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
RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA
ing. Michele Vio 17
RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA
ing. Michele Vio 18
RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA
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
Variazione delle prestazioni
ing. Michele Vio 29
DI QUANTO?
Dipende da molti fattori
Variazione delle prestazioni
ing. Michele Vio 30
1
2 3
4
Ciclo monostadio
Variazione delle prestazioni
ing. Michele Vio 31
EER – EFFICIENZA ENERGETICA ESTIVA
12
41
hh
hh
L
EUEER
C
ETH
EUE LC
Variazione delle prestazioni
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
Variazione delle prestazioni
ing. Michele Vio 33
RAPPORTO DI COMPRESSIONE
E
C
p
p
neevaporaziopressione
onecondensazipressioneRC
RC
Variazione delle prestazioni
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
Temperatura delle sorgenti e temperatura di scambio termico
ing. Michele Vio 36
Evaporazione ad acqua – T acqua 7°C – Tw = 45°C
Temperatura delle sorgenti e temperatura di scambio termico
ing. Michele Vio 37
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
Influenza del rendimento del compressore
ing. Michele Vio 39
L’effetto utile invernale aumenta per cui COP peggiora meno
thC
CthI
CL
EUCOP
1
Influenza del rendimento del compressore
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
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
ing. Michele Vio 42
L’aumento della temperatura di condensazione
aumenta Lc
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
ing. Michele Vio 43
L’aumento di Lc è ancora maggiore se peggiora il rendimento del compressore
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
ing. Michele Vio 44
A parità di rendimento del compressore
diminuisce EUi
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
ing. Michele Vio 45
A parità di rendimento del compressore
diminuisce EUi
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
ing. Michele Vio 46
Se il rendimento del compressore peggiora EUi potrebbe rimanere inalterato o addirittura aumentare
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
ing. Michele Vio 47
Se il rendimento peggiora Eu i potrebbe rimanere inalterato o addirittura aumentare
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
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
ing. Michele Vio 50
COMPRESSORI A VITE
Rendimento isoentropico del compressore
ing. Michele Vio 51
COMPRESSORI A VITE
All’aumentare del rapporto di compressione il
rendimento può aumentare o diminuire
Rendimento isoentropico del compressore
ing. Michele Vio 52
COMPRESSORI A VITE
All’aumentare del rapporto di compressione il
rendimento può aumentare o diminuire
Rendimento isoentropico del compressore
ing. Michele Vio 53
Rendimento isoentropico del compressore
ing. Michele Vio 54
Se il compressore è ottimizzato per bassi rapporti di compressione
COMPRESSORI A VITE
Rendimento isoentropico del compressore
ing. Michele Vio 55
Ha EER migliore e COP peggiore
COMPRESSORI A VITE
Rendimento isoentropico del compressore
ing. Michele Vio 56
L’effetto utile estivo rimane inalterato per cui EER peggiora molto
thC
thE
CREALEL
EUEER
Rendimento isoentropico del compressore
ing. Michele Vio 57
L’effetto utile invernale aumenta per cui COP peggiora meno
thC
CthI
CL
EUCOP
1
Rendimento isoentropico del compressore
ing. Michele Vio 58
Perché al diminuire della temperatura della sorgente fredda diminuisce la potenza e si
riduce il COP?
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
ing. Michele Vio 59
La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta RC
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
ing. Michele Vio 60
La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta Lc
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
ing. Michele Vio 61
La diminuzione della temperatura di evaporazione fa aumentare Eui
Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche
ing. Michele Vio 62
Ciclo reale
CL
UTILEEFFETTOCOP
ing. Michele Vio 63
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
ing. Michele Vio 75
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
formazione di brina sulla batteria
ing. Michele Vio 78
formazione di brina sulla batteria
ing. Michele Vio 79
formazione di brina sulla batteria
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
formazione di brina sulla batteria
ing. Michele Vio 81
Conseguenze della formazione di brina
formazione di brina sulla batteria
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)
formazione di brina sulla batteria
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
formazione di brina sulla batteria
ing. Michele Vio 84
formazione di brina sulla batteria
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
ing. Michele Vio 87
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
Funzionamento solo caldo Fabbisogno 175.000 kWh annui
La deriva nel volume termico si riduce a 9,2°C
Moto falda 4 m/anno
La deriva termica
ing. Michele Vio 89
Funzionamento solo caldo Fabbisogno 175.000 kWh annui
La deriva nel volume termico si riduce a 7,7°C
Moto falda m/anno
La deriva termica
ing. Michele Vio 90
Funzionamento solo caldo Fabbisogno 175.000 kWh annui
La deriva nel volume termico si riduce a 1°C
Moto falda 40 m/anno
La deriva termica
ing. Michele Vio 91
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
Terminali d’impianto
ing. Michele Vio 96
RADIATORI UNI EN 442
nAmRn ttktkP D
Terminali d’impianto
ing. Michele Vio 97
INFLUENZA ISOLAMENTO EDIFICI
Edificio non isolato
Edificio
isolato
22,5°C
Terminali d’impianto
ing. Michele Vio 98
INFLUENZA ISOLAMENTO EDIFICI
Terminali d’impianto
ing. Michele Vio 99
Temperatura di funzionamento dei radiatori
FUNZIONAMENTO OTTIMALE
FUNZIONAMENTO POSSIBILE
ing. Michele Vio 100
Nessun intervento sull’involucro edilizio
ing. Michele Vio 101
Interventi sull’involucro: riduzione del 25% dei fabbisogni
ing. Michele Vio 102
Interventi sull’involucro: riduzione del 50% dei fabbisogni
ing. Michele Vio 103
VANTAGGI DEI SISTEMI IBRIDI
Verranno visti nella relazione successiva
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