LA SFIDA DELLA RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI...

ing. Michele Vio 0

LA SFIDA DELLA RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI

ing. Michele Vio

Libero professionista

Past president AiCARR

ing. Michele Vio 1

Riepilogo introduttivo

ing. Michele Vio 2

TIPOLOGIE

Pompe di calore a compressione in ciclo critico

Pompe di calore a compressione a CO2 in ciclo transcritico

Pompe di calore ad assorbimento

Riepilogo introduttivo

ing. Michele Vio 3

PdC a compressione

ing. Michele Vio 4

PdC ad assorbimento

ing. Michele Vio 5

PdC ad assorbimento

ing. Michele Vio 6

CONFRONTI

Livelli termici Efficienza energetica Percentuale Energia Rinnovabile Impatto ambientale Costi produzione dell’energia

ing. Michele Vio 7

LIVELLI TERMICI

TIPOLOGIA Ottimale [°C] Massimo [°C] Sorgente

COMPRESSIONE 35 - 45 65 Aria – Acqua -

Terreno

CO2 60 80 Aria – Acqua -

Terreno

ASSORBIMENTO AMMONIACA

40 - 50 70 Aria – Acqua -

Terreno

ASSORBIMENTO Bromuro Litio

30 37 Acqua

ing. Michele Vio 8

BILANCI ENERGETICI

ing. Michele Vio 9

BILANCIO ENERGETICO

Bilancio energetico

ing. Michele Vio 10

EFFICIENZA ENERGETICA

S

SF

S

C

E

EE

E

ECOP

Bilancio energetico

ing. Michele Vio 11

INDICI ENERGETICI

Bilancio energetico

ing. Michele Vio 12

EFFICIENZA ENERGETICA: si esprime in termini di energia primaria

S

SF

S

C

E

EE

E

EREP

Bilancio energetico

ing. Michele Vio 13

Per le pompe di calore a gas REP = GUE

S

SF

S

C

E

EE

E

EGUEREP

Bilancio energetico

ing. Michele Vio 14

PdC a COMPRESSIONE

Bilancio energetico

ing. Michele Vio 15

RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA

COPE

E

E

EREP SE

S

CSE

P

C

Bilancio energetico

ing. Michele Vio 16


ing. Michele Vio 17


ing. Michele Vio 18


ing. Michele Vio 19

IMPATTO AMBIENTALE

ing. Michele Vio 20

IMPATTO AMBIENTALE

ing. Michele Vio 21

IMPATTO AMBIENTALE

ing. Michele Vio 22

CONVENIENZA ECONOMICA

E

G

C

C

C

pREPCOP

CG=0,45 €/m3

CE=0,15 €/kWh

ing. Michele Vio 23

CONVENIENZA ECONOMICA

E

G

C

C

C

pREPCOP

CG=0,72 €/m3

CE=0,12 €/kWh

ing. Michele Vio 24

CONFRONTO INVERNALE

ing. Michele Vio 25

CONFRONTO ESTIVO

ing. Michele Vio 26

POMPE DI CALORE A COMPRESSIONE

ing. Michele Vio 27

All’aumentare della temperatura della sorgente calda diminuiscono

POTENZA e EFFICIENZA

Variazione delle prestazioni

ing. Michele Vio 28

Al diminuire della temperatura della sorgente calda diminuiscono

POTENZA e EFFICIENZA


ing. Michele Vio 29

DI QUANTO?

Dipende da molti fattori


ing. Michele Vio 30

1

2 3

4

Ciclo monostadio


ing. Michele Vio 31

EER – EFFICIENZA ENERGETICA ESTIVA

12

41

hh

hh

L

EUEER

C

ETH

EUE LC


ing. Michele Vio 32

12

32

hh

hh

L

EUCOP

C

ITH

COP – EFFICIENZA ENERGETICA INVERNALE

EUI

LC

Il lavoro del compressore concorre all’effetto utile


ing. Michele Vio 33

RAPPORTO DI COMPRESSIONE

E

C

p

p

neevaporaziopressione

onecondensazipressioneRC

RC


ing. Michele Vio 34

Le temperature di evaporazione e condensazione sono sempre diverse dalle temperature delle sorgenti

fredde, a causa delle efficienza degli scambiatori.

Negli scambiatori refrigerante – aria la differenza è tra gli 8°C e i 18°C (diversificata tra estate e inverno). Negli scambiatori refrigerante – acqua la differenza è

limitata a 2°C – 6°C

Temperatura delle sorgenti e temperatura di scambio termico

ing. Michele Vio 35

Evaporazione ad aria – T aria 7°C – Tw = 45°C


ing. Michele Vio 36

Evaporazione ad acqua – T acqua 7°C – Tw = 45°C


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RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE

Il peggioramento del rendimento isoentropico del compressore fa aumentare il lavoro del compressore

Influenza del rendimento del compressore

ing. Michele Vio 38

L’effetto utile estivo rimane inalterato per cui EER peggiora molto

thC

thE

CREALEL

EUEER


ing. Michele Vio 39

L’effetto utile invernale aumenta per cui COP peggiora meno

thC

CthI

CL

EUCOP

1


ing. Michele Vio 40

Perché all’aumentare della temperatura di produzione dell’acqua calda diminuisce la

potenza e si riduce il COP?

Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche

ing. Michele Vio 41

L’aumento della temperatura di condensazione aumenta RC


ing. Michele Vio 42

L’aumento della temperatura di condensazione

aumenta Lc


ing. Michele Vio 43

L’aumento di Lc è ancora maggiore se peggiora il rendimento del compressore


ing. Michele Vio 44

A parità di rendimento del compressore

diminuisce EUi


ing. Michele Vio 45

A parità di rendimento del compressore

diminuisce EUi


ing. Michele Vio 46

Se il rendimento del compressore peggiora EUi potrebbe rimanere inalterato o addirittura aumentare


ing. Michele Vio 47

Se il rendimento peggiora Eu i potrebbe rimanere inalterato o addirittura aumentare


ing. Michele Vio 48

rendimento isoentropico del compressore

ing. Michele Vio 49

COMPRESSORI SCROLL

Il rendimento diminuisce sempre

all’aumentare del rapporto di

compressione

Rendimento isoentropico del compressore

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COMPRESSORI A VITE


ing. Michele Vio 51

COMPRESSORI A VITE

All’aumentare del rapporto di compressione il

rendimento può aumentare o diminuire


ing. Michele Vio 52

COMPRESSORI A VITE

All’aumentare del rapporto di compressione il

rendimento può aumentare o diminuire


ing. Michele Vio 53


ing. Michele Vio 54

Se il compressore è ottimizzato per bassi rapporti di compressione

COMPRESSORI A VITE


ing. Michele Vio 55

Ha EER migliore e COP peggiore

COMPRESSORI A VITE


ing. Michele Vio 56

L’effetto utile estivo rimane inalterato per cui EER peggiora molto

thC

thE

CREALEL

EUEER


ing. Michele Vio 57

L’effetto utile invernale aumenta per cui COP peggiora meno

thC

CthI

CL

EUCOP

1


ing. Michele Vio 58

Perché al diminuire della temperatura della sorgente fredda diminuisce la potenza e si

riduce il COP?


ing. Michele Vio 59

La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta RC


ing. Michele Vio 60

La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta Lc


ing. Michele Vio 61

La diminuzione della temperatura di evaporazione fa aumentare Eui


ing. Michele Vio 62

Ciclo reale

CL

UTILEEFFETTOCOP

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Circuiti ON - OFF

2 circuiti separati con compressori ON-OFF

Prestazioni delle pompe di calore

ing. Michele Vio 64

100% CARICO Lavorano entrambi

CL

UTILEEFFETTOCOP

ing. Michele Vio 65

50% CARICO Ne lavora 1 solo

CL

UTILEEFFETTOCOP

COP rimane invariato

ing. Michele Vio 66

Circuiti parzializzati

un circuito con più compressori o compressore parzializzabile

ing. Michele Vio 67

100% CARICO

CL

UTILEEFFETTOCOP

Il COP è uguale al caso precedente

ing. Michele Vio 68

50% CARICO Il circuito parzializza

CL

UTILEEFFETTOCOP

COP aumenta

ing. Michele Vio 69

Influenza del contenuto d’acqua dell’impianto

ing. Michele Vio 70

CIRCUITI FRIGORIFERI IN SERIE

La curva di potenza potrebbe essere sempre piatta

Circuiti frigoriferi più complessi

ing. Michele Vio 71

POMPE DI CALORE a CO2

Circuiti frigoriferi più complessi 71

ing. Michele Vio 72

POMPE DI CALORE a CO2

Circuiti frigoriferi più complessi 72

ing. Michele Vio 73

SORGENTI TERMICHE

ing. Michele Vio 74

SORGENTI TERMICHE

ARIA

ACQUE SUPERFICIALI

TERRENO

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SORGENTI TERMICA ARIA

VANTAGGI:

- c’è sempre

- e’ gratuita

- non richiedere opere aggiuntive

- energia ausiliari (ventilatori) relativamente bassa

SVANTAGGI:

- temperatura bassa e variabile

- formazione di brina sulla batteria

ing. Michele Vio 76

la PdC brina e bisogna effettuare cicli di sbrinamento

formazione di brina sulla batteria

ing. Michele Vio

Perché si formi brina sulla batteria evaporante si devono verificare due condizioni:

- Temperatura superficiale della batteria minore di 0°C

- Formazione di un gradiente di umidità assoluta Dx

FORMAZIONE DI BRINA


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ing. Michele Vio 79


In parzializzazione il Dx si riduce

(area gialla)

ing. Michele Vio 80

Cicli di sbrinamento

Serve 1 ciclo di sbrinamento circa ogni 1,2 g/kg di brina formata sulla batteria

Ogni ciclo di sbrinamento fa perdere il 10% di energia e di efficienza energetica


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Conseguenze della formazione di brina


ing. Michele Vio 82

ENERGIA PER LO SBRINAMENTO

I sistemi idronici prelevano energia dall’acqua dell’impianto

quelli ad espansione diretta dall’aria dell’ambiente (eccezione: nuovi sistemi con accumulo eutettico)


ing. Michele Vio 83

Cicli di sbrinamento

Serve 1 ciclo di sbrinamento circa ogni 1,2 g/kg di brina formata sulla batteria

Ogni ciclo di sbrinamento fa perdere il 10% di energia e di efficienza energetica


ing. Michele Vio 84


ing. Michele Vio 85

SORGENTE TERRENO

VANTAGGI:

- è a temperatura costante, molto favorevole in estate

- potenza ausiliari (pompe) relativamente bassa (dal 5% al 15% della potenza elettrica dei compressori), ma difficilmente si riesce a variare la portata d’acqua

SVANTAGGI:

- costi molto elevati

- non sempre disponibile

- pratiche difficili

- pericolo di deriva termica

- energia di pompaggio spesso troppo elevata

ing. Michele Vio 86

DERIVA TERMICA SORGENTI GEOTERMICHE

Cosa succede dopo 10 anni

Tratto da “La pompa di calore per un comfort sostenibile” a cura di RSE

La deriva termica

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Funzionamento solo caldo Fabbisogno 175.000 kWh annui

Volume termico deriva di circa 11°C

Attorno alle sonde deriva di 15°C

La deriva termica

ing. Michele Vio 88


La deriva nel volume termico si riduce a 9,2°C

Moto falda 4 m/anno

La deriva termica

ing. Michele Vio 89


La deriva nel volume termico si riduce a 7,7°C

Moto falda m/anno

La deriva termica

ing. Michele Vio 90


La deriva nel volume termico si riduce a 1°C

Moto falda 40 m/anno

La deriva termica

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EDIFICIO CON EQUILIBRIO TRA ESTATE E INVERNO

La deriva nel volume termico è QUASI NULLA

La deriva termica

ing. Michele Vio 92

SORGENTE ACQUE SUPERFICIALI

VANTAGGI:

- è a temperatura costante, favorevole in estate

- costi per le opere relativamente bassi

- - nessun pericolo di deriva termica

SVANTAGGI:

- costi molto elevati

- non sempre disponibile

- pratiche difficili

- pericolo di deriva termica

- energia di pompaggio molto elevata (a causa del salto termico massimo richiesto 3°C e dei battenti idrostatici da 10m a oltre 70m)

ing. Michele Vio 93

TERMINALI D’IMPIANTO

ing. Michele Vio 94

TERMINALI D’IMPIANTO

RADIATORI

FAN-COIL O BATTERIE DI IMPIANTI AD ARIA

SISTEMI RADIANTI

Terminali d’impianto

ing. Michele Vio 95

RADIATORI

La potenza totale fornita da un radiatore è definita dalla norma UNI EN 442

nAmRn ttktkP D

k costante, funzione della geometria del radiatore

tmR temperatura media superficiale del radiatore

tA temperatura dell’aria ambiente

n esponente funzione della geometria del radiatore


ing. Michele Vio 96

RADIATORI UNI EN 442

nAmRn ttktkP D


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INFLUENZA ISOLAMENTO EDIFICI

Edificio non isolato

Edificio

isolato

22,5°C


ing. Michele Vio 98

INFLUENZA ISOLAMENTO EDIFICI


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Temperatura di funzionamento dei radiatori

FUNZIONAMENTO OTTIMALE

FUNZIONAMENTO POSSIBILE

ing. Michele Vio 100

Nessun intervento sull’involucro edilizio


Interventi sull’involucro: riduzione del 25% dei fabbisogni


Interventi sull’involucro: riduzione del 50% dei fabbisogni


VANTAGGI DEI SISTEMI IBRIDI

Verranno visti nella relazione successiva

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