LEZIONE 5b – Impianti – ing. P.L.Fecondo

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SCELTA DEL TIPO DI TERMINALE DI IMPIANTO > RENDIMENTO DI EMISSIONE
L’efficienza del sistema di emissione,
definita attraverso il rendimento di
emissione, dipende da:
• tipo di terminale di erogazione dei
corpi scaldanti e posizionamento;
• altezza dei locali;
• carico termico medio annuo
(W/m3);
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
Il carico termico medio annuo, espresso in W/m3 è
ottenuto dividendo il fabbisogno annuo di energia
termica utile espresso in Wh, calcolato secondo la
norma UNI EN ISO 13790, per il tempo convenzionale di
esercizio dei terminali di emissione, espresso in ore, e
per il volume lordo riscaldato del locale o della zona
espresso in m3.
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RADIATORI
I radiatori sono terminali che cedono calore
all’ambiente per convezione naturale e
irraggiamento.
E’ consigliabile installare i radiatori sotto finestra o
lungo le pareti esterne perché in tal modo:
si possono contrastare meglio le correnti d’aria fredda
che si formano in corrispondenza
di tali superfici;
• si migliorano le condizioni di benessere fisiologico
limitando l’irraggiamento del corpo umano verso le
zone fredde;
• si evita o si riduce, nell’intorno del corpo scaldante,
l’eventuale formazione di condensa superficiale
interna.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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VENTILCONVETTORI
I ventilconvettori sono terminali che cedono o
sottraggono calore all’ambiente per convezione
forzata. Sono costituiti essenzialmente da:
– una o due batterie alettate di scambio termico,
– uno o due ventilatori centrifughi o tangenziali,
– un filtro dell’aria,
– una bacinella di raccolta condensa,
– un involucro di contenimento.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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PANNELLI RADIANTI
Il trasferimento di calore dal massetto
riscaldato dal tubo, avviene per effetto
combinato di irraggiamento e
convezione.
In questo caso però la componente
convettiva è trascurabile rispetto a quella
di irraggiamento.
Gli impianti a pannelli radianti, rispetto quelli di
riscaldamento tradizionale, a parità di temperatura
ambiente consentono un risparmio energetico medio
superiore al 20%. I motivi di questo sensibile risparmio
dipendono dal fatto che l’elevata superficie scambiante
costituita dal pavimento fa si che si possa riscaldare con
basse temperature del fluido termovettore. Questo
rende conveniente l’uso di sorgenti di calore la cui resa
aumenta al diminuire dalla temperatura richiesta
(pompe di calore, caldaie a condensazione, pannelli
solari, sistemi di recupero del calore, sistemi di
teleriscaldamento).
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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VALUTAZIONE DEL RENDIMENTO DI EMISSIONE
MAX
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VALUTAZIONE DEL RENDIMENTO DI EMISSIONE
Per ambienti riscaldati di altezza maggiore di 4 m, i rendimenti di emissione dipendono non solo dal
carico termico medio annuale, ma sono fortemente influenzati dalla tipologia e dalle caratteristiche
dei componenti, dalle modalità di installazione e dalle caratteristiche stesse dell’edificio.
MAX
MAX
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ALCUNE CONSIDERAZIONI SUGLI IMPIANTI AD ACQUA (IDRONICI)
Vantaggi degli impianti ad acqua
• Massima flessibilità per l‟adattamento a configurazioni di edifici, soprattutto
esistenti o ristrutturati, a diverso fattore termico;
• E‟ uno dei sistemi a minor costo iniziale;
• Ha un sistema di distribuzione semplice;
• Basso potenziale di contaminazione fra gli ambienti;
• Controllo della temperatura in ogni locale con veloce risposta alle variazioni di
carico;
• Facile commutazione estate/inverno.
Svantaggi degli impianti ad acqua
• Controllo inadeguato dell‟umidità interna;
• Non consente un adeguato controllo dei ricambi d‟aria;
• Effetti antiestetici delle prese d‟aria sulle facciate;
• Necessità di manutenzione ed assistenza nei locali condizionati;
• Necessità di pulizia di filtri, batterie e scarichi per evitare la crescita di batteri;
• Numero elevato di punti critici da controllare in tutti i locali;
• Manutenzione elevata dei terminali, specialmente nei ventilconvettori;
• Difficoltà nel mantenere efficienze elevate nei terminali;
• Non garantisce l‟eliminazione di zone morte in ambiente e velocità d‟aria
controllate.
• Necessità di regolazione con valvola a tre vie nei singoli ventilconvettori.
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ESEMPIO DI IMPIANTO RADIANTE PER AMBIENTI > 4 M : EDIFICIO PER IL CULTO
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ESEMPIO DI IMPIANTO RADIANTE PER AMBIENTI > 4 M : EDIFICIO PER IL CULTO
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ESEMPIO DI IMPIANTO RADIANTE PER AMBIENTI > 4 M : EDIFICIO PER IL CULTO
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VALUTAZIONE DEL RENDIMENTO DI EMISSIONE
Fattori da considerare per l’ottimizzazione del
rendimento di emissione
1. bassa temperatura media di progetto del
fluido termovettore;
2. buon isolamento termico della parete
retrostante;
3. strato riflettente sulla parete retrostante;
4. mensole atte a deviare i flussi convettivi
verso l’interno del locale e taglio termico
delle mensole stesse.
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SCELTA DEL TIPO REGOLAZIONE > RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
L’efficienza ambientale dipende inoltre dal rendimento di regolazione, che a sua volta
dipende dall’efficacia dei sistemi di controllo adottati.
• Regolazione manuale sul termostato di caldaia;
• Regolazione della temperatura dell’acqua in uscita dalla caldaia con
centralina comandata da sonda climatica esterna (regolazione
climatica centralizzata);
• Regolazione di ambiente e di zona senza controllo della
temperatura in uscita dalla caldaia (regolazione per singolo ambiente
o solo per zona);
• Regolazione ambiente e di zona con controllo della temperatura
dell’acqua in uscita dalla caldaia con centralina comandata da sonda
climatica esterna(regolazione climatica centralizzata + regolazione
per singolo ambiente o per zona)
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REGOLAZIONE MANUALE: LA SCELTA PEGGIORE
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REGOLAZIONE PER SINGOLO AMBIENTE: VALVOLE TERMOSTATICHE
Le termostatiche sono valvole che, oltre ad esercitare le normali funzioni delle
valvole per corpi scaldanti, sono in grado anche di regolare la temperatura
ambiente dei locali in cui sono installate.
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LE VALVOLE TERMOSTATICHE
Sono essenzialmente costituite da tre parti:
1. il corpo valvola dove si trovano alloggiati il
pistone e l’otturatore;
2. la manopola di regolazione che serve ad
impostare la temperatura voluta;
3. il bulbo di dilatazione che fornisce la forza
motrice necessaria per far funzionare la valvola.
Principio di funzionamento
Il dispositivo di comando è un elemento sensibile a liquido
costituito da un soffietto contenente all'interno una parte di
liquido ed il suo vapore saturo. L'equilibrio fra liquido e vapore
saturo è direttamente influenzato dalla temperatura: quando
questa aumenta, parte del liquido si trasforma in vapore
provocando un'espansione di volume nel soffietto, che a sua volta
si dilata.
Con la diminuzione della temperatura si verifica il processo
inverso, provocando uno schiacciamento del soffietto dovuto alla
contropressione esercitata da una molla.
Gli spostamenti meccanici dell'elemento
sensibile provocano, mediante il collegamento assicurato dall'asta,
l'apertura o la chiusura dell'otturatore valvola regolando in tal
modo il flusso nel corpo scaldante.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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TIPOLOGIE DI VALVOLE TERMOSTATICHE
portata variabile
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portata costante
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RISOLUZIONE DEGLI INCONVENIENTI DELLE VALVOLE TERMOSTATICHE
Per evitare gli inconvenienti connessi
all’uso
delle valvole termostatiche a due vie si può
ricorrere all’aiuto dei seguenti dispositivi di
equilibratura:
1. valvole di sfioro,
2. regolatori di pressione differenziale a
membrana,
3. pompe a velocità variabile,
4. autoflow.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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CARATTERISTICHE DELLE VALVOLE TERMOSTATICHE
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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SCHEMA DI CONTROLLO MISTO: ZONA + SINGOLO AMBIENTE
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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REGOLAZIONE SOLO DI ZONA
Il termostato o il cronotermostato
comanda le pompe di circolazione
del miscelatore e della caldaia,
raggiunta la temperatura
impostata viene arrestata la
circolazione di acqua calda
nell’impianto.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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REGOLAZIONE CLIMATICA
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REGOLAZIONE CLIMATICA + ZONA
La centralina climatica rileva la temperatura esterna, la
temperatura interna di un locale campione e quella di mandata ai
circuiti riscaldanti agendo sul motore della valvola miscelatrice. Al
diminuire della temperatura esterna, la centralina agisce sulla
valvola miscelatrice aumentando la temperatura di mandata
all’impianto. La sonda ambiente consente di confrontare il valore
misurato con quello impostato nella centralina climatica che ha la
funzione di cronotermostato. Raggiunta la temperatura impostata,
la centralina arresta la pompa della caldaia e quella del
miscelatore.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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VALUTAZIONE DEL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE
MAX
MAX
MAX
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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RENDIMENTO DI REGOLAZIONE : SCELTA DEI “COMPORTAMENTI”
Il sistema di regolazione in un impianto deve garantire che la risposta ad una
variazione della grandezza controllata abbia, durante il transitorio, delle minime
oscillazioni di valori e che successivamente venga ripristinato il valore voluto (W).
– comportamento proporzionale (P)
– comportamento integrale (I)
– comportamento proporzionale/integrale (PI)
– comportamento derivativo (D)
– comportamento proporzionale/derivativo (PD)
– comportamento proporzionale/integrale/derivativo (PID)
Tra questi quelli che trovano maggiore impiego nella regolazione degli
impianti tecnologici sono : P - PI
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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RENDIMENTO DI REGOLAZIONE : COMPORTAMENTO PROPORZIONALE
L’attuatore (valvola motorizzata, servomotore per serrande,
ecc.) assume posizioni proporzionali allo scostamento della
grandezza dal valore voluto (W).
Di conseguenza il segnale di comando (Y) di un regolatore
proporzionale dipende, nel campo della banda
proporzionale, solo dal valore dello scostamento (Wx) della
grandezza regolata dal valore voluto (W), equivale a dire che
il comando e' direttamente proporzionale all'ampiezza dello
scostamento.
Il regolatore proporzionale:
• e' sollecito nel rispondere alle modifiche delle grandezze controllate o del valore voluto
• e' di semplice impiego, l’unico parametro da impostare infatti e' la Bp
• regola ai diversi valori della Bp impostata = scostamento permanente, solo in una condizione di funzionamento (posizione
della valvola) corrisponde al valore voluto
• per ridurre l’entità dello scostamento permanente si deve diminuire la Bp, tuttavia Bp eccessivamente piccole possono
trasformare, al limite, la regolazione modulante proporzionale in una a 2 posizioni (On-Off).
Per le sue peculiarità il regolatore proporzionale e' utilizzato:
• in impianti in cui la grandezza regolata non e' soggetta a continue e repentine variazioni (carico instabile nel tempo)
• in impianti in cui e' accettabile un funzionamento, in certe condizioni, a valori diversi da quello voluto (scostamento
permanente).
• in impianti con volumi importanti (accumulatori) o a portate costanti.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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RENDIMENTO DI REGOLAZIONE : COMPORTAMENTO PROPORZIONALE INTEGRALE
I regolatori (PI) utilizzano i vantaggi rappresentati dalla pronta risposta del regolatore proporzionale, in funzione del
valore dello scostamento, con l’indipendenza dal carico del regolatore integrale.
In presenza di una variazione della grandezza regolata:
• interviene subito l’azione proporzionale, il cui segnale di comando modifica la posizione dell’attuatore in base al
valore dello scostamento e della banda proporzionale impostata.
• terminata l’azione proporzionale, agisce quella integrale la quale produce un segnale di comando, ripetendo nel
tempo (Tn) la correzione effettuata dal proporzionale per annullare lo scostamento permanente dal valore voluto
lasciato dall’azione proporzionale. L'azione integrale termina al raggiungimento del valore voluto (prescritto).
Il tempo integrale Tn e' il tempo che necessita all’azione integrale per ripetere un segnale di comando dello stesso
valore di quello effettuato immediatamente dall’azione proporzionale.
Sull’impianto il comportamento del regolatore PI ad una variazione della grandezza regolata e' riconoscibile dal
primo segnale di comando continuo nel tempo (azione proporzionale) e da successivi impulsi di comando di durata
progressivamente in diminuzione intervallati da pause di durata progressivamente in aumento (azione integrale)
con il diminuire dello scostamento residuo dal valore voluto.
Quindi nei regolatori PI due sono i parametri che interessano il funzionamento : Bp (banda proporzionale) e Tn
(tempo integrale).
Questi parametri possono essere a valori fissi o regolabili.
fissi: definiti dal costruttore come in genere e' per i regolatori climatici del riscaldamento
regolabili: nei regolatori destinati agli impianti di condizionamento, termoventilazione, ecc.
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UNA RIFLESSIONE SUL SISTEMA EDIFICIO – IMPIANTO: SI TRATTA DAVVERO DI UNA NOVITA’ ?
Integrazione di radiatore e
ottimizzazione dei
feonomeni convettivi di
scambio termico
Anfiteatro della Sorbona, Parigi, 1889
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
Fonte delle illustrazioni:
Cetica, P.A., “L’architettura dei Muri
Intelligenti. Esperienze di climatizzazione
sostenibil nell’Ottocento”, Pontecorboli
Editore, Firenze, 2004.
Camera dei Comuni, Londra, 1852
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San Salvo, 20/05/2011
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San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE: PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO
Tramite la fornitura di lavoro meccanico o
elettrico si può rendere disponibile una quantità
di calore a temperatura più bassa, ad esempio
quella esterna, a livello utile per il
riscaldamento:
Q1=Qo + L
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
118
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San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE: PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE: PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO
La tecnologia della pompa di calore utilizza l’energia fornita da aria, acqua e suolo per fornire il
riscaldamento e la produzione di acqua calda, trasforma in energia utile una energia a bassa
entalpia presente nell’ambiente, che resterebbe inutilizzata.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
120
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POMPE DI CALORE: RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO
La pompa di calore è in
grado di funzionare anche
secondo un ciclo
reversibile
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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POMPE DI CALORE REVERSIBILI: RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO
Sono pompe che consentono di invertire il senso di circolazione del fluido intermedio e quindi il senso
del flusso di calore scambiato. Sono pertanto pompe in grado di produrre sia il caldo che il freddo.
Il senso di circolazione è invertito con l’aiuto dei seguenti componenti:
- una valvola deviatrice a 4 vie posta a monte del compressore;
- una valvola deviatrice a 3 vie posta sul tratto di circuito dove viene fatto espandere il fluido;
- una seconda valvola di espansione.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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IMPIEGO DELLE POMPE DI CALORE
La pompa di calore può essere utilizzata sia per climatizzare gli ambienti
che per riscaldare l’acqua sanitaria.
Climatizzazione degli ambienti
L’uso della pompa di calore per climatizzare gli ambienti sia nel settore
residenziale che nel terziario è ormai largamente diffuso. Essa viene
utilizzata in alternativa ai sistemi convenzionali composti da un impianto
refrigerante ed uno di riscaldamento.
Riscaldamento dell’acqua sanitaria
La pompa di calore può essere utilizzata anche per riscaldare l’acqua
sanitaria. In questo caso sono però necessari serbatoi di accumulo più
grandi di quelli impiegati nei scaldacqua elettrici o a gas in quanto la
temperatura dell’acqua prodotta non supera i 55°C.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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IMPIEGO DELLE POMPE DI CALORE
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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CLASSIFICAZIONE DELLE POMPE DI CALORE
Tipo di alimentazione
• Pompe di calore a compressione azionate da motore elettrico
• Pompe di calore a compressione azionate da motore endotermico
• Pompe di calore ad assorbimento alimentate a gas
Tipo di distribuzione
• Ad espansione diretta (il fluido di lavoro scambia calore con l’aria del locale da
raffreddare/riscaldare)
• Idronica (il fluido di lavoro scambia calore con acqua, che è usata per la distribuzione)
Tipi di fluidi di scambi o termico
• aria-aria
• aria-acqua
• acqua-aria,
• acqua-acqua
Le denominazioni derivano dalla combinazione dei due fluidi che scambiano calore con il refrigerante,
aria o acqua, verso la sorgente esterna (primo termine) o verso quella interna dell’edificio (secondo
termine).
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE: PRESTAZIONI ISTANTANEE
Sono riferite a ben determinate condizioni di prova e individuate con i seguenti coefficienti:
Efficienza del compressore
È dato dal rapporto fra il calore ceduto al
fluido caldo e l’energia richiesta dal
compressore.
In pratica, indica la potenza termica ottenibile
assorbendo 1 kW di elettricità per far
funzionare
il compressore.
Ad esempio, se ε è uguale a 4, vuol dire che da
1 kW
elettrico se ne ottengono 4 di potenza termica.
I valori di ε dipendono principalmente dal salto
termico fra sorgente fredda e fluido caldo: più
piccolo è tale salto e maggiore è il valore di
ε,
cioè la resa della pompa di calore. Cosa
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
d’altra
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PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE: COP e EER
COP (Coefficient Of Performance)
Il suo valore (definito dalla norma EN 255) è dato dal
rapporto fra calore ceduto al fluido caldo e l’energia
richiesta sia dal compressore sia dai mezzi ausiliari
integrati nella pompa di calore: dispositivi antigelo,
apparecchiature di regolazione e controllo, circolatori,
ventilatori.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE: COP e EER
COP (Coefficient Of
Performance)
L’efficienza di funzionamento della pompa di calore si
identifica con l’acronimo COP (coefficient of
performance) pari al rapporto tra energia fornita e
energia consumata per produrre il lavoro.
L’efficienza è inversamente proporzionale alla
differenza tra la temperatura della sorgente e la
temperatura dell’utilizzatore
EER (Efficiency Ratio)
è un parametro che indica l’efficienza elettrica di un climatizzatore mentre
funziona in raffreddamento
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
128
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PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE: COP e EER
Schema funzionale di una macchina con COP = 4
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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ALCUNE CONSIDERAZIONI SUL COP
I valori di ε e COP devono essere forniti dai Produttori delle pompe di calore. Il loro valore può
essere dato anche mediante le due grandezze che li determinano indirettamente, vale a dire:
l’energia utile e quella richiesta. Il diagramma sotto riportato rappresenta i valori del COP
relativi ad una pompa di calore acqua-acqua.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE: ESEMPIO DI SCHEDA TECNICA
Attenzione ai dati
riportati sono riferiti a
condizioni di prova
“standard”.
Bisogna disporre di
schede più dettagliate
per valutare le
prestazioni reali in
esercizio
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
131
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PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE: ESEMPIO DI SCHEDA TECNICA
TEMPERATURA A BULBO SECCO
La temperatura indicata da un comune termometro posto in un ambiente.
TEMPERATURA A BULBO UMIDO
La temperatura indicata da un termometro il cui bulbo è rivestito da una garza imbevuta di
acqua ed esposto ad una corrente d'aria. L'acqua, evaporando, sottrae calore al bulbo stesso,
abbassandone la temperatura dell'aria indicata dal bulbo secco; questo valore è tanto minore
quanto più bassa l'umidità relativa dell'ambiente. In condizioni di saturazione non vi è
evaporazione e non vi è differenza di misura tra i due termometri a bulbo secco e umido.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
132
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PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE: ESEMPIO DI SCHEDA TECNICA
Il COP e la
potenza
termica
effettivamente
resi vengono
corretti in
funzione della
temperatura
esterna, delle
temperatura
di uscita
dell’acqua
riscaldata
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
133
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PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE: PRESCRIZIONI PER IL RISPARMIO ENERGETICO
DPR 59/09 – NUOVA INSTALLAZIONE O SOSTITUZIONE DEL GENERATORE DI CALORE
Se il generatore è una pompa di calore elettrica o a gas, il rendimento utile
in condizioni nominali ηu riferito all’energia primaria deve essere
> ηu = 90 + 3 log Pn
La verifica e fatta utilizzando come fattore di conversione tra energia
elettrica ed energia primaria il valore di riferimento per la
conversione
tra kWh elettrici e MJ definito con provvedimento dell'Autorita per
l'energia elettrica e il gas, al fine di tener conto dell'efficienza media
di
produzione del parco termoelettrico, e suoi successivi
aggiornamenti
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
134
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TIPO DI SORGENTE TERMICA
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
135
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POMPE DI CALORE ARIA - ARIA
Impianti ad aria esterna
se la temperatura dell’aria esterna scende sotto i 5-6°C, i fattori di resa, e quindi la potenza
disponibile, delle pompe di calore diminuiscono sensibilmente. In relazione a tale limite, si
possono adottare diversi tipi d’impianto:
Impianti monovalenti
Il fabbisogno termico è dato solo dalla pompa di
calore. Sono impianti realizzabili in zone con
temperature esterne di progetto superiori a 5-6°C.
Impianti monoenergetici
Il fabbisogno termico è dato da una pompa di
calore e da una resistenza elettrica. Sono impianti
realizzabili in zone con temperature esterne
di progetto superiori a 2-3°C.
Impianti bivalenti
Il fabbisogno termico è dato dalla pompa di calore e da
una caldaia di supporto. Sono impianti realizzabili in
zone con temperature esterne di progetto inferiori a 23°C. La caldaia è regolata in modo da intervenire solo
quando la temperatura dell’aria esterna scende al di
sotto di 5-6°C. Quando è attivata la caldaia è bene
disattivare la pompa di calore per evitare che essa lavori
con fattori di resa troppo bassi.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
- te temperatura di progetto aria esterna,
- tc temperatura di progetto corpi scaldanti,
- tp temperatura di funzionamento pompa
calore.
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POMPE DI CALORE ARIA - ARIA
Impianti ad espansione diretta
Al primo tipo (aria/aria) appartengono i sistemi
monblocco o split, formati da una unità esterna
che scambia calore, prelevandolo o cedendolo,
con l’aria esterna, e trasporta detto calore
attraverso le tubazioni del refrigerante nei vari
ambienti interni, cedendolo o asportandolo
dall’aria interna con uno o più diffusori d’aria
interni.
L’unità interna può essere anche del tipo
canalizzabile, ed in questo caso il calore sarà
trasportato non attraverso le tubazioni del
refrigerante, ma con canali d’aria che possono
raggiungere ogni ambiente interno.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
137
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POMPE DI CALORE ARIA - ARIA
Impianti ad espansione diretta
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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POMPE DI CALORE ARIA – ACQUA: SISTEMI IDRONICI
Al secondo tipo (aria/acqua)
appartengono i sistemi idronici con
sorgente esterna
aria. Sono i refrigeratori d’acqua a
pompa di calore reversibile, e si
differenziano dai primi perché riscaldano,
o raffreddano, acqua contenuta in un
circuito idrico che trasporta il calore nei
terminali posti nelle varie zone da
climatizzare.
Terminali quali fan coils e pannelli radianti
possono funzionare in maniera ottimale con le
basse temperature tipiche delle pompe di
calore.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
139
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE ARIA – ACQUA: SISTEMI IDRONICI
RISCALDAMENTO
RAFFRESCAMENTO
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
140
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Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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141
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IMPIANTI DI IMPIEGO COMUNE IN ABBINAMENTO A POMPE DI CALORE
Impianti a pannelli radianti
Sono impianti che consentono un buon utilizzo delle pompe di calore in
quanto funzionano a basse temperature.
Impianti a ventilconvettori
Questi impianti sono normalmente utilizzati per climatizzare uffici,
negozi, alberghi, case di cura. I ventilconvettori usati con pompe di
calore devono essere comunque in grado di poter funzionare a
basse temperature (40-45°C). Inoltre, se installati in camere,
vanno adottati modelli con ventilatori a bassa rumorosità.
Impianti ad aria
Sono impianti che possono essere realizzati con pompe di calore aria-aria
o aria-acqua. Nel primo caso la pompa di calore alimenta direttamente i
canali di distribuzione interna dell’aria. Nel secondo caso, invece, la
pompa di calore fornisce l’acqua calda che serve ad alimentare una
centrale di trattamento aria.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
142
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POMPE DI CALORE ARIA – ACQUA: SCHEMA DI IMPIANTO
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
143
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ESEMPI DI IMPIANTI A POMPA DI CALORE ARIA - ARIA AD ESPANSIONE DIRETTA DI GAS
Hotel – Piano terra con hall e ristorante
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
144
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San Salvo, 20/05/2011
ESEMPI DI IMPIANTI A POMPA DI CALORE ARIA - ARIA AD ESPANSIONE DIRETTA DI GAS
Hotel – Piano terra con hall e ristorante
Unità
esterne
Unità interna
canalizzabile
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
145
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ESEMPI DI IMPIANTI A POMPA DI CALORE ARIA - ACQUA
Sala Parrocchiale
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
146
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ESEMPI DI IMPIANTI A POMPA DI CALORE ARIA - ACQUA
Sala Parrocchiale
Pompa di calore chiller
Unità termoventilante
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
Sistema aeraulico di distribuzione
147
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ESEMPI DI IMPIANTI A POMPA DI CALORE ARIA - ACQUA
Sala multifunzionale
Pompa di calore chiller
Unità interne canalizzate
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
Diffusori concentrici
148
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POMPE DI CALORE ACQUA – ACQUA: ACQUE SUPERFICIALI (FIUMI, LAGHI, MARE)
Le PdC con acque superficiali come
fonte di calore sono più semplici da
realizzare, ma richiedono un sistema
di decontaminazione e filtraggio delle
acque.
In più le acque superficiali
risentono in maniera più o meno
sensibile del clima esterno che li
circonda, e quindi la loro
temperatura è variabile nel corso
della stagione invernale, e però nei
periodi più freddi sempre superiore a
quella dell’- aria: nei grandi laghi
lombardi, ad esempio, si va da un
minimo di 7 °C di media a Febbraio,
agli 11 °C di Aprile, ai 12,5 di
novembre e 16 °C di ottobre
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
149
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POMPE DI CALORE ACQUA – ACQUA: ACQUE SUPERFICIALI (FIUMI, LAGHI, MARE)
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
150
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San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE ACQUA – ACQUA: ACQUE DI FALDA
Hanno il vantaggio di avere temperatura costante e sufficientemente elevata (a
Milano, ad es., l’impianto del Palazzo della Regione è alimentato con acqua a 16
°C, pressoché costante tutto l’anno). La loro efficien za, nel caso acqua-acqua
(dove non esistono le perdite di carico dovute alle valvole di inversione è quindi
elevata, raggiungendo COP oltre 4,5.
I problemi per questa soluzione consistono
nel fatto che non dappertutto sono
disponibili falde acquifere e, dove lo sono,
non dappertutto c’è il permesso di
emungerle .
Inoltre è necessario rispettare i regolamenti
Locali o regionali per disporre delle acque di
falda; anche la reimmissione a valle in falda
ha un trascurabile impatto ambientale
perché il terreno è in grado di disperdere
facilmente il calore.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
151
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San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE ACQUA – ACQUA: ACQUE SUPERFICIALI (FIUMI, LAGHI, MARE)
Sistemi di prelievo a due pozzi
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
Sistemi di prelievo ad un pozzo
152
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POMPE DI CALORE TERRA – ACQUA: COLLETTORI SUPERFICIALI
Per sfruttare il calore geotermico del suolo o delle
rocce, si possono utilizzare dei collettori di scambio
calore orizzontali o verticali, immersi nel terreno,
nei circuiti dei quali come mezzo di trasporto del
calore si fa circolare acqua addizionata di glicole
etilenico per evitare eventuale rottura per gelo delle
tubazioni dei circuiti idrici (esterni all’edificio).
Collettori orizzontali
Sono impianti che utilizzano il calore che si trova
accumulato negli strati più superficiali della terra:
calore che, fino ad una profondità di 5 metri, si
trova
disponibile a temperature variabili da 8 a 13°C
(ved. diagramma
sotto riportato). Questo calore deriva soprattutto
dal sole e dalle piogge. Infatti, fino ad una
profondità di 5 metri, l’energia geotermica non dà
alcun contributo significativo, in quanto apporta
meno di 1 caloria ogni 10 metri quadrati di
terreno.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
153
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE TERRA – ACQUA: COLLETTORI SUPERFICIALI
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
154
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POMPE DI CALORE TERRA – ACQUA: COLLETTORI SUPERFICIALI
Questi collettori possono essere realizzati con tubi in polietilene, polipropilene o polibutilene,
posti in opera ad una profondità variabile da 0,8 a 2,0 m.
Nei tubi è fatto circolare un fluido composto da acqua e antigelo.
Lo sviluppo dei collettori può essere del tipo a serpentini o ad anelli e deve rispettare le seguenti distanze minime:
- 2,0 m dalle zone d’ombra indotte da edifici confinanti, muri di cinta, alberi, siepi o altri impedimenti;
- 1,5 m dalle reti degli impianti interrati di tipo non idraulico: reti elettriche, del telefono e del gas;
- 2,0 m dalle reti degli impianti interrati di tipo idraulico: reti dell’acqua sanitaria, delle acque di scarico e piovane;
- 3,0 m da fondazioni, recinzioni, pozzi d’acqua, fosse settiche, pozzi di smaltimento e simili;
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
155
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San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE TERRA – ACQUA: SONDE GEOTERMICHE
Sono impianti che utilizzano il calore disponibile
nel sottosuolo fino ad una profondità di 200
metri e anche oltre.
Tale calore, fino a 15 metri, è fornito
essenzialmente dal sole e dalle piogge.
Poi, dai 15 ai 20 metri, questi apporti si riducono
fino quasi ad annullarsi, ed inizia a dare un
significativo contributo l’energia geotermica.
Infine, sotto i 20 metri, è in pratica solo
quest’ultima forma di energia a rifornire di calore
il sottosuolo, facendone aumentare la
temperatura di circa 3°C
ogni 100 metri di profondità.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
156
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San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE TERRA – ACQUA: SONDE GEOTERMICHE
Le sonde geotermiche
sono realizzate con
perforazioni il cui diametro
varia da 100 a 150 mm.
Nei fori, vengono poi
inseriti uno o due circuiti
ad U, realizzati con tubi in
PE ad alta resistenza (in
genere con diametri DN 32
e DN 40) specifici per
applicazioni geotermiche.
Per facilitare il loro
inserimento nei fori, questi
circuiti sono zavorrati con
appositi pesi a perdere di
15-20 Kg.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
157
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San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE TERRA – ACQUA: SONDE GEOTERMICHE
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
158
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San Salvo, 20/05/2011
POMPE DI CALORE TERRA – ACQUA: SCHEMA DI IMPIANTO CON SONDE GEOTERMICHE
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
159
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San Salvo, 20/05/2011
ALCUNE CONSIDERAZIONI SULLE POMPE TERRA - ACQUA
Sistema “in profondità” con perforazione
VANTAGGI: Buona resa specifica, non influenzata dalle condizioni
atmosferiche. Spazi di posa ridotti
SVANTAGGI: Costo elevato. Necessità di attrezzatura
specifica e manodopera specializzata per la posa
Sistema “in superficie”
VANTAGGI: semplicità ed economia di posa
SVANTAGGI: necessità di spazi estesi per l’installazione
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
160
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San Salvo, 20/05/2011
UN’APPLICAZIONE “SMART” : PALI GEOTERMICI DI FONDAZIONE
Vantaggi: possibilità di ridurre i costi iniziali di impianto, in
particolare quelli legati allo scavo in profondità
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
161
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UN’APPLICAZIONE “SMART” : PALI GEOTERMICI DI FONDAZIONE
Norddeutsche Landesbank, Hannover, (D) (2002)
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
162
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San Salvo, 20/05/2011
UN’APPLICAZIONE “SMART” : PALI GEOTERMICI DI FONDAZIONE
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
163
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San Salvo, 20/05/2011
CASO DI STUDIO: UNITA’ IMMOBILIARE CON DESTINAZIONE D’USO RESIDENZIALE
Caratteristiche tipologiche
H = 2,40 mt
H = 2,40 mt
bagno
mq 4,33
angolo cottura
mq 6,00
camera
mq 12,66
s.i. 1,69mq>1/8
studio
mq 8,70
s.i. 1,69mq>1/8
deposito
mq 15,98
cantina
mq 17,85
antibagno
mq 2,55
H = 2,85 mt
zona giorno
mq 39,52
s.i. 13,66mq>1/8
disimpegno
mq10,70
H = 2,80 mt
lav.
mq 1,94
aspiratore
bagno
mq 3,00
c.t.
mq 4,80
deposito attrezzi e
prodotti agricoli
mq 37,00
H = 2,80mt
H = 3,30mt
H = 2,80mt
aspiratore
salotto
mq 11,65
s.i. 1,80mq>1/8
B
camera
mq 15,80
s.i. 1,95mq=1/8
H = 2,85 mt
vano scala
mq 9,98
ingresso
B'
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
164
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San Salvo, 20/05/2011
CASO DI STUDIO: UNITA’ IMMOBILIARE CON DESTINAZIONE D’USO RESIDENZIALE
Dati climatici di base della località di progetto
• Comune: XXXXXXXXXX (CH)
• I gradi giorno del Comune dell'intervento sono 1 384 GG, determinati in base al
D.P.R. 412 del 26/08/93 e successive modifiche ed integrazioni.
• La Zona climatica in cui ricade l'opera in oggetto è "C", pertanto il periodo di
riscaldamento previsto per legge è di giorni 137 e precisamente dal 15/11 al
31/3.
• La temperatura minima di progetto dell'aria esterna secondo norma UNI
5364 e successivi aggiornamenti è di 0.00 °C.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
165
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
CASO DI STUDIO: UNITA’ IMMOBILIARE CON DESTINAZIONE D’USO RESIDENZIALE
Dati tecnico costruttivi dell’edificio e delle relative strutture
Zona "Unità immobiliare di civile abitazione"
• Classificazione: E1 (1).
• Volume netto 310,38 m3.
• Superficie netta 110,85 m2.
• Valore di progetto della Temperatura interna invernale 20.00 °C.
• Valore di progetto della Temperatura interna estiva 26.00 °C.
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
166
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San Salvo, 20/05/2011
PRINCIPALI RISULTATI DEI CALCOLI RELATIVI AL FABBISOGNO DI ENERGA TERMICA PER RISCALDAMENTO
Dispersioni, Apporti solari, Apporti interni, Fabbisogni
Un.Mis.
Nov
Dic
Gen
Feb
Mar
Totale
HTR
W/K
193.28
193.28
193.28
193.28
193.28
0.00
HVE
W/K
58.70
58.70
58.70
58.70
58.70
0.00
QhTR
MJ
2 138.61
6 266.02
6 990.76
5 846.66
5 023.60
26 265.64
QhVE
MJ
592.36
1 792.30
2 012.40
1 675.65
1 414.97
7 487.68
QhHT
MJ
2 730.97
8 058.31
9 003.16
7 522.31
6 438.57
33 753.33
Qsol
MJ
812.92
1 283.49
1 451.29
1 858.40
2 804.96
8 211.06
Qint
MJ
622.08
1 205.28
1 205.28
1 088.64
1 205.28
5 326.56
Qh [MJ]
MJ
1 343.17
5 581.89
6 357.69
4 610.44
2 654.31
20 547.51
Qh
kWh
373.10
1 550.53
1 766.02
1 280.68
737.31
5 707.64
Valori energetici relativi al riscaldamento, in regime di funzionamento continuo per i giorni di attivazione dell'impianto ex D.P.R. 412/93: HTR = Coefficiente globale di scambio termico per
TRASMISSIONE; HVE = Coefficiente globale di scambio termico per VENTILAZIONE; QhTR = Dispersione per Trasmissione; QhVE = Dispersione per Ventilazione; QhHT = Dispersione
per Trasmissione + Ventilazione; Qsol = Apporti Solari; Qint = Apporti Interni; Qh [MJ] = Fabbisogno Utile di Energia Termica per il Riscaldamento; Qh = Fabbisogno Utile di Energia
Termica per il Riscaldamento; QRh = Energia TOTALE (accumuli+distribuzione ACS) recuperata dal sistema di Riscaldamento; QIEh = Perdite di emissione; QIRh = Perdite di
regolazione; QhRD = Energia termica da fornire al sottosistema di Distribuzione del Riscaldamento; QwI = Fabbisogno Utile di Energia Termica per ACS (invernale).
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
167
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San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI DI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE DA CONFRONTARE
1. Impianto alimentato a gas metano, generatore di calore con / senza condensazione, terminali di
emissione radiatori in alluminio
2. Impianto alimentato a gas metano, generatore di calore con / senza condensazione, terminali di
emissione pannelli radianti
3. Impianto alimentato a pompa di calore di tipo aria – acqua, terminali di emissione pannelli
radianti
4. Impianto alimentato a pompa di calore di tipo aria – aria a espansione diretta, distribuzione
aeraulica e terminali di emissione a bocchette
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
168
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
Potenze termiche necessarie nei locali
Calcolo della potenza totale da installare per il sistema di riscaldamento:
Sappiamo che il fabbisogno di energia termica è pari a 5.707,64 kWht (termici)
Ore funzionamento impianto in regime di attivazione continua nel periodo di riscaldamento:
- Per zona climatica “C” : 10 h/giorno
- Per la località di progetto considerata: (10 h/g) x 137 gg. = 1.370 h
Potenza media impianto = 5.707,64 / 1370 = 4,166 kW = 4.166 W
Consideriamo una potenza max leggermente maggiore per tenere conto degli “spunti” di
accensione dell’impianto termico e del funzionamento nei periodi più freddi e in condizioni
“non standard”
P max impianto = 4.300 W – per semplificare i calcoli si assume in questo caso
coincidente con la potenza del generatore installato, altrimenti (esempio caldaia 24 kW)
occorrerebbe applicare i coefficienti delle UNI TS 11300 parte 2 per la correzione del
rendimento di generazione in base al fattore di sovradimensionamento della potenza
termica rispetto al necessario
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
169
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI A – Impianto idronico con generatore a gas metano, radiatori in alluminio
GAS
METANO
CALDAIA
CONVENZIONALE
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
170
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI A – Impianto idronico con generatore a gas metano, radiatori in alluminio
Quanto gas metano (energia primaria) occorre per generare la potenza termica necessaria al
soddisfacimento del fabbisogno utile per il riscaldamento invernale Qh?
Calcoliamo il rendimento dell’impianto termico con la nota relazione:
ηg = ηd x ηgn x ηe x ηr
Assumiamo i seguenti valori di rendimento per i vari sottosistemi:
Sottosistema di distribuzione:
ηd = 0,99
Impianto autonomo, nuova costruzione con rete di distribuzione ben coibentata
Sottosistema di generazione:
ηgn = 0,93
Caldaia tradizionale a gas metano , marcatura 3 stelle, installata all’interno:
Tfumi = 110°
Tmandata = 70°C
Tritorno = 50° C
Sottosistema di emissione:
ηe = 0,95
Radiatori in alluminio su parete isolata
Sottosistema di regolazione:
ηe = 0,99
con termostato di zona a regolazione proporzionale 0,5°C
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
171
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI A – Impianto idronico con generatore a gas metano, radiatori in alluminio
Calcolo del rendimento globale stagionale medio:
ηg = ηd x ηgn x ηe x ηr = 0,99 x 0,93 x 0,95 x 0,99 = 0,86
Fabbisogno energia primaria = Qh / ηg = 5.707,64 kWh/ 0,83 = 6.637 kWh
Fabbisogno di gas metano = 6.637 kWh / 9 = 737 m3 / anno
Ipotesi tariffa per uso domestico = 0,55 € / m3
Costo gas metano per riscaldamento = 737 x 0,55 = 405 € / anno
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
172
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI B – Impianto idronico con generatore a gas metano a condensazione, pannelli radianti
CALDAIA A
CONDENSAZIONE
GAS
METANO
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
173
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI B – Impianto idronico con generatore a gas metano a condensazione, pannelli radianti
Assumiamo i seguenti valori di rendimento per i vari sottosistemi:
Sottosistema di distribuzione:
ηd = 0,99
Impianto autonomo, nuova costruzione con rete di distribuzione ben coibentata
Sottosistema di generazione:
ηgn = 1,00
Caldaia a gas metano a condensazione , marcatura 4 stelle, installata all’interno:
Tfumi = 55°
Tmandata = 40°C
Tritorno = 30° C
Sottosistema di emissione:
ηe = 0,99
Pannelli radianti annegati in struttura isolata
Sottosistema di regolazione:
ηe = 0,995
con termostato di zona a regolazione proporzionale 0,5°C e centralina climatica
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
174
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI B – Impianto idronico con generatore a gas metano a condensazione, pannelli radianti
Calcolo del rendimento globale stagionale medio:
ηg = ηd x ηgn x ηe x ηr = 0,99 x 1,00 x 0,99 x 0,995 = 0,975
Fabbisogno energia primaria = Qh / ηg = 5.707,64 kWh / 0,975 = 5.854 kWh
Fabbisogno di gas metano = 5.854 kWh / 9 = 650 m3 / anno
Ipotesi tariffa gas metano per uso domestico = 0,55 € / m3
Costo gas metano per riscaldamento = 650 x 0,55 = 358 € / anno
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
175
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San Salvo, 20/05/2011
TABELLA RIEPILOGATIVA
Sistema
A
B
C
D
Descrizione
Impianto idronico
con generatore a gas
metano, radiatori in
alluminio
Impianto idronico con
caldaia a
condensazione,
pannelli radianti
Impianto idronico con
generatore elettrico a
pompa di calore,
pannelli radianti
Impianto aeraulico
con pompa di calore
a espansione diretta,
bocchette di
ventilazione
Fabbisogno
energia
primaria per
riscaldamento
6.637 kWh
5.884 kWh
Costo annuo di
esercizio
405 € /anno
358 € / anno
Schema
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
176
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San Salvo, 20/05/2011
Sistema
A
B
C
D
Descrizione
Impianto idronico
con generatore a gas
metano, radiatori in
alluminio
Impianto idronico
con caldaia a
condensazione,
pannelli radianti
Impianto idronico con
generatore elettrico a
pompa di calore,
pannelli radianti
Impianto aeraulico
con pompa di
calore a
espansione
diretta, bocchette
di ventilazione
Costo iniziale
impianto
€ 5.000,00
€ 6.500,00
Extracosto
rispetto a
soluzione “A”
-
€ 1.500,00
Payback semplice
dell’extracosto
(anni)
-
15 (7,5)
(con incentivi
55% all’incirca si
dimezzano)
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
177
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San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI C – Impianto idronico con generatore elettrico a pompa di calore, pannelli radianti
POMPA DI CALORE
ARIA - ACQUA
ENERGIA
ELETTRICA
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
178
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI C – Impianto idronico con generatore elettrico a pompa di calore, pannelli radianti
Le norme UNI TS 11300 per le pompe di calore fanno riferimento alla norma UNI 15316 disponibile
in inglese ma particolarmente complessa, che ha sostituito la norma UNI 10348 e verrà implementata
nelle UNI TS 11300:4. In questa sede faremo riferimento per semplicità di calcolo alla metodologia
UNI 10348
Assumiamo i seguenti valori di rendimento per i vari sottosistemi:
Sottosistema di distribuzione:
ηd = 0,99
Impianto autonomo, nuova costruzione con rete di distribuzione ben coibentata
Sottosistema di generazione:
COP= 3,1
Pompa di calore aria - acqua
COP corretto rispetto alle condizioni nominali:
0°C aria esterna, 40° Tmandata COP = 3,1
Sottosistema di emissione:
ηe = 0,99
Pannelli radianti annegati in struttura isolata
Sottosistema di regolazione:
ηe = 0,99
con termostato di zona a regolazione proporzionale 0,5°C
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
179
La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI C – Impianto idronico con generatore elettrico a pompa di calore, pannelli radianti
Calcolo del rendimento globale stagionale medio (a meno del rendimento di generazione):
ηg = ηd x ηe x ηr = 0,99 x 0,99 x 0,99 = 0,97
Fabbisogno energia termica all’uscita lato idronico della pompa di calore
5.707,64 / 0,97 = 5.884 kWh termici
Scegliamo una taglia
“commerciale”
di Pompa di calore
COP alle condizioni
ambientali e di
esercizio = 3,1
Potenza alle
condizioni
ambientali e di
esercizio = 6,8 kW
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI C – Impianto idronico con generatore elettrico a pompa di calore, pannelli radianti
Calcoliamo il fabbisogno di energia elettrica a partire dal COP
Fabbisogno energia elettrica (secondaria) = 5.884 kWh termici / 3,1 = 1.900 kWh
elettrici
Conversione in energia primaria 1.900 kWhe x 0,187 X 10-3 tep/kWh = 0,355 tep
Conversione in energia primaria 0,355 x 11.630 kWht/tep = 4.129 kWht
Ipotesi tariffa energia elettrica per uso domestico = 0,18 € / kWh
Costo energia elettrica per riscaldamento = 1.900 x 0,18 = 342 € / anno
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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La certificazione energetica degli edifici
San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI D – Impianto aeraulico con pompa di calore a espansione diretta, bocchette di ventilazione
POMPA DI CALORE
ARIA - ARIA
ENERGIA
ELETTRICA
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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San Salvo, 20/05/2011
IPOTESI D – Impianto aeraulico con pompa di calore a espansione diretta, bocchette di ventilazione
Non essendo ancora disponibili le UNI TS per questo tipo di impianto, il calcolo viene fatto per
analogia agli impianti a gas con alcune oppurtune considerazioni e correzioni
Assumiamo i seguenti valori di rendimento per i vari sottosistemi:
Sottosistema di distribuzione:
ηd = 0,99
Impianto autonomo, nuova costruzione con rete di distribuzione ben coibentata
Sottosistema di emissione:
ηe = 0,94
Bocchette in sistemi ad aria calda
Sottosistema di regolazione:
ηe = 0,995
con termostato di zona a regolazione proporzionale – integrativo 0,5°C
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IPOTESI D – Impianto aeraulico con pompa di calore a espansione diretta, bocchette di ventilazione
Calcolo del rendimento globale stagionale medio (a meno del rendimento di generazione):
ηg = ηd x ηe x ηr = 0,99 x 0,94 x 0,995 = 0,93
Fabbisogno energia termica alla mandata di aria calda
5707.64 / 0,93 = 6.137 kWh termici
In base a considerazioni impiantistiche di massima relative alla portata d’aria presunta del
sistema aeraulico e alle temperature di lavoro esterna e interna della pompa di calore, si
assume una potenza termica delle batterie di scambio pari a 9 kW.
Tale potenza è anche quella di riferimento per la scelta della pompa di calore
Scegliamo una taglia “commerciale” di Pompa di calore :9,80 kW (circa 36.000 BTU)
Consideriamo il COP in condizioni di esercizio pari a 3
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IPOTESI D – Impianto aeraulico con pompa di calore a espansione diretta, bocchette di ventilazione
Calcoliamo il fabbisogno di energia elettrica a partire dal COP
Fabbisogno di energia elettrica (secondaria) = 6.137 kWh termici / 3 = 2.045 kWh elettrici
Conversione in energia primaria 2.045 kWhe x 0,187 X 10-3 tep/kWh x 11.630 kWh/tep =
4.447 kWh
Ipotesi tariffa energia elettrica per uso domestico = 0,18 € /kWh
Costo energia elettrica per riscaldamento = 2.045 x 0,18 = 368 € / anno
Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D.
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TABELLA RIEPILOGATIVA
Sistema
A
B
C
D
Descrizione
Impianto idronico
con generatore a gas
metano, radiatori in
alluminio
Impianto idronico con
caldaia a
condensazione,
pannelli radianti
Impianto idronico con
generatore elettrico a
pompa di calore,
pannelli radianti
Impianto aeraulico
con pompa di calore
a espansione diretta,
bocchette di
ventilazione
Fabbisogno
energia
primaria per
riscaldamento
6.637 kWh
5.884 kWh
4.129 kWh
4.447 kWh
Costo annuo di
esercizio
405 € /anno
358 € / anno
342 € /anno
368 € /anno
Schema
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TABELLA RIEPILOGATIVA
Sistema
A
B
C
D
Descrizione
Impianto idronico
con generatore a gas
metano, radiatori in
alluminio
Impianto idronico
con caldaia a
condensazione,
pannelli radianti
Impianto idronico con
generatore elettrico a
pompa di calore,
pannelli radianti
Impianto aeraulico
con pompa di
calore a
espansione
diretta, bocchette
di ventilazione
Costo iniziale
impianto
€ 5.000,00
€ 6.500,00
€ 7.500,00
€ 9.000,00
Extracosto
rispetto a
soluzione “A”
-
€ 1.500,00
€ 2.500,00
€ 4.000,00
Payback semplice
dell’extracosto
-
30 (15)
(con incentivi
55% all’incirca si
dimezzano)
39 (18)
37 (19)
considerando solo il
risparmio energetico
stimato con il
metodo semplificato
(anni)
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