“SISTEMI ENERGETICI” Argomento: Sistemi Energetici (parte 3.3) · 1.0 1.5 2.0 500 1000 1500...
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Prof. Pier Ruggero Spina
Dipartimento di Ingegneria
Dispensa del corso di
“SISTEMI ENERGETICI”
Argomento: Sistemi Energetici (parte 3.3)
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2
La trigenerazione: motivazioni e tecnologie
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Potenza termica richiesta
Picchi di richiesta giornalieri
Coge
ne
rato
re
Cald
aia
Produzione acqua calda sanitaria
Riscaldamento
Pt [kW]
Pot. m
edia
Pot. m
ax ista
nta
nea
30 kW
150
kW
Gennaio Dicembre
Pot. m
in.
Il fabbisogno termico
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Coge
ne
rato
re
Cald
aia
30 kW
150
kW
0 8760
Pt,media [kW]
h/anno 8200 h/anno
4500 h/anno
2 x micro-cogeneratori da 15 kW termici
Funzionamento medio: 6350 h/anno
Copertura fabbisogno termico: 55%
45%
1 x caldaia 120 kW
Copertura potenza max istantanea
richiesta durante stagione fredda
1 x serbatoio di accumulo inerziale
Permette di massimizzare le ore di
funzionamento dei micro-cogeneratori
Dimensionamento in funzione dei profili
giornalieri di richiesta termica
Copertura del fabbisogno termico
Curva cumulata
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Ruolo dell’accumulo termico
0
2
4
6
8
10
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Ore
equiv
alent
i di a
ccum
ulo te
rmico
[kWh ac
c./kWt,c
og.]
Et,utenza
Pt,cog.
0.10.3
=0.5 [kWt,cog.
/MWht,utenza
]
1.0
ore funzionamento motoreOre di funzionamento del cogeneratore [h]
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0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
Ore
equiv
alent
i di a
ccum
ulo te
rmico
[kWh ac
c./kWt,p
icco]
Pt,picco
Pt,cog.
= 0.250.500.751.00
ore funzionamento motoreOre di funzionamento del cogeneratore [h]
Ruolo dell’accumulo termico
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0
50
100
150
200
250
300
350
mesi
[kW]
dicnovottsettagoluggiumagfebaprmargen
Domanda
termica
Domanda
frigorifera
Domanda elettrica
Trigenerazione: la necessità
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Trigenerazione: la variabilità del carico
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
ore/giorno
cari
co
[kW
]
Pe [kW]
Pt [kW]
Pf [kW]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
ore/giorno
cari
co
[kW
]
Pe [kW]
Pt [kW]
Pf [kW]
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
richiesta elettricarichiesta termica
hours
utenza nel
civile
(inverno)
utenza nel
terziario
(estate)
utenza nel
terziario
(inverno)
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Trigenerazione: gli impianti
Frigorifero a compressione
compressore
comp
F
E
QEER QF
Ecomp
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Trigenerazione: gli impianti
Frigorifero ad assorbimento
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Trigenerazione: gli impianti
Frigorifero ad assorbimento
fluido
caldo
assorbitore
R
F
Q
QEER QF
QR
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Frigoriferi ad assorbimento
ammoniaca-acqua (NH3- H2O)
(temp. refrigerante fino a - 40 ÷ - 60 °C)
ASSORBITORE
CONDENSATORE
DESORBITORE
EVAPORATORE
COLONNA DI
RETTIFICAZIONE
Soluzione
ricca di NH3
Pompa
Acqua di
raffreddamento
Soluzione
povera di
NH3
Ammoniaca
liquida
Vapore di
ammoniaca
Fluido o gas da
raffreddare
CIRCUITO
SOLUZIONE
Acqua di
raffreddamento
Energia
primaria
Sezione alta
pressione
Sezione bassa
pressione
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Frigoriferi ad assorbimento
acqua-bromuro di litio (H2O-BrLi)
(temperatura refrigerante > 0 °C)
Semplice effetto
Tsorgente calore ≈ 60 ÷ 130 °C
EER ≈ 0.60 ÷ 0.75
Soluzione
concentrataRefrigerante
liquido
Refrigerante vapore
GENERATORECONDENSATORE
Acqua di
raffreddamento
Acqua
refrigerata
EVAPORATORE ASSORBITORE
Acqua di
raffreddamento
Sorgente di
calore
Pompa
Acqua
refrigerata
EVAPORATORE ASSORBITORE
Acqua di
raffreddamento
Sorgente di
calore
Pompa della soluzione
GENERATORE AD
ALTA TEMPERATURA
GENERATORE AD
ALTA TEMPERATURACONDENSATORE
Refrigerante
liquido
Acqua di
raffreddamento
Doppio effetto
Tsorgente calore ≈ 150 ÷ 200 °C
EER ≈ 1.1 ÷ 1.3
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80
90
100
110
120
5 6 7 8 9 10 11 12
Po
ten
za
uti
le f
rig
orif
era
[%
]
Temperatura dell'acqua refrigerata [%]
24°C
26°C
28°C
30°C
32°C
Temperatura acqua
condensatore
Frigoriferi ad assorbimento: prestazioni
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Frigoriferi ad assorbimento:
Funzionamento ai carichi parziali
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Con
su
mo
ris
pe
tto
al
no
min
ale [
%]
Carico rispetto al nominale [%]
Assorbitore
Vite
Centrifugo
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Trigenerazione: gli impianti
Desiccant cooling
Amb.
esterno
Amb.
interno
RigeneratoreDeumidificatore Raff.
evaporativo
Raff.
evaporativoQR
riscaldatore
1 2 3 4
56789
QF
0
10
20
30
40
50
10 20 30 40 50 60 70 80
Tit
olo
[g H
2O
/kg a
ria
secc
a]
Temperatura (bulbo secco) [°C]
UR=20%
40%
60%80%
4
5
3
100%
6
1
2
78
9Temp.
bulbo umido
[°C] 30
25
20
15
10
deumidificatore igroscopico
(con sostanze chimiche “silica gel”)
EER ≈ 0.5 ÷ 0.6
QF/Eel ≈ 5 ÷ 6
Assenza di fluidi pericolosi
R
F
Q
QEER
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CENTRALE
COGENERATIVA
GRUPPO
FRIGORIFERO AD
ASSORBIMENTO
PANNELLI SOLARI
SISTEMA
ACCUMULO
TERMICO
DISTRIBUZIONE EN. TERMICA
DISTRIBUZIONE EN. FRIGORIFERA
DISTRIBUZIONE EN. ELETTRICA
Trigenerazione: le applicazioni
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Trigenerazione: le applicazioni