ECOABITAIl progetto pilota sulla certificazione energetica degli edifici

Corso Progettista Ecoabita

Introduzione Impianti

Dott. Ing. Roberto Capra

ACER RE – UNIVERSITA’ DI FERRARA

PREMESSE• L’approccio progettuale integrato al sistema edificio-impianto• Potenza ed energia • Il calore sensibile e il latente: il PCS e il PCI• Il benessere termoigrometrico e gli impianti di climatizzazione• Sintesi evoluzione quadro normativo • Le perdite di trasformazione

Il SISTEMA IMPIANTI MECCANICI• Impianto di climatizzazione e i suoi sottosistemi :

• Produzione fluido termovettore: caldaie e pompe di calore • Distribuzione fluido termovettore: tubazioni ed isolamenti • Corpi scaldanti• Sistemi di regolazione e contabilizzazione e taratura• La caratterizzazione energetica del sistema edificio impianto

Introduzione impianti:Argomenti trattati

Dettagli impiantistici:

La potenza misura l’attitudine di un sistema a compiere un lavoro

(unità di misura kW, J/s)

L’energia è la potenza nel tempo (unità di misura kWh, J)

E

t

tt

odttPE )(),0(

Introduzione impianti:Calore latente e sensibile

Si definisce calore sensibile il calore scambiato senza cambiamento di fase, quindi con cambiamenti di temperatura.

Si definisce calore latente il calore con cambio di fase, senza cambiamenti di temperature.

Cambiamenti di fase

Evaporazione – passaggio da liquido a gas con assorbimento di calore dall’ambiente dovuto alla differenza tra la tensione di vapore e la pressione dell’ambiente

Condesanzione – passaggio da gas a liquido con cessione di calore all’ambiente

Introduzione impianti:Calore latente e sensibile

10°C…

H2

OO

70°C… 100°C…100°C…

Introduzione impianti:Pcs e Pci

Introduzione impianti: Climatizzazione invernale

Significa controllare le seguenti grandezze:

•TEMPERATURA •UMIDITA’•VELOCITA’ DELL’ARIA•QUALITA’ DELL’ARIA

•Se un impianto controlla solo la temepatura si chiama impianto di riscaldamento

•Se un impianto controlla la qualità dell’aria si chiama impianto di ventilazione

Dettagli impiantistici:Il rendimento di trasformazione

Corso Progettista, I° edizione Dett. impiantistici, R. Capra 27/10/2007

Introduzione impianti: L’evoluzione del quadro normativo

•Legge 373/76 – (CD, Limiti sul acqua calda sanitaria (48° C), etc)• Legge 46/90 e decreto 447 – Norme UNI, UNI-CIG, UNI-CTI, CEI, etc •Legge 10/91 - (CD, PDC, rendimenti di FEN, etc) -PEN•DPR 412/93 – (Classificazione comuni, orari e periodi di accensione, isolamento etc)

•CE 2002/91 – EPBD •D. lgs 192 – 2005 •D. lgs 311 – 2006• si attendono i decreti attuativi esistono le linee guida

Introduzione in ITALIA del “conto energia” per l’installazione del fotovoltaico 27/7/2005

La legge finanziaria 2007 con la lenzuolata sull’energia detrazione 55% ART. 344 – riqualificazione energeticaART 345 – Interventi sull’involucroART 346 - Installazione pannelli solariART 347 – Sostituzione impianti di climatizzazione invernali Rif 01 : Doc.

Introduzione impianti: SISTEMA EDIFICIO-IMPIANTO

Involucro edilizio IMPIANTIElettrici

SISTEMA EDIFICIO-IMPIANTO

IMPIANTIMeccanici

SI DEVE ADOTTARE LA LOGICA DEL SISTEMA EDIFICIO IMPIANTO, QUINDI PENSANDO AD UN ORGANISMO EDILIZIO UNICO COSTITUITO DALLE SINGOLE COMPONENTI CHE CONCORRONO INSIEME A GARANTIRE L’ABITABILITA’ E IL COMFORT PER GLI OCCUPANTI E A MINIMIZZARE I COSTI ENERGETICI DI GESTIONE

Introduzione impianti:Componenti impianti riscaldamento

1. Centrale di produzione del calore 2. Sistema di distribuzione del fluido

termovettore (tubazioni e isolamento) 3. Terminali di erogazione negli ambiente

climatizzati.4. Sistema regolazione

Componenti caratterizzate da un rendimento termodinamico

produzionedistribuzione emissioneregolazione

Introduzione impianti:Le caldaie

Rif 02 : Doc. su caldaie

Dettagli impiantistici Rendimento di generazione ηp:

Corso Progettista, I° edizione Dett. impiantistici, R. Capra 27/10/2007

Introduzione impianti:Le caldaie

Nelle caldaie convenzionali i fumi escono ad alta temperatura, superiore ai 100°C.Il flusso termico dei fumi ad alta temperatura, pur rappresentando una necessità tecnologica rappresenta tuttavia una consistente dissipazione energetica.Un’altra dissipazione energetica è inoltre associata al "calore latente" del vapore d'acqua generato nel processo chimico della combustione disperso insieme agli altri fumi.Le “vecchie caldaie” sono spesso caratterizzate da rendimenti termici poco soddisfacenti) anche perché sovradimensionate.Nelle caldaie più recenti, ma anche nelle migliori caldaie moderne, il rendimento è al massimo di poco superiore al 90%

• Atmosferiche• Premiscelate

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Dettagli impiantistici:Rendimento caldaia tradizionale

Dettagli impiantistici:Rendimento caldaia tradizionale

INNOVAZIONE CALDAIA A CONDENSAZIONE:utilizzare il calore contenuto nei fumi

per riscaldare acqua.

Le caldaie a condensazione raffreddano i fumi fino al "punto di rugiada“ recuperando

parte del calore contenuto in essi.

I fumi diventano così freddi che è possibile utilizzare una semplice tubazione in plastica

come canna fumaria.

Grazie a questo recupero termico, nelle migliori caldaie a condensazione si riescono ad ottenere rendimenti superiori al 100% (shift potere

calorifico inferiore – potere calorifico superiore)

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Introduzione impianti:Caldaie a condensazione

Dettagli impiantistici:Rendimento caldaia tradizionale

Introduzione impianti: Caldaie a condensazione

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Introduzione impianti:Caldaie a condensazione

Dettagli impiantistici:Caldaie a condensazione

Introduzione impianti:Caldaie a condensazione

Introduzione impianti:Caldaie a condensazione

Introduzione impiantiRecuperatore di calore

[Carattere testo: Arial Narrow 24, nero]

Introduzione impiantiCaldaie in cascata

Introduzione impiantiCaldaie a biomasse

Introduzione impiantiCaldaie a biomasse CIPPATO

Il termine deriva dall'inglese Chips "pezzettini“.I “pezzettini” sono gli scarti di legno ricavati dall’attività delle segherie.Sono escluse le lavorazioni sui legni trattati(vernici, ecc.)

E' un ottimo combustibile che può essere utilizzato per alimentare caldaie e/o stufe per riscaldamento e/o produzioe di acqua sanitaria.Il potere calorifico del cippato varia dai 3000/4500 Kcal/h/kg = 3,5-5,24 kW in base al grado di umidità.

Il costo del cippato è abbastanza basso, Il cippato è non inquinante e rinnovabile. Ideale per teleriscaldamento e per riscaldamento di singoli edifici e/o fabbricati industriali;Consente risparmi fino all'80% sui gas e idrocarburi.

Con circa 2,5 Kg di legno CIPPATO, costo al Kg 0.03-0.04 €, si sviluppa la stessa potenza di un litro di gasolio.

Introduzione impiantiCaldaie a biomasse Pellets

• I PELLETS sono a base di legno naturale; come materia prima per la loro produzione si utilizzano trucioli di piallatura e di segheria che, senza l'aggiunta di sostanze agglomeranti di origine chimico-sintetica, vengono pressati sotto forma di rullini cilindrici con un diametro di 10 mm circa.

• I pellets vengono forniti in sacchi da 15 - 20 - 50 kg per le piccole utenze.• Possono essere trasportati da autocisterna, munita di sistema pneumatico e

relative tubazioni, per stiparli in eventuali silos per le grandi utenze.

• La potenzialità energetica di 1 m³ di pellet corrisponde a quella di circa 350 litri di gasolio.

Il bruciatore a pellet è stato inventato negli USA.E’ già utilizzato da migliaia di edifici italiani.Sono commercializzati vari modelli di bruciatori, il cui rendimento medio è del 90% circa. Sono disponibili taglie di impianto di diversa potenza.I dispositivi sono di norma completamente automatizzati : un microprocessore controlla l'accensione, temperatura, portata di massa di pellet nella caldaia, l'addensamento delle ceneri.

Introduzione impiantiCaldaie a biomasse TRUCIOLI

Possono essere facilmente reperiti in commercio diversi modelli di caldaie a trucioli, il rendimento medio è del 90% circa, diverse le taglie di potenza; Sono normalmente sistemi completamente automatizzati :un microprocessore controlla l'accensione, la temperatura, l'immissione di questi pellets nella caldaia, l'addensamento delle ceneri, la pulitura automatica della caldaia.Per servirsi dei trucioli come combustibile non è necessario abbattere appositamente nuovi alberi: per produrli si utilizzano esclusivamente residui provenienti da lavorazioni legate al legno, quali mobilifici e falegnamerie. Nella combustione del legno la quantità di CO2 emessa è la stessa che si viene a produrre durante la fase di putrefazione del legname.

Attenzione: problemi con le emissioni di polveri (filtro a manica sostenibile solo in grandi impianti)

Introduzione impiantiCaldaie a biomasse potere calorifici

COMBUSTIBILECOSTO UNITARIO

POTERE CALORIFICO

CALDAIA RENDIM. 90%

COSTO PER 1000 kCal

METANO 1100 lit/mc 8200 kCal/mc 7380 kCal/mc Euro 0.08

GASOLIO 1700 lit/l. 8500 kCal/l. 7650 kCal/l. Euro 0.11

GPL 1000 lit/l. 6000 kCal/l. 5400 kCal/l. Euro 0.10

LEGNA FAGGIO (15% UMIDITA')

200 lit/kg 3300 kCal/kg 2800 kCal/kg Euro 0.04

Introduzione impiantiCaldaie a biomasse - esempio

ESEMPIO:

ABITAZIONE DI CIRCA 100 mq IN UN INVERNO DI 180 GIORNI NECESSITA' DI 10.000 kCal/h

IN MEDIA CONSUMERA':

METANO - 180 GG x 24 h x 10000 kCal x Euro 0.08 : 1000 = Euro 3456,00

GASOLIO - 180 GG x 24 h x 10000 kCal x Euro 0.11 : 1000 = Euro. 4752,00

GPL - 180 GG x 24 h x 10000 kCal x Euro 0.10 : 1000 = Euro 4320,00

LEGNA - 180 GG x 24 h x 10000 kCal x Euro 0.04 : 1000 = Euro 1728,00

Introduzione impianti:Le pompe di calore

Rif 03: Doc. su pompe di calore

Introduzione impiantiPompe di calore

Le pompe di calore esistono sul mercato dagli anni 50, si tratta dunque di una tecnica affidabile e ampiamente collaudata.Possono funzionare sia in caldo che in freddo.

Introduzione impiantiPompe di calore

Alta pressioneBassa pressione

Q fornito serbatoio caldo ad alta temperatura

Q sottratto al serbatoio freddoa bassa temperatura(2 kW)

L=lavoro in kW(1 kW)

(3 kW)

Introduzione impiantiPompe di calore

Introduzione impiantiPompe di calore

C.O.P.= Qt / L•È funzione della temperatura della sorgente fredda e della sorgente calda •È funzione del gas refrigerante (R407, R410)•E’ funzione del tipo di macchina (scambiatori,compressori, ventilatori,etc)

NB = Bisogna stare attenti ai dati dichiarati dai costruttori perché danno solo l’assorbimento elettrico dei compressori

L’efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal coefficiente di prestazione C.O.P. (Coefficient of Performance), inteso come il rapporto tra l’energia termica resa al corpo da riscaldare e l’energia elettrica consumata.

Introduzione impiantiPompe di calore

PDC elettriche

Condensate ad aria (COP= 2-3)

Condensate ad acqua

Geotermiche (3,5-4,5)

Pozzo o lago (5)

C.O.P

Introduzione impiantiPompe di calore

Introduzione impiantiPompe di calore

Introduzione impiantiPompe di calore

La variazione del C.O.P. al variare della temperatura esterna

COP al variare della T esterna

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

T est

CO

P

PDC ad aria

PDC acqua di falda

PDC geo (GSHP)

Dettagli impiantistici:Le sonde geotermiche

Dettagli impiantistici:La sonda geotermica

Le sorgenti di calore – sonda geotermica

0°C

-3°C

+15°C

Dettagli impiantistici:La sonda geotermica

La singola U si utilizza quando non è possibile infilare la guaina fino in profondità.

Quindi, dopo perforazione si fa getto bentonite e poi su infula la sonda (la singola U permette di utilizzare spessori maggiori quindi offre maggiore resistenza all’infilamento)

cautelativamente l’esperienza porta a 35 W/mcautelativamente l’esperienza porta a 35 W/m

cautelativamente l’esperienza porta a 50 W/mcautelativamente l’esperienza porta a 50 W/m

Peak minPeak maxBase minBase max

Year2015105

Annu

al m

in-m

ax fl

uid

tem

p. [º

C]

25

20

15

10

5

0

-5

Dettagli impiantistici:Le sonde geotermiche

Introduzione impiantiPompe di calore

C.O.P.= Qt / L

Bisogna calcolre il COP rispetto all’energia primaria pertanto i rendimenti risultano:

1) Nel caso di una pompa ad aria circa 1,05-1,10

2) Nel caso di una pompa ad acqua 1,4-1,8

L’efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal coefficiente di prestazione C.O.P. (Coefficient of Performance), inteso come il rapporto tra l’energia termica resa al corpo da riscaldare e l’energia elettrica consumata.

Introduzione impianti: confronto rendimenti

G.U.E. GAHP-A

RENDIMENTO CALDAIE A CONDENSAZIONE

COP POMPE DI CALORE ELETTRICHE

COP RICALCOLATO SU ENERGIA PRIMARIA

UNI 10349: Temperatura media stagione invernale periodo diurno:Roma 10°C – Bologna 8°C

Introduzione impianti:La pompa di calore

Introduzione impianti:Macchina ad assorbimento

Introduzione impianti:Macchina ad assorbimento

[Carattere testo: Arial Narrow 24, nero]

Dettagli impiantistici: confronto rendimenti

Corso Progettista, I° edizione Dett. impiantistici, R. Capra 27/10/2007

70

80

90

100

110

120

1970 1973 1976 1979 1982 1985 1988 1990 2007

140

150

Caldaie a condensazione – ritorno 30 °C

Caldaie a condensazione – ritorno 60 °C

Caldaie ad alto rendimento

Caldaie tradizionali

ROBUR GAHP

Introduzione impianti:Il sistema di distribuzione (tubazioni ed isolamento)

Rif 04: Doc. tubazioni

Introduzione impianti:Il sistema di distribuzione (tubazioni ed isolamento)

Introduzione impianti:Il sistema di distribuzione (tubazioni ed isolamento)