Pompe di calore Aria / Acqua - peritiparma.it da scaricare/SLIDES Seminario pompe di... · Vapore...

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Parma, 15 Luglio 2013

In collaborazione con

Col patrocinio

COLLEGIO DEI PERITI INDUSTRIALI

PERITI INDUSTRIALI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI PARMA

Presenta:

Pompe di calore Aria / Acqua

Ing. Giovanni Finarelli

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1. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO

2. CONTESTO NORMATIVO

3. DIMENSIONAMENTO IMPIANTO

4. VALUTAZIONI ECONOMICHE

5. CIRCUITO SECONDARIO

FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI

ENERGIA DALLA NATURA

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il calore passa da un corpo caldo a un corpo freddo

Secondo principio della termodinamica

CONDUTTORE TERMICO

20°C

80°C (90°C)

(10°C)

per invertire il flusso di calore bisogna utilizzare una macchina frigorifera

POMPE DI CALORE - CONCETTI DI BASE

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Le pompe di calore ricavano energia

dall'ambiente, prelevando e utilizzando l'energia

termica disponibile nell'ambiente (terreno, acque

di falda, aria). Questo calore naturale viene

integrato dal lavoro meccanico del compressore

elettrico che permette di elevare le temperature

dei fluidi citati a livelli più elevati.

La pompa di calore:

dispositivo che sfruttando un ciclo termodinamico

cattura un flusso di calore a bassa temperatura

(sorgente) e lo rende disponibile ad un livello

termico più elevato (utilizzatore).

Per far ciò è necessario fornire un determinato

lavoro

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80°C

20°C

CONDUTTORE TERMICO

(90°C)

(10°C)

Le pompe di calore ricavano energia

dall'ambiente, prelevando e utilizzando l'energia

termica disponibile nell'ambiente (terreno, acque

di falda, aria). Questo calore naturale viene

integrato dal lavoro meccanico del compressore

elettrico che permette di elevare le temperature

dei fluidi citati a livelli più elevati.

La pompa di calore:

dispositivo che sfruttando un ciclo termodinamico

cattura un flusso di calore a bassa temperatura

(sorgente) e lo rende disponibile ad un livello

termico più elevato (utilizzatore).

Per far ciò è necessario fornire un determinato

lavoro

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Condensatore

Compressore Scroll

Utenza calore

Evaporatore

Fonte di calore

Valvola di espansione

Aria temp. + 7°C

Aria temp. 0°C

Vap. 6°C Press.7,8 bar

Vap. 70°C Press.34. bar

Liq. 47°C Press.34 bar

Acqua temp. + 45 °C

Acqua temp. + 40 °C

Liq.+ Vap. - 0,5°C Press.7,8 bar


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Diagramma Pressioni – Entalpie Processo Circuito Pompa di Calore

47°C -0,5°C

6°C

Condensatore

55°C 100°C 80°C

Org

.di E

spansio

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Liquido Vapore Surriscaldato

Liquido +

Vapore

c D

Evaporatore

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Principio di funzionamento pompa di calore

Fonte di calore

Circuito di riscaldamento


Compressore Scroll

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Principio di funzionamento pompa di calore


Compressore Scroll

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EFFICIENZA DI FUNZIONAMENTO

Definizione COP,EER,APF,SPF

Efficienze teoriche e reali

Sensibilità alle temperature di funzionamento

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COP: Coefficient Of Performance

COP = = = 4

Potenza Termica erogata

Potenza assorbita

4 kW

1 kW

Apporto energetico annuo (kWh/a)

Consumo elettrico annuo (kWh/a)

Potenza sottratta

all’aria 3kW

Efficienza = dichiarata dal costruttore secondo EN 14511-2

Potenza frigorifera erogata

Potenza assorbita

Apporto energetico stagionale (kWh/a)

Consumo elettrico stagionale (kWh/a) SPF =

Potenza elettrica assorbita 1 kW Potenza erogata

aall’impianto 4 kW

EER =

APF =

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Efficienza e differenza di temperatura

COP Vitocal 200 S Tipo 104 in riscaldamento

7

4,7

3,5

+ 34 %

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2

3,4

2,5

COP Vitocal 200 S Tipo 104 in riscaldamento

+ 36 %

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Recepimento direttiva europea rinnovabili Obiettivo 20/20/20

Decreto legge n°28, 03 marzo 2011

Entrata in vigore del provvedimento: 29 marzo 2011

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OBBLIGHI PER IL RILASCIO DELLA CONCESSIONE EDILIZIA

Allegato 3

(Art.11, comma 1)

Obblighi per i nuovi edifici o edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti

1. 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) Il 20% per quanto riguarda la richiesta del pertinente titolo edilizio e presentata dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013 b) Il 35% per quanto riguarda la richiesta del pertinente titolo edilizio e presentata dal 31 gennaio 2014 al 31 dicembre 2016 c) Il 50% per quanto riguarda la richiesta del pertinente titolo edilizio e rilasciato dal 1 gennaio 2017

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QUOTA DI ENERGIA RINNOVABILE

ELABORATA DALLE POMPE DI CALORE

aPotenza elettrica assorbita

Potenza sottratta 3kW Potenza erogata 4 kW

1 kW

Computo dell’energia prodotta dalle pompe di calore

La quantità di energia aerotermica, geotermica o idrotermica catturata dalle pompe di calore da

considerarsi energia da fonti rinnovabili ai fini del presente decreto legislativo, ERES, è calcolata

in base alla formula seguente:

La quota di energia rinnovabile di una pompa di calore si valuta solo se SPF>2,88

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0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1 2 3 4 5 6

EresDL28

Eres REALE

SPF

ERES

2,875

Frazione FER reale

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Potenza Vitocal 200 S Tipo 104 in riscaldamento

+ 20 %

4,6

3,7

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Potenza in riscaldamento della

pompa di calore

Fabbisogno di calore impianto

Punto di bivalenza

Individua il punto di equilibrio della potenzialità della pompa di calore e del fabbisogno edificio

Economicamente interessante fino a circa -5°C temperatura esterna

(con la giusta tariffa elettrica!!!)

70

Punto di bivalenza

Scelta della potenzialità della pompa di calore

Temperatura esterna in °C

Po

ten

za

in

%

Con temperature inferiori al punto di bivalenza è necessario valutare una fonte

energetica integrativa

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Funzionamento monovalente

Po

ten

za

kW


pompa di calore


10

Temperatura esterna °C

Scelta della potenzialità della pompa di calore

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Funzionamento della pompa di calore Funzionamento monovalente

Fabbisogno impianto

0 h 24 h

ACS 2 h

ACS 2 h

Es: 10 KW

sbrinamenti sbrinamenti sbrinamenti

Con la sola pompa di calore dimensionata in condizioni di progetto

bisogna tenere conto della produzione ACS e degli sbrinamenti!

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Quota di copertura della pompa di calore alla massima potenza in %

Funzionamento della pompa di calore Funzionamento bivalente

A Modo di funzionamento bivalente-parallelo B Modo di funzionamento bivalente-alternativo

Q

uota

di copert

ura

annua in %

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Funzionamento Alternativo

Po

ten

za (

%)

Temperatura esterna (°C)

Carico termico edificio

Pompa di calore

Generatore ausiliario

Punto di biv.

Limite riscaldam.

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Funzionamento Parallelo

Po

ten

za (

%)

Temperatura esterna (°C)

Carico termico edificio

Pompa di calore

Generatore ausiliario

Punto di biv.

Limite riscaldam.

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VITOCAL 200 - S

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Unità esterna

Unità interna

Bollitore

VITOCAL 200 – S Pompa di calore aria-acqua reversibile con tecnologia DC inverter

Nuovi impianti

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Integrazione con caldaia Funzionamento parallelo

Con un carico termico di 8 Kw, dal diagramma di potenza risulta che con un impianto a pavimento , il punto di bivalenza risulta a – 12°C.

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TARIFFE ELETTRICHE ENEL (GIUGNO 2013)

*Costo calcolato con ripartizione utilizzi al 66% in F2-3, 33% in F1 (da statistiche ENEL)

La Tariffa BTA può quindi essere richiesta nel caso di installazione di una pompa di calore su un secondo contatore dedicato con iva sempre al 10%. Queste tariffe pur avendo dei costi fissi annui più elevati non sono caratterizzate da tariffe a gradoni. Il costo del KWhe è fisso e non dipende dai consumi.

Uso Domestico BTA (66% in F23, 33% in F1 come indicazione ENEL)

Tariffa - D2 D3 BTA1 BTA2 BTA3 BTA4 BTA5 BTA6 ≥16,5

Potenza impegnata KW 3 6 1,5 3 6 10 15 20

Costo fisso anno € € 38,8 € 135,9 € 141,6 € 316,1 € 426,6 € 561,0 € 728,3 € 861,5

Consumo < 1.800

€/kWh *

€ 0,129 € 0,183

€ 0,148 € 0,162 € 0,162 € 0,162 € 0,162 € 0,162

Consumo 1.800 ÷ 2.640 € 0,184 € 0,200

Consumo 2.640 ÷ 4.440 € 0,248 € 0,239

Consumo > 4.400 € 0,295 € 0,281

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SPF3 SPF4

Tipo di sistema Pompa di calore Metano GPL Gasolio

Costo unitario energia ٭ €/Kwhe Vedi

tabella

€ / m3 0,9 €/litro 1 €/litro 1,2

Costo totale energia € € € 1.128 € € 1.681 € € 1.502

CONFRONTO CONVENIENZA ECONOMICA

kWhel

€ 723

€ 905

€ 1.067

€ 0

€ 500

€ 1.000

€ 1.500

€ 2.000

€ 2.500

€ 3.000

D3

BTA3

€ 963

Kwh/anno D3 BTA3

1.800 € 467 € 711

2.640 € 636 € 847

3.000 € 723 € 905

4.000 € 963 € 1.067

4.400 € 1.060 € 1.132

5.000 € 1.229 € 1.229

6.000 € 1.512 € 1.391

7.000 € 1.794 € 1.553

8.000 € 2.077 € 1.715

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Integrazione con caldaia Analisi economica

+

Condensazione a gas

Condensazione a gasolio

Sistema ibrido pdc + caldaia gas/gasolio

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Integrazione con caldaia Analisi economica

Fabbisogno edificio:

30.000 kWh

+

ACS 5 persone

Bolletta energetica:

3.000 € di metano

+

285 € ACS

= 3.285 €/anno

Bolletta energetica:

4.200 € di gasolio

+

410 € ACS

= 4.610 €/anno

+

20% 80% = 2.410 €/anno *

* Incluso costo fisso contatore elettrico dedicato

+

20% 80%

= 2.790 €/anno *

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Aria

SORGENTI TERMICHE

Maggiore è la temperatura della sorgente termica naturale, minore è il lavoro meccanico che deve compiere il compressore e quindi minore sarà l'assorbimento di energia.

Acqua Terreno

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Aria E' una sorgente termica sempre disponibile.

Richiede minimi ingombri e ridotti costi di installazione.

Estrema variabilità delle condizioni termiche. I livelli di temperatura esterna sono in discordanza di fase con le necessità termiche dell'edificio. Si ottiene inoltre una diminuzione della potenza termica con il diminuire delle temperature.

Va considerata la rumorosità emessa dai ventilatori e l'eventuale ingombro delle canalizzazioni. Movimentare aria rimane più oneroso che far circolare acqua.

Problema delle perdite di efficienza legate allo sbrinamento della batteria esterna in particolare con condizioni: T

bs=2 °C e T

bu=1°C (EN 14511-2)

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Particolare stabilità delle condizioni termiche della sorgente.

Si ottengono i migliori valori di efficienza in assoluto

Non risulta disponibile ovunque e i problemi sono per lo più di carattere burocratico, legati alle disposizioni delle singole regioni/provincie.

Di solito è preferibile utilizzare uno scambiatore intermedio per separare i due circuiti. Nel circuito intermedio si carica glicole.

.

Acqua

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Terreno

E' una sorgente termica in cui le temperature tendono a stabilizzarsi con l'aumentare della profondità.

Richiede importanti opere di scavo e posa dei serpentini di polietilene a circuito chiuso. Assenza di manutenzione.

Esistono numerose tipologie di installazione per la posa delle sonde a terreno. Tra le più praticate come rapporto costo-prestazioni menzioniamo: sonde con trivellazione verticale, sonde con sbancamento orizzontale e sonde orizzontali in trincea.

Utilizzo di miscela acqua-glicole per evitare problemi di formazione di ghiaccio.

Elevati costi di installazione con differenze sostanziali a seconda della tipologia adottata. Differenti anche le rese ottenute.

In pianura padana la temperatura media del terreno per profondità superiori ai 15 m si attesta su valori attorno ai 13° C

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Dimensionamento del circuito secondario

La produzione di ACS - Acqua Calda Sanitaria

L'integrazione solare

Il circuito di riscaldamento

L'integrazione con un secondo generatore di calore

Raffreddamento

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INDICAZIONI PER IL DIMENSIONAMENTO Circuito Secondario

La produzione di ACS

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Unità esterna

Unità interna

Terminali di impianto Caldo/freddo N.B. Garantire sempre la circolazione d’acqua

Bollitore

N.B. Utilizzare bollitori specifici per

pompe di calore.

Superficie min. serpentino in mq:

Potenza PdC in kW x 0,3 mq/kW

Es: 10 kW 3 metri quadri

INDICAZIONI PER IL DIMENSIONAMENTO Circuito Secondario


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Dimensionamento del circuito secondario

Nella scelta del bollitore si deve tenere conto di una superficie di scambio termico sufficiente.

Si consiglia l’utilizzo di bollitori specifici con serpentini ad elevato scambio termico

( es: Solarcell MAX )

Po

ten

za

in

%


pompa di calore


100

Temperatura esterna °C

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Indicazioni per il dimensionamento Circuito Secondario La produzione di ACS

ACS RISC 60°C

50°C

Soluzione B: Produzione di ACS tramite uno scambiatore a piastre

A Tmax

50 °C Tmax 50 °C

B

ΔT 7K

Soluzione A: Produzione di ACS tramite il serpentino del bollitore con superfici maggiorate

Tmax 55°C

47°C

52°C

55°C

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Integrazione solare

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VITOCAL 242 AWS-AC Integrazione solare

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28.0

8.2

008

Muste

rte

xt

Titel

Vorlage 4

9

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Capacità Puffer :

min. 25 litri/kWt

Pompe di Calore ON/OFF

min. 7-9 litri/kWt

Pompe di Calore modulanti

Circuito secondario di riscaldamento

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Circuito secondario di riscaldamento

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Integrazione con generatori ausiliari

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INTEGRAZIONE CON CALDAIA A BASAMENTO Funzionamento parallelo

F13 θ

Generatore esterno

Bollitore Accumulo Caldaia

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Vorlage 5

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Morsetti per intervento

secondo generatore +

ALLACCIAMENTI ELETTRICI: ATTUATORI

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VITOCAL 200 - S

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Unità esterna

Unità interna

Bollitore

VITOCAL 200 – S Pompa di calore aria-acqua reversibile con tecnologia DC inverter

Nuovi impianti

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VITOCAL 200 - S Criterio di inserimento del generatore ausiliario

A

B

C

D

Temperatura nominale di regolazione

Temperatura reale di mandata

Isteresi temperatura di mandata impianto

“Soglia” inserimento secondo generatore

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DIMENSIONAMENTO DEL CIRCUITO SECONDARIO Asciugatura massetto nella stagione fredda

Utilizzare resistenza elettrica (anche di Vitocal)

o caldaia da cantiere per l’asciugatura !

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Muste

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Titel

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VITOCAL 200 – S: INSTALLAZIONE

Pompa di calore aria-acqua reversibile

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PRESCRIZIONI NORMATIVE

L'ambiente in cui viene installato il modulo interno, deve avere un volume minimo residuo. Questo volume può essere calcolato con la seguente formula: volume ambiente min. in m³ = quantità totale R410A in kg / 0,3 kg/m³ L'utente è stato informato sull'obbligo di documentazione relativamente alla manutenzione annuale e alla certificazione delle quantità di refrigerante ai sensi dell'Ordinanza sui gas-F (CE) N° 842/2006.

Pubblicazione su Gazzetta ufficiale il 07.07.2008

Entrata in vigore dal 01.08.2008

Riferimenti Europei: prescrizioni gas tipo F (EG-VO 842/2006) e

EG-VO 303/2008 fino alla 307/2008

Prescrizione vale per i gas fluorurati ad effetto serra in rif. alla EG-VO 842/2006

(Gas refrigeranti att. in uso, R134a, R407C, R410A,…)Contenuto

I valori limite non sono validi per impieghi con composizioni refrigeranti pronte all‘uso

che non superano la quantità di 3 Kg, come impieghi in sistemi chiusi ermeticamente, i

quali sono indicati come tali e contengono meno di 6 Kg di gas fluorurati ad effetto serra.

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Controlli e tempi di verifica secondo EG-VO 842/2006

Controlli sull‘impermeabilità degli impianti a freddo e di climatizzazione attraverso

personale certificato rispetto alla quantità di gas fluorurati ad effetto serra da:

3 – 30 kg a distanza 12 Mesi

( su sistemi chiusi ermeticamente da fabbrica a partire da 6 kg di liquido refrigerante)

30 – 300 kg a distanza di 6 Mesi ( viene portato a 12 mesi, nel caso di presenza di un

sistema di riconoscimento perdite gas).

Il libretto obbligatorio per riportare manutenzioni e esami di impermeabilità come

Lavori al circuito frigorifero, va compilato indicando tutti i dati della tipologia e la quantità

di gas refrigerante immesso o recuperato dall‘impianto, il presente libretto va custodito dal

gestore dell‘impianto per ben 5 anni.


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Certificazione secondo la prescrizione prodotti chimici e salvaguardia

clima

Cert. persone secondo 4 categorie conforme alla EG-VO 303/2008

Categoria I Pratica di tutte le attività per controllo perdite, recupero, installazione,

manutenzione e assistenza in impianti con gas fluorurati ad effetto serra.

Categoria II Controlli di impermeabilità senza limiti di quantità di gas refrigerante

presente nell‘impianto e senza nessun intervento nel circuito frigorifero

con gas fluorurati ad effetto serra

Recupero, Installazione, manutenzione e assistenza su impianti

refrigeranti, climatizzatori e pompe di calore con meno di 3 kg di gas

fluorurato ad effetto serra, oppure con meno di 6kg di gas fluorurato

ad effetto serra in impianti ermetici, i quali indicati come tali.


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Cert. persone secondo 4 categorie conforme alla EG-VO 303/2008

Categoria III Recupero su impianti refrigeranti, climatizzatori e pompe di calore con

meno di 3 kg di gas fluorurato ad effetto serra, oppure con meno di

6kg di gas fluorurato ad effetto serra in impianti ermetici, i quali indicati

come tali.

Categoria IV Controlli di impermeabilità senza limiti di quantità di gas refrigerante

presente nell‘impianto e senza nessun intervento nel circuito frigorifero

con gas fluorurati ad effetto serra


Certificazione secondo la prescrizione prodotti chimici e salvaguardia clima

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Allacciamento rete 230V unità esterna

Se aumenta la distanza è necessario aumentare la sezione dei cavi!


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50% Per RISTRUTTURAZIONI

dal 26 giugno 2012 al 31 dicembre 2013 (max 96 000 €)

50% Per ACQUISTO MOBILI in edificio soggetto a ristrutturazione

Fino al 31 dicembre 2013 (max 10 000 €)

65% Per RIQUALIFICAZIONI ENERGETICHE soggetti privati *,

fino al 31 dicembre 2013

65% Per RIQUALIFICAZIONI ENERGETICHE condominiali *,

fino al 30 giugno 2014

RES IN ITALIA Le DETRAZIONI FISCALI…

40% Per RIQUALIFICAZIONI ENERGETICHE E USO ENERGIE RINNOVABILI

Dal 3 gennaio 2013

…ed il CONTO ENERGIA TERMICO

N.B:Detrazioni fiscali e conto energia termico non sono cumulabili sullo stesso intervento

* Sono escluse tutte le pompe di calore

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CONTO ENERGIA TERMICO

Budget (…fino ad “esaurimento scorte”, pubblicato periodicamente sul sito GSE):

• 700 mln di euro/anno destinati a privati

• 200 mln di euro/anno destinati alle amministrazioni pubbliche

Interventi ammessi nella sostituzione di impianti esistenti per soggetti privati e pubbliche

amministrazioni:

• pompe di calore fino a 1000 kW, anche per sola produzione ACS

• biomasse fino a 1000 kW, anche per serre e fabbricati rurali

• solare termico fino a 1000 mq di superficie lorda, anche per Solar Cooling

Modalità di incentivazione:

• ammontare dell’incentivo proporzionale a potenza e rendimento del generatore

• erogazione dell’incentivo annuo dal GSE per 2 o 5 anni in base alla tipologia di intervento

(pag. seguente)

e inoltre, solo per le pubbliche amministrazioni:

• Isolamenti termici (cappotti, vetri, infissi, schermature)

• sostituzione di impianti esistenti con generatori di calore a condensazione

Modalità di incentivazione:

• 40 % della spesa totale con tetto massimo in base alla tipologia di intervento

• erogazione dell’incentivo annuo dal GSE per 2 o 5 anni in base alla tipologia di intervento

(pag. seguente)

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CONTO ENERGIA TERMICO

Considerazioni:

Fino al 31 dicembre 2013 vale ancora il 50%, che risulta più conveniente rispetto al conto termico (tenere presente

però che la detrazione è “spalmata” su 10 anni, con il conto termico si ha il rimborso in max 5 anni)

Nel caso di grossi lavori di riqualificazione dell’impianto idronico (oltre al generatore, anche interventi sulla

distribuzione, trattamento, regolazione ecc…) va valutata in alternativa al conto termico la convenienza del 50%

(da luglio 2013) che tiene conto di tutto, mentre il conto termico calcola un forfait che solitamente è inferiore.

Esempio: Sostituzione vecchio generatore con Vitocal 222-S 10 kW e riqualificazione impianto idronico…stima

investimento: 15000 euro

• Con il conto energia termico il GSE mi ridà in tutto 1600 euro “subito” (800 euro per due anni, secondo

procedura di calcolo del decreto)

• Con il 65% detraggo 9750 euro in 10 anni !!

oggi……. o domani?

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Pompe di calore Aria / Acqua - peritiparma.it da scaricare/SLIDES Seminario pompe di... · Vapore...

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