Gli aspetti costruttivi e le caratteristiche delle pompe ... · SCAMBIA CON IL TERRENO 27,1 kW...
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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.
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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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
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POMPE DI CALORE A COMPRESSIONE DI VAPORE
Pompe di calore elettriche aria acqua
Pompe di calore elettriche acqua-acqua
Pompe di calore elettriche geotermiche
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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POMPE DI CALORE A MOTORE ENDOTERMICO
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POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO
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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.
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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
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PdC A COMPRESSIONE DI VAPORE ELETTRICHE
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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RESA TERMICA PdC ARIA-ACQUA ELETTRICHE
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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CONSUMO PdC ARIA- ACQUA ELETTRICHE
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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SITUAZIONE DI GELO SULLA BATTERIA
Ciclo di defrosting effettuato mediante inversione di ciclo.
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PROBLEMATICA PRINCIPALE
L’efficienza delle P.d.C. diminuisce sensibilmente alle basse temperature invernali dell’aria.
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RESA TERMICA PdC GEOTERMICHE ELETTRICHE
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CONSUMO PdC GEOTERMICHE ELETTRICHE
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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ELEVATE PRESTAZIONI INVERNALI
L’efficienza delle P.d.C. si mantiene elevata anche in inverno grazie alla sorgente: il terreno.
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POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO
Pompe di calore GAHP aria acqua
Pompe di calore GAHP acqua-acqua
Pompe di calore GAHP geotermiche
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IL CIRCUITO FRIGORIFERO DELLA MACCHINA
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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
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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
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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
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POMPE DI CALORE: CONFRONTI E CONSIDERAZIONI
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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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
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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
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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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.
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ZERO CONSUMI E ZERO EMISSIONI?
+Geotermia e pdc elettriche Solare fotovoltaico
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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.
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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
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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
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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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
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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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
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POMPE DI CALORE & ENERGIE RINNOVABILI
E’ possibile ampliare il mercato delle energie rinnovabili mediante l’impiego delle moderne pompe di calore?
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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24%
100%
43%
33%
FLUSSO GEOTERMICO
IRR. SOLAREALBEDO
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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
GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE
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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.
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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.
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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
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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.
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE