbisogni
Emissione e distribuzione
Accumulo e generazione
– Combustione
– Pompa di calore EN 15316-4-2
– Cogenerazione
– Teleriscaldamento
In scrittura:
UNI-TS 11300-4
– Sistemi solari termici
– Altri sistemi (FV)
– Biomassa
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Metodologia di calcolo – EN 1531615316-4-2
Suddividere il periodo di calcolo in intervalli di calcolo
1.
EN 15316-4-2: intervalli di tempo per fascia di temperatura (bin)
– UNI-TS 11300: per alcuni tipi di pompe di calore ammissibile un calcolo mensile
Quando richiesti i bin, vanno determinati su base mensile
–
Ripartire ogni intervallo di calcolo fra i modi di funzionamento
(riscaldamento, sanitario, misto)
Calcolo dell’impianto, dell’energia richiesta e delle temperature dell’acqua e della
sorgente per ogni intervallo di calcolo definito
Valutazione dell’energia erogabile dalla pompa di calore.
Il saldo va attribuito al sistema di back-up (caldaie od altri generatori)
Valutazione del COP per ogni intervallo tenendo conto di
2.
3.
4.
5.
Temperature delle sorgenti (sorgente fredda e fluido termovettore)
– Carico della pompa di calore
–
Calcolo dell’energia principale e dell’energia ausiliaria per ogni interavallo
Calcolo dell’energia primaria per ogni bin
Moltiplicazione dei risultati di ogni singolo bin per il rispettivo numero di ore e
sommatoria per determinare il fabbisogno complessivo di energia primaria.
6.
7.
8.
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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In preparazione al CTI…
La norma EN 15316-4-2 non è utilizzabile tal quale: alcune
parti non sono definite:
– non specifica come debbano esere presentati i dati di COP e come
fare le interpolazioni
– non si dice quasi nulla sulla temperatura delle sorgenti fredde (sonde
verticali)
In corso di redazione la UNI-TS 11300-3 che conterrà tutte le
istruzioni per poter utilizzare la EN 15316-4-2
Metodo semplificato: mensile e con rendimento exergetico
costante al posto delle interpolazioni
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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10
31/01/2011
Scelta dell’intervallo di calcolo
Intervalli mensili
– Basata su una suddivisione a calendario della stazione di riscaldamento
– Calcolo in un giorno rappresentativo per ciascun mese
– Scelta normale nei calcoli tradizionali degli impianti di riscaldamento
Intervalli di temperatura (bin)
– Suddivisione delle possibili temperature esterne in intervalli (°C)
– Definizione della durata per ciascun intervallo
– Calcolo nelle condizioni rappresentative di ciascun intervallo di
temperatura
UNI-TS 11300
– Uso dei bin con sorgente aria o con impianti ad alta temperatura
quando c’è un variazione significativa di prestazione nel mese
– Calcolo mensile negli altri casi
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Milano - Stazione 601 - febbraio 2003
15
Valori orari
Valore medio mensile
Valori giornalieri
10
5
0
-5
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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11
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Distribuzione in bin,
bin, cosa significa
Suddividere
il campo delle possibili
temperature esterne in intervalli
Curva di frequenza
– Esprime il tempo (durata) in cui la temperatura è
compresa nell’intervallo (bin)
Curva
cumulata
– Esprime il numero di ore per le quali la
temperatura è maggiore di quella del bin
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Temperatura ricostruita per il Comune esempio
16
MESE
12
Linea rossa
interpolazione su
dati mensili UNI
(pallini)
8
4
0
Linea blu
Dato climatico
giornaliero reale
BIN
-4
-8
0
50
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
100
150
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
200
24
12
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Ore
cum ulate
Ore bin
Dicembre
1.000
200
900
180
800
160
700
140
Ore cumulate
600
120
500
100
400
80
300
60
200
40
100
20
Ore bin
0
-5
0
5
10
0
15
Temperatura °C
ESEMPIO DI DATI RICOSTRUITI PER MILANO
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Dati climatici disponibili
Dati utilizzati per il calcolo dell’energia
– Temperature medie mensili per 101 capoluoghi di provincia
– Irradiazione solare per 101 capoluoghi di provincia
– Gradi giorno UNI (sulla base delle temperature medie mensili)
Per tutte le altre località: intepolazione e correzione con la quota
Dati di qualità accettabile
Altri dati climatici
– Temperatura di progetto (usati per il calcolo delle dispersioni)
Tecnicamente dovrebbe essere: temperatura che ritorna almeno per 48 ore all’anno
Di fonte incerta e non omogenea, poco affidabili
– Gradi giorno DPR 412/93 solo per determinare la zona climatica
– Dati da centraline ARPA e da enti diversi
– Anno tipo con dati orari sul sito www.cti2000.it per tre località
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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13
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Ipotesi allo studio CTI
… in attesa di avere distribuzioni di frequenza standard
mensili affidabili (anno tipo in preparazione al CTI) …
Ricostruzione dei dati climatici
(“Meteonorm” citato da molte norme europee sono dati
ricostruiti)
Base comune: temperatura media mensile
Simulazione della variabilità mensile:
– variabilità del giorno tipo = variazione mensile
– distribuzione gaussiana in base al soleggiamento ed alla
temperatura di progetto
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Condizione
conteggio
Dati climatici reali/ricostruiti
>-10
>-8
>-6
>-4
>-2
>0
>2
>4
>6
>8
>10
>12
>14
>16
>18
Min
bin
Med
bin
°C
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
°C
-9
-7
-5
-3
-1
1
3
5
7
9
11
13
15
17
Bin su dati
orari
h
672
672
672
672
672
636
484
291
150
74
27
11
0
0
0
h
0
0
0
0
36
152
193
141
76
47
16
11
0
0
Bin su dati giornalieri
gg
28
28
28
28
28
28
25
13
4
1
0
0
0
0
0
h
672
672
672
672
672
672
600
312
96
24
0
0
0
0
0
h
0
0
0
0
0
72
288
216
72
24
0
0
0
0
Durata
Ore
BIN - Milano - Stazione 601 - febbraio 2003
350
300
250
200
150
100
50
0
-10
-5
0
5
10
15
20
Temperatura esterna °C
Dati ARPAV
MILANO - Viale Marche
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Bin su dati orari
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Bin su dati giornalieri
Dati ricostruiti
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Perché usare i bin
bin?
?
Complicazioni di calcolo con i bin:
Occorre ricostruire i dati
E’ necessario raccordarsi ad un metodo mensile…
Vantaggi
– Calcolo dell’energia del sistema di back-up
– Verifica del dimensionamento della pompa di calore
– Maggiore precisione
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Per passare dal dato mensile ai bin…
Ripartizione dell’energia mensile a carico della
pompa di calore:
in base ai gradi-ora
Temperatura di base dei gradi-ora Toff
temperatura di spegnimento del riscaldamento
da estrapolazione dei dati mensili
Per ogni bin:
gradi-ora = durata bin x (Toff – Tbin)
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
30
15
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Fabbisogno di calore utile Qh in MJ/giorno
2400
DATO BIN
DATI MENSILI
(Qh mese/giorni mese)
2000
1600
TEMPERATURA
SPEGNIMENTO
1200
800
400
y = -113,2x + 1691,
0
-6
-4
-2
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0
2
4
6
8
10
12
14
16
Temperatura esterna °C
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Calcolo dei modi di funzionamento
Determinare il tempo necessario per la produzione
di acqua calda sanitaria
da sottrarre al tempo totale disponibile
– Energia utile da produrre
Metodo mensile: in base all’energia utile mensile
Metodo dei bin: ripartizione del’energia mensile in
proporzione alla loro durata
– Condizioni di marcia medie mensili o per ciascun bin
potenza massima erogabile
durata del funzionamento in acqua calda sanitaria
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Scelta del pozzo caldo
Deve avere la temperatura più bassa possibile
Aria interna
Con sistemi ad espansione/condensazione diretta oppure impianto canalizzato
– Costo elettrico elevato per la movimentazione dell’aria
–
Pannelli radianti
Ottenibili temperature molto basse (22…25 °C) sovradimensionando i pannelli
– Utilizzabile anche parzialmente in raffrescamento (carico sensibile)
–
Ventilconvettori
Utilizzabili anche in raffrescamento e deumidificazione
– Temperatura medio/alta, devono essere sovradimensionati
– Rumorosi, inducono consumo elettrico
–
Radiatori
Utilizzabili solo con forte sovradimensionamento
– Non utilizzabili in raffrescamento
–
NECESSARIO CALCOLO DELLA TEMPERATURA DELL’IMPIANTO
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Orari di funzionamento
Necessario passare al funzionamento 24/24
Riduzione della potenza media – Pompa di calore di taglia inferiore
– Temperatura di mandata inferiore COP maggiore
In un edificio nuovo la costante di tempo è di 80…150
ore 8 ore di spegnimento non hanno alcun effetto
Effetto intermittenza illusorio con edifici ben isolati:
quando si abbassa il termostato, la temperatura
scende molto lentamente
temperatura sempre diversa in locali diversi
31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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31/01/2011
Calcolo delle temperature dell’acqua nell’impianto
Partendo dai dati di energia
1.
si devono calcolare in sequenza, per ogni mese (raccomandazione CTI)
Temperatura di mandata e ritorno agli emettitori
– Scelta del tipo e dimensionamento degli emettitori
– Scelta delle temperature di progetto dell’impianto
2.
Temperatura di mandata e ritorno dei singoli circuiti di distribuzione
(gruppi di emettitori omogenei
– In base agli schemi circuitali e di regolazione (diretto, miscelazione, by-pass)
3.
Temperatura di mandata e ritorno ai collettori della generazione in
funzione delle temperature e portate dei circuiti di distribuzione collegati
– Media delle temperature dell’acqua di ritorno dai circuiti di distribuzione, pesata
in base alle rispettive portate
4.
Temperatura di mandata e ritorno e portata dell’acqua nei generatori
– Scelta del circuito di generazione (diretto o con portata indipendente)
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Scelta della sorgente fredda
Deve avere la temperatura più alta possibile
Aria esterna bin, dimensionamento…
Aria interna non gratuita in inverno
Terreno, scambiatore orizzontale
Terreno, scambiatore verticale
Acqua superficiale
Acqua di falda
31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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18
31/01/2011
Temperatura del terreno
Il terreno è diviso in due fasce separate
Fino a circa 10 metri di profondità (zona perturbata):
– Temperatura media uguale a quella dell’aria esterna
– Avvicinandosi alla superficie cresce l’influenza della temperatura
dell’aria (oscillazione attenuata e sfasata)
– Uso di correlazioni empiriche per determinare il profilo di temperatura
(ampiezza e sfasamento dell’oscillazione rispetto alla temperatura media)
A circa 10 metri di profondità (superficie di discontinuità)
– Temperatura uguale a quelle media annuale esterna
Oltre 10 metri di profondità (zona non perturbata)
– Temperatura crescente con la profondità
(in prima approssimazione, temperatura costante)
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
TEMPERATURA MENSILE DEL TERRENO ALLE VARIE PROFONDITA'
Profondità
30 °C
0m
1m
25 °C
2m
20 °C
3m
4m
15 °C
5m
10 °C
6m
8m
5 °C
10 m
0 °C
Gen Feb Mar Apr Mag Giu
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Lug Ago
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Set
Ott
Nov
Dic
11 m
38
19
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Terreno, scambiatore orizzontale
…A 1..1,5 metri di profondità…
Temperatura media annuale
Componente oscillante sfasata
Temperatura terreno - scambiatore orizzontale
30 °C
25 °C
20 °C
15 °C
10 °C
Temperatura aria
5 °C
Temperatura terreno
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br
e
em
br
e
Di
ce
m
br
e
tt o
O
No
v
m
br
e
st
o
Ag
o
S
et
te
o
gl
io
gn
Lu
gi
o
iu
G
o
ile
ag
M
Ap
r
ar
z
M
ra
io
Fe
bb
G
en
na
io
0 °C
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Terreno, scambiatore verticale
Disponibili solo dati empirici
espressi come W/m con
utilizzo max di 1800 h/anno
Fortemente dipendente da
caratteristiche terreno
Meglio se accoppiato con
raffrescamento
Modello da EN
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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20
31/01/2011
Temperatura dell’acqua
Per il funzionamento della pompa di calore conta la temperatura dell’acqua
nella pompa di calore
– Rispetto al terreno ci deve essere una differenza di temperatura per garantire lo
scambio termico (dipende dal tipo di terreno)
La quantità di calore prelevabile annualmente con continuità è limitata alla
capacità termica di un manicotto attorno allo scambiatore.
– Dipende fortemente dalla tipologia del terreno e dall’eventuale movimento
dell’acqua.
– Convenzionalmente sono individuate delle potenze massime prelevabili per 1800 o
2400 h/anno
Verticale: 20 … 100 W/m
Orizzontale: 8…32 W/m²
– Preferibile usare alternativamente il pozzo in riscaldamento e raffrescamento
OCCORRE ANCHE TENERE CONTO DEL CONSUMO DI ENERGIA
ELETTRICA DELLE POMPE DEL POZZO
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Acqua
Acqua
superficiale: laghi, fiumi, lagune …
– Temperatura dipendente dal mese in superficie
– Temperatura dipendente dalla profondità (laghi)
Acqua
di pozzo
– Temperatura costante dipendente dalla zona
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Calcolo di potenza e COP
Determinare le temperature delle sorgenti calda e fredda
Interpolare i dati forniti dal costruttore per ottenere:
– Potenza massima erogabile dalla pompa di calore
– COP nelle condizioni specifiche di marcia
Eventualmente, fare la correzione per tener conto dell’effetto
della variazione della portata dell’acqua nell’evaporatore e nel
condensatore
Metodo : rendimento exergetico costante
DATI RICHIESTI: almeno curve per mandata 35 °C e 50 °C
In discussione in sede CTI
31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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Verifica copertura fabbisogno
Pompe bivalenti: togliere il tempo richiesto per la
produzione di acqua calda sanitaria
Scartare i bin a temperatura inferiore al cut-off deciso
Calcolare l’energia producibile nel tempo rimasto
Fare la differenza fra
fabbisogno di energia
energia massima producibile
– Se positiva energia a carico del sistema di back-up
– Se negativa passare all’eventuale valutazione dell’effetto
dell’intermittenza
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
45
Effetto dell’intermittenza
Occorre terne conto del decadimento del COP in base
all’intermittenza
Non chiaro come definire questo dato
(fattore additivo, moltiplicativo …?)
Quando verrà definito occorrerà correggere il COP
qualora il fattore di carico sia minore di 1 (…cascate)
Per prevenire l’intermittenza si può aggiungere un
serbatoio inerziale (al posto del compensatore
idraulico) in modo da garantire un numero limitato di
avviamenti. Ad esempio, dimensionato per 15 minuti
alla potenza massima della pompa di calore
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
46
23
31/01/2011
Calcolo finale
Energia
principale per la pompa di calore
– Fabbisogno diviso COP
Ausiliari
– Potenza ausiliari per tempo di funzionamento
– Non si devono contare gli ausiliari già considerati
nel calcolo del COP dichiarato
– Necessario sapere e è già stato considerato il
recupero di calore nel calcolo del COP
– Ausiliari “nascosti” circolatore sonde
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
47
Esempio di calcolo
Villetta
isolata da 130 m² utili
Potenza di progetto a -5°C ≅ 8 kW
Pompa di calore aria/acqua, potenza
assorbita massima 2,9 kW
Impianto di riscaldamento a pannelli
radianti, dimensionati per temperatura di
mandata massima di 35 °C
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
48
24
31/01/2011
Fabbisogni Villetta Firenze
1.800
Qh 7,3 MWh/anno
1.400
1.200
1.000
800
600
400
200
0
G
en
na
io
Fe
bb
ra
io
M
ar
zo
A
pr
il
M e
ag
gi
o
G
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br
e
O
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b
N
ov r e
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br
D
e
ic
em
br
e
Fabbisogno kWh/mese
1.600
Sanitario
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Riscaldamento
49
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Potenze acqua calda sanitaria mese di Gennaio kW
8,0
1,60
7,0
1,40
Fabbisogno
P ompa di calore - max
6,0
1,20
5,0
1,00
4,0
0,80
Back-up
3,0
0,60
Consumo elettrico
2,0
0,40
P ompa di calore media
Rendimento
1,0
0,20
0,0
0,00
Fattore di carico
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Temperatura esterna
31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
50
25
31/01/2011
Energie acqua calda sanitaria mese di Gennaio kWh/bin
60
1,60
Fabbisogno
1,40
P ompa di calore
50
Back-up
Consumo elettrico
40
Rendimento
1,20
1,00
30
0,80
0,60
20
0,40
10
0,20
0
0,00
-15
-5
5
15
25
35
Temperatura esterna
31/01/2011
51
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ore in riscaldamento e acqua calda sanitaria mese di Gennaio
250
Ore totali mese
Ore in riscaldamento
200
150
100
50
0
-15
-10
-5
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
0
5
10
15
Temperatura esterna °C
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
20
25
30
52
26
31/01/2011
Rendimento
Potenze riscaldamento mese di Gennaio kW
14,0
1,60
12,0
1,40
1,20
10,0
1,00
8,0
0,80
Fabbisogno
Pompa di calore - max
6,0
0,60
Back-up
Consumo elettrico
Pompa di calore media
Rendimento
Fattore di carico
4,0
2,0
0,40
0,20
0,0
0,00
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Temperatura esterna
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53
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Energie riscaldamento mese di Gennaio kWh/bin
Rendimento
450
1,60
Fabbisogno
400
Pompa di calore
1,40
Back-up
350
1,20
Consumo elettrico
300
Rendimento
1,00
250
0,80
200
0,60
150
0,40
100
50
0,20
0
0,00
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Temperatura esterna
31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
54
27
31/01/2011
Fabbisogni Villetta Noventa
Qh 8,3 MWh/anno
2.000
1.500
1.000
500
0
G
en
n
Fe aio
bb
ra
io
M
ar
zo
A
pr
il
M e
ag
gi
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G
iu
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O
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br
N
ov
e
em
br
D
e
ic
em
br
e
Fabbisogno kWh/mese
2.500
Sanitario
31/01/2011
Riscaldamento
55
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Potenze acqua calda sanitaria mese di Gennaio kW
8,0
1,60
7,0
1,40
F abbiso gno
P o mpa di calore - max
6,0
1,20
5,0
1,00
4,0
0,80
Back-up
3,0
0,60
Co nsumo elettrico
2,0
0,40
P o mpa di calore media
Rendimento
1,0
0,20
0,0
0,00
F attore di carico
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Temperatura esterna
31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
56
28
31/01/2011
Energie acqua calda sanitaria mese di Gennaio kWh/bin
35
1,60
Fabbisogno
1,40
P o mpa di calore
30
Back-up
1,20
Co nsumo elettrico
25
Rendimento
1,00
20
0,80
15
0,60
10
0,40
5
0,20
0
0,00
-15
-5
5
15
25
35
Temperatura esterna
31/01/2011
57
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Rendimento
Potenze riscaldamento mese di Gennaio kW
14,0
1,60
12,0
1,40
1,20
10,0
1,00
8,0
0,80
Fabbisogno
Pompa di calore - max
6,0
0,60
Back-up
Consumo elettrico
Pompa di calore media
Rendimento
4,0
2,0
0,40
0,20
Fattore di carico
0,0
0,00
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Temperatura esterna
31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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29
31/01/2011
Energie riscaldamento mese di Gennaio kWh/bin
Rendimento
300
1,60
Fabbisogno
Pompa di calore
250
1,40
Back-up
1,20
Consumo elettrico
200
Rendimento
1,00
150
0,80
0,60
100
0,40
50
0,20
0
0,00
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Temperatura esterna
31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
59
Dati necessari al progettista
COP
al variare delle temperature
– Curve tipiche per temperatura di mandata
Dati
idraulici per l’inserimento nel circuito
Variazione del COP in funzione del carico
Potenza degli ausiliari da aggiungere
(in funzione del fattore di carico)
Limiti di temperatura di funzionamento
31/01/2011
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
60
30
31/01/2011
Dimensionamento della pompa di calore
Metodi di dimensionamento tradizionali (potenza):
– forte sovradimensionamento
– costi elevati, pompa di calore non competitiva
Dimensionamento con calcoli di energia:
– Dimensionamento più preciso
– Valorizza gli elevati apporti degli edifici ben isolati
– Si può tenere conto dell’inerzia dell’edificio aumentando la temperatura di
progetto (esempio: -5 °C -1 °C)
Dimensionamento con l’energia (firma energetica di progetto)
– Calcolare il fabbisogno di energia mensile di progetto
– Calcolare la potenza media di progetto mensile
– Costruire il grafico potenza mensile / temperatura esterna media mensile
– Interpolare con una retta e leggere la potenza richiesta alla temperatura di progetto
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Firma energetica di progetto
Firma energetica di progetto, potenza utile generatore [W]
8.000
Potenza utile media del generatore
7.000
Media anno
6.000
Dimensionamento
Lineare (Potenza utile media del generatore)
5.000
4.000
DIMENSIONAMENTO
STANDARD: 8 kW
3.000
2.000
1.000
0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
Temperatura esterna [°C]
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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31
31/01/2011
Conviene una pompa di calore?
Punto di vista energetico: se il COP supera 2,2, equivale ad una
caldaia che rende oltre il 100%
Punto di vista economico: occorre valutare il costo del kWh
primario
– 1 Nm³ di gas naturale: 10 kWhprim a 0,65 € 6,5 €cent/kWh primario
– 1 kWh elettrico: 2,17 kWhprim a 0,25 € 11,5 €cent/kWh primario
– 1 l di gasolio: 10 kWhprim a 1,1 € 11 €cent/kWh primario
Soluzione valida:
Con pochi °Cgg ed in abbinamento al servizio estivo
Solo per edifici nuovi
Dove non arriva gas naturale da rete
… hanno ancora margini di sviluppo prestazionale ed economico
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Ing. Socal - Calcolo pompe di calore
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