CENTRALI FRIGORIFERE NUOVE TECNOLOGIE E RISPARMIO ENERGETICO

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1 CENTRALI FRIGORIFERE NUOVE TECNOLOGIE E RISPARMIO ENERGETICO

2 Metodi di prova, valutazione a carico parziale e calcolo del rendimento stagionale Ing. Fabio Minchio AICARR

3 UNI TS L ultima parte delle specifiche tecniche UNI TS si occupa della determinazione dei fabbisogni di energia primaria per riscaldamento delle tecnologie diverse dai sistemi tradizionali a combustibili fossili: Solare termico Pompe di calore Fotovoltaico Caldaie a biomasse Teleriscaldamento Cogenerazione 3

4 UNI TS : pompe di calore La procedura calcola le prestazioni energetiche in tre ipotesi di funzionamento: Riscaldamento Produzione acqua calda sanitaria (acs) Combinato riscaldamento + acs 4

5 UNI TS Si classificano i sistemi con PDC: Sistema monovalente: 100% PDC Sistema bivalente: con integrazione Monoenergetico: integrazione con stesso vettore energetico (es. pompa di calore + resistenza elettrica) Bienergetico: integrazione con diverso vettore energetico (es. pompa di calore + caldaia) 5

6 UNI TS La sorgente termica influenza l intervallo di calcolo. Per l aria esterna si utilizza la distribuzione in bin di temperatura. 6

7 UNI TS La sorgente termica influenza l intervallo di calcolo. Per l aria esterna si utilizza la distribuzione in bin di temperatura. 7

8 UNI TS Tanto più la sorgente è caratterizzata da temperatura variabile, tanto più è necessario che l intervallo sia più breve. Per l aria esterna in particolare si considera l intervallo «bin» di temperatura (base del bin method): si tratta di una distribuzione in frequenza delle temperature che per ciascun mese ad ogni temperatura associa il numero di ore in cui la temperatura dell aria esterna sta nell intervallo. La norma prevede un metodo di calcolo approssimato per determinare la distribuzione in frequenza a partire dai dati noti della UNI

9 UNI TS Esempio di distribuzione bin delle temperature per Bologna: 9

10 UNI TS Il metodo di calcolo una volta nota la distribuzione bin, distribuisce proporzionalmente ai gradi i fabbisogni mensili per ciascun bin. La procedura di calcolo si applica poi al singolo bin per la durata e il valore di temperatura dello stesso. Definendo i GradiOra GH GH Il fabbisogno energetico relativo a ciascun bin è il seguente: Q E il fattore di carico bin, mese bin, mese, ON H, off bin Q H, hp, out, bin H, hp, out t CR H, hp, bin GH GH bin, mese bin, mese H, hp, out, bin bin,max, H 10

11 UNI TS Nel caso del terreno il calcolo è più semplice in quanto potrà essere eseguito su base mensile. Le temperature della sorgente termica dovranno essere calcolate sulla base di quanto indicato dalla norma di progettazione impianti geotermici in fase di scrittura. Per i sistemi orizzontali una stima sulla base delle temperature del terreno a profondità climaticamente perturbate. Per i sistemi verticali/pali energetici: Calcolo attraverso l inversione dell equazione di dimensionamento del metodo ASHRAE Calcolo da software dimensionamento 11

12 UNI TS Nel caso del terreno il calcolo è più semplice in quanto potrà essere eseguito su base mensile. Le temperature della sorgente termica dovranno essere calcolate sulla base di quanto indicato dalla norma di progettazione impianti geotermici in fase di scrittura. Per i sistemi orizzontali una stima sulla base delle temperature del terreno a profondità climaticamente perturbate. Per i sistemi verticali/pali energetici: Calcolo attraverso l inversione dell equazione di dimensionamento del metodo ASHRAE Calcolo da software dimensionamento 12

13 UNI TS Per le pompe di calore aria-acqua in particolare, e più in generale per tutte le pompe di calore, la relazione fra le temperatura della sorgente, la potenza termica e il carico dell edificio è rappresentabile come segue:

14 UNI TS Zona Pieno Carico Fin tanto che la pdc funziona (TOL o Cut-off) opera a pieno carico COP=COP a pieno carico Zona Parzializzazione COP: COP a pieno carico corretto con fattore fcop Per tener conto del comportamento a carico parziale

15 UNI TS Oltre al fattore di carico sono definite le seguenti temperature: TOL: temperatura della sorgente fredda limite minima definita dal costruttore θprog: temperatura di progetto della località considerata (o temperatura della sorgente fredda corrisponde alle condizioni di progetto) θcut-off: temperatura di cut-off, al di sotto della quale la regolazione impostata spegne la pompa di calore (SCELTA PROGETTUALE, ad esempio in relazione al brinamento) θbival: temperatura bivalente, temperatura della sorgente termica in corrispondenza della quale la pompa di calore fornisce esattamente una potenza termica pari a quella richiesta dall edificio

16 Si configurano diverse strategie: CR<1 la pompa di calore copre il 100% del carico e opera sempre a carico parziale CR 1 (al di sotto di θbival) la pompa di calore copre una parte del carico termico funzionando sempre a carico parziale, è necessaria un integrazione da parte di un generatore ausiliario. In questo caso Due ipotesi di funzionamento Funzionamento parallelo: l integrazione copre solo il carico che la pompa di calore non riesce a fornire Funzionamento alternato: la pompa di calore si spegne e opera solo il generatore ad integrazione (al di sotto di θcut-off o in ogni caso al di sotto di TOL nell ipotesi che TOL> θ prog) La procedura di calcolo considera le diverse ipotesi.

17 UNI TS I dati necessari al calcolo sono: Potenza termica utile erogata Potenza richiesta in ingresso (input), solo per riscaldamento COP (macchine a compressione vap.) o GUE (assorbimento) Coefficiente correttivo di COP e GUE ai carichi parziali Il costruttore di PDC dovrà fornire dati: Prestazioni a pieno carico Prestazioni a carico parziale (EN 14825) Le prestazioni in condizioni diverse da quelle fornite dal costruttore vanno calcolate attraverso apposita procedura definita dalla norma.

18 UNI TS : prestazioni a pieno carico Per le pompe di calore elettriche si fa riferimento alla UNI EN Per le pompe di calore ad assorbimento alla EN

19 UNI TS : prestazioni a pieno carico Nelle condizioni non note è possibile calcolare il COP utilizzando il rendimento del secondo principio II interpolato sui punti di cui alla tabella precedente COP II COP max COP max c c 273,15 f II c COP 273,15 c f

20 UNI TS : prestazioni a carico parziale Le prestazioni a carico parziale risultano diverse da quelle a pieno carico poiché devono includere le perdite dovute ai cicli di accensione e spegnimento, inferiori progressivamente per macchine ON-OFF, macchine multicompressore e macchine ad inverter. Il fattore di carico con cui una pompa di calore opera durante la stagione di riscaldamento cambia al variare delle condizioni climatiche in quanto la potenza termica richiesta dall edificio per compensare le dispersioni e la potenza termica utile fornita dalla pompa sono influenzate dal clima esterno.

21 UNI TS : EN Le prestazioni a carico parziale sono definite a partire dai dati della EN Nel caso dell Italia si considera il clima di riferimento «A» Average, caratterizzato dalle seguenti condizioni: Temperatura di progetto: - 10 C PLR (fattore di carico climatico) per le temperature -7 (A), -2 (B), +2 (C), +7 (D) PLR e des Temperatura bivalente considerata (rif. -7) e potenza a pieno carico (DC) alla temperatura bivalente DC(j) e COP(j) alle 4 temperature j A, B, C, D I dati a carico parziale che il costruttore deve fornire sono quelli utilizzati per definire l SCOP (prestazione media stagionale convenzionale di riferimento).

22 UNI TS : prestazioni a carico parziale

23 UNI TS : prestazioni a carico parziale

24 UNI TS : prestazioni a carico parziale

25 UNI TS : prestazioni a carico parziale E necessario definire pertanto un fattore correttivo per le prestazioni a carico parziale: Il valore f è una caratteristica della macchina e può essere fornito dal costruttore (sulla base della EN14825) o determinato a partire da un semplice modello di calcolo proposto sempre dalla EN Se il costruttore fornisce i dati è possibile determinare il COP a carico parziale a partire dai valori a pieno carico.

26 UNI TS : prestazioni a carico parziale Per pompe di calore aria-aria o acqua-aria o terreno-aria (se il dato non è noto Cd = 0.25) Per pompe di calore aria-acqua, acqua-acqua, terreno-acqua (se il dato non è noto Cc=0.9) Per macchine con inverter con valori da CR=1 a CR=0.5 non si applica alcuna correzione.

27 UNI TS : prestazioni a carico parziale

28 UNI TS : potenza termica I dati tecnici di potenza termica nominale vanno anch essi corretti per interpolazione lineare nel caso il punto di lavoro considerato sia diverso dai dati disponibili a catalogo. La temperatura della sorgente fredda e del pozzo caldo influenza come noto la capacità della pompa di calore, pertanto è molto importante considerare tale correzione specialmente per le pompe di calore con sorgente fredda aria-esterna.

29 UNI TS : procedura La procedura di calcolo distingue i casi: Sola produzione acqua calda sanitaria Procedura per pompe di calore standard Procedura per pompe di calore aria-acqua per sola produzione di acqua calda sanitaria Solo riscaldamento Produzione combinata riscaldamento e acqua calda sanitaria In questo caso si dà priorità al sanitario e nelle ore del mese (o del bin) restanti si calcola la procedura

30 UNI TS : limiti I limiti della procedura sono i seguenti: Non si da cenno al fenomeno del brinamento, determinando una sovrastima del COP nel caso di macchine aria-acqua o aria-aria Non si considera l effetto dei possibili accumuli inerziali anche giornalieri che consentirebbero di sfruttare la pompa di calore nelle condizioni più favorevoli e che riducono l effetto delle perdite a carico parziale per pompe di calore ON-OFF