IL SISTEMI IMPIANTISTICI A ELEVATA EFFICIENZA:

Tecnologie delle applicazioni

Giancarlo Chiesa

Mario Maistrello

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Esempi di applicazione: scambiatore nelle fondazioni

Figura 1 - Planimetria generale di progetto

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Esempi di applicazione

Coordinate geografiche del sito Località Rodano (MI) Altitudine 112 m.s.l. Latitudine 45° 28’ Nord Longitudine 9° 21’ Est

Temperatura del terreno 12,5 °C Soggiacenza falda 3,2 m Temperatura acqua di falda 12 °C

: Superficie calpestabile

Volume Lordo Superficie disperdente

Rapporto S/V

Edificio I 1608 m2 6536 m3 4724 m2 0,72 1/m Edificio II 991 m² 4124 m3 3217 m2 0,78 1/m Edificio III 2701 m² 13045 m3 6769 m² 0,53 1/m Totale 5300 m2 23705 m3 14710 m²

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Producibilità mensile impianto fotovoltaico

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Dati di funzionamento

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Scambiatore sotto fondazione

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Scambiatore sotto fondazione

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Scambiatore sotto fondazione

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Scambiatore sotto fondazione

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Scambiatore sotto fondazione

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Riqualificazione edificio esistente

Condizioni al contorno Trasmittanza media superfici trasparenti = 2 W/m2°K Trasmittanza media superfici opache = 0.3 W/m2°K Trasmittanza media superfici opache non confinanti con l’esterno = 0.3 W/m2°K Volumi di rinnovo medi sulla volumetria lorda = 1 vol/h ( pari a 8000 m3/h, sufficienti a garantire adeguato rinnovo per = 200 persone) Efficienza sistema di recupero calore da aria espulsa di rinnovo > 50% Potenza complessiva richiesta 180kW estivi 160 kW invernali

superficie h Volumetrie m3

Piano 1 661 m2 7 m 4630,08

Piano 2 580 m2 5,8m 3368,64

7998,72 volume totale lordo

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Analisi comparata

• Ipotesi invarianti • Costo nm3 di metano = 0.85 € • Costo energia elettrica = 0.2 €/kWh • Potere calorifico metano = 9.6 kWh /Nm3 • Fabbisogno estivo edificio ( STIMA ) = 400 MWht • Fabbisogno invernale edifico ( STIMA) = 350 MWht

Caso A Costo caldaia 200 kW = circa 15000 € Costo frigorifero 250 kW per raffreddamento estivo = circa 60000€ Efficienza caldaia rispetto PCI = 100 % EER estivo gruppo frigorifero = 2.7 Costo presunto di esercizio invernale = 34000€ Costo presunto di esercizio estivo = 26000€ Costo totale = 60000€

Caso B Costo pompa di calore aria 250 kW per raffreddamento estivo e clima invernale = circa 70000€ EER estivo = 2.7 COP invernale = 3 Costo presunto di esercizio invernale = 26600€ Costo presunto di esercizio estivo = 26000€ Costo totale = 52200 €

Caso C Costo pompa di calore geotermica comprese 40 sonde da 100 m = circa 300000€ EER estivo = 6 COP invernale = 4.5 Costo presunto di esercizio invernale = 17500€ Costo presunto di esercizio estivo = 11600€ Costo annuale totale= 29000€

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Risultati economici sul lungo peridodo

Caso A Caso B Caso C

Investimento iniziale 75000€ 70000€ 300000€

Costo di esercizio

annuale

60000€ 52200€ 29000€

Costo in 10 anni 675000€ 590000€ 590000€

Costo in 20 anni

(durata macchine)

1275000€ 1110000€ 880000€

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Il caso Magnolia

• Magnolia è una locale presso Idroscalo, Milano • In esercizio da ottobre 2013 • Superficie servita circa 1200 m2 • Elevato affollamento nel periodo invernale • Potenza complessiva 100 kW • In fase di sperimentazione e definizione parametri per sistema di

regolazione • La soluzione prescelta ha consentito di riqualificare l’edificio

intervenire sulla coibentazione e posizionando l’edificio in classe C nonostante i muri perimetrali in CA con valori di trasmittanza molto elevati

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Scambio con acqua superficiale ( indiretto) 17

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Scambiatori

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Disposizione sonde 19

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Impianto da 20 Kw

Geotermia Idrotermico Aria Misto caldaia condensazione

costo investimento (€) 35000 30000 20000 25000 12000

Prezzo energia elettrica 0,15 0,15 0,15 0,15 0,6 (€/Nm3)

Fabbisogno energetico kWh(T) 60000 60000 60000 60000 60000

COP medio stagionale 4 4,5 3 4 0,98 efficienza

consumo pompaggi / ventilatori 500 2000 600 550 50

Consumo energia elettrica 16500 19333,33 21800 16650 150

Costo annulae 2475 2900 3270 2497,5 3976,531

Ritorno semplice 15,3177 16,72038 11,32293 8,789541 N/A

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Impianto da 100 Kw

Geotermia Hydrotermico Aria Misto caldaia condensazione

costo investimento (€) 180000 110000 70000 110000 28000

Prezzo energia elettrica 0,15 0,15 0,15 0,15 0,6 (€/Nm3) Fabbisogno energetico kWh(T) 300000 300000 300000 300000 300000

COP medio stagionale 4 4,5 3 4 0,98 efficienza

consumo pompaggi / ventilatori 2500 10000 3000 2750 50

Consumo energia elettrica 82500 96666,67 109000 83250 150

Costo annulae 12375 14500 16350 12487,5 19282,65

Ritorno semplice 22,00458 17,1453 14,3215 12,06743 N/A

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Impianto da 800 Kw

800000 Geotermia Hydrotermico Aria JRM caldaia condensazione

costo investimento (€) 1200000 600000 300000 450000 120000

Prezzo energia elettrica 0,15 0,15 0,15 0,15 0,6 (€/Nm3) Fabbisogno energetico kWh(T) 2500000 2500000 2500000 2500000 2500000

COP medio stagionale 4 4,5 3 4 0,98 efficienza

consumo pompaggi / ventilatori 20000 80000 24000 22000 50

Consumo energia elettrica 687500 805555,6 908333,3 693750 156,25

Costo annulae 103125 120833,3 136250 104062,5 159595

Ritorno semplice 19,12519

1 12,38336 7,710422 5,942463 N/A

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Impianto presistente area (MI)

• Caso base: caldaia tradizionale con aggiunto sistema geotermico a pompa di calore

• Caldaia preesistente con impianto funzionante a 70 °C a radiatori • Integrazione con pompa di calore a 50 °C

• Fabbisogno termico a -5°C garantito dalla caldaia • In un impianto a radiatori, alimentato a 55°C , la prestazione

garantita, secondo Equazione caratteristica dal modello Φ = Km ΔTn (riferimento EN 442).

• Pertanto in un impianto a radiatori in alluminio , la potenza dell’impianto è circa il 62% di quanto ottenibile a 70°C. Significa garantire la prestazione equivalente sino ad una T esterna di 4,5 °C con un T interna di 20 °C

• Su base annuale, la situazione climatica di milano è la seguente

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Esistente Da questi dati ricavati per Milano, si verifica come la T media mensile non scende mai sotto i 4,5C e nell’arco dell’anno con l’eccezione del mese di gennaio e di dicembre In questi due casi, la calia deve fornire la differenza tra il valore medio mensile rilevato e la max potenza erogabile dalla pompa di calore, pari a circa il 90 % del fabbisogno energetico complessivo ( 2 °C su 17,5 °C a gennaio e 1°C su 16,5 a dicembre) considerando che sino a Dt di 15 °C la pompa di calore può asservire al compito. CAUTELATIVAMENTE SI ASSUME PARI AL 90% il grado di copertura complessivo con una pompa di calore geotermica o idrotermica abbinata ad una sistema tradizionale esistente.

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Continua Potenza caldaia 100 kW

potenza PdC 62 kW

Fabbisogno annuale normalizzato 230880 kWh

Da PDC 207792 kWh

da caldaia 23088 kWh

Costo 8369,4 €

costo con caldaia 14430 €

Risparmio annuo 6060,6 €

Investimento presunto per PDC 60Kw 45000 €

RSI 7,4 anni

a lato un esempio di quanto sopra esposto I parametri utilizzati sono Costo energia elettrica 0,15 €/kWh Costo metano 0,6 €/Nm3 Cop medio pompa di calore 4,5 Gradi gionro 2404

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Soluzione

• Quindi per ottenere delle buone prestazioni ed un ottimo ritorno dell’investimento a volte conviene ricorre a soluzioni non convenzionali

• Il punto di partenza è sempre un dimensionamento ottimale dei fabbisogni e delle potenze in gioco

• Il dimensionamento di un sistema geotermico DEVE considerare anche il fabbisogno per il del dissipatore

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Impianti elioassistiti

• E in fase di sperimentazione ed acquisizione dati in provincia Milano • Unità bifamiliare per complessivi 500 m2

• Pompa di calore geotermica da 17 kW per riscaldamento, raffrescamento ed ACS

• Collettori solari per complessivi 8 m2

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Scambiatore in box esistenti

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Scambiatore in box esistenti

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Scambiatore in box esistenti

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Grazie per l’attenzione !