Le pompe di calore nella certificazione energetica degli edifici (SCOP, SEER)_Rel 06 2014

LE POMPE DI CALORE NELLA

CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI:

QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO

Release 06_2014

Ing. Luca Zordan

16/07/20142

Indice argomenti:

1. DIRETTIVA 2009/28/CE

2. Decreto Legge Nr.28/2011

3. UNI EN 14825 – UNI TS 11300/4

4. Indice di prestazione stagionale SCOP

5. Indice di prestazione stagionale SEER

Release 06_2014

LE POMPE DI CALORE NELLA

CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI:

QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO

Ing. Luca Zordan

16/07/20143

Legge 373/76

Legge 10/91

DPR 412/93

EPBD 2002/91/CE

Recast EPBD 2010/31/UE

Direttiva 2009/28/CE D.Lgs. 28/2011

D.Lgs. 192/2005

D.Lgs. 311/2006

D.P.R. 2 aprile 2009 n. 59

D.M. 26 giugno 2009

Comunità Europea Legge Nazionale

LE LEGGI RELATIVE AGLI EDIFICI

DIRETTIVA 2009/28/CE

Ing. Luca Zordan

16/07/20144

La commissione dell'UE ha pubblicato in data 23 aprile 2009 la DIRETTIVA 2009/28/CE, nota

anche come Direttiva RES (Renewable Energy Sources e parte dell’attuazione del cosiddetto

obiettivo 20-20-20) sulla promozione dell'uso dell'energia proveniente dalle fonti

rinnovabili.

Tale Direttiva:

� Fissa obiettivi nazionali obbligatori per la quota

complessiva di energia da fonti rinnovabili sul consumo

finale lordo di energia e per la quota rinnovabile nei

trasporti;

� Impone agli Stati membri di definire un Piano di Azione

Nazionale per le energie rinnovabili e individua le

tecnologie che sono considerate parte dei sistemi

alimentati da fonte rinnovabile per la contabilizzazione e

la verifica del raggiungimento degli obiettivi;

� Introduce l’obbligatorietà della certificazione degli

installatori che operano nel settore delle rinnovabili.


Ing. Luca Zordan

16/07/20145


ENERGIA PRIMARIA

ηTηG

ηAηD

ηE

DEFINIZIONI

Una fonte di energia viene definita ENERGIA PRIMARIA quando è presente in natura e quindi

non deriva dalla trasformazione di nessuna altra forma di energia. L'energia primaria non è

immediatamente disponibile per l’utilizzo ma deve essere trasformata. Se la trasformazione è

avvenuta si parla di ENERGIA SECONDARIA. Se l'energia resa disponibile oltre che essere stata

trasformata, è stata trasportata presso l'utenza finale, si parla di ENERGIA FINALE.

Il processo di utilizzo dell'energia finale comporta delle perdite tali per cui l‘ENERGIA UTILE

resa disponibile al sistema di nostro interesse è inferiore di quella finale.

ENERGIA SECONDARIA

Generazione Accumulo Distribuzione Emissione ENERGIA UTILE

ENERGIA FINALE

Ing. Luca Zordan

16/07/20146

Generazione Accumulo Distribuzione Emissione ENERGIA UTILE

ENERGIA UTILE

Carichi interni

FABBISOGNO ENERGETICO

NETTO

Energia Solare e/o

altre fonti non fossili

ηTηG

ηAηD

ηE

DISPERSIONI


ENERGIA FINALE

DIRETTIVA 2009/28/CE UNI TS 11300-4

Ing. Luca Zordan

16/07/20147

Nella Direttiva «RES» sono state incluse le pompe di calore come tecnologia che

usa l'energia rinnovabile proveniente da aria, da acqua e da terra.

Esse costituiscono una tecnologia che ha un potenziale significativo di contributo

verso il risparmio di energia.

Le pompe di calore sono una delle poche tecnologie che possono coprire gli

interi fabbisogni di riscaldamento, raffreddamento e produzione dell'acqua calda

sanitaria.

ENERGIA

TERMICA

CEDUTA AL

FLUIDO

ENERGIA

ASSORBITA DALLA SORGENTE

LAVORO

MECCANICO

Schematizzazione del Flusso

Energetico di una pompa di

calore a compressione


Ing. Luca Zordan

16/07/20148

L’Italia si è impegnata nei confronti della UE a raggiungere,

entro il 2020, un livello di consumo finale di energia

«rinnovabile» (elettricità, calore, trasporti) pari al 17% dei

consumi finali totali di energia primaria, oltre a promuovere

virtuose strategie di consumo finalizzate all’efficienza

energetica, per arrivare ad un risparmio di energia primaria

pari al 13,4%.Consumi Finali Lordi di energia e obiettivi per le energie rinnovabili

2005 2008 2020

Consumi da

FER

Consumi Finali

LordiFER/Consumi

Consumi da

FER

Consumi Finali

LordiFER/Consumi

Consumi da

FER

Consumi Finali

LordiFER/Consumi

(Mtep) (Mtep) % (Mtep) (Mtep) % (Mtep) (Mtep) %

6,941 141,226 4,91% 9,001 131,553 6,84% 22,306 131,214 17,00%

FONTE: Ministero dello Sviluppo Economico «Sintesi Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili

– Giugno 2010». Estratto)


Ing. Luca Zordan

16/07/20149

La Direttiva Comunitaria in oggetto è stata recepita a livello nazionale con il

DECRETO LEGISLATIVO Nr.28 DEL 03 MARZO 2011

(il cosiddetto «Decreto Romani») pubblicato in Gazzetta ufficiale il 28

Marzo 2011.

Tale Decreto ha una portata decisamente molto

rilevante poiché incide in modo determinante sul futuro

dello sviluppo delle «rinnovabili» in Italia; oltre ad

introdurre rilevanti modifiche nel settore (in particolare

in tema autorizzativo e relativamente agli incentivi da

assegnare alle stesse) modifica il D.P.R. 59/09 e il Dlgs

192-311 in alcuni punti.

DECRETO LEGGE Nr.28/2011

Ing. Luca Zordan

16/07/201410

� “edificio di nuova costruzione”. Edificio per il quale la richiesta del pertinente

titolo edilizio, comunque denominato, sia stata presentata successivamente la

data di entrata in vigore del decreto;

� “edificio sottoposto a ristrutturazione rilevante”: edificio che ricade in una

delle seguenti categorie:

I. Edificio esistente avente superficie utile superiore a 1000m2, soggetto a

ristrutturazione integrale degli elementi edilizi costituenti l’involucro

II. Edificio esistente soggetto a demolizione e ricostruzione anche in

manutenzione ordinaria

L’art.11 prevede per queste due categorie di edifici l’imposizione di una

QUOTA D’OBBLIGO di copertura da fonte rinnovabile TERMICA ed ELETTRICA

(SEPARANDOLE NETTAMENTE)

DOVE SI APPLICA:


Ing. Luca Zordan

16/07/201411

Nel caso di edifici nuovi o edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti, gli impianti di

produzione di energia TERMICA devono essere progettati e realizzati in modo da

garantire il contemporaneo rispetto della copertura - tramite il ricorso ad energia

prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili - del 50% dei consumi previsti

per l’acqua calda sanitaria e delle seguenti percentuali della somma dei consumi

previsti per l’acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento: .

A) 20% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 31/05/2012

B) 35% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 01/01/2014

C) 50% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 01/01/2017

CONTENUTI:


Ing. Luca Zordan

16/07/201412

POMPE DI CALORE: quota rinnovabile


Ing. Luca Zordan

16/07/201413

Il valore 1,15 è un coefficiente stabilito dalla Direttiva Europea.

Il rendimento η è definito annualmente da Eurostat, attualmente vale 0,455 (45,5%)

Ne risulta un valore minimo dell’SPF che, con gli attuali valori di η, risulta:

� SPFmin = 2,5 per pompe di calore elettriche

� SPFmin = 1,15 per pompe di calore a gas

POMPE DI CALORE: condizione di ammissibilità

L’SPF per le pompe di calore elettriche deve essere determinato in base al

coefficiente di rendimento stagionale (SCOPnet) secondo la norma EN 14825:2012

(Cfr. Gazzetta Ufficiale dell’Unione Europea 06.03.2013)


Ing. Luca Zordan

16/07/201414

Le Norme UNI TS 11300, in quanto strumenti applicativi del Decreto Legge n°28,

sono a tutti gli effetti da considerarsi LEGGI nazionali e si dividono in nr. 4

specificazioni:

� UNI TS 11300-1/2008 (in revisione): Determinazione del fabbisogno di energia termica

dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale;

� UNI TS 11300-2/2008 (in revisione, scaduta nel 2012): Energia primaria e rendimenti per

la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria per usi sanitari;

� UNI TS 11300-3/2010 (in revisione): Energia primaria e rendimenti per la climatizzazione

estiva;

� UNI TS 11300-4/2012: Prestazioni Energetiche degli edifici: utilizzo di energie rinnovabili

e altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e la produzione di ACS.

� UNI TS 11300-5: in preparazione

UNI TS 11300

LA NORMA QUALE STUMENTO TECNICO…

Ing. Luca Zordan

16/07/201415

Per quanto concerne le Pompe di Calore (aerauliche, geotermiche e idrauliche) è

indispensabile considerare, all’interno della 11300-4, il paragrafo 9.4.4

«Prestazioni a fattore di carico CR ridotto» e il richiamo alla UNI EN 14825

(Maggio 2012)

UNI TS 11300

RIASSUMENDO:

� Norme di sistema:

UNI-TS 11300-3

UNI-TS 11300-4

� Norme di prodotto:

EN 14825 : Air conditioners, liquid chilling

packages and heat pumps, with electrically

driven compressors, for space heating and

cooling - Testing and rating at part load

conditions and calculation of seasonal

performance; EN 14825:2012

Ing. Luca Zordan

16/07/201416

� La normativa prevede che l’indice di prestazione stagionale (SCOP) venga

calcolato con il “bin method” (metodo delle frequenze di accadimento della

temperatura), ripartito per l'intera stagione di riscaldamento

� Deve essere utilizzata una delle tre condizioni climatiche di riferimento riportate

nella norma stessa:

� A (Average - media): Strasburgo (Francia),

� C (Colder – più fredda): Helsinki (Finlandia)

� W (Warmer – più calda): Atene (Grecia),

Queste condizioni di clima vengono ritenute sufficientemente rappresentative

del clima di tutta Europa.

EN 14825:2012

L’INDICE DI PRESTAZIONE STAGIONALE “SCOP” IN RISCALDAMENTO

Ing. Luca Zordan

16/07/201417

EN 14825:2012

Distribuzione oraria delle temperature medie nelle tre città diriferimento

Ing. Luca Zordan

16/07/201418

� Temperatura esterna di progetto (θdesign) secondo UNI EN 12831:

� per A (Average) = – 10 °C

� per C (colder) = – 22 °C

� per W (Warmer) = + 2 °C

� Temperatura interna di progetto pari a 20 °C.

� Quando la temperatura esterna supera i 15 °C cessa il funzionamento

dell'impianto di riscaldamento (quindi si assume che il carico Φh si annulli

quando la temperatura esterna è pari a θH,off = 16°C � temperatura di

bilanciamento).

� Si assume che il carico Φh vari linearmente dal 100%, in corrispondenza della

temperatura di progetto (θdesign), fino a 0% alla temperatura di annullamento.

EN 14825:2012

Ing. Luca Zordan

16/07/201419

EN 14825:2012

Si definisce Fattore di Carico Climatico «PLR» (Part Load Ratio) il rapporto tra il

carico parziale (o carico totale) diviso il pieno carico.

Dove: θe = temperatura aria esterna T(j); θdes = temperatura di progetto

Ing. Luca Zordan

16/07/201420

Tutte le norme in materia ed, in particolare UNI EN 14825 ed UNI/TS 11300-4,

richiedono che il costruttore delle pompe di calore a fornisca i dati relativi almeno

alle condizioni di funzionamento indicate nella seguente Tabella.

EN 14825:2012

Ing. Luca Zordan

16/07/201421

Con i valori di temperatura esterna delle tre zone climatiche di riferimento A (-7°C), B

(2°C), C (7°C), D 12°C), otteniamo i seguenti valori % dell’indice PLR:

88%

54%

35%

64%

100%

29%

61%

37%

24%15%

11%

EN 14825:2012

Ing. Luca Zordan

16/07/201422

3724

64

EN 14825:2012

Quindi nel caso di PdC aria-acqua::

Ing. Luca Zordan

23

EN 14825:2012

In un sistema bivalente a pompa di calore,

nel quale la richiesta termica dell’utenza

non viene esclusivamente soddisfatta

dalla pompa di calore ma intervengono

sistemi ausiliari di generazione, la

temperatura bivalente θbival viene

definita come la temperatura della

sorgente fredda alla quale la pompa di

calore funziona con fattore di carico CR =

1, cioè quando le condizioni termiche

della sorgente fredda consentono di

coprire la richiesta esclusivamente con la

pompa di calore.

TEMPERATURA BIVALENTE (sorgente Aria)

Ing. Luca Zordan

16/07/201424

PUBBLICAZIONE: 10 maggio 2012 (IN FASE DI REVISIONE)

TITOLO: «Prestazioni Energetiche degli edifici: utilizzo di energie rinnovabili e altri

metodi di generazione per la climatizzazione invernale e la produzione di ACS»

SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE

solare termico, il teleriscaldamento, le

biomasse la cogenerazione ed il

fotovoltaico con priorità come da

tabella a fianco:

UNI TS 11300-4

La specifica tecnica UNI TS 11300–4 si applica ai sottosistemi di generazione che

forniscono energia termica utile da energie rinnovabili o con metodi di generazione

diversi dalla combustione a fiamma di combustibili fossili trattata nella UNI TS

11300-2 , ivi comprese le PdC (siano esse aerauliche, geotermiche o

idrauliche). Sono considerati anche il

Ing. Luca Zordan

16/07/201425

Definizione del confine del sistema edificio-impianto

UNI TS 11300-4

La specifica tecnica UNI TS 11300-4 considera quale confine dell’edificio quello che

delimita tutte le aree nelle quali viene utilizzata o prodotta energia termica utile o

energia elettrica (confine energetico), in accordo con la UNI EN 15603.

Ing. Luca Zordan

16/07/201426

- COP’ (Coefficient of performance at declared capacity): rapporto tra la potenza termica

erogata dalla PdC a pieno carico e la potenza elettrica assorbita, alle specifiche condizioni

di temperatura dell’aria esterna indicate;

- COPPL (Coefficient of performance at part load): rapporto tra la potenza termica

erogata dalla PdC a carico parziale e la potenza elettrica assorbita, a specifiche condizioni

di temperatura dell’aria esterna indicate;

- TOL (Operating Temperature Limit): temperatura limite di funzionamento della PdC

(riferita alla sorgente fredda) dichiarato dal costruttore – temperatura limite di blocco.

- P (potenza richiesta dall’impianto) [kW]

- φφφφ (potenza termica richiesta dall’impianto) [kW]

- φφφφ’H, prog (carico termico di progetto dell’impianto) [kW]

- (Temperatura del pozzo caldo: mandata della PdC)

- (Temperatura della sorgente fredda)

PRINCIPALI DEFINIZIONI

UNI TS 11300-4

θc

θf

Ing. Luca Zordan

16/07/201427

- DC (Declared Capacity): Potenza termica massima della pompa di calore nelle condizioni di

funzionamento specificate dal costruttore;

- SCOPnet (Coefficiente di prestazione stagionale netto): coefficiente di prestazione stagionale

calcolato con riferimento al solo periodo di funzionamento attivo escludendo i consumi

dovuti ad eventuali riscaldatori supplementari elettrici.

- SCOPon (Coefficiente di prestazione stagionale funz attivo): coefficiente di prestazione

stagionale calcolato con riferimento al solo periodo di funzionamento attivo inclusi i consumi

dovuti ad eventuali riscaldatori supplementari elettrici.

- SCOP (Coefficiente di prestazione stagionale): coefficiente di prestazione stagionale

calcolato con riferimento a tutto il periodo di riscaldamento, inclusi i consumi dovuti ad

eventuali riscaldatori supplementari elettrici ed inclusi gli eventuali consumi durante i periodi

di mancata richiesta di calore, periodi di di stand-by, quelli dovuti ad ausiliari attivi durante i

periodi di spegnimento ed i consumi dovuti all'eventuale riscaldatore del carter olio.

PRINCIPALI DEFINIZIONI (Cfr. EN 14825)

UNI TS 11300-4

Ing. Luca Zordan

16/07/201428

PRINCIPALI DEFINIZIONI (Cfr. EN 14825)

UNI TS 11300-4

Elbu (Tj) = potenza delle resistenze elettriche integative [kW]

Ing. Luca Zordan

16/07/201429

NOTA: CR è in generale diverso dal fattore climatico PLR poiché la potenza termica nominale della pompa può essere

diversa da quella di progetto e, comunque, essa varia al variare delle temperature delle sorgenti.

- CR (Capacity Ratio - Fattore di Carico della Pompa di Calore). E il rapporto tra la

potenza termica richiesta dall'utenza alla PdC «Φ» (carico) nelle specifiche

condizioni di esercizio e la potenza termica nominale della PdC dichiarata dal

costruttore «DC» nelle medesime condizioni di temperatura.

Temperatura Temperatura PLR Potenza Richiesta Potenza termica maxCR

Esterna Mandata (QDESIGN=-10°C)dall'Impianto

(Φ)

erogabile dalla PdC

(DC)

(°C) (°C) % kW kW

ϑDESIGN -10 35 100% 5,00 4,50 1,11

A -7 35 88% 4,40 4,80 0,92

B 2 35 54% 2,70 6,24 0,43

C 7 35 35% 1,77 7,18 0,24

D 12 35 15% 0,75 8,11 0,09

CR = DC

ΦΦΦΦ

Esempio (temperatura bivalente = -8°C)

Ing. Luca Zordan

PRINCIPALI DEFINIZIONI

UNI TS 11300-4

16/07/201430

Per la determinazione delle prestazioni a pieno carico in condizioni di temperatura

diverse da quelle dichiarate, nel caso di PdC a compressione di vapore e ad

assorbimento elettrico è possibile :

1) effettuare l'interpolazione lineare tra i valori dichiarati, oppure:

Dipendenza del COP a pieno carico dalla temperatura

COP nelle

condizioni

intermedie:

Il rendimento di secondo principio è definito dal rapporto:

2) fare ricorso al rendimento di secondo principio; il COP

massimo teorico tra due sorgenti infatti (ciclo ideale di

Carnot) è dato dalla seguente relazione:

Ing. Luca Zordan

UNI TS 11300-4

16/07/201431

UNI TS 11300-4

αηΙΙ,1

ηΙΙ,2

ηΙΙ,X

θc,1

ηΙΙ,2−ηΙΙ,1

θc,x θc,2

Tg α = ηΙΙ,2−ηΙΙ,1

θc,2 - θc,1=

ηΙΙ,X-ηΙΙ,1θc,x - θc,1

Da cui:

ηΙΙ,X = ηΙΙ,1+(ηΙΙ,2−ηΙΙ,1)(θc,x - θc,1)(θc,2 - θc,1)

Dimostrazione:

Dove il rendimento di secondo principio interpolato è:

Ing. Luca Zordan


16/07/201432

ESEMPIO 1: interpolazione tra due diverse temperature di sorgente calda, a parità di

sorgente fredda

θf -7 2 7 12

COP1 3,6 4,5 5,4 6,5

DC1 [kW] 8,8 10,2 12 13,6

ηΙΙ,1 0,491 0,482 0,491 0,485

COP2 3,0 3,6 4,1 4,8

DC2 [kW] 7,8 9,3 11,2 13,2

ηΙΙ,2 0,490 0,486 0,490 0,498

ηΙΙ,X 0,490 0,483 0,490 0,489

COPX 3,4 4,2 4,9 5,9

θc,1 = 35°C

θc,2 = 45°C

θc,X = 38°C

ESEMPIO 2: interpolazione tra due diverse temperature di sorgente fredda, a parità di

sorgente calda

θf -7 -3 0 2

COP1 3,6 3,95 4,26 4,5

DC1 [kW] 8,8 10,2

ηΙΙ,1 0,491 0,487 0,484 0,482

θc = 35°C

Ing. Luca Zordan

UNI TS 11300-4


16/07/201433

Quando, per fissate condizioni di lavoro, il carico applicato è minore della potenza

massima che la PdC può fornire, il COP varia e per determinare le prestazioni

della macchina deve essere usato un fattore correttivo:

UNI TS 11300-4

Dipendenza del COP dal fattore di carico (CR<1)

Ing. Luca Zordan

il valore del fattore correttivo può essere stabilito:

a) in base ai dati forniti dal costruttore;

b) in base a modelli di calcolo di default quando tali dati non siano forniti.

COPPL = f * COP

dove:

COPPL = valore del COP a carico parziale

COP = valore del COP a pieno carico

16/07/201434 Ing. Luca Zordan

a) Calcolo di CR a carico ridotto (CR < 1) a partire dai dati forniti dal costruttore

Per il calcolo sono richiesti (Cfr. UNI EN14825, condizioni climatiche A ”Average”) i

seguenti dati:

� Temperatura di progetto: - 10 °C ;

� PLR per le temperature di riferimento -7 (A), 2 (B), +7(C), +12 (D);

� Temperatura bivalente considerata (riferita a -7°C) e potenza a pieno carico alla

temperatura bivalente ;

� Potenza dichiarata (DC) e COP alle 4 temperature (A), (B), (C), (D).

Il fattore di correzione del COP determinato in funzione del fattore di carico CR

con il metodo qui descritto è indipendente dalla temperatura di annullamento del

carico, qui assunta pari a 16 °C, in quanto dipende solo dal fattore di carico CR e

quindi può essere applicato in tutte le condizioni di funzionamento nel calcolo

secondo UNI/TS 11300.

UNI TS 11300-4


a) Calcolo di CR a carico ridotto (CR < 1) a partire dai dati forniti dal costruttore

PROCEDURA DI CALCOLO

θdesA

θbivalB C D

Temperatura di riferimento [°C]

-10 -7 2 7 12

PLR (qdes= -10 °C) [%]

100 88 54 35 15

DC DCA=DCbival DCB DCC DCD

CR >1 1 (0,54·Pdes)/DCB (0,35·Pdes)/DCC (0,15·Pdes)/DCD

COP’ a pieno carico

COP’A COP’B COP’C COP’D

COP a carico parziale

COPA COPB COPC COPD

fp fattore correttivo

1 COPA/COP’A COPB/COP’B COPC/COP’C COPD/COP’D

UNI TS 11300-4

16/07/201436

Per pompe di calore aria/acqua, antigelo/acqua, acqua/acqua

UNI TS 11300-4

b) Calcolo di CR a carico ridotto (CR < 1) in base a modelli di calcolo di default

quando non si dispone dei dati forniti dal costruttore

Ing. Luca Zordan

In questo caso si procede come segue:

Fattore Correttivo

NOTA: Per le pompe di calore a potenza variabile in mancanza dei dati previsti dalla UNI EN

14825 si assume un coefficiente correttivo pari a 1 sino al fattore di carico CR = 0,5 (o sino al

valore minimo di modulazione se questo è diverso da 0,5). Al di sotto di tale valore di CR si

procede come al punto 1.


θdesA

θbivalB C D

Temperatura di riferimento [°C]

-10 -7 2 7 12

PLR (qdes= -10 °C) [%] 100 88 54 35 15

Potenza DC a pieno carico

8,75 10,2 12,0 13,6

Pdesign,h 9,95

CR >1 1(0,54·Pdes)/DCB

= 0,526(0,35·Pdes)/DCC

= 0,290(0,15·Pdes)/DCD

= 0,109

COP’ a pieno carico 3,6 4,5 5,4 6,5

fp fattore correttivo (STD ASHRAE116 e UNI

EN 14825 )

1 1 0,92 0,80 0,56

COP a carico parziale (STD ASHRAE116 e UNI

EN 14825 )

3,6 4,14 4,32 3,64

UNI TS 11300-4

b) Calcolo di CR a carico ridotto (CR < 1) in base a modelli di calcolo di default

quando non si dispone dei dati forniti dal costruttore

16/07/201438

Esempio: Temperature medie orarie mensili (distribuzione gaussiana normale) relative alla città d Padova.

UNI TS 11300-4

� La norma UNI/TS 11300-4 è finalizzata al calcolo delle prestazioni della PdC

nelle condizioni climatiche di riferimento della località (Italiana) in cui si trova

l'edificio.

� Temperatura interna di progetto pari a 20 °C.

� Temperatura esterna di progetto θdesign secondo UNI EN 12831.

� Per poter costruire i “bin”, si assume che le temperature medie orarie mensili

abbiano una distribuzione gaussiana normale.

Ing. Luca Zordan

16/07/201439

Calcolo della prestazione stagionale (SCOP) delle Pompe di

calore elettriche a compressione di valore nelle condizioni di

riferimento secondo EN 14825 .

Ing. Luca Zordan

UNI TS 11300-4

16/07/201440

Calcolo della prestazione stagionale (SCOP) nelle condizioni di

riferimento secondo EN 14825 .

Condizioni Climatiche della

città di riferimento

Prestazioni dichiarate dal

costruttore

INPUT

SCOP

OUTPUT

Ing. Luca Zordan

UNI TS 11300-4

16/07/201441

A titolo di esempio viene presentato il risultato del calcolo di SCOPnet per una

pompa di calore aria-acqua (a gradini) utilizzata per riscaldamento a pavimento con

pannelli radianti.

� Condizioni climatiche di riferimento A (Average / Strasbourg);

� Potenza di progetto pari a Φdesign = 5 kW alla temperatura θdesignA = – 10 °C;

� Temperatura Bivalente = -8°C;

� Temperatura di mandata dell'acqua fissa pari a 35 °C;

� Temperatura limite operativa (TOL): -20°C.


riferimento secondo EN 14825 - ESEMPIO

AVERAGETemperatura

Esterna

Temperatura

Mandata

PLRPotenza Richiesta

dall'Impianto

Potenza termica

max erogabile

dalla PdC

COP

dichiarato CR fCOP*

COP

carico parziale(QDESIGN=-10°C)

(COPDC) (COPPL)

(°C) (°C) % kW kW

TOL -20 35

ϑDESIGN -10 35 100% 5,00 4,50 2,92 1,11 1,01 2,95

A -7 35 88% 4,40 4,80 3,09 0,92 0,99 3,06

B 2 35 54% 2,70 6,24 3,99 0,43 0,88 3,52

C 7 35 35% 1,75 7,18 4,54 0,24 0,76 3,45

D 12 35 15% 0,75 8,11 5,19 0,09 0,51 2,66

ϑBIVALENTE -8 35 92% 4,60 4,65 3,03 0,99 1,00 3,03

Tabella dei dati di input e dei principali coefficienti ricavati per il calcolo dell’SCOP secondo EN14825

Ing. Luca Zordan

UNI TS 11300-4

16/07/201442

T design -10 °C

T bivalent -8 °C

T OL -20,00 °C

Pdesign 5,0 kW

Temp Acqua 35,0 °C

CC=0,9

CAPACITY COP*

Phol 3,52 kW 2,34

Phbiv 4,70 kW 3,03

PhA 4,80 kW 3,09

PhB 6,24 kW 3,99

PhC 7,18 kW 4,54

PhD 8,11 kW 5,19

*COP values already integrate degradation for on/off cycling

Ing. Luca Zordan



UNI TS 11300-4

16/07/201443

BinOutdoor

temperature(dry bulb)

hoursPLR

Heating demand of the building Heating

Capacity of Heat Pump

CRCapacity

of electricalheater

Annual Capacity

of electrical heater COP fCORR,

COPCOPPL

Annual Heating

demand of the building

Annual Heating demand of the

buildingWitout h.e.

Annual power input with electrical

heater

Annual power input without

electrical heater

(Tj-16)/(Tdesign-16)

PLR*Pdesign

j Tj hj(%)

Ph(Tj) elbu(Tj) hj * elbu(Tj) hj*Ph(Tj)- °C hr kW kW kW kWh kWh kWh kWh kWh9 -22 0 146% 7,31 3,32 2,20 7,31 0,0 0,00 1,00 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0

10 -21 0 142% 7,12 3,42 2,08 7,12 0,0 0,00 1,00 0,00 0,0 0,0 0,0 0,011 -20 0 138% 6,92 3,52 1,97 3,40 0,0 2,34 1,00 2,34 0,0 0,0 0,0 0,012 -19 0 135% 6,73 3,62 1,86 3,11 0,0 2,40 1,00 2,40 0,0 0,0 0,0 0,013 -18 0 131% 6,54 3,72 1,76 2,82 0,0 2,46 1,00 2,46 0,0 0,0 0,0 0,014 -17 0 127% 6,35 3,82 1,66 2,53 0,0 2,51 1,00 2,51 0,0 0,0 0,0 0,015 -16 0 123% 6,15 3,91 1,57 2,24 0,0 2,57 1,00 2,57 0,0 0,0 0,0 0,016 -15 0 119% 5,96 4,01 1,49 1,95 0,0 2,63 1,00 2,63 0,0 0,0 0,0 0,017 -14 0 115% 5,77 4,11 1,40 1,66 0,0 2,69 1,00 2,69 0,0 0,0 0,0 0,018 -13 0 112% 5,58 4,21 1,33 1,37 0,0 2,74 1,00 2,74 0,0 0,0 0,0 0,019 -12 0 108% 5,38 4,31 1,25 1,08 0,0 2,80 1,00 2,80 0,0 0,0 0,0 0,020 -11 0 104% 5,19 4,41 1,18 0,79 0,0 2,86 1,00 2,86 0,0 0,0 0,0 0,021 -10 1 100% 5,00 4,50 1,11 0,50 0,5 2,92 1,00 2,92 5,0 4,5 2,0 1,522 -9 25 96% 4,81 4,60 1,04 0,21 5,2 2,97 1,00 2,97 120,2 115,0 43,8 38,723 -8 23 92% 4,62 4,70 0,98 0,00 0,0 3,03 1,00 3,03 106,2 106,2 35,1 35,124 -7 24 88% 4,42 4,80 0,92 0,00 0,00 3,09 0,99 3,06 106,2 106,2 34,6 34,625 -6 27 85% 4,23 4,96 0,85 0,00 0,0 3,19 0,98 3,14 114,2 114,2 36,4 36,426 -5 68 81% 4,04 5,12 0,79 0,00 0,0 3,29 0,97 3,20 274,6 274,6 85,7 85,727 -4 91 77% 3,85 5,28 0,73 0,00 0,0 3,39 0,96 3,27 350,0 350,0 107,1 107,128 -3 89 73% 3,65 5,44 0,67 0,00 0,0 3,49 0,95 3,33 325,2 325,2 97,7 97,729 -2 165 69% 3,46 5,60 0,62 0,00 0,0 3,59 0,94 3,38 571,2 571,2 168,9 168,930 -1 173 65% 3,27 5,76 0,57 0,00 0,0 3,69 0,93 3,43 565,6 565,6 165,0 165,031 0 240 62% 3,08 5,92 0,52 0,00 0,0 3,79 0,92 3,47 738,5 738,5 212,8 212,832 1 280 58% 2,88 6,08 0,47 0,00 0,0 3,89 0,90 3,50 807,7 807,7 230,6 230,633 2 320 54% 2,69 6,24 0,43 0,00 0,00 3,99 0,88 3,53 861,5 861,5 244,4 244,434 3 357 50% 2,50 6,43 0,39 0,00 0,0 4,10 0,86 3,54 892,5 892,5 251,9 251,935 4 356 46% 2,31 6,62 0,35 0,00 0,0 4,21 0,84 3,55 821,5 821,5 231,6 231,636 5 303 42% 2,12 6,80 0,31 0,00 0,0 4,32 0,82 3,54 641,0 641,0 181,3 181,337 6 330 38% 1,92 6,99 0,28 0,00 0,0 4,43 0,79 3,51 634,6 634,6 181,0 181,038 7 326 35% 1,73 7,18 0,24 0,00 0,00 4,54 0,76 3,45 564,2 564,2 163,4 163,439 8 348 31% 1,54 7,37 0,21 0,00 0,0 4,67 0,73 3,39 535,4 535,4 158,1 158,140 9 335 27% 1,35 7,55 0,18 0,00 0,0 4,80 0,68 3,29 451,0 451,0 137,3 137,341 10 315 23% 1,15 7,74 0,15 0,00 0,0 4,93 0,64 3,14 363,5 363,5 115,8 115,842 11 215 19% 0,96 7,92 0,12 0,00 0,0 5,06 0,58 2,93 206,7 206,7 70,4 70,443 12 169 15% 0,77 8,11 0,09 0,00 0,00 5,19 0,51 2,66 130,0 130,0 49,0 49,044 13 151 12% 0,58 8,30 0,07 0,00 0,0 5,32 0,43 2,28 87,1 87,1 38,3 38,345 14 105 8% 0,38 8,48 0,05 0,00 0,0 5,45 0,32 1,76 40,4 40,4 23,0 23,046 15 74 4% 0,19 8,67 0,02 0,00 0,0 5,58 0,18 1,03 14,2 14,2 13,8 13,8

Σ ==> 10.328 10.322 3.079 3.073

SCOPon SCOPnet3,35 3,36

Ing. Luca Zordan



UNI TS 11300-4

16/07/201444

Calcolo della prestazione stagionale (SEER) delle macchine

frigorifere nelle condizioni di riferimento secondo EN 14825 .

SEER - INDICE DI PRESTAZIONE STAGIONALE DELLE MACCHINE FRIGORIFERE

Ing. Luca Zordan

16/07/201445

SPECIFICA TECNICA DI REFERIMENTO: UNI TS 11300-3

CAMPO DI APPLICAZIONE

- Affronta in modo strutturato e sistematico il comportamento estivo dell’edificio e in particolare

dell’impianto ivi installato per il mantenimento delle condizioni ambientali ottimali;

- Fornisce dati e metodi per la determinazione:

� dei rendimenti e dei fabbisogni di energia dei sistemi di climatizzazione estiva;

� dei fabbisogni di energia primaria per la climatizzazione estiva;

� Energia primaria e rendimenti per la climatizzazione estiva;

Si applica unicamente agli impianti di tipo fisso di climatizzazione estiva con macchine

frigorifere azionate elettricamente o ad assorbimento.

Tali sistemi possono essere alternativamente:

� di nuova progettazione;

� ristrutturati;

� esistenti.

Ing. Luca Zordan


16/07/201446

COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE ENERGETICA STAGIONALE (SEER)

Le macchine frigorifere sono normalmente dimensionate per il carico di picco e quindi

durante la stagione funzionano quasi sempre a potenza ridotta. La variazione prestazionale

della macchina è funzione:

� Dei parametrici termici operativi (legati alle condizioni di ciclo di condensazione ed

evaporazione) ;

� della configurazione impiantistica;

� Della variazione nel tempo del fabbisogno dell’edificio.

Per tener conto della variazione degli assorbimenti elettrici in funzione delle variazioni

climatiche (e/o delle condizioni al contorno) e del grado di parzializzazione della macchina,

viene valutato l’indice SEER, Seasonal Energy Efficiency Ratio, (Cfr. alla prEN 14825) come

media pesata dei valori dei singoli EER a diverse condizioni operative, utilizzando pesi e tempi

di funzionamento definiti su base convenzionale (bin-method) , in funzione della tipologia

della macchina.

Ing. Luca Zordan


16/07/201447

La Specifica Tecnica individua il rendimento di impianto e il relativo fabbisogno energetico

procedendo analogamente a quanto già avviene per l’analisi degli impianti di riscaldamento,

suddividendo il sistema nei diversi sottosistemi di impianto, con particolare attenzione a

quello di generazione. Al calcolo basilare di energia necessaria per il raffrescamento viene

aggiunto il valore di fabbisogno energetico specifico per il trattamento dell’aria.

Il fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione estiva viene determinato come somma

dei contributi (corretti per il fattore di conversione ad energia elettrica da energia primaria)

dei fabbisogni di energia elettrica degli ausiliari di quelli di energia effettiva per

raffrescamento e per trattamenti dell’aria.

METODO DI CALCOLO

Fabbisogno frigorifero Fornito (kWh)

Energia elettrica consumata (kWh)

Ing. Luca Zordan


16/07/201448

METODO DI CALCOLO - Procedura

� Potenza nominale della macchina

(Aria 35°C, Acqua 7°C, DT=5K) ;

� EER a pieno carico alle condizioni di temperatura

esterna 35-30-25-20°C (EERDC)

Calcolare il «Partial Load Ratio (X)» ed il

«Capacity Ratio (Y)»

Calcolare la potenza frigorifera richiesta

Pc(Tj)=Pdesignc * Pl(Tj);

Calcolare il rendimento massimo previsto nel ciclo ideale

di Carnot EERMAX= (θf+273,16)/(θc-θf);

Calcolare il rendimento di secondo principio

ηΙΙηΙΙηΙΙηΙΙ = EERDC / EERMAX nei quattro Bin in cui EERDC è

fornito dal costruttore; poi interpolare per trovare il

rendimento in tutti gli altri Bin - EERDC(Tj).

Calcolare i valori EERDC_T(j):

EERDC_T(j) = hII * EERMAX_T(j);

Calcolare gli indici puntuali

EERbin_(Tj) = Y * EERDC_(Tj);

Inserire distribuzione oraria delle temperature (Bin)

• L’energia frigorifera richiesta dall’involucro

Qc(Tj)=hj * Pc(Tj) [kWh]

• L’energia elettrica assorbita dalla macchina

Qe(Tj)=hj * (Pc(Tj)/EERbin) [kWh];

SEER = ΣΣΣΣQc(Tj) / ΣΣΣΣQe(Tj)

NB: sotto i 20°C e sopra i 35°C i valori si assumono costanti

INPUT

Ing. Luca Zordan


16/07/201449

ESEMPIO:

Calcolo dell’indice SEER secondo prEN14825 per un edificio a schiera a Venezia

Pdesignc = 6,20kW / Tdesignc = 35°C / Wtemp=7°C, DT=5K

EERDC,20°C = 5,46, EERDC,25°C = 4,67, EERDC,30°C = 3,88, EERDC,35°C = 3,26)

Bin

Outdoor

temperature

(dry bulb)

hours

Partial Load

Ratio (X)

Capacity Ratio

(Y)

Cooling Demand

of the Building

Cooling Capacity

of the Chiller

EERMAX

(Carnot cycle)ηΙΙ EERDC EERbin Annual Cooling

Demand of the

building

Annual Power Input

of chiller(Tj-16)/

(Tdesignc-16) Pl/(CC*Pl + (1-CC)) Pdesignc * Pl(Tj) (θf+273,16)/(θc-θf) ηΙΙ = EERDC/EERMAX

Y * EERDC

j T j hj Pl(Tj) Pc(Tj) hj*Pc(Tj) hj*(Pc(Tj)/EERbin)

- °C hr (%) kW kW kWh kWh

5 17 163 5% 0,36 0,33 7,40 28,02 0,25 7,00 2,50 53,19 21,26

6 18 230 11% 0,54 0,65 7,35 25,47 0,25 6,37 3,44 150,11 43,61

7 19 277 16% 0,65 0,98 7,30 23,35 0,25 5,84 3,81 271,17 71,24

8 20 283 21% 0,73 1,31 7,25 21,55 0,25 5,46 3,97 369,39 93,02

9 21 283 26% 0,78 1,63 7,20 20,01 0,26 5,26 4,11 461,74 112,43

10 22 276 32% 0,82 1,96 7,15 18,68 0,27 5,08 4,18 540,38 129,40

11 23 264 37% 0,85 2,28 7,10 17,51 0,28 4,93 4,21 603,03 143,38

12 24 260 42% 0,88 2,61 7,05 16,48 0,29 4,79 4,21 678,74 161,15

17 25 218 47% 0,90 2,94 7,00 15,56 0,30 4,67 4,20 640,23 152,33

18 26 177 53% 0,92 3,26 6,92 14,75 0,30 4,48 4,11 577,58 140,57

19 27 114 58% 0,93 3,59 6,84 14,01 0,31 4,31 4,01 409,20 101,93

36 28 105 63% 0,94 3,92 6,76 13,34 0,31 4,15 3,92 411,16 104,83

37 29 66 68% 0,96 4,24 6,68 12,73 0,31 4,01 3,83 279,98 73,06

38 30 60 74% 0,97 4,57 6,60 12,18 0,32 3,88 3,75 274,11 73,17

39 31 38 79% 0,97 4,89 6,53 11,67 0,32 3,74 3,64 186,00 51,12

40 32 7 84% 0,98 5,22 6,46 11,21 0,32 3,60 3,54 36,55 10,34

41 33 4 89% 0,99 5,55 6,39 10,78 0,32 3,48 3,44 22,19 6,45

42 34 2 95% 0,99 5,87 6,32 10,38 0,32 3,37 3,35 11,75 3,51

43 35 0 100% 1,00 6,20 6,25 10,01 0,33 3,26 3,26 0,00 0,00

44 36 0 105% 1,01 6,53 6,18 9,66 0,33 3,19 3,20 0,00 0,00

45 37 0 111% 1,01 6,85 6,11 9,34 0,33 3,08 3,11 0,00 0,00

46 38 0 116% 1,01 7,18 6,04 9,04 0,33 2,98 3,02 0,00 0,00

Σ ==> 5.976,47 1.492,80

SEERON 4,01

Ing. Luca Zordan


16/07/201450

LE POMPE DI CALORE NELLA CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI

EDIFICI: QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO

Release 05_2014

CONSIDERAZIONI:

� Importante passaggio dalla logica di prestazione/efficienza «puntuale» (poco

significativa) a una logica «media ponderata stagionale»;

� L’impianto deve essere progettato per lavorare efficientemente anche ai carichi parziali;

� La normativa di prodotto consente il confronto non solo tra prodotti analoghi di diverse

aziende ma anche come diverse tecnologie si comportano in regime di parzializzazione

(ad es: cps VS cps, idronic a VS espansione diretta, ecc).

� Nelle PdC è molto importante definire in maniera ottimale la temperatura bivalente al

fine di ottimizzare i consumi: SCOPon è per questo un valido strumento di aiuto.

Ing. Luca Zordan

16/07/201451



BIBLIOGRAFIA:

� DIRETTIVA 2009/28/CE del Parlamento europeo e del Consiglio, del 23 Aprile 2009, sulla promozione

dell'uso dell'energia proveniente dalle fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione

delle Direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE.

� DECRETO LEGISLATIVO 3 marzo 2011, n. 28. Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione

dell'uso dell'energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive

2001/77/CE e 2003/30/CE.

� UNI/TS 11300-3/2010. Prestazioni energetiche degli edifici. Parte 3. Determinazione del fabbisogno di

energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva.

� UNI/TS 11300-4/2012. Prestazioni energetiche degli edifici. Parte 4. Utilizzo di energie rinnovabili e di

altri metodi di generazione per il riscaldamento di ambienti e preparazione acqua calda sanitaria.

� prEN 14825. Air conditioner, liquid chilling packages and heat pumps, with electrically driven

compressors, for space heating and cooling. Testing and rating at part load conditions and calculation

of seasonal performance.

� UNI EN 12831. Impianti di riscaldamento negli edifici - Metodo di calcolo del carico termico di progetto.

� «Il quadro normativo per l’efficienza energetica e la variabilità dei carichi negli impianti di

climatizzazione» - M. De Carli, Università degli studi di Padova, 27 Novembre 2013

� Gazzetta Ufficiale dell’Unione europea 06.03.2013 – Decisione della Commissione del 01 Marzo 2013.

Ing. Luca Zordan

16/07/201452

GRAZIE DELL’ATTENZIONE

Ing. Luca Zordan

[email protected]



Release 06_2014

Ing. Luca Zordan

Le pompe di calore nella certificazione energetica degli edifici (SCOP, SEER)_Rel 06 2014

Engineering

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