Ruolo attuale delle pompe di calore nel mercato del riscaldamento, prospettive dalla ricerca e sistemi avanzati

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1 Ruolo attuale delle pompe di calore nel mercato del riscaldamento, prospettive dalla ricerca e sistemi avanzati D Antoni M., Pezzutto S., Fedrizzi R., Sparber W. Institute for Renewable Energy matteo.dantoni@eurac.edu

2 Outlook Consumo reale e potenziale di riscaldamento, ACS e raffrescamento in Europa Il ruolo delle pompe di calore nel nuovo mix energetico Europeo Sistemi ibridi pompe di calore e solare termico Nuovi concetti per il condizionamento degli edifici residenziali: progetti di ricerca Eurac 2

3 Consumo di energia finale Fonte: Piano energetico città di Bolzano (2010) Fonte: RHC-ETP 3

4 Consumo per riscaldamento nel settore residenziale (EU-27) [TWh/a] = ([kwh/m 2 a] [Mm 2 ])/1000 EU-27 Consumo totale 2395 TWh/a Potenziale totale 2840 TWh/a Fonte: Pezzutto S., PhD thesis Italia Consumo totale 8% di EU-27 Potenziale totale 11% di EU-27 4

5 Consumo per acqua calda sanitaria nel settore residenziale (EU-27) [TWh/a] = ([kwh/m 2 a] [Mm 2 ])/1000 Consumo = Potenziale EU TWh/a Italia 6% di EU-27 Fonte: Pezzutto S., PhD thesis 5

6 Consumo per raffrescamento nel settore residenziale (EU-27) [TWh/a] = ([kwh/m 2 a] [Mm 2 ])/1000 EU-27 Consumo totale 18 TWh/a Potenziale totale 439 TWh/a Italia Consumo totale 29% di EU-27 Potenziale totale 26% di EU-27 Fonte: Pezzutto S., PhD thesis Fonte: RHC-ETP

7 Direttiva RES 2009/28/CE + Conto Energia Termico 28 Dicembre 2012 Le pompe di calore sfruttano fonti energetiche rinnovabili come l aria ambiente, il gradiente geotermico o l acqua contenuta nel terreno; La Direttiva EU è stata recepita in Italia attraverso il DLgs n. 28 del 3 marzo 2011; 50% di copertura del fabbisogno di ACS con RES; 20 % (< 2013), 35 %(< 2017) and 50 % (> 2017) di copertura del fabbisogno totale (riscal., ACS e raffr.) con RES; edifici risanati devono sfruttare fonti rinnovabili; non si può ricorrere alla sola installazione di PV; È FONDAMENTALE CONCEPIRE UN CONCETTO ENERGETICO DELL EDIFICIO 7

8 Che ruolo per le rinnovabili? (1/2) Il potenziale è enorme. Dal 2020 tutti i nuovi edifici devono essere aderenti allo standard «nearly-nzeb» e produrre interamente l energia che necessitano in luogo; Fonte: RHC-ETP 8

9 Trend in EU del mercato delle pompe di calore Pompe di calore stanno aumentano la quota di mercato soprattutto nelle applicazioni di riscaldamento; Pompe di calore ad aria sono in enorme crescita grazie al loro relativo basso costo di acquisto; La frazione del carico di ACS nei nuovi edifici sta aumentando grazie ai migliori involucri degli edifici; Le pompe di calore elettriche sono dominanti; Cambio di paradigma: da sistemi rivolti alla domanda (prelievo di energia dalla rete) a sistemi rivolti alla fornitura (immissione di energia in rete); 10

10 Esempio di smart energy grid Fonte: IEA-SHC Task 45 Source: PlanEnergi, Task 45 11

11 Sistemi di distribuzione ad alta temperatura e pompe di calore Sistemi a media temperatura Sistemi ad bassa temperatura 12

12 Come integrare una PdC in un impianto? Come dimensioni i componenti di impianto? Come collego i diversi componenti? Che strategia di controllo utilizzo? Come riesco a minimizzare il costo di investimento? Come massimizzo i risparmi energetici? Standardizzazione di sistema Soluzioni chiavi in mano 13

13 Integrazione impiantistica di pompa di calore con sistemi di generazione fossili Esempio: edificio plurifamiliare Produzione ACS 14

14 Il mercato dei sistemi ibridi SHP in EU Fonte: Ruschemburg J. et al., Solar plus Heat Pump Handbook [in stampa] 15

15 Impianti ibridi con pompa di calore e solare termico (SHP) Impianti in parallelo Impianti in serie Fonte: Miara, FhG-ISE in IEA SHC Task 44 16

16 Vantaggi di un sistema ibrido SHP Lato pompa di calore: Grazie a temperature di condensazione minori è possibile raggiungere un SCOP più alto (SCOP>4); Riduzione delle ore di funzionamento annuali e del numero di cicli on/off grazie alla presenza dei collettori solari; Lato solare: Aumento della frazione solare per riscaldamento e ACS; Aumento dell energia solare prodotta; Sistema: Risparmio di energia finale (es. sistema un sistemi parallelo porta un risparmio di kwh per m 2 di collettore solare termico); ΔSPF = +0.1/m 2 di collettore; 17

17 Prestazioni monitorate di sistemi SHP Fonte: Herkel S. et al., Solar plus Heat Pump Handbook [in stampa] 18

18 performance factors energy [MWh] Matteo D Antoni Fonte: Herkel S. et al., Solar plus Heat Pump Handbook [in stampa] Monitoraggio di un edificio residenziale store inputs from hp for dhw from hp for sh from solar to space heat to dhw Bilancio energetico sistema edificio + impianto store outputs Località Jona, CH Alt. 408 m Edificio Basso fabbisogno, impianto radiante 200 m² / 100 kwh/m²a Pompa di calore 19.7 kw th Collettori solari Accumulo termico Sorgente aeroterma, compressore scroll, R404A Collettori solari piani Combi-storage COP = 3.8 A2/35; EN m², 20 West, inclination L Arbeitszahlen WP Prestazione della pompa di calore 19

19 Analisi economica VAR1 Caldaia a condensazione a gas η stag = 1.0 I 0 = 50 /m 2 VAR2 Pompa di calore ad aria SPF = 2.7 I 0 = 70 /m 2 VAR3 Sistema in parello SHP (Pompa di calore ad aria + 5 m 2 di collettori solari piani) SPF = 3.2 I 0 = 150 /m 2 Fonte: D Antoni M. et al., Solar plus Heat Pump Handbook [in stampa] VAR4 Sistema in serie SHP (Pompa di calore ad acqua + 10 m 2 di collettori solari piani) SPF = 3.6 I 0 = 250 /m 2 20

20 Sistemi ibridi Solar Combi+ Riscaldamento Acqua calda sanitaria Raffrescamento 21

21 Progetto di ricerca Progettazione di una soluzione impiantistica «Solar Combi+» per edifici residenziali attorno ai 200 m 2 ; Copertura carichi edificio mediante sfruttamento di pompe di calore ed energia solare; Costruzione di una sottostazione «plug-andplay» integrante la logica di controllo del sistema; 22

22 Confronto sistema Solar Combi+ e PdC Che beneficio porta al sistema la presenza del sistema solar termico? Sistema di riferimento: Pompa di calore reversibile aria-acqua Fabbisogno edifico Bolzano: ACS: 14 kwh/m 2, Riscald.: 40 kwh/m 2, Raffr.: 13.5 kwh/m 2 Fabbisogno edifico Roma: ACS: 14 kwh/m 2, Riscald.: 18 kwh/m 2, Raffr.: 18.5 kwh/m 2 Aumento del valore di SPF el,tot Bolzano: 2.9 -> 5.8 Roma: 3.3 -> 10.5 Risparmio di energia finale FE Bolzano: -46% Roma: -66% 25

23 Conclusioni (1/2) È fondamentale concepire e sviluppare un concetto energetico dell edificio prima di installare una pompa di calore; Una maggiore e più efficiente integrazione tra RES all interno di un concetto energetico dell edificio corretto grazie ai sistemi ibridi; 26

24 Conclusioni (2/2) La tecnologia delle pompe di calore avrà un ruolo importante; il successo sarà legato alla qualità delle installazioni ed alla bontà della progettazione; La standardizzazione dei sistemi permette di limitare i costi di installazione e gli errori; 27

25 Grazie per l attenzione matteo.dantoni@eurac.edu