I TEMI DI OGGI
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Qualità ambientale indoor e outdoor
Efficienza energetica
1.
Efficienza e certificazione energetica degli edifici
Impianti termici negli edifici
Produzione e distribuzione dell'energia termica
Ventilazione
Cesare Maria Joppolo
Politecnico di Milano - Dipartimento di Energia
riduzione dei consumi di energie non rinnovabili
I. riduzione dei carichi
II. interventi sugli impianti
• ventilazione e recupero di energia
• produzione efficiente (caldaie, pompe di
calore, ecc.)
• utilizzo efficiente (panelli radianti, sistemi a
bassa temperatura, ..)
2. utilizzo di fonti energetiche rinnovabili (solare,
geotermico,…)
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GREEN DESIGN
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1.Minimi consumi di ciò che non è rinnovabile
(energie esauribili, territorio, acqua, materie
prime)
2.COROLLARIO:
Massimizzare l’uso di ciò che è rinnovabile
3.Minime emissioni atmosferiche che hanno un
impatto negativo sull’ambiente, il rilascio di
liquidi pericolosi e di rifiuti solidi
4.MASSIMO LIVELLO DI INDOOR ENVIRONMENT
QUALITY IEQ (che comprende IAQ, ambiente
termico, acustico, luminoso e visuale)
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GREEN DESIGN
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STEP FONDAMENTALI
I. RIDURRE I CARICHI
II. APPLICARE LE TECNOLOGIE PIU’ EFFICIENTI
III.LOGICA DI SISTEMA E DI INTEGRAZIONE
Tecnologie e sistemi di climatizzazione: i percorsi della sostenibilità
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Come raffrescare?
raffrescare?
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RIDURRE I CARICHI
CARICHI TERMICI
•
Macchine frigorifere / pompe di calore a compressione
•
Macchine frigorifere / pompe di calore ad assorbimento
Carichi per Ventilazione
(+/(+/-)
•
Sorgenti termiche : aria / acqua / terreno…
Carichi per trasmissione
attraverso l’involucro (+/(+/-)
•
•
Uso diretto
•
Uso indiretto
Apporti Solari (+)
Carichi interni:
Sensibile (temperatura)
(+)
Latente (Umidità) (+)
Raffreddamento evaporativo e torri di raffreddamento
NON SACRIFICARE Qualità dell’Aria indoor (IAQ)
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RIDURRE I CARICHI PER CONDUZIONE
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RIDURRE I CARICHI SOLARI
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Isolare adeguatamente le strutture che racchiudono il volume
riscaldato, ponendo attenzione ai ponti termici strutturali.
Studiare la geometria dei percorsi solari per progettare la
forma e la posizione degli edifici.
Utilizzo di schermi
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Caldaie a condensazione
Nella tecnologia a condensazione il vapore acqueo contenuto nei
fumi viene fatto condensare, nel passaggio dallo stato gassoso a
liquido il vapore cede il calore latente, assorbito nella combustione
del metano con l’aria. Il calore latente ceduto dal vapore sommato
al calore sensibile vengono trasmessi all’acqua d’impianto.
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Combustibili e condensazione
Il calore recuperabile dal latente di vaporizzazione dipende
notevolmente dal contenuto d’idrogeno presente nel
combustibile. Ne risulta che:
Potere
Potere
calorifico
calorifico
superiore Pcs inferiore Pci
kWh/m3
kWh/m3
Pcs/Pci
Pcs - Pci
Quantità acqua
di condensa
(teorica)
kg/m3 1)
kWh/m3
Gas di città
5,48
4,87
1,13
9,78
8,83
1,11
Gas metano LL
Gas metano E
11,46
10,35
1,11
Gas liquido
28,02
25,8
1,09
Gasolio EL 2)
10,68
10,08
1,06
1) riferito alla quantità di combustibile
2) con gasolio EL i dati si riferiscono all'unità di misura "litro"
0,61
0,95
1,11
2,22
0,6
0,89
1,53
1,63
3,37
0,88
La quantità di calore “recuperabile” dipende anche dalla
temperatura di rugiada dei fumi (temperatura in cui inizia il
fenomeno della condensazione)
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Impianti termici e Ventilazione – C.M. Joppolo
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Una considerazione di sistema
Gli apparecchi condensanti: post-scambiatore
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Il calore recuperabile dipende notevolmente dal contenuto d’idrogeno
presente nel combustibile.
Temperatura di rugiada dei fumi
Temperatura di rugiada dei fumi
Temp. fumi (°C)
Temp. fumi (°C)
70
70
60
60
57,5 °C
50
50
53,8 °C
40
40
100% CH4
100% CH4
95% CH4
95% CH4
Gasolio BTS
Gasolio BTS
41,8 °C
30
30
20
20
Si concentra tutta
l’attenzione
relativa ai materiali
compatibili con la
condensa acida
nello scambiatore
predisposto per la
condensazione.
65°C
140°C
10
10
0
0
0
0
5
10
15
5
10
15
Valore di CO2 (%) di Vol.
Valore di CO2 (%) di Vol.
20
20
950°C
Progettazione gestione devono garantire temperature di
ritorno compatibili con la condensazione
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Impianti termici e Ventilazione – C.M. Joppolo
ciclo
ciclo fumi
fumi
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Gli apparecchi condensanti: post-scambiatore
Mandata
condensatore
I rendimenti a confronto
104
100
14
condensing
Mandata caldaia
Condensatore in
acciaio INOX
90
84
Ritorno nel
condensatore
Percorso
fumi
Ritorno in
caldaia
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I rendimenti in funzione della temperatura di ritorno
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Le caldaie a piena condensazione
Il condensatore fumi è integrato nella
pannellatura della caldaia
Apparecchi a piena condensazione
ed ha tubi verticali
Rendimenti % sul PCI
in acciaio inox.
per usi residenziali
106
per usi civili
105
104
103
102
101
100
99
Rendimenti
in funzione della
98
97
20 30 40 50 60 70 80 90
temperatura del ritorno.
Temperature di ritorno
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Le caldaie a piena condensazione
POMPE DI CALORE ELETTRICHE
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Uscita fumi
~ 60°C
La combustione
T fumi
150°C
mandata
50°C
• La pompa di calore è una
macchina in grado di
trasferire calore da un
ambiente a temperatura
più bassa ad un altro a
temperatura più alta.
T fumi
960°C
T fumi
70°C
Ritorno
30°C
Scarico
condensa
Aria + Gas
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POMPE DI CALORE ELETTRICHE
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POMPE DI CALORE ELETTRICHE
• Il mercato europeo delle pompe di calore elettriche è l’unico in
crescita da diversi anni.
• La sua diffusione è sostenuta in quei paesi dove alta è la
disponibilità di energia elettrica , specie se di fonte idroelettrica
(Svizzera,Svezia) unitamente ad un progresso tecnologico dei
materiali che consente di ottenere prestazioni migliori dei
generatori a combustione (gas,olio) in termini di energia
primaria e di emissioni di anidride carbonica
• La sostituzione di caldaie con pdc elettriche in aree urbane può
avere effetti di rilievo sulla qualità dell’aria (PM10, PM2.5, …)
• Il sistema inoltre se pensato reversibile (o attivo o solo passivo)
ed abbinato ad impianti di riscaldamento bassa temperatura , è
in grado di realizzare un impianto domestico di climatizzazione.
• Queste considerazioni , unite al miglioramento continuo del
rendimento delle centrali elettriche (ciclo combinato) ed al
possibile sviluppo di generazione distribuita di energia elettrica,
fanno di questa tecnologia una potenziale alternativa del
riscaldamento a combustibili fossili.
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POMPE DI CALORE ELETTRICHE
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Impianti termici e Ventilazione – C.M. Joppolo
23
8
100
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PRODUZIONE EFFICIENTE DI POTENZA TERMICA E FRIGORIFERA
CONDIZIONI W10/W50:
COP=3.5
38
35
103
122
Pompa di calore Acqua/Acqua elettrica
100
POTENZA TERMICA
(+FRIGORIFERA 60)
150
Pompa
di Calore
ad Assorbimento
Caldaia
ad Assorbimento
a Metano
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Impianti termici e Ventilazione – C.M. Joppolo
PRODUZIONE EFFICIENTE DI POTENZA TERMICA E FRIGORIFERA
62
Pompa di calore ad acqua di falda
Caldaia a condensazione a Metano
100
POTENZA TERMICA
(+FRIGORIFERA 60)
150
Pompa di calore ad assorbimento (metano)
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PRODUZIONE EFFICIENTE DI POTENZA TERMICA E FRIGORIFERA
PRODUZIONE EFFICIENTE DI POTENZA TERMICA E FRIGORIFERA
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Reti ad acqua a quattro tubi
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The Electricity Role – The Smart Grid Approach
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The Electricity Role – The Smart Grid Approach
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Isolamento edifici e ventilazione: cambiano i carichi
100%
90%
Perdite per ventilazione
80%
SmartGrids will help
to achieve
sustainable
development through
using efficient,
environmentallyfriendly power
sources.
70%
60%
50%
40%
30%
20%
0%
E
1.
2.
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VENTILAZIONE E RECUPERO DI ENERGIA
Perdite per conduzione
10%
D
C
B
A
Con l’emanazione dei decreti 192/05 e 311/2006, il livello di isolamento
dell’edificio, aumenta, abbattendo di conseguenza i carichi termici per
conduzione attraverso l’involucro edilizio.
I carichi energetici per la ventilazione (condizioni termiche + igrometriche?)
necessaria per la qualità dell’aria (contaminanti e umidità), diventano tanto
più importanti quando si adottano elevati livelli di isolamento termico e si
vogliono raggiungere classi di efficienza energetica elevate.
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Il rinnovo dell’aria
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Le diverse possibilità:
Sistema centralizzato
- con recupero di calore
1. aerazione (apertura della finestre, infiltrazioni
attraverso i serramenti)
- senza recupero di calore
2. ventilazione naturale (aperture variabili eventualmente
con effetto camino)
- combinato con un sistema di riscaldamento
3. ventilazione meccanica controllata
(Heat pump)
4. ventilazione ibrida
RECUPERO ENERGETICO SULLA VENTILAZIONE
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Motivazioni per il passaggio dalla areazione alla ventilazione
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Aerazione e ventilazione naturale
Ventilazione (forzata, ..)
Areazione (Finestre)
Rumore Æ proveniente dall’esterno
Silenzio Ænessuna finestra aperta
Smog, pollini … Ætrasportati dall’aria
esterna
Aria pulita Æfiltri
Cambio d’aria periodico Æ quando
percepiamo aria consumata
Costante ricambio d’aria Æmai
aria consumata in casa
Manuale Æ apertura finestre
Automatica Æ il sistema lavora per noi
Ricambio incontrollato Æ è difficile capire
quanto le finestre vadano tenute aperte
Ricambio controllato Æ il sistema
rinnova il corretto quantitativo d’aria
anche con condizioni interne variabili
Spreco energetico Æ aria fredda entra
in casa
Risparmio energetico Æ usando un
sistema di recupero di calore
Nessun beneficio in estate
Aria più fredda in estate Æ usando
una pompa di calore geotermica
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Classificazione dei serramenti
(UNI EN 12207-1999)
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Valutazione del ricambio d’aria per infiltrazione
Classe del serramento
pc = 10 Pa
pc = 50 Pa
1
120
320
2
60
180
3
17
55
4
<10
18
Portata d’aria di infiltrazione [m³/h] riferita a 10 m² di serramenti
Caratteristiche dei serramenti di produzione attuale :
• buono / ottimo isolamento termico
• buon potere fonoisolante
• ridotte / inesistenti infiltrazioni d’aria
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Ricambio d’aria
insufficiente
USO RAZIONALE DELL’ENERGIA E QUALITÀ AMBIENTALE
Uso
dell’Energia
negli edifici
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Ambiente Indoor
Sano, Produttivo
e Comfortevole
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SISTEMI DI VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA
Il principio di funzionamento di un sistema di ventilazione meccanica controllata si basa
sull’immissione di aria “nuova” nei locali a bassa produzione di inquinanti, quali soggiorni e camere da
letto” e sulla simultanea estrazione dell’aria viziata dai locali “tecnici”, quali bagni e cucine.
Fonte: Il progetto Sostenibile, 2005
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SISTEMI DI VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA
I sistemi di VMC si distinguono in due tipologie: a semplice flusso e a doppio flusso.
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SISTEMI DI VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA
I sistemi a doppio flusso possono essere installati sia in una singola abitazione che in edifici condominiali.
Tipologie
Nei sistemi a semplice flusso un ventilatore in
funzionamento continuo è collegato a bocchette di
estrazione collocate nei locali tecnici (bagli e cucine) e
realizza una depressione che richiama aria esterna
entrante dai dispositivi di immissione. Essi sono “ingressi
aria” collocati solitamente ad infisso o a cassonetto.
Nei sistemi a doppio flusso il ventilatore è collegato sia
ad una doppia rete di canali, una per realizzare
l’immissione di aria nuova, l’altra per realizzare
l’estrazione.
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Recuperatori di energia per l’aria di ventilazione
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Contatti
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prof. Cesare Maria Joppolo
Professore Ordinario
Responsabile Laboratorio Ventilazione, Condizionamento dell’aria
e Refrigerazione (VAC&R)
Dipartimento di Energetica – Politecnico di Milano
telefono:
02-23993856
e-mail:
[email protected]
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Recupero di calore e di umidità
