La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 91 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 92 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 93 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 94 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 VALUTAZIONE DEL RENDIMENTO DI EMISSIONE MAX Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 95 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 96 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 97 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 ESEMPIO DI IMPIANTO RADIANTE PER AMBIENTI > 4 M : EDIFICIO PER IL CULTO Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 98 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 ESEMPIO DI IMPIANTO RADIANTE PER AMBIENTI > 4 M : EDIFICIO PER IL CULTO Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 99 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 ESEMPIO DI IMPIANTO RADIANTE PER AMBIENTI > 4 M : EDIFICIO PER IL CULTO Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 100 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 101 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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) Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 102 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 REGOLAZIONE MANUALE: LA SCELTA PEGGIORE Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 103 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 104 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 105 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 TIPOLOGIE DI VALVOLE TERMOSTATICHE portata variabile Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. portata costante 106 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 107 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 CARATTERISTICHE DELLE VALVOLE TERMOSTATICHE Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 108 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 SCHEMA DI CONTROLLO MISTO: ZONA + SINGOLO AMBIENTE Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 109 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 110 La certificazione energetica degli edifici REGOLAZIONE CLIMATICA San Salvo, 20/05/2011 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. 111 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 VALUTAZIONE DEL RENDIMENTO DI REGOLAZIONE MAX MAX MAX Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 112 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 113 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 114 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 115 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 116 La certificazione energetica degli edifici Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. San Salvo, 20/05/2011 117 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 POMPE DI CALORE: PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 119 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 121 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 122 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 123 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 IMPIEGO DELLE POMPE DI CALORE Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 124 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 125 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 126 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 127 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE: COP e EER Schema funzionale di una macchina con COP = 4 Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 129 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 130 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 TIPO DI SORGENTE TERMICA Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 135 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 136 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 POMPE DI CALORE ARIA - ARIA Impianti ad espansione diretta Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 138 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 POMPE DI CALORE ARIA – ACQUA: SCHEMA DI IMPIANTO Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 143 La certificazione energetica degli edifici 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 Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 144 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 ESEMPI DI IMPIANTI A POMPA DI CALORE ARIA - ACQUA Sala Parrocchiale Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 146 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 POMPE DI CALORE ACQUA – ACQUA: ACQUE SUPERFICIALI (FIUMI, LAGHI, MARE) Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 150 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 POMPE DI CALORE TERRA – ACQUA: SONDE GEOTERMICHE Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 158 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 POMPE DI CALORE TERRA – ACQUA: SCHEMA DI IMPIANTO CON SONDE GEOTERMICHE Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 159 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 UN’APPLICAZIONE “SMART” : PALI GEOTERMICI DI FONDAZIONE Norddeutsche Landesbank, Hannover, (D) (2002) Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 162 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 UN’APPLICAZIONE “SMART” : PALI GEOTERMICI DI FONDAZIONE Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 163 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici 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 La certificazione energetica degli edifici 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. 180 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. 181 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. 182 La certificazione energetica degli edifici 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 Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 183 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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 Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 184 La certificazione energetica degli edifici San Salvo, 20/05/2011 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. 185 La certificazione energetica degli edifici 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 4.129 kWh 4.447 kWh Costo annuo di esercizio 405 € /anno 358 € / anno 342 € /anno 368 € /anno Schema Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 186 La certificazione energetica degli edifici 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 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) Ing. Pierluigi Fecondo, Ph. D. 187