Il lavoro effettuato dalla pompa di calore non produce calore, ma lo muove

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1 La pompa di calore

2 Definizioni La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire energia da una sorgente a temperatura più bassa ad un utilizzatore a temperatura più alta, tramite la fornitura di un lavoro meccanico o elettrico Il lavoro effettuato dalla pompa di calore non produce calore, ma lo muove L efficienza di funzionamento della pompa di calore si identifica con l acronimo COP (coefficient of performance) pari i al rapporto tra energia fornita e energia consumata per produrre il lavoro. L efficienza è inversamente proporzionale alla differenza tra la temperatura della sorgente e la temperatura dell utilizzatore

3 Tipologia di pompe di calore Le principali tipologie di pompe di calore per utilizzo residenziale in funzione della tipologia dell alimentazione sono: Pompe di calore elettriche a compressione (largamente le più diffuse) Pompe di calore ad assorbimento Pompe di calore alimentate da motore a combustione interna/esterna

4 Logica di funzionamento Tramite la fornitura di lavoro meccanico o elettrico si può rendere disponibile una quantità di calore a temperatura più bassa, ad esempio quella esterna, a livello utile per il riscaldamento: Q1=Qo + L

5 Logica di funzionamento Trasferire energia da una sorgente esterna fredda. all ambiente, ambiente, elevandone la temp. HEATING Ambiente esterno Ambiente interno Pompa di calore

6 Reversibilità di funzionamento Le pompe di calore elettriche sono generalmente reversibili, nel senso che funzionano nella stagione estiva come condizionatori. La reversibilità è ottenuta tramite una valvola che scambio il ruolo di evaporatore e condensatore.

7 Logica di funzionamento Trasferire energia da una sorgente esterna calda. all ambiente, ambiente, abbassandone la temp. COOLING Ambiente esterno Ambiente interno Pompa di calore

8 Chi fornisce l energia l da trasferire LE SORGENTI DI ENERGIA ESTERNE Aria Acqua (superficiale e sotterranea) Terreno Recupero termico Energia atmosferica (ad esempio il solare termico)

9 Sorgenti termiche Nel prendere in considerazione il possibile impiego di una pompa di calore in un qualsiasi impianto, si dovrebbe sempre tenere presente la rilevante sensibilità delle sue prestazioni alle temperature massima e minima del ciclo o, più sinteticamente, all'incremento di temperatura che la pompa di calore garantisce rispetto alla sorgente fredda. Il ciclo di Carnot suggerisce che: Il valore reale di norma è inferiore al 50% del valore teorico. COP= T1 T1 - T2 T1 _ Temp. a fine ciclo T2 _ Temp. Sorgente fredda

10 Sorgenti termiche: ARIA Supponiamo di avere l aria esterna a 0 C e l impianto con unità ventilate a 45 C. Il calcolo del COP teorico è: ( )-( ) Il valore reale di norma è inferiore al 50% del valore teorico, quindi circa COP= T1 T1-T2

11 Sorgenti termiche: ARIA Supponiamo invece di avere l aria esterna a 0 C e l impianto a pavimento a 35 C. Il calcolo del COP teorico è: COP= T1 T1-T ( )-( ) Il valore reale di norma è inferiore al 50% (circa il 40-48%) del valore teorico, quindi circa 3.5-4,0 +25% rispetto al caso iniziale.

12 Efficienza COP = 4 Energia elettrica Ambiente esterno 3 unità di energia + 1 unità di energia = 4 unità di energia

13 Efficienza _COP reale_ (p.d.c. aria acqua) COP pompa di calore aria-acqua COP Tusc.50 C Tusc.40 C Tusc.50 C Tusc.40 C Ventilatori assiali Ventilatori centrifughi temperatura aria

14 Sorgenti termiche: ARIA L aria esterna è senza dubbio la sorgente termica più utilizzata per l agevole disponibilità e per la grande diffusione dei sistemi split di piccola taglia. La disponibilità è l unico vantaggio dal momento che i livelli di temperatura sono in discordanza di fase con le necessità ed inoltre risulta oneroso e rumoroso movimentare l aria. Al diminuire della temperatura oltre ad un peggioramento delle prestazioni energetiche si ha una caduta di capacità: la pompa di calore ad aria proprio quando fa più freddo riduce la potenza termica prodotta.

15 Sorgenti termiche: ARIA Problema del brinamento della batteria esterna La condensa, generata da raffreddamento dell aria in transito sullo scambiatore, si trasforma in ghiaccio (anche con temp. Esterne > 0 C) che riduce il passaggio dell aria. È necessario effettuare lo sbrinamento di solito realizzato con l inversione di ciclo e con problemi sia dal lato energetico che del benessere interno all ambiente.

16 Reversibilità di funzionamento Funz. Heating compressore Interfaccia impianto Interfaccia esterna

17 Reversibilità di funzionamento Funz. Cooling compressore Interfaccia impianto Interfaccia esterna

18 Sorgenti termiche: ACQUA & TERRENO Sistemi con sorgente acqua o terreno: Sistemi open-loop, a ciclo aperto 1. Sistemi ad acqua superficiale 2. Sistemi ad acqua di falda Sistemi closed loop, a ciclo chiuso 1. Sistemi a terreno con scambiatori orizzontali 2. Sistemi a terreno con scambiatori verticali 3. Altre tipologie di scambiatori (a spirale, slinky) 4. Sistemi ad espansione diretta 5. Geostrutture e pali energetici

19 Sorgenti termiche: ACQUA Sistema a standing column Sistema a due pozzi

20 Sorgenti termiche: TERRENO Cenni generali sulla Geotermia Geotermia si intende la disciplina della geologia che studia l'insieme dei fenomeni naturali coinvolti nella produzione e nel trasferimento di calore sulla Terra Il calore terrestre proveniente dall'interno della Terra viene successivamente trasferito verso la superficie terrestre mediante convezione del magma o di acque profonde

21 Sorgenti termiche: TERRENO Cenni generali sulla Geotermia Geotermia a Bassa Entalpia Si riferisce allo sfruttamento del sottosuolo come serbatoio termico dal quale estrarre calore durante la stagione invernale ed al quale cederne durante la stagione estiva, utilizzando opportuni scambiatori di calore.

22 Le 2 soluzioni TIPO Sistema in profondità con perforazione VANTAGGI: Buona resa specifica, non influenzata dalle condizioni atmosferiche. Spazi di posa ridotti SVANTAGGI: Costo elevato. Necessità di attrezzatura specifica e mdo specializzata per la posa Sistema in superficie VANTAGGI: semplicità ed economia di posa SVANTAGGI: necessità di spazi estesi per l installazione l

23 Sistema in profondità con perforazione Parti essenziali di un impianto geotermico: le sonde verticali sono costituite da tubi in polietilene PE 100 PN 10/16 alloggiati in perforazioni di cm di diametro e profonde mt

24 Sistema in profondità con perforazione

25 Sistema in profondità con perforazione

26 Sistema in profondità con perforazione Geometrie Single U Double U HAKA HAKA

27 Sistema in profondità con perforazione Geometrie Coassiali complesse Coassiali semplici

28 Sistema in profondità con perforazione Micropali Pilastri di fondazione

29 Sistema in profondità con perforazione TEMPERATURA MEDIA DEL TERRENO TEMPERATURA MEDIA DEL TERRENO T C Profondità (ml)

30 Sistema in profondità con perforazione SOTTOSUOLO Cattiva qualità Rocce mobili secche Ghiaia sabbia secca Argilla, limo umido Calcare massiccio Arenaria Granito, granodiorite Basalto Gneiss capacità di estrazione specifica A ML DI SONDA (*) Rocce indurite o rocce mobili sature di acqua Rocce indurite a conducibilità termica elevata Ghiaia sabbia acquifero Conducibilità Termica (Wh/ml.K) < > (*) fonte geothermal-energy.ch Potenza di estraz. (Wh/ml) <

31 Sistema orizzontali in superficie

32 Sistema orizzontali in superficie

33 Sistema orizzontali in superficie Una soluzione facile da realizzare che permette buone prestazioni di scambio termico Tubo polietilene PE 80 DN 32 PN12,5 / PN Sezione di posa

34 Condizioni di lavoro delle pompe di calore _Parametri di riferimento_ Applic. GEOTERMICA EN UNI EN BO/W35 W35 Lato Geo Lato Impianto B0 B=Brine 0= p.d.c IN W=Water 35= p.d.c OUT

35 Condizioni di lavoro delle pompe di calore _Parametri di riferimento_ EN

36 Condizioni di lavoro delle pompe di calore _Parametri di riferimento_ EN

37 Sistema unico per la climatizzazione dell ambiente + riscaldamento acqua sanitaria

38 Sistema unico per la climatizzazione dell ambiente + riscaldamento acqua sanitaria desurriscaldatore compressore Interfaccia impianto PLUS del sistema T a.c.s.65 C COP>4 (B0/W35) Interfaccia esterna

39 Sistema unico per la climatizzazione dell ambiente + riscaldamento acqua sanitaria

40 Sistema unico per la climatizzazione dell ambiente + riscaldamento acqua sanitaria

41 Potenziale mercato p.d.c. in Europa Fonte: SWEP INTERNATIONAL Analisi redatta nel W/W Dir exp/dir Cond A/W Exhaust air Brine/W Year 2004 Year 2005 Year 2006 Year 2007 Year 2008 Year 2009 Year 2010

42 Finanziaria 2008 Legge n 244 del Comma 286 Le disposizioni previste al comma 347 dell art. 1 della legge 296/2006 (finanziaria 2007) si applicano anche alle spese relative alla sostituzione di impianti di climatizzazione invernale con pompe di calore ad alta efficienza Comma 20 Le disposizioni dell art. 1 comma 347 della legge 296/2006 sono prorogate al Classificazione della efficienza delle p.d.c. Questo chiarimento verrà eseguito, con decreto, dal Ministero dello Sviluppo Economico.

43 Giroldi Romano

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