POMPE DI CALORE. Relatore: Ing. Raffaele Vavalà. Criteri di scelta, accessori e regolazione, esempi di applicazione. 8 Maggio 2014 Pagina 1 di 78

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1 POMPE DI CALORE Criteri di scelta, accessori e regolazione, esempi di applicazione Relatore: Ing. Raffaele Vavalà 8 Maggio 2014 Pagina 1 di 78

2 Principi generali il diagramma P-h Volume specifico Linea del liquido saturo Zona del liquido Pressioni Linea del vapore saturo Zona liquido e vapore Entalpia specifica Temperature Titolo liquido/vapore Zona del vapore surriscaldato Entropia 8 Maggio 2014 Pagina 2 di 78

3 Principi generali Il ciclo frigorifero sul diagramma P - h Diagramma P - h pressione P liquido sottoraffreddamento 4 5 K sottoraffreddamento: garanzia di condensazione completa del refrigerante 3 Liquido + vapore 2 1-2: compressione 2-3: condensazione 3-4: espansione X = : evaporazione Entalpia specifica h X = 1 Vapore surriscaldato Surriscaldamento 7-8 K surriscaldamento: garantisce che non entri liquido nel compressore 8 Maggio 2014 Pagina 3 di 78

4 Principi generali Il ciclo frigorifero sul diagramma P - h pressione P Liquido caldo Sottoraffreddamento Gas + Liquido = T costante CONDENSATORE Desurriscaldamento Gas allo scarico Liquido, diminuzione di P e T Valvola di ESPANSIONE X = 0 Liquido + vapore COMPRESSORE Gas, aumento di P e T EVAPORATORE Liquido freddo Liquido + Gas = T costante Entalpia specifica h X = 1 Gas in aspirazione Vapore surriscaldato Surriscaldamento 8 Maggio 2014 Pagina 4 di 78

5 Principi generali I componenti delle macchine Diagramma P - h pressione P liquido sottoraffreddamento 4 5 K sottoraffreddamento: garanzia di condensazione completa del refrigerante 3 Liquido + vapore 2 1-2: compressione 2-3: condensazione 3-4: espansione X = : evaporazione Entalpia specifica h X = 1 Vapore surriscaldato Surriscaldamento 7-8 K surriscaldamento: garantisce che non entri liquido nel compressore 8 Maggio 2014 Pagina 5 di 78

6 Principi generali Il rendimento COP Diagramma P - h pressione P liquido COP = 3 Liquido + vapore 2 1-2: compressione 2-3: condensazione 3-4: espansione X = : evaporazione Entalpia specifica h X = 1 8 Maggio 2014 Pagina 6 di 78

7 Principi generali Il rendimento COP Fattori da considerare nella scelta della tecnologia del compressore -Rapporto di compressione (dipende anche dal fluido refrigerante) -Variazione del rendimento globale in funzione dei parametri di esercizio -Lubrificazione -Temperature massime di esercizio (T max gas di scarico) -Ore di vita -Influenza delle condizioni di esercizio sulle ore di vita -Influenza del numero di cicli di avviamento sulle ore di vita 8 Maggio 2014 Pagina 7 di 78

8 Principi generali Il rendimento COP Caratteristiche del compressore On-Off - Velocità di rotazione fissa -> La potenza resa dipende dalle condizioni di esercizio - Rendimento ottimizzato per uno specifico regime di funzionamento - Regolazione del ciclo frigorifero basata sul controllo del surriscaldamento -> temperatura di mandata dipendente dalla temperatura di ritorno - Componenti del circuito frigorifero ottimizzati per uno specifico regime di funzionamento (diametri tubi e velocità del gas, lubrificazione) - Evaporatore e condensatore ottimizzati in un intervallo ristretto di prestazioni - Alimentazione elettrica diretta senza necessità di conversione - Necessità di utilizzare un accumulo inerziale per minimizzare i cicli di avviamento (riduce i consumi di sbrinamento per le PdC Aria/Acqua) - Minor numero di ore di esercizio -> vita tecnica lunga 8 Maggio 2014 Pagina 8 di 78

9 Principi generali Il rendimento COP Caratteristiche del compressore a Inverter - Velocità di rotazione variabile -> Potenza resa modulabile - Rendimento variabile in un intervallo di regimi di funzionamento (migliore in una parte dell intervallo di funzionamento) - Regolazione del ciclo frigorifero basata sulla temperatura di mandata richiesta e sul controllo del surriscaldamento - Componenti del circuito frigorifero scelti per il regime di funzionamento più critico (diametri tubi e velocità del gas, lubrificazione) - Evaporatore e condensatore ottimizzati per il regime di potenza più utilizzato - Alimentazione elettrica necessita di convertitore di frequenza (inverter) -> fino al 5% di perdite di energia aggiuntive - Possibilità di non utilizzare un accumulo inerziale (a certe condizioni) - Maggior numero di ore di esercizio -> vita tecnica minore della tecnologia On-Off 8 Maggio 2014 Pagina 9 di 78

10 Principi generali Il rendimento COP Caratteristiche degli evaporatori delle pompe di calore Aria/Acqua Compito dell evaporatore è trasferire calore dall aria al fluido refrigerante. Gli evaporatori sono normalmente scambiatori alettati, in cui il refrigerante circola dentro tubi in rame su cui sono montate alette in alluminio (solitamente fissate per mandrinatura). Il fluido refrigerante attraversa la prima parte di evaporatore in forma liquida, successivamente passa ad un flusso in cambio di fase (ebollizione), e nell ultima parte di evaporatore si trova in forma gassosa. I coefficienti di scambio termico con il tubo sono molto variabili, influenzati anche dal comportamento del lubrificante mescolato al fluido refrigerante. Dal lato aria, la capacità di scambio termico dipende dalla forma delle alette (distanza, superficie) e dalla velocità dell aria. 8 Maggio 2014 Pagina 10 di 78

11 Principi generali Il rendimento COP Caratteristiche degli evaporatori delle pompe di calore Aria/Acqua In certe condizioni di esercizio (U.R., T aria) la capacità di scambio termico dal lato aria viene influenzata dalla formazione di condensa e brina sulle alette. La capacità di sciogliere brina e ghiaccio, e di eliminare l acqua di condensa e di scioglimento in modo efficace, può influenzare molto il rendimento stagionale delle pompe di calore Aria/Acqua. La gamma di pompe di calore Aria/Acqua OCHSNER con compressori On-Off utilizza un evaporatore con scambiatore orizzontale e flusso d aria verticale, superfici di scambio grandi (basso carico termico), distanza fra le alette maggiorata, ventilatore reversibile per eliminare l acqua di condensa e di sbrinamento. 8 Maggio 2014 Pagina 11 di 78

12 Principi generali Il rendimento COP Evaporatore verticale con flusso d aria orizzontale Il trattamento idrofilo fa aderire le gocce d acqua alle alette, ma scorrendo verso il basso le gocce possono unirsi e creare problemi di drenaggio -> rischio di formazione di accumuli di ghiaccio Distanza standard 2-2,5 mm 8 Maggio 2014 Pagina 12 di 78

13 Principi generali Il rendimento COP Evaporatore verticale con flusso d aria orizzontale 8 Maggio 2014 Pagina 13 di 78

14 Principi generali Il rendimento COP Evaporatore orizzontale con flusso d aria verticale Il trattamento idrofilo fa aderire le gocce d acqua alle alette, ma scorrendo verso il basso le gocce possono unirsi e creare problemi di drenaggio. Aumentare la distanza fra le alette e soffiare via l acqua elimina il fenomeno e il rischio di formazione di accumuli di ghiaccio Distanza 3,5 mm 8 Maggio 2014 Pagina 14 di 78

15 Principi generali Il rendimento COP Evaporatore orizzontale con flusso d aria verticale 8 Maggio 2014 Pagina 15 di 78

16 Principi generali Il rendimento COP Costo energetico dello sbrinamento con accumulo inerziale In riscaldamento viene caricata energia termica nell accumulo inerziale, con COP di circa 3,5. Una certa quantità di questa energia è quella dovuta alla formazione di brina. Nello sbrinamento ottimale viene ripresa la stessa quantità di energia termica dall accumulo inerziale, con COP > 12. Uno sbrinamento non iniziato al momento giusto comporta un maggior costo energetico. Ochsner utilizza più parametri per gestire lo sbrinamento. 8 Maggio 2014 Pagina 16 di 78

17 Modi di esercizio DIMENSIONAMENTO E MODI DI ESERCIZIO Esercizio monovalente, bivalente, misto 8 Maggio 2014 Pagina 17 di 78

18 PdC Autore: Ing. Raffaele Vavalà Diritti di proprietà intellettuale riservati. E vietata la riproduzione Modi di esercizio MONOVALENTE La pompa di calore è l unico generatore di calore, e soddisfa il 100% del carico termico per tutta la stagione. Questo modo di esercizio è utilizzato con pompe di calore geotermiche o ad acqua di falda. 100% Potenza Potenza PdC = potenza di progetto -10 C 20 C T esterna 8 Maggio 2014 Pagina 18 di 78

19 PdC Ausil. Autore: Ing. Raffaele Vavalà Diritti di proprietà intellettuale riservati. E vietata la riproduzione Modi di esercizio BIVALENTE PARALLELO La pompa di calore funziona come unico generatore fino al punto di bivalenza. Oltre il punto di bivalenza la pompa di calore riscalda insieme ad una caldaia o ad una resistenza elettrica. Utilizzato principalmente per macchine aria/acqua. 100% Potenza BV Potenza PdC < potenza di progetto Potenza Ausil. < potenza di progetto -10 C 20 C T esterna 8 Maggio 2014 Pagina 19 di 78

20 PdC Ausil. Autore: Ing. Raffaele Vavalà Diritti di proprietà intellettuale riservati. E vietata la riproduzione Modi di esercizio BIVALENTE PARALLELO/ALTERNATIVO La pompa di calore funziona come unico generatore fino al punto di bivalenza. Oltre il punto di bivalenza la pompa di calore riscalda insieme ad un generatore di calore ausiliario. Oltre il punto di spegnimento della pompa di calore, il generatore ausiliario funziona da solo. Il generatore ausiliario deve avere una potenza pari al 100% del fabbisogno di progetto. 100% Potenza BV Potenza PdC < potenza di progetto Potenza Ausil. = potenza di progetto -10 C 20 C T esterna 8 Maggio 2014 Pagina 20 di 78

21 Modi di esercizio PRODUZIONE ACQUA CALDA Si consiglia un accumulo di volume minimo 300 litri per 4-5 persone. Volumi maggiori in presenza di vasche idromassaggio ed usi intensivi. Sconsigliati impianti di ricircolo, se indispensabili ridurne l utilizzo al minimo indispensabile (timer). Verificare i tempi di ripristino della temperatura dell accumulo in funzione del tipo di applicazione e dei tempi di reazione dell insieme impianto-edificio. Consigliato sistema misto, cosiddetto «semirapido» per i casi in cui la portata di punta è elevata (ad es. per i condomini; vantaggi: potenza installata minore, volume accumulo acqua calda sanitaria minore). 8 Maggio 2014 Pagina 21 di 78

22 Requisiti delle fonti di calore Per ogni fonte di calore le variabili da considerare sono fondamentalmente tutte quelle necessarie a garantire la disponibilità di energia termica in quantità e qualità (temperatura) adeguate a rispondere alle caratteristiche del progetto: - Temperatura e variabilità stagionale - Portate termiche minime sufficienti: - Portata minimadi acqua - Portata d aria - Conducibilità del terreno - Temperature minime e massime 8 Maggio 2014 Pagina 22 di 78

23 Requisiti delle fonti di calore Quantità, qualità, disponibilità inadeguate di energia termica dalla fonte di calore comportano: - Malfunzionamenti e potenziali danni alle pompe di calore (necessità di dispositivi di sicurezza) - Rendimenti e prestazioni non corrispondenti al progetto (requisiti prestazionali non soddisfatti, consumi eccessivi, riflessi negativi sulle valutazioni economiche delle attività e di altri impianti) 8 Maggio 2014 Pagina 23 di 78

24 Requisiti delle fonti di calore POMPE DI CALORE ARIA/ACQUA Sono da considerare: - Posizionamento dell unità esterna, tenendo conto di: - Spazi adeguati per la circolazione dell aria - Accesso e spazio adeguati per l installazione e la manutenzione - Supporti strutturali adeguati al peso - Criticità legate alle emissioni sonore e alle vibrazioni - Necessità di smaltimento di acqua di condensa e sbrinamento - Distanze e dislivelli rispetto all unità interna - Passaggi per le linee elettriche e le linee frigorifere - Disponibilità di una fonte di calore per l integrazione alle basse temperature 8 Maggio 2014 Pagina 24 di 78

25 Requisiti delle fonti di calore POMPE DI CALORE ACQUA/ACQUA Sono da considerare: - Disponibilità dell acqua in quantità adeguata (portata minima garantita, richiesti circa 175 litri/ora di portata per ogni kw di potenza nominale della pompa di calore) - Qualità dell acqua adeguata (neutra, corrosiva, incrostante, richiesta analisi di vari parametri) - Temperatura della fonte (minima 8 C) - Profondità della falda (se > di 30 m convenienza dell uso da verificare) - Possibilità di realizzare il pozzo (spazi per la trivellazione, distanza dalla CT) - Permessi e burocrazia (tempi da 1 a 2 anni, competenza delle Province e leggi regionali) - Scarico in falda o in superficie 8 Maggio 2014 Pagina 25 di 78

26 Requisiti delle fonti di calore POMPE DI CALORE GEOTERMICHE Campi geotermici orizzontali Sono da considerare: - Tipo di terreno (composizione, umidità, conducibilità termica, presenza di acqua fissa o variabile nel corso dell anno) - Superficie disponibile (da calcolare in funzione della densità superficiale di potenza, della potenza lineare per m di sonda, del fabbisogno energetico totale). Da considerare circa 30 m 2 per ogni kw di potenza nominale della pompa di calore. - Vincolo di utilizzo della superficie (non asfaltabile, non utilizzabile per piante con radici profonde, non utilizzabile per strutture che facciano ombra e impediscano l assorbimento delle precipitazioni) - Spazio disponibile per gli scavi e il movimento del terreno (stoccaggio temporaneo) - Accessi per i mezzi di movimento terra 8 Maggio 2014 Pagina 26 di 78

27 20 30 m Autore: Ing. Raffaele Vavalà Diritti di proprietà intellettuale riservati. E vietata la riproduzione Requisiti delle fonti di calore POMPE DI CALORE GEOTERMICHE Campi geotermici orizzontali Suolo Secco, non compatto, sabbioso Compatto, umido Sabbioso/ghiaioso saturo di acqua Estrazione specifica massima a 1800 h/a 10 W/m 2 e 5 W/m di tubazione W/m 2 e 15 W/m di tubazione 40 W/m 2 e 20 W/m di tubazione Estrazione specifica massima a 2400 h/a 8 W/m 2 e 4 W/m di tubazione W/m 2 e 12 W/m di tubazione 32 W/m 2 e 16 W/m di tubazione Nastro di segnalazione min. 60 cm Sabbia o terreno vagliato 50 cm 15 cm 8 Maggio 2014 Pagina 27 di 78

28 Requisiti delle fonti di calore POMPE DI CALORE GEOTERMICHE Campi geotermici verticali Sono da considerare: - Studio geologico per il dimensionamento delle sonde (per condizioni medie considerare circa 15 m di sonda finita per ogni kw di potenza nominale della pompa di calore) - Superficie disponibile per l esecuzione dei lavori - Disposizione delle sonde a distanze adeguate tra loro e da eventuali vincoli (confini dei terreni, fondamenta di edifici, fognature, linee di collegamento e pozzetti di raccolta, etc.) - Opportunità di eseguire il Response Test - Accessibilità e spazi per i mezzi di trivellazione e manovra - Permessi e burocrazia (variabili a livello regionale e provinciale) - Tempistica di esecuzione anche in relazione ad altri lavori in cantiere 8 Maggio 2014 Pagina 28 di 78

29 OCHS NER Autore: Ing. Raffaele Vavalà Diritti di proprietà intellettuale riservati. E vietata la riproduzione Requisiti delle fonti di calore POMPE DI CALORE GEOTERMICHE Campi geotermici verticali Terreno Estrazione specifica per m lineare a 1800 h/a a 2400 h/a Standard comuni: Terreno non buono (sedimenti asciutti) (λ<1,5 W/mK) 25 W/m 20 W/m Solido roccioso medio con sedimenti saturi d'acqua (λ=1,5-3,0 W/mK) 60 W/m 50 W/m Roccia solida con alta conducibilità (λ > 3,0 W/mK) 84 W/m 70 W/m Strati singoli: Ghiaia, sabbia asciutti <25 W/m <20 W/m Ghiaia, sabbia, saturi d'acqua, acquiferi W/m W/m In ghiaia e sabbia con alto flusso di acqua in movimento, per singola sonda W/m W/m Argilla, melma, umido W/m W/m Calcare massiccio W/m W/m Arenaria 65-80W/m W/m Migmatiti acide (ad es. granito) W/m W/m Migmatiti alcaline (ad es. basalto) W/m W/m Gneiss Questi valori possono variare significativamente a causa di fenditure, fessurazioni e alterazioni. Sezione max. 100m min. 5-6m 8 Maggio 2014 Pagina 29 di 78

30 Accumuli inerziali L accumulo inerziale ha diverse funzioni: Funziona come un separatore idraulico tra la pompa di calore e le utenze impianto Garantisce i tempi minimi di funzionamento e spegnimento prescritti per il funzionamento ottimale del compressore Permette di integrare facilmente più fonti di energia termica nell impianto Volume consigliato: 30 l per ogni kw di potenza nominale 8 Maggio 2014 Pagina 30 di 78

31 Regolazione OTE 3 Configurazione standard (1) (2) (3) (4) (5) (6) Pompa di calore Resist. Ausiliaria Circuito ACS Resist. Ausiliaria ACS Circuito diretto Circuito miscelato Maggio 2014 Pagina 31 di 78

32 Regolazione OTE 3 Il Sistema è composto da un controller ed una unità di interfaccia + = OTE plus 8 generatori di calore in cascata (pompe di calore o altri generatori) 16 circuiti di carico RISCALDAMENTO e RAFFRESCAMENTO 8 circuiti di carico ACQUA CALDA SANITARIA Comunicazione via ebus 8 Maggio 2014 Pagina 32 di 78

33 Regolazione OTE 3 Impostazioni temperatura ambiente: 03-00: Temperatura ambiente antigelo 03-51: Temperatura ambiente giorno modo risc : Temperatura ambiente notte modo risc : Temperatura ambiente giorno modo raffr : Temperatura ambiente notte modo raffr : Punto iniziale compensazione estiva 03-45: Pendenza compensazione estiva Parametri curva climatica riscaldamento: 03-01: Temperatura di mandata a 20 C TE 03-12: Temp. esterna di progetto RISCALD : Temp. mandata di progetto RISCALD : Limite funzione riscaldamento 07-02: Temperatura minima di mandata 07-08: Temperatura massima di mandata Variazione Comfort Parametri curva climatica raffrescamento: 03-36: Limite funzione raffrescamento 03-43: Temp. mandata a 20 C TE 03-47: Temp. esterna di progetto RAFFR : Temp. mandata di progetto RAFFR * TM/TAI[ C] Temp. ambiente impostata * * Limitazione punto di rugiada RISCALDAMENTO 03-21* 03-36* RAFFRESC TM: Temperatura Mandata TA: Temperatura Ambiente 20 C Curva Riscaldamento Curva Raffrescamento ØTE/TE [ C] TE: temperatura esterna * ØTE: temperatura esterna media 8 Maggio 2014 Pagina 33 di 78

34 Scelta della macchina Per la scelta della pompa di calore occorre stabilire: Modo di esercizio (mono o bivalente) Potenza di progetto (invernale ed eventualmente estiva) Temperatura di mandata di progetto Temperatura della fonte di calore in condizioni di progetto o Temperatura esterna di progetto per Aria/Acqua o 10 C per pompe di calore Acqua/Acqua (o la minima temperatura della falda se nota) o 0 C per pompe di calore geotermiche 8 Maggio 2014 Pagina 34 di 78

35 Scelta della macchina Esempio 1 Esempio 1: abitazione nuova di 130 m 2 in località Tolmezzo (UD) con potenza di progetto 3.6 kw, pavimento radiante con temperatura di mandata di 35 C alla temperatura esterna di -5 C. Solo riscaldamento. Acqua calda per 4 persone (200 litri/gg a 40 C). Fabb. energia risc kwh/anno (Ep i,invd 45 kwh/m 2 /aa) Pompa di calore Aria/Acqua o Geotermica con accumulo combinato Modo di esercizio: monovalente (bivalente in casi particolari) Potenza di progetto invernale: 3.6 kw Temperatura di mandata di progetto: 35 C Temperatura aria esterna in condizioni di progetto: -5 C Fabbisogno giornaliero per ACS = 8 kwh (incluse dispersioni, kwh/aa) 8 Maggio 2014 Pagina 35 di 78

36 Scelta della macchina Esempio 1 Schema impianto di principio Riscaldamento 8 Maggio 2014 Pagina 36 di 78

37 Scelta della macchina Esempio 1 Schema impianto di principio Produzione ACS 8 Maggio 2014 Pagina 37 di 78

38 Scelta della macchina Esempio 1a Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio, modello GMLW 5 plus 35 C Punto di esercizio in prod. ACS Punto di esercizio in riscaldamento -5 C 8 Maggio 2014 Pagina 38 di 78

39 Scelta della macchina Esempio 1a Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto 8 Maggio 2014 Pagina 39 di 78

40 Scelta della macchina Esempio 1a Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente. Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore. Potenza resa con T di mandata 55 C in condizione di progetto = 3,4 kw Tempo massimo di ricarica: t max acs = 8 kwh / 3,4 kw = 2,35 h 8 Maggio 2014 Pagina 40 di 78

41 Scelta della macchina Esempio 1b Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio, modello ELW 8 Punto di esercizio in prod. ACS 35 C Punto di esercizio in riscaldamento -5 C 8 Maggio 2014 Pagina 41 di 78

42 Scelta della macchina Esempio 1b Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto 8 Maggio 2014 Pagina 42 di 78

43 Scelta della macchina Esempio 1b Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente. Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore. Potenza resa con T di mandata 55 C in condizione di progetto = 5,1 kw Tempo massimo di ricarica: t max acs = 8 kwh / 5,1 kw = 1,6 h 8 Maggio 2014 Pagina 43 di 78

44 Scelta della macchina Esempio 1c Schema impianto di principio 8 Maggio 2014 Pagina 44 di 78

45 Scelta della macchina Esempio 1c Schema impianto di principio lato geotermico 8 Maggio 2014 Pagina 45 di 78

46 Scelta della macchina Esempio 1c Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto 8 Maggio 2014 Pagina 46 di 78

47 Scelta della macchina Esempio 1c Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente. Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore. Potenza resa con T di mandata 55 C in condizione di progetto = 4,7 kw Tempo massimo di ricarica: t max acs = 8 kwh / 4,7 kw = 1,7 h 8 Maggio 2014 Pagina 47 di 78

48 Scelta della macchina Esempio 1c Calcolo di massima campo geotermico: - potenza frigorifera in condizioni S0/W35 = 4,0 kw - assumendo una resa sonde verticali di 50 W/m si ottiene una lunghezza totale di 80 m - è sufficiente una sola sonda verticale da 80 m 8 Maggio 2014 Pagina 48 di 78

49 Scelta della macchina Esempio 1d Schema impianto di principio 8 Maggio 2014 Pagina 49 di 78

50 Scelta della macchina Esempio 1d Schema impianto di principio, lato pozzo 8 Maggio 2014 Pagina 50 di 78

51 Scelta della macchina Esempio 1d Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto 8 Maggio 2014 Pagina 51 di 78

52 Scelta della macchina Esempio 1d Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente. Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore. Potenza resa con T di mandata 55 C in condizione di progetto = 6,5 kw Tempo massimo di ricarica: t max acs = 8 kwh / 6,5 kw = 1,2 h 8 Maggio 2014 Pagina 52 di 78

53 Scelta della macchina Esempio 2 Esempio 2: abitazione nuova di 180 m 2 in località Cervignano (UD) con potenza di progetto 3.8 kw, pavimento radiante con temperatura di mandata di 35 C alla temperatura esterna di -5 C. Riscaldamento e raffrescamento. Acqua calda per 4 persone (200 litri/gg a 40 C). Fabb. energia risc kwh/anno (Ep i,invd 18 kwh/m 2 /aa). Fabb. energia raffr. 486 kwh sensibile, kwh latente. Pompa di calore Aria/Acqua o Geotermica con inerziale e accumulo acs Modo di esercizio: monovalente (bivalente in casi particolari) Potenza di progetto invernale: 3.8 kw Temperatura di mandata di progetto: 35 C Temperatura aria esterna in condizioni di progetto: -5 C Fabbisogno giornaliero per ACS = 8 kwh (incluse dispersioni, kwh/aa) 8 Maggio 2014 Pagina 53 di 78

54 Scelta della macchina Esempio 2 Esempio 2 La potenza di progetto estiva non è stata determinata con calcolo. Dall esperienza pratica, per abitazioni residenziali ben coibentate con impianto radiante a pavimento, la potenza estiva massima è compresa tra 25 e 40 W/m 2 (inclusa la deumidificazione). In questo caso si assume un valore di 30 W/m 2, corrispondenti ad una potenza di progetto di 5,4 kw. E da verificare la capacità di deumidificazione del sistema di ventilazione con batteria dedicata da alimentare a 10 C, eventualmente da integrare con deumidificatori locali. 8 Maggio 2014 Pagina 54 di 78

55 Scelta della macchina Esempio 2 Esempio 2 La potenza di progetto estiva in questo caso è più vincolante della potenza di progetto invernale. Pur presentandosi una potenza di progetto invernale molto simile all esempio 1, i modelli esaminati in precedenza non sono tutti idonei a soddisfare le condizioni estive. 8 Maggio 2014 Pagina 55 di 78

56 Scelta della macchina Esempio 2 Schema impianto di principio 8 Maggio 2014 Pagina 56 di 78

57 Scelta della macchina Esempio 2a Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto invernale soddisfatto 8 Maggio 2014 Pagina 57 di 78

58 Scelta della macchina Esempio 2a Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto Potenza resa con T di mandata 10 C in condizione di progetto estiva (Te = 30 C) = 9,0 kw (> dei 5,4 kw richiesti) Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente. Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore. Potenza resa con T di mandata 55 C in condizione di progetto = 6,5 kw Tempo massimo di ricarica: t max acs = 8 kwh / 6,5 kw = 1,2 h 8 Maggio 2014 Pagina 58 di 78

59 Scelta della macchina Esempio 2b Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio, modello ELW 8 Punto di esercizio in prod. ACS 35 C Punto di esercizio in riscaldamento -5 C 8 Maggio 2014 Pagina 59 di 78

60 Scelta della macchina Esempio 2b Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto 8 Maggio 2014 Pagina 60 di 78

61 Scelta della macchina Esempio 2b Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto Potenza resa con T di mandata 10 C in condizione di progetto estiva (Te = 30 C) = max 9,1 kw (> dei 5,4 kw richiesti) Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente. Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore. Potenza resa con T di mandata 55 C in condizione di progetto = 5,1 kw Tempo massimo di ricarica: t max acs = 8 kwh / 5,1 kw = 1,6 h 8 Maggio 2014 Pagina 61 di 78

62 Scelta della macchina Esempio 2c Schema impianto di principio lato geotermico 8 Maggio 2014 Pagina 62 di 78

63 Scelta della macchina Esempio 2c Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto 8 Maggio 2014 Pagina 63 di 78

64 Scelta della macchina Esempio 2c Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto Potenza resa con T di mandata 10 C in condizione di progetto estiva (Te = 30 C) = max 6,0 kw (> dei 5,4 kw richiesti) Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente. Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore. Potenza resa con T di mandata 55 C in condizione di progetto = 6,1 kw Tempo massimo di ricarica: t max acs = 8 kwh / 6,1 kw = 1,3 h 8 Maggio 2014 Pagina 64 di 78

65 Scelta della macchina Esempio 2c Calcolo di massima campo geotermico: - potenza frigorifera in condizioni S0/W35 = 5,4 kw - assumendo una resa sonde verticali di 50 W/m si ottiene una lunghezza totale di 110 m - è sufficiente una sola sonda verticale da 110 m 8 Maggio 2014 Pagina 65 di 78

66 Scelta della macchina Esempio 2d Schema impianto di principio come esempio 1d, con aggiunta collegamento per raffrescamento passivo 8 Maggio 2014 Pagina 66 di 78

67 Scelta della macchina Esempio 2d Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto 8 Maggio 2014 Pagina 67 di 78

68 Scelta della macchina Esempio 2d Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto Potenza resa con T di mandata 10 C in condizione di progetto estiva (Te = 30 C) = min 5,6 kw (> dei 5,4 kw richiesti) Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente. Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore. Potenza resa con T di mandata 55 C in condizione di progetto = 6,5 kw Tempo massimo di ricarica: t max acs = 8 kwh / 6,5 kw = 1,2 h 8 Maggio 2014 Pagina 68 di 78

69 SCOP e consumi indicativi degli esempi La normativa di riferimento valida per la misura dei COP delle pompe di calore e dei condizionatori è la EN In mancanza di dati intermedi è possibile interpolare linearmente i dati disponibili, per quanto sia sempre preferibile rivolgersi direttamente alle case produttrici per richiedere i dati di prestazione secondo la normativa europea di riferimento. Il COP Stagionale (SCOP) è quello che determina i consumi reali (le bollette pagate dagli utenti). 8 Maggio 2014 Pagina 69 di 78

70 SCOP (COP Stagionale) Il calcolo si effettua secondo la normativa EN14825 (cui fa riferimento la UNI TS 11300/4). Il metodo di calcolo determina il valore di SCOP di una determinata pompa di calore per un determinato profilo di fabbisogno di potenza. In sintesi: la stagione di riscaldamento viene suddivisa in quantità di ore (bins) con differenti temperature esterne e di mandata, e per ogni temperatura esterna viene determinato il fabbisogno di potenza. 8 Maggio 2014 Pagina 70 di 78

71 Number of hours Heat demand [kw] Autore: Ing. Raffaele Vavalà Diritti di proprietà intellettuale riservati. E vietata la riproduzione SCOP (COP Stagionale) 400 Number of hours Heat demand Outdoor temperature [ C] 0 Fonte: Calculation of SCOP for heat pumps according to EN Pia Rasmussen Danish Technological Institute 8 Maggio 2014 Pagina 71 di 78

72 Number of hours Autore: Ing. Raffaele Vavalà Diritti di proprietà intellettuale riservati. E vietata la riproduzione SCOP (COP Stagionale) Per permettere il confronto fra macchine diverse, vengono definiti tre profili climatici standard (Medio, Caldo, Freddo) con cui calcolare il valore di SCOP da riportare nelle etichette energetiche obbligatorie per generatori di calore dal settembre Fonte: Calculation of SCOP for heat pumps according to EN Pia Rasmussen Danish Technological Institute Average (A) Warmer (W) Colder (C) Outdoor temperature [ C] 8 Maggio 2014 Pagina 72 di 78

73 SCOP (COP Stagionale) Esempio di etichetta energetica OCHSNER l ha introdotta già da quest anno su tutta la gamma di pompe di calore, tutte in classe A ++ con mandata a 35 C nella fascia climatica media. CALDAIE A CONDENSAZIONE Le migliori caldaie a condensazione non superano la classe B. 8 Maggio 2014 Pagina 73 di 78

74 SCOP (COP Stagionale) Per ogni fascia di condizioni di esercizio viene determinato il COP medio corrispondente della pompa di calore, partendo dai dati di prestazione forniti dal produttore. I dati vengono corretti secondo alcuni coefficienti, dipendenti dal rapporto di carico termico ed interpolati per ricavare i valori intermedi. Il metodo di calcolo tiene conto anche degli organi ausiliari non compresi nei valori di COP misurati secondo EN14511 (ad esempio le resistenze elettriche che riscaldano compressori e olio lubrificante, consumi in stand-by, etc.). Per le macchine a inverter si tiene conto della modulazione del compressore, e fino alla potenza minima non ci sono diminuzioni di rendimento dovute al funzionamento a carico parziale. 8 Maggio 2014 Pagina 74 di 78

75 SCOP (COP Stagionale) Il metodo di calcolo prevede l utilizzo di coefficienti di riduzione delle prestazioni a carico parziale forniti dai produttori. In mancanza, fornisce una formula per il calcolo del coefficiente di riduzione, che porta ai risultati riportati come esempio nei grafici seguenti, per una pompa di calore con COP 3,5 a potenza nominale, con controllo On-Off o ad Inverter: Fonte: sito web Masterclima 8 Maggio 2014 Pagina 75 di 78

76 SCOP (COP Stagionale) Per il profilo climatico medio, applicabile con buona approssimazione alle zone del Nord Italia, un calcolo indicativo per impianti con accumulo inerziale si può fare facendo una media pesata dei COP in tre condizioni medie: - 10% nelle condizioni di progetto - 40% nelle condizioni corrispondenti a 0 C di Te - 50% nelle condizioni corrispondenti a 10 C di Te Per il calcolo del COP annuo in produzione ACS si può utilizzare lo stesso metodo per i 6 mesi invernali, e considerare le prestazioni corrispondenti a Tm 55 C e Te 20 C per gli altri 6 mesi. 8 Maggio 2014 Pagina 76 di 78

77 Cervignano Tolmezzo Autore: Ing. Raffaele Vavalà Diritti di proprietà intellettuale riservati. E vietata la riproduzione COP per pompe di calore per acs Con il metodo indicato applicato ai casi di esempio precedenti si possono ottenere questi valori: Località Esempio Tipo Modello Configurazione SCOP SCOP EER Fabbisogno energia annuo Consumo elettrico annuo ** impianto risc.* ACS [ kwht ] [ kwhe ] Riscald. Sbrinam. ACS Raffr. Riscald. ACS Raffr. Totale SCOP annuo Ore annue esercizio Vita attesa compressore ( h) [ anni ] 1a Aria/Acqua On-Off GMLW5plus PdC + accumulo combinato 500 l 4,6 3, , b Aria/Acqua Inverter ELW 8 PdC + accumulo combinato 500 l 4,1 2, , c Geotermico GMSW5plus PdC + accumulo combinato 500 l 5,8 3, , d Acqua/Acqua GMWW7plus PdC + accumulo combinato 500 l 6,6 3, , a 2b 2c 2d Aria/Acqua On-Off Aria/Acqua Inverter Geotermico raffr. attivo GMLW9plus ELW8 GMSW7plus HK Acqua/Acqua raffr. passivo GMWW7plus *** PdC + inerziale 300l + accumulo acs 350 l PdC + inerziale 200l + accumulo acs 350 l PdC + inerziale 300l + accumulo acs 350 l PdC + accumulo combinato 500 l + scambiatore 4,8 3,3 3, , ,1 2,5 2, , ,9 3,2 3, , ,6 3, , * = escluso circolatore campo geotermico ** = incluso circolatore campo geotermico (60W) o pompa pozzo (200W) *** = pozzo artesiano senza pompa 8 Maggio 2014 Pagina 77 di 78

78 Cervignano Tolmezzo Autore: Ing. Raffaele Vavalà Diritti di proprietà intellettuale riservati. E vietata la riproduzione COP per pompe di calore per acs Riepilogo dati con costi indicativi degli impianti: Località Esempio Tipo Modello Configurazione impianto Consumo elettrico annuo * [ kwhe ] Riscald. ACS Raffr. Totale SCOP annuo Ore annue esercizio Vita attesa compressore ( h) [ anni ] Costo materiali Costo installaz.** Costo totale 1a Aria/Acqua On-Off GMLW5plus PdC + accumulo combinato 500 l , , , ,00 1b Aria/Acqua Inverter ELW 8 PdC + accumulo combinato 500 l , , , ,00 1c Geotermico GMSW5plus PdC + accumulo combinato 500 l , , , ,00 1d Acqua/Acqua GMWW7plus PdC + accumulo combinato 500 l , , , ,00 2a Aria/Acqua On-Off GMLW9plus PdC + inerziale 300l + accumulo acs 350 l , , , ,00 2b Aria/Acqua Inverter ELW8 PdC + inerziale 200l + accumulo acs 350 l , , , ,00 2c Geotermico raffr. attivo GMSW7plus HK PdC + inerziale 300l + accumulo acs 350 l , , , ,00 2d Acqua/Acqua raffr. passivo GMWW7plus *** PdC + accumulo combinato 500 l + scambiatore , , , ,00 * = incluso circolatore campo geotermico (60W) NOTA: i costi materiali e installazione sono stimati ** = incluso campo geotermico o pozzo dove applicabili *** = pozzo artesiano senza pompa 8 Maggio 2014 Pagina 78 di 78

79 GRAZIE PER L ATTENZIONE 8 Maggio 2014 Pagina 79 di 78