Gli aspetti costruttivi e le caratteristiche delle pompe ... · SCAMBIA CON IL TERRENO 27,1 kW...

Gli aspetti costruttivi e le caratteristiche delle pompe di

calore

Massimo GhisleniProject Application Manager – Robur S.p.A.

Ferrara, 24 settembre 2009 GHS

GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE

[email protected] Massimo Ghisleni

Pompe di calore: una risorsa preziosa per lo svilup po ecocompatibile nel nostro paese.



DEFINIZIONE SECONDO UNI 10348

La “vecchia” norma UNI 10348 distingue le pompe di calore in funzione del tipo di energia utilizzata per il loro funzionamento.

Pompe di calore a compressione di vapore azionate mediante energia elettrica .

Pompe di calore azionate mediante energia chimica : a) a compressione di vapore e motore endotermico; b) ad assorbimento



POMPE DI CALORE A COMPRESSIONE DI VAPORE

Pompe di calore elettriche aria acqua

Pompe di calore elettriche acqua-acqua

Pompe di calore elettriche geotermiche



POMPE DI CALORE A MOTORE ENDOTERMICO



POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO



GAHP vs PDC

condenser

evaporator

HEAT

HEAT

HIGH PRESSURE

LOW PRESSURE

COMPRESSORELECTRICITY

COMPRESSION HEAT PUMP

Prelievo energeticoda fonte rinnovabile

generator

absorber

PUMP

HEAT

GAS

ABSORPTION HEAT PUMP

EFFETTO UTILEENERGIA PRIM.



macchinatermica

T2

T1<T2

Q2=Q1+E

Q1

E

Pompe di calore elettricheCOP = Q2 / E elet.

Pompe di calore ad assorbimentoG.U.E. = Q2 / E comb.

Il COP e il GUE non sono dati direttamente paragonabili !

G.U.E. ≈ COP x 0,41

IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA



PdC A COMPRESSIONE DI VAPORE ELETTRICHE



RESA TERMICA PdC ARIA-ACQUA ELETTRICHE



CONSUMO PdC ARIA- ACQUA ELETTRICHE



SITUAZIONE DI GELO SULLA BATTERIA

Ciclo di defrosting effettuato mediante inversione di ciclo.



PROBLEMATICA PRINCIPALE

L’efficienza delle P.d.C. diminuisce sensibilmente alle basse temperature invernali dell’aria.



RESA TERMICA PdC GEOTERMICHE ELETTRICHE



CONSUMO PdC GEOTERMICHE ELETTRICHE



ELEVATE PRESTAZIONI INVERNALI

L’efficienza delle P.d.C. si mantiene elevata anche in inverno grazie alla sorgente: il terreno.



POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO

Pompe di calore GAHP aria acqua

Pompe di calore GAHP acqua-acqua

Pompe di calore GAHP geotermiche



IL CIRCUITO FRIGORIFERO DELLA MACCHINA



EFFICIENZA GUE (EN 12309-2) GAHP ARIA-ACQUA

G.U.E. = -5E-06Ta3 - 0,0004Ta2 + 0,0152Ta + 1,5704

R2 = 0,9866

0,50

0,70

0,90

1,10

1,30

1,50

1,70

1,90

2,10

2,30

2,50

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

Temperatura aria esterna - °C

Effi

cien

za u

tiliz

zo d

el g

as -

G.U

.E.

La temperatura della sorgente influisce poco sulle prestazioni



EFFICIENZA GUE (EN 12309-2) GAHP GEOTERMICA

G.U.E. = -2E-16Tcr3 - 0,002Tcr2 + 0,0108Tcr + 1,6861

R2 = 0,983

0,50

0,70

0,90

1,10

1,30

1,50

1,70

1,90

2,10

2,30

2,50

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Temperatura ritorno sonde - °C

Effi

cien

za u

tiliz

zo d

el g

as -

G.U

.E.

La temperatura della sorgente influisce poco sulle prestazioni



Enthalpy [kJ/kg]

200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300

Pres

sure

[Bar

]

0,50

0,60

0,70

0,800,901,001,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,009,0010,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00100,00

200,00

s = 4

,50

s = 4

,75

s = 5

,00

s = 5,

25

s = 5,

50

s = 5,

75

s = 6,

00

s = 6,

25

s = 6,

50

s = 6,

75

s = 7,

00

s = 7,

25s =

7,50

s = 7,

75s =

8,00

s = 8,

25s =

8,50

s = 8,7

5

-40

-40

-30

-20

-20

-10

0

0

10

20

20

30

40

40

50

60

60

70

80

80

90

100

100

110

120

120

130

140 160 180

0,003

0,004

0,0050,006

0,007 0,008 0,009 0,010

0,015

0,020

0,030

0,040

0,050

0,060

0,070

0,080

0,0900,100

0,150

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

0,800

0,9001,000

1,500

2,000

3,000

4,000

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,92,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00

v= 1,000v= 0,800

v= 0,600

v= 0,400

v= 0,300

v= 0,200

v= 0,150

v= 0,100

v= 0,080

v= 0,060

v= 0,040

v= 0,030

v= 0,020

v= 0,015

v= 0,010v= 0,008v= 0,006

DTU, Department of Energy EngineeringEnergy Systems, Refrigeration

s in [kJ/(kg K)]. v in [m^3/kg]. T in [ºC]M.J. Skovrup & H.J.H Knudsen. 08-08-29

R717 Ref :R.Döring. Klima+Kälte ingenieur Ki-Extra 5, 1978

x =s =

Area non rappresentabile

L’AMMONIACA COME FLUIDO REFRIGERANTE



POMPE DI CALORE: CONFRONTI E CONSIDERAZIONI



1° CONFRONTO ALL’ENERGIA PRIMARIA

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

35° 40° 45° 50° 55° 60° 65°

Gradi di latitudine nord

Effi

cien

za e

nerg

ia p

rimar

ia

Efficienza PdC aria-acqua ad assorbimentoEfficienza PdC geotermica ad assorbimentoEfficienza PdC aria-acqua elettrica

OsloBerlinoMilanoPalermo



2° CONFRONTO ALL’ENERGIA PRIMARIA

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

1,80

2,00

35° 40° 45° 50° 55° 60° 65°

Gradi di latitudine nord

Effi

cien

za e

nerg

ia p

rimar

ia

Efficienza PdC geotermica ad assorbimentoEfficienza PdC aria-acqua elettricaEfficienza PdC geotermica elettrica

OsloBerlinoMilanoPalermo



CARATTERISTICHE PdC ELETTRICHE

Prestazioni energetiche invernali ed estive paragonabili: il COP nominale generalmente è poco differente dal EER.

Pompe di calore elettriche aria-acqua in regime invernale fortemente influenzate dalla temperatura dell’aria esterna.

Ottime prestazioni invernali delle PdC acqua-acqua se abbinate a sistemi di scambio geotermico.



ZERO CONSUMI E ZERO EMISSIONI?

+Geotermia e pdc elettriche Solare fotovoltaico



CARATTERISTICHE PdC AD ASSORBIMENTO

Prestazioni energetiche invernali ed estive differenti: elevate efficienze all’energia primaria in inverno, meno elevate in estate.

Prestazioni energetiche delle GAHP aria-acqua molto simili alle prestazioni energetiche delle geotermiche.

Le pompe di calore geotermiche ad assorbimento abbisognano di un minore sviluppo di sonde geotermiche.

In caso di prevalenza di esigenze in riscaldamento le pdc ad assorbimento consentono un ottimo bilanciamento tra costi iniziali e risultato energetico ottenibile.



COSTI DI REALIZZAZIONE DEL IMPIANTO

GAHP-W LB fornendo una potenza termica 37,7 kWSCAMBIA CON IL TERRENO 12,4 kW termici

P.d.c. elettrica fornendo una potenza termica 38 kWSCAMBIA CON IL TERRENO 27,1 kW termici



27,1 – 12,4 = 14,7 kW in meno da “estrarre”

14700 W ÷ 60 W/m = 245 m in meno di sonde

245 m x 55 €/m = 13.475,00 € risparmiati

COSTI DI REALIZZAZIONE DEL IMPIANTO



0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

October November December January Febtuary March April

Hea

ting

Load

POMPA DI CALORE GEOTERMICA

Caldaia

Caldaia

OTTIMIZZAZIONE E BILANCIAMENTO COSTI



OTTIMIZZAZIONE E BILANCIAMENTO COSTI

Quando è necessario sopperire a carichi frigoriferi preponderanti, è possibile abbinare agevolmente macchine ad assorbimento geotermiche con refrigeratori aria-acqua elettrici. L’ASSORBIMENTO E’ FACILMENTE INTEGRABILE



POMPE DI CALORE & ENERGIE RINNOVABILI

E’ possibile ampliare il mercato delle energie rinnovabili mediante l’impiego delle moderne pompe di calore?



24%

100%

43%

33%

FLUSSO GEOTERMICO

IRR. SOLAREALBEDO



Direttiva 2009/28/CE del Parlamento e del Consiglio Europeo 23 aprile 2009

Gazzetta ufficiale dell UE 5 giugno 2009

Le pompe di calore sono quindi state formalmente inserite fra le

apparecchiature ad energia rinnovabile



CALCOLO DELL’ENERGIA PRELEVATA

−⋅=

SPFQQ forrin

11

Qrin – Energia rinnovabile geotermica idrotermica o aerotermica prelevata mediante la pompa di calore.

Qfor - Energia termica totale trasferita dalla pompa di calore al sistema di riscaldamento

SPF - Fattore di rendimento stagionale medio della pompa di calore.



CONDIZIONE PER ASSEVERARE LA RINNOVABILITA’

η1

15,1 ⋅>SPF

η – Rapporto tra la produzione totale lorda di energia elettrica e il consumo di energia primaria necessario alla sua produzione.



EFFETTI CONCRETI SULLA RIDUZIONE DEI CONSUMI PRIMARI DI ENERGIA

POMPE DI CALORE: UNA RISORSA PER LO SVILUPPO ECOCOMPATIBILE

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile

Con

sum

i com

bust

ibile

foss

ile [t

ep]

Caldaia vecchia a gasolio

Caldaia a condensazione

Pdc elettrica geotermica

P.d.c. assorbimento geotermica



LE POMPE DI CALORE CONSENTONO DI:

Ridurre in modo sensibile e concreto il fabbisogno di energia primaria per gli impianti di climatizzazione. Ottenere quindi classi energetiche elevate in fase di certificazione.

Utilizzare fonti rinnovabili d’energia fino ad ora poco sfruttate. Si configurano quindi come strumenti fondamentali per il raggiungimento degli obiettivi energetici e ambientali del nostro paese.

Ottenere considerevoli risparmi economici annuali nella gestione energetica degli impianti.



GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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