Prof. Andrea Frattolillo

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1 Modulo 3 Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Prof. Andrea Frattolillo frattolillo@unicas.it Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 1 di 125

2 Sommario Cenni sui Sistemi di generazione, distribuzione, emissione e regolazione UNI TS parte 2: Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di ACS Fonti rinnovabili UNI TS parte 4: utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e per la produzione di ACS Sistemi di contabilizzazione e diagnosi energetica Esercitazione sul calcolo del rendimento globale medio stagionale Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 2 di 125

3 La valutazione energetica dell edificio DPR 412/93 - Zona A: 6 h/g dal 1 dicembre al 15 marzo; - Zona B: 8 h/g dal 1 dicembre al 31 marzo; - Zona C: 10 h/g dal 15 novembre al 31 marzo; - Zona D: 12 h/g dal 1 novembre al 15 aprile; - Zona E: 14 h/g dal 15 ottobre al 15 aprile; - Zona F: nessuna limitazione. E concessa l accensione continua 24 h/24 a: impianti di nuovo tipo, formati da una caldaia ad alto rendimento e provvisti di cronotermostato impianti con contabilizzazione del calore teleriscaldamento, a riscaldamento a pavimento e a quelli sottoposti a un contratto di servizio energia stipulato con una ESCO. Il limite è inteso come media di tutto l appartamento, è quindi permesso tenere una temperatura più alta in alcune stanze e meno in altre. Limite massimo di temperatura è di 18 C (+2 C) per edifici E.8 (attività industriali ed artigianali), 20 C (+2 C). Per tutti gli altri. Vi sono deroghe per Ospedali (E.3) ed attività sportive (E.6), come anche per E.8. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 3 di 125

4 La valutazione energetica dell edificio A) Calcolo del fabbisogno energetico, si differenzia in: A1) Valutazione di progetto: il calcolo viene effettuato sulla base dei dati di progetto; per le modalità di occupazione e di utilizzo dell'edificio e dell'impianto si assumono valori convenzionali di riferimento. Questa valutazione è eseguita in regime di funzionamento continuo. A2) Valutazione standard: il calcolo viene effettuato sulla base dei dati relativi all'edificio e all'impianto reale, come costruito; per le modalità di occupazione e di utilizzo dell'edificio e dell'impianto si assumono valori convenzionali di riferimento. Questa valutazione è eseguita in regime di funzionamento continuo. B) Valutazione basata sul rilievo dei consumi con modalità standard. A3) Valutazione in condizioni effettive di utilizzo: il calcolo viene effettuato sulla base dei dati relativi all'edificio e all'impianto reale, come costruito; per le modalità di occupazione e di utilizzo dell'edificio e dell'impianto si assumono valori effettivi di funzionamento (per esempio, in caso di diagnosi energetiche). Questa valutazione è eseguita nelle condizioni effettive di intermittenza dell'impianto. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 4 di 125

5 La valutazione energetica dell edificio Intervallo temporale di Calcolo del fabbisogno energetico: A1) Valutazione di progetto: il calcolo viene effettuato sulla durata massima consentita del riscaldamento A2) Valutazione standard: il calcolo viene effettuato sulla durata massima consentita del riscaldamento A3) Valutazione in condizioni effettive di utilizzo: il calcolo viene effettuato sul periodo effettivo di riscaldamento B) Valutazione basata sul rilievo dei consumi con modalità standard: il calcolo viene effettuato sul periodo effettivo di riscaldamento Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 5 di 125

6 I diversi contributi al bilancio energetico dell edificio Il volume riscaldato Tutte le aree dell edificio nelle quali viene utilizzata o prodotta energia termica utile o energia elettrica. Tale confine può non coincidere con quello definito dal fabbricato, ed essere esteso a zone esterne di pertinenza dell edificio. Nel caso in cui venga fornita al sistema edificio energia prodotta con impianti tecnologici esterni al confine, le perdite di produzione e di distribuzione sino al confine dell edificio stesso sono considerate nel fattore di conversione in energia primaria dell energia fornita. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 6 di 125

7 I diversi contributi al bilancio energetico dell edificio I contributi termici al riscaldamento ed ACS 1. Vettore energetico primario 2. Accumulo 3. Distribuzione 4. Sistemi di emissione 5. ACS Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 7 di 125

8 I diversi contributi al bilancio energetico dell edificio I contributi termici da FER al riscaldamento ed ACS 1. Collettori solari termici 2. Accumulo 3. Prelievo da falda 4. Distribuzione 5. ACS Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 8 di 125

9 I diversi contributi al bilancio energetico dell edificio I contributi di energia elettrica 1. Prelievo da rete 2. Pannelli fotovoltaici 3. Scambio sul posto 4. Utilizzo 5. Energia per ausiliari Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 9 di 125

10 Bilancio di massa e di energia dell edificio Bilancio di energia Fumi Perdite di calore fluidoaria esterna Perdite per convezione verso l aria esterna e per irraggiamento verso il cielo Combustibile Generatore di calore Perdite di calore per irraggiamento e convezione Fluido vettore Scambiatori di calore fluido-aria EDIFICIO Carichi endogeni Perdite di calore per conduzione verso il terreno Perdite di calore per ventilazione Ambiente esterno Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 10 di 125

11 Fabbisogni di energia termica utile 1) Fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento e ventilazione dell'edificio Q h 2) Fabbisogno di energia termica utile per acqua calda sanitaria Q h,w 3) Fabbisogni di energia primaria per usi di cottura Q oth dove: I fabbisogni 1) e 2) sono utilizzati per i calcoli del fabbisogno di energia primaria, al netto di eventuali apporti quali: contributi da energie rinnovabili o da altri metodi di generazione (UNI TS 11300/4) perdite recuperabili (tubazioni o accumulo di ACS interni al volume riscaldato) Se Ql, W, s = λs ( θs θa ) ts [ Wh] d e I fabbisogni 3) sono valori convenzionali forniti allo scopo di depurare, in modo unificato, i consumi promiscui di energia primaria da quelli derivanti da usi diversi dal riscaldamento e produzione acqua calda sanitaria. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 11 di 125

12 Fabbisogno di energia termica ideale Q h Fabbisogni di energia termica utile per riscaldamento Fabbisogno di energia termica ideale netto Q h = Q h Q l,w,s Fabbisogno di energia termica effettivo Q hr = Q h + Q l,e + Q l,rg - Q aux,e,lrh Tiene conto di effetti negativi: le maggiori perdite verso l'esterno dovute ad una distribuzione non uniforme di temperatura dell'aria all'interno degli ambienti riscaldati (stratificazione) le maggiori perdite verso l'esterno dovute alla presenza di corpi scaldanti annegati nelle strutture le maggiori perdite dovute ad una imperfetta regolazione dell'emissione del calore (ritardi od anticipi nella erogazione del calore) Q l,rg l eventuale mancato sfruttamento di apporti gratuiti conteggiati nel calcolo di Q h che si traducono in maggiori temperature ambiente anziché riduzioni dell'emissione di calore; sbilanciamento dell'impianto e di fattori positivi, quali: Q l,e trasformazione in calore dell'energia elettrica impiegata nelle unità terminali Q aux,e,lrh Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 12 di 125

13 Fabbisogno di energia termica ideale Q h Fabbisogni di energia termica utile per riscaldamento Fabbisogno di energia termica ideale netto Q h = Q h Q l,w,s Fabbisogno di energia termica effettivo Q hr = Q h + Q l,e + Q l,rg - Q aux,e,lrh Per impianti con zone aventi terminali diversi e rispettivi sistemi di regolazione ambiente: Q hr = n j= 1 ( ' Q + Q + Q Q ) [ ] h, j l, e, j l, rg, j aux, e, lrg, j Wh Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 13 di 125

14 Fabbisogni di energia termica per acqua calda sanitaria Energia per portare giornalmente una massa ρ V W di acqua dalla temperatura θ 0 di ingresso alla temperatura di erogazione θ er dove: Q ρ = densità dell acqua 1000 kg/m 3 c = calore specifico dell acqua 1,163 Wh/kg C θ er = convenzionalmente 40 C ( θ θ ) [ Wh / ] h, W = ρ VW c er 0 g θ 0 = convenzionalmente 15 C (a meno che si conoscano dati mensili per zona climatica e fonte di prelievo (superficiale, pozzo, ecc) V W = a N u con a pari al fabbisogno giornaliero specifico (litri/g) e Nu funzione della destinazione d uso Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 14 di 125

15 Fabbisogni di energia per altri usi Nel prospetto sono indicati fabbisogni standard di energia per usi di cottura al solo fine di poter depurare i consumi effettivi rilevati da quelli non attinenti ai due usi contemplati riscaldamento e produzione ACS. Nel caso di utilizzo di combustibili fossili il consumo di combustibile si ottiene dividendo il valore del prospetto per il potere calorifico inferiore del combustibile. Nel caso di energia elettrica il fabbisogno di energia primaria si ottiene moltiplicando i valori del prospetto per il fattore di conversione dell'energia elettrica in energia primaria. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 15 di 125

16 Rendimento medio stagionale dell'impianto di ACS Fabbisogno di energia primaria per acqua calda sanitaria Fabbisogno di energia termica utile per acqua calda sanitaria Q p,w Q h,w Q l,w Perdite attraverso l involucro o nel sistema di distribuzione Il rendimento globale medio stagionale dell'impianto di acqua calda sanitaria: η g,w = Q h,w /Q p,w Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 16 di 125

17 Rendimento medio stagionale dell'impianto di riscaldamento Fabbisogno di energia primaria per riscaldamento Q p,h Fabbisogno di energia termica utile per riscaldamento Q h Q h,w Perdite nel sistema Perdite nel sistema di distribuzione Perdite nel sistema di emissione di generazione Il rendimento globale medio stagionale dell'impianto di riscaldamento: η g,h = Q h /Q p,h Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 17 di 125

18 Terminali di erogazione Radiatori su parete esterna isolata (U 0,8 W/m 2 K) Radiatori su parete esterna NON isolata (U > 0,8 W/m 2 K) Radiatore su parete riflettente Radiatore su parete interna Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 18 di 125

19 Terminali di erogazione Ventilconvettori / Termoconvettori Bocchette in sistemi ad aria calda Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 19 di 125

20 Terminali di erogazione Pannelli a parete Pannelli annegati a soffitto Pannelli isolati annegato a pavimento Pannelli annegati a pavimento (non tengono conto delle perdite di calore non recuperate dal pavimento verso il terreno) Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 20 di 125

21 Terminali di erogazione Il carico termico medio annuo, espresso in W/m 3 è ottenuto dividendo il fabbisogno annuo di energia termica utile espresso in Wh, per il tempo convenzionale di esercizio dei terminali di emissione, espresso in ore, e per il volume lordo riscaldato del locale o della zona espresso in metri cubi. (*) Il rendimento indicato è riferito ad una temperatura di mandata dell'acqua di 85 C. Per parete riflettente, si incrementa il rendimento di 0,01. In presenza di parete esterna non isolata (U > 0,8 W/m2 K) si riduce il rendimento di 0,04. Per temperatura di mandata dell'acqua 65 C si incrementa il rendimento di 0,03. (**) I consumi elettrici non sono considerati e devono essere calcolati separatamente. (****) I dati forniti non tengono conto delle perdite di calore non recuperate dal pavimento verso il terreno; queste perdite devono essere calcolate separatamente ed utilizzate per adeguare il valore del rendimento. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 21 di 125

22 Terminali di erogazione La presenza di destratificatori, utili nel caso di carichi termici elevati ed ambienti alti, può migliorare il rendimento di emissione di alcuni punti. Le perdite di emissione si calcolano in base ai valori di rendimento dei prospetti con la formula: ' 1 ηe Ql, e = Qh [ Wh] η e Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 22 di 125

23 Terminali di erogazione - ESEMPIO Scuola 1: Fabbisogno annuo di energia termica utile = Wh Tempo convenzionale di esercizio dei terminali di emissione = 8 h al giorno per 6 giorni a settimana, dal 15 novembre al 15 marzo (15 settimane escluse ferie natalizie) = 24*6*15 = 2160 h/anno Superficie utile = 2402 m 2 Volume riscaldato = 9156 m 3 Parete esterna non isolata U=1.132 W/m 2 K Terminali = radiatori in ghisa con temperatura di mandata = 85 C Wh [ ] Carico termico medio annuo = 2402 m 2 m anno h [ m ] anno W = 12,8 m 3 η e = =0.88 η e =0.92 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 23 di 125

24 Sottosistemi di regolazione Solo Climatica (compensazione con sonda esterna) Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 24 di 125

25 Sottosistemi di regolazione Ambiente con regolatore Zona con regolatore Climatica + ambiente con regolatore Climatica + zona con regolatore Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 25 di 125

26 Sottosistemi di regolazione con quale logica???? ON-OFF (il comando dell attuatore avviene ogni volta si scenda sotto il valore di riferimento, per poi essere tolto appena questo viene superato) Proporzionale Derivativo PD (il comando all attuatore è proporzionale alla differenza tra comando e retroazione, oltre che tener conto della derivata delle variazioni, cioè della velocità con cui avvengono) Proporzionale Il PID regola l'uscita Integrale in base a: PID (aggiunge, rispetto al caso precedente, l operazione il valore del segnale di integrale; di errore in pratica (azione proporzionale); la somma di tutte le variazioni influenza la i regolazione valori passati di del uscita) segnale di errore (azione integrale); quanto velocemente il segnale di errore varia (azione derivativa). Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 26 di 125

27 Sottosistemi di regolazione Le perdite del sottosistema di regolazione si calcolano in base ai valori di rendimento del prospetto con la formula: 1 η Ql, rg = h l. e Wh η ' rg ( Q + Q ) [ ] rg Nel caso di regolazione manuale (termostato di caldaia), si possono utilizzare i valori della regolazione "Solo climatica" con una penalizzazione di 5 punti percentuali. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 27 di 125

28 Sottosistemi di regolazione - precisazioni Nel caso di regolazione climatica, i rendimenti sono funzione di: - η u = fattore di utilizzo degli apporti termici - γ = rapporto apporti gratuiti perdite Il fattore di utilizzo degli apporti gratuiti tiene conto del comportamento dinamico (inerzia termica) della struttura, generalmente calcolata secondo UNI EN 832: a η u 1 γ = 1 γ a+ 1 se γ 1 altrimenti se γ=1 η u a = a +1 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 28 di 125

29 Sottosistemi di regolazione - precisazioni a è legata alla costante di tempo della struttura τ c τ a = a c 0 + τ 0 fattore di utilizzo degli apporti termici Rapporto apporti termici/perdite Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 29 di 125

30 Sottosistemi di regolazione - ESEMPIO Scuola 1: Regolazione manuale con termostato in caldaia ed utilizzo di radiatori Costante di tempo edificio τ c = 5 h Metodo di calcolo stagionale a 0 = 0,8 e τ 0 = 28 h a = a Rapporto apporti gratuiti perdite γ = 0,5 η 5 28 τ 0 + c = 0,8 + = τ 0 a 1 γ a 1 γ 1 0,5 = 1 0,5 0,979 u = = + 1 1,979 0,979 0,660 η rg ( 0,6 η ) = 1 ( 0,6 0,66 0,5) 0, 802 = 1 γ = u Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 30 di 125

31 I circuiti di distribuzione dell acqua La distribuzione dell acqua negli impianti civili avviene mediante sistemi di tubazioni costituiti dal collegamento di testa di condotte aventi sezione circolare e dimensioni normalizzate. I tubi commerciali sono cilindrici, cavi, di materiale e spessore diverso e possono essere fra loro congiunti con differenti modalità. Nelle reti di tubazioni circola acqua a diversa temperatura. I materiali comunemente impiegati nei sistemi di tubazioni sono: acciaio nero, acciaio zincato, rame e materie plastiche. Acciaio nero: lega Fe-C UNI 8863 e 7287, UNI-ISO 4200 Coeff. di dilatazione termica: mm/m C. Acciaio zincato: spessore della zincatura compreso tra 0.15 e 0.20 mm. Rame: rame puro al 99.9% - UNI 5649 e Coeff. di dilatazione termica: mm/m C. Materiali plastici: PVC, polietilene, polipropilene, polibutene, UNI 7741, 7611, 7990, 8318, 9338 Coeff. di dilatazione da 0.05 a mm/m C. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 31 di 125

32 I circuiti di distribuzione dell acqua L acqua è da intendersi di acquedotto, incolore, inodore, insapore, alla temperatura standard di 15 C solidificazione a 0 C, evaporazione a 100 C massa volumica (4 C) = 1 kg/dm 3 calore specifico = 4186 J/kgK = 1,163 Wh/kgK conducibilità termica = W/mK viscosità cinematica (100 C) = m 2 /s Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 32 di 125

33 I circuiti di distribuzione dell acqua I sistemi di tubazioni a circuito aperto trasferiscono l acqua dalla sorgente all utenza mettendola, in qualche punto del circuito, a contatto con l atmosfera. I circuiti aperti possono essere: a pressione (se la pressione totale è fornita da un mezzo meccanico, ad esempio le elettropompe), a caduta (se l acqua proviene da un serbatoio sopraelevato rispetto all utenza), misti (se l acqua viene pompata ai serbatoi di raccolta e quindi distribuita a caduta) In un circuito chiuso, l acqua in circolazione è teoricamente sempre la stessa. Per tale motivo sono necessarie tubazioni di andata e di ritorno. La rete di distribuzione è praticamente sempre un anello ed, a causa dei gradienti di temperatura presenti, sarà sempre collegato ad un recipiente atto a contenere le conseguenti variazioni di volume (vaso di espansione). Le reti di distribuzione, che uniscono la sorgente energetica alle utenze mediante sistemi di tubazioni nelle quali si muove acqua a circolazione forzata possono essere classificate in distribuzione: i) monotubo, ii) a due tubi, iii) a tre tubi, iv) a quattro tubi. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 33 di 125

34 I circuiti di distribuzione dell acqua Distribuzione monotubo Utilizzata generalmente negli impianti di riscaldamento di tipo autonomo. L alimentazione in serie è ormai sostituita dal collegamento in derivazione. L acqua che entra nel primo corpo scaldante è una parte della portata totale; l acqua che entra nel secondo terminale è, a sua volta, parte della portata totale, risultante però dalla miscela tra l acqua meno calda che esce dal precedente e quella parte che ha proseguito nell anello con la temperatura iniziale. Le alimentazioni successive dei terminali di uno stesso anello avvengono a temperature sempre minori. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 34 di 125

35 I circuiti di distribuzione dell acqua Distribuzione monotubo Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 35 di 125

36 I circuiti di distribuzione dell acqua Distribuzione a due tubi Tipologia più diffusa nel caso si voglia trasferire ai terminali acqua calda o refrigerata. Indifferentemente adottata sia negli impianti unifamiliari che in quelli centralizzati, dalla più modesta alla più elevata estensione. Nel caso di elevate estensioni la rete di distribuzione (distribuzione orizzontale e montanti o colonne) è sempre costituita da una tubazione di mandata ed una tubazione di ritorno, che riconduce il fluido termovettore alla centrale. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 36 di 125

37 I circuiti di distribuzione dell acqua Impianti autonomi Impianti centralizzati a distribuzione orizzontale a montanti in traccia nei paramenti interni o nell intercapedine Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 37 di 125

38 I circuiti di distribuzione dell acqua impianti centralizzati con distribuzione a colonne montanti e regolazione climatica centrale o manuale. Particolare del collegamento del corpo scaldante alla colonna montante. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 38 di 125

39 I circuiti di distribuzione dell acqua Distribuzione a due tubi Nel caso di impianti di modesta estensione, la configurazione più comune è a collettore (o a margherita). Esso è rappresentato da due collettori (andata e ritorno) collegati da un lato alla sorgente energetica e dall altro ai terminali. Il collegamento ai terminali è costituito da tante coppie di tubi di andata e ritorno quanti sono i terminali stessi, aventi diametri diversi e passanti sotto pavimento o sotto traccia. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 39 di 125

40 I circuiti di distribuzione dell acqua Particolare della cassetta di zona impianti centralizzati con distribuzione orizzontale e regolazione climatica centrale (eventuale regolazione di zona con valvola di zona e contatore). Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 40 di 125

41 I circuiti di distribuzione dell acqua impianti individuali con generatore autonomo con regolazione manuale o con regolazione di zona a mezzo cronotermostato ambiente Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 41 di 125

42 I circuiti di distribuzione dell acqua Distribuzione a tre tubi E attualmente abbandonata. E stata proposta (ed in alcuni casi applicata) ad impianti di condizionamento ad o ventilconvettori, in cui l alimentazione avveniva con due tubazioni distinte (una per il caldo ed una per il freddo), ma con ritorno unico. Ogni terminale era dotato di elettrovalvola a tre vie che, comandata da un sensore ambiente, sceglieva il freddo o il caldo. Le caratteristiche dell impianto non compensavano il lieve risparmio di materiale. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 42 di 125

43 I circuiti di distribuzione dell acqua Distribuzione a tre tubi con ritorno rovescio (Tichelmann) E una configurazione di uso comune. I terminale vengono allacciati in ordine crescente alle mandate ed in ordine decrescente ai ritorni. La rete è automaticamente equilibrata dal momento che le tubazioni sono di uguale lunghezza per tutti i terminali. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 43 di 125

44 Sottosistemi di distribuzione La determinazione delle perdite di distribuzione può essere effettuata: 1) mediante il ricorso a dati precalcolati ricavati da prospetti in base alle principali caratteristiche del sottosistema (Valutazione standard); 2) mediante il metodo descritto nell'appendice A della UNI TS 11300/2 (Valutazione di progetto) 3) mediante metodi analitici descritti nelle norme pertinenti (Valutazione di progetto). 1 ηd Ql, d = Qhr [ Wh] η d Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 44 di 125

45 Rendimenti di distribuzione IMPIANTI AUTONOMI IMPIANTI CENTRALIZZATI DIST. ORIZZONTALE Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 45 di 125

46 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 46 di 125

47 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 47 di 125

48 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 48 di 125

49 Rendimenti di distribuzione I valori dei prospetti si riferiscono a distribuzione con temperatura variabile, con temperature di mandata e ritorno di progetto, rispettivamente di 80 C e 60 C. Per temperature di progetto differenti si applicano i coefficienti di correzione dei rendimenti del prospetto seguente. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 49 di 125

50 Rendimenti di distribuzione - ESEMPIO Scuola xx: Realizzazione 1980 Piani 2 Impianto di distribuzione con montanti in traccia nei paramenti Temperatura di mandata = 70 C Temperatura ritorno 55 C Dal prospetto 21d risulta: η d = 0,913 Dal prospetto 22, il coefficiente corretto risulta: η d,cor = η d *[1-(1-η d )*0,85] = = 0,913*[1-(1-0,913)0,85] = = 0,913*0,926 = 0,845 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 50 di 125

51 Sistemi di generazione da fonte tradizione Generalità Parte 2 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 51 di 125

52 Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi secondo DPR 96 ALLEGATO II - ATTRIBUZIONE DELLE MARCATURE DI RENDIMENTO ENERGETICO Alla potenza nominale Pn e ad una temperatura media dell'acqua della caldaia di 70 C A carico parziale di 0,3 Pn e ad una temperatura media dell'acqua della caldaia 50 C Marcatura * 84+2log(Pn) 80+3log(Pn) Marcatura ** 87+2log(Pn) 83+3log(Pn) Marcatura *** 90+2log(Pn) 86+3log(Pn) Marcatura **** 93+2log(Pn) 89+3log(Pn) ESEMPIO Una caldaia marcata 2 **, con potenza nominale 400 kw, avrà un rendimento certificato pari a: 87+2*log(400) = 92,2 % quando lavora alla sua Pn 83+3*log(400) = 90,8 % quando lavora a carico parziale di 0,3Pn Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 52 di 125

53 Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi secondo UNI e norme di prodotto (UNI EN 297 e UNI EN 483) APPARECCHIO TIPO B Apparecchio previsto per il collegamento a canna fumaria o a dispositivo di scarico dei prodotti della combustione all'esterno del locale in cui l'apparecchio è installato. Il prelievo dell'aria comburente avviene nel locale di installazione e lo scarico dei prodotti della combustione all'esterno del locale stesso. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 53 di 125

54 Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi secondo UNI e norme di prodotto (UNI EN 297 e UNI EN 483) APPARECCHIO TIPO C Apparecchio il cui circuito di combustione (prelievo aria comburente, camera di combustione, scambiatore di calore e scarico dei prodotti della combustione) è a tenuta rispetto allocale in cui l'apparecchio è installato. Il prelievo dell'aria comburente e lo scarico dei prodotti della combustione avvengono direttamente all'esterno del locale. Caldaia di tipo C collegata, mediante i suoi condotti, ad un terminale installato orizzontalmente alla parete o sul tetto. Gli orifizi dei condotti sono concentrici oppure abbastanza vicini da essere esposti a condizioni di vento paragonabili. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 54 di 125

55 Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi secondo UNI e norme di prodotto (UNI EN 297 e UNI EN 483) APPARECCHIO TIPO C Apparecchio il cui circuito di combustione (prelievo aria comburente, camera di combustione, scambiatore di calore e scarico dei prodotti della combustione) è a tenuta rispetto allocale in cui l'apparecchio è installato. Il prelievo dell'aria comburente e lo scarico dei prodotti della combustione avvengono direttamente all'esterno del locale. Caldaia di tipo C collegata, mediante i suoi condotti, ad un terminale installato verticalmente. Gli orifizi dei condotti sono concentrici oppure abbastanza vicini da essere esposti a condizioni di vento paragonabili. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 55 di 125

56 Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi secondo UNI e norme di prodotto (UNI EN 297 e UNI EN 483) APPARECCHIO TIPO C Apparecchio il cui circuito di combustione (prelievo aria comburente, camera di combustione, scambiatore di calore e scarico dei prodotti della combustione) è a tenuta rispetto allocale in cui l'apparecchio è installato. Il prelievo dell'aria comburente e lo scarico dei prodotti della combustione avvengono direttamente all'esterno del locale. Caldaia di tipo C collegata, mediante i suoi condotti separati, a due terminali che possono sboccare in zone a pressione diversa. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 56 di 125

57 Sottosistema di generazione Classificazione degli apparecchi secondo UNI e norme di prodotto (UNI EN 297 e UNI EN 483) APPARECCHIO TIPO C Apparecchio il cui circuito di combustione (prelievo aria comburente, camera di combustione, scambiatore di calore e scarico dei prodotti della combustione) è a tenuta rispetto allocale in cui l'apparecchio è installato. Il prelievo dell'aria comburente e lo scarico dei prodotti della combustione avvengono direttamente all'esterno del locale. Caldaia di tipo C collegata, mediante i suoi condotti ed eventualmente mediante un raccordo, ad un terminale eli alimentazione eli aria e raccordata ad un camino singolo o ad una canna fumaria collettiva. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 57 di 125

58 Sottosistema di generazione Le perdite di generazione dipendono: 1) dalle caratteristiche del generatore di calore 2) dalle modalità di inserimento del generatore nell'impianto dal suo dimensionamento rispetto al fabbisogno dell'edificio dalle modalità di installazione dalla temperatura dell'acqua (media e/o di ritorno al generatore) nelle condizioni di esercizio (medie mensili). Il rendimento medio stagionale di produzione differisce quindi dai rendimenti a pieno carico ed a carico parziale ottenuti con prove di laboratorio secondo le norme di riferimento. La UNI TS 11300/2 prevede la determinazione del rendimento di generazione: 1. mediante prospetti contenenti valori precalcolati per le tipologie più comuni di generatori di calore in base al dimensionamento e alle condizioni d'installazione 2. mediante metodi di calcolo. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 58 di 125

59 Sottosistema di generazione Qualora non si identifichi la tipologia del generatore tra quelle dei prospetti o quando le condizioni al contorno non siano comprese tra quelle indicate, si deve ricorrere al calcolo. Legenda dei fattori di correzione: F1 = rapporto fra la potenza del generatore installato e la potenza di progetto richiesta. Per generatori modulanti, F1 si determina con riferimento alla potenza minima regolata F2 = installazione all'esterno F3 = camino di altezza maggiore di 10 m F4 = temperatura media di caldaia maggiore di 65 C in condizioni di progetto Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 59 di 125

60 Sottosistema di generazione Qualora non si identifichi la tipologia del generatore tra quelle dei prospetti o quando le condizioni al contorno non siano comprese tra quelle indicate, si deve ricorrere al calcolo. Legenda dei fattori di correzione: F1 = rapporto fra la potenza del generatore installato e la potenza di progetto richiesta. Per generatori modulanti, F1 si determina con riferimento alla potenza minima regolata F2 = installazione all'esterno F4 = temperatura media di caldaia maggiore di 65 C in condizioni di progetto Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 60 di 125

61 Sottosistema di generazione Qualora non si identifichi la tipologia del generatore tra quelle dei prospetti o quando le condizioni al contorno non siano comprese tra quelle indicate, si deve ricorrere al calcolo. Legenda dei fattori di correzione: F1 = rapporto fra la potenza del generatore installato e la potenza di progetto richiesta. Per generatori modulanti, F1 si determina con riferimento alla potenza minima regolata F2 = installazione all'esterno F4 = temperatura media di caldaia maggiore di 65 C in condizioni di progetto F5 = generatore monostadio F6 = camino di altezza maggiore di 10 m in assenza di chiusura dell'aria comburente all'arresto (non applicabile ai premiscelati) Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 61 di 125

62 Sottosistema di generazione Qualora non si identifichi la tipologia del generatore tra quelle dei prospetti o quando le condizioni al contorno non siano comprese tra quelle indicate, si deve ricorrere al calcolo. Legenda dei fattori di correzione: F1 = rapporto fra la potenza del generatore installato e la potenza di progetto richiesta. Per generatori modulanti, F1 si determina con riferimento alla potenza minima regolata F2 = installazione all'esterno (nel caso di installazione di caldaie a condensazione con accumulo in esterno, il fattore F2 è pari a -3) F5 = generatore monostadio F7 = temperatura di ritorno in caldaia nel mese più freddo Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 62 di 125

63 Sottosistema di generazione - Metodo semplificato di calcolo 1. Calcolo del fabbisogno in uscita dal generatore Q gn,out = Q h + Q l,e + Q l,r + Q l,d In assenza di accumulo si ha Q gn,out = Q d,in 2. Calcolo della potenza media stagionale del generatore Φ gn,avg = Q gn,out /t gn assumendo t gn = 24 numero di giorni legali di riscaldamento 3. Calcolo della potenza nominale richiesta al generatore Φ gn = Φ gn,avg /FC clima dove FC clima è il fattore climatico di carico medio stagionale della località considerata definito come rapporto la differenza di temperatura media stagionale tra interno ed esterno e la differenza di temperatura tra interno ed esterno di progetto In mancanza di tale dato si può assumere FC clima = 0,5 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 63 di 125

64 Sottosistema di generazione - Metodo semplificato di calcolo 4. Calcolo del fattore di carico medio del generatore FC gn,u = Φ gn,avg /Φ Pn dove Φ Pn è la potenza termica utile nominale del generatore installato 5. Calcolo del fattore di dimensionamento del generatore F1 = Φ Pn /Φ gn 6. Calcolo delle perdite di generazione Q l,gn In base ai prospetti 23, al fattore F1 (punto precedente) ed agli altri fattori relativi all'installazione del generatore 7. Calcolo del fabbisogno stagionale di energia del generatore di calore Q gn,out + Q l,gn Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 64 di 125

65 Sottosistema di generazione - Metodo semplificato di calcolo 8. Calcolo della potenza elettrica degli ausiliari del generatore W gn,aux = G + H *Φ Pn n [W] Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 65 di 125

66 Sottosistema di generazione - Metodo semplificato di calcolo 9. Calcolo della potenza elettrica di eventuale pompa primaria W gn Φcn, PO, pr = c4 + c5 [ W ] 1000 n e con Φ cn pari alla potenza al bruciatore (focolare) 10. Calcolo della potenza complessiva degli ausiliari elettrici W aux,t = W gn,aux + W gn,po,pr 11. Calcolo del fabbisogno di energia elettrica degli ausiliari Q aux,t = FC u,gn * W aux,t * t gn Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 66 di 125

67 Fabbisogni di energia elettrica dei sottosistemi degli impianti di riscaldamento Q H,aux = Q aux,e + Q aux,d + Q aux,gn EMISSIONE DISTRIBUZIONE GENERAZIONE Qaux,r = REGOLAZIONE = 0 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 67 di 125

68 Sottosistema di emissione Nel tempo t gn considerato, il fabbisogno di energia elettrica, in Wh, è: Q aux,e =t gn *P vn se ventola sempre in funzione; Q aux,e =FC U *t gn *P vn se il ventilatore si arresta al raggiungimento della T desiderata FC U = P g,rea / P g,nom Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 68 di 125

69 Sottosistema di distribuzione Il fabbisogno di energia elettrica per la distribuzione del fluido termovettore Q aux,d con elettropompe è dato in kwh da: tpo Fv PPO, d Qaux, d = 1000 dove: P PO,d è la potenza elettrica della pompa nelle condizioni di progetto [W] t PO è il tempo convenzionale di attivazione della pompa e si assume [h] pari a: t PO =FC*t gn nel caso in cui è previsto l arresto della pompa alla fermata del generatore, durante il tempo di attivazione dello stesso t PO = t gn nel caso in cui la pompa sia sempre in funzione durante il tempo di attivazione del generatore F v è un fattore che tiene conto della variazione di velocità della pompa secondo il prospetto seguente Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 69 di 125

70 Sottosistema di distribuzione La procedura descritta richiede che si devono reperire i dati di potenza elettrica delle pompe o dei ventilatori (distribuzione aria calda). Quando necessiti un'esatta determinazione dei consumi elettrici della rete di distribuzione, con ristretti margini di errore, si deve ricorrere a misure in campo. Quando ciò non sia possibile si può ricorrere a stime basate sulle portate, prevalenze e rendimenti delle pompe o dei ventilatori. TRASCURATO IN QUESTA SEDE Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 70 di 125

71 ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS Fabbisogno annuo di energia termica utile = kwh Volume riscaldato = 8160 m 3 Superficie utile = 1860 m 2 Impianto di riscaldamento: GENERATORE MULTISTADIO E MODULANTE, TRADIZIONALE kw Recuperatore di calore: NO Sistema di emissione: RADIATORI in alluminio SU PARETE ESTERNA ISOLATA (U=0,62 W/m 2 K) Temperatura di mandata = 80 C Sistema: CON FUNZIONAMENTO CONTINUO per 14h Sistema di regolazione: SINGOLO AMBIENTE TIPOLOGIA DI REGOLAZIONE ON-OFF Sistema di distribuzione: ORIZZONTALE installato PRIMA DEL 1976 Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI = 0,8 kw Tempo convenzionale di esercizio dei terminali di emissione = 24 h al giorno, dal 15 novembre al 31 marzo = 3288 h/anno Carico termico medio annuo = h anno Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 71 di 125 Wh anno 3 [ m ] W = 13,3 m 3

72 ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS Fabbisogno annuo di energia termica utile = kwh Volume riscaldato = 8160 m 3 Superficie utile = 1860 m 2 Impianto di riscaldamento: GENERATORE MULTISTADIO E MODULANTE, TRADIZIONALE kw Recuperatore di calore: NO Sistema di emissione: RADIATORI in alluminio SU PARETE ESTERNA ISOLATA (U=0,62 W/m 2 K) Temperatura di mandata = 80 C Sistema: CON FUNZIONAMENTO CONTINUO per 14h Sistema di regolazione: SINGOLO AMBIENTE TIPOLOGIA DI REGOLAZIONE ON-OFF Sistema di distribuzione: ORIZZONTALE installato PRIMA DEL 1976 Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI = 0,8 kw Rendimento di emissione η e =0,92 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 72 di 125

73 ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS Fabbisogno annuo di energia termica utile = kwh Volume riscaldato = 8160 m 3 Superficie utile = 1860 m 2 Impianto di riscaldamento: GENERATORE MULTISTADIO E MODULANTE, TRADIZIONALE kw Recuperatore di calore: NO Sistema di emissione: RADIATORI in alluminio SU PARETE ESTERNA ISOLATA (U=0,62 W/m 2 K) Temperatura di mandata = 80 C Sistema: CON FUNZIONAMENTO CONTINUO per 14h Sistema di regolazione: SINGOLO AMBIENTE TIPOLOGIA DI REGOLAZIONE ON-OFF Sistema di distribuzione: ORIZZONTALE installato PRIMA DEL 1976 Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI = 0,8 kw Rendimento di regolazione η d = 0,94 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 73 di 125

74 ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS Fabbisogno annuo di energia termica utile = kwh Volume riscaldato = 8160 m 3 Superficie utile = 1860 m 2 Impianto di riscaldamento: GENERATORE MULTISTADIO E MODULANTE, TRADIZIONALE kw Recuperatore di calore: NO Sistema di emissione: RADIATORI in alluminio SU PARETE ESTERNA ISOLATA (U=0,62 W/m 2 K) Temperatura di mandata = 80 C Sistema: CON FUNZIONAMENTO CONTINUO per 14h Sistema di regolazione: SINGOLO AMBIENTE TIPOLOGIA DI REGOLAZIONE ON-OFF Sistema di distribuzione: ORIZZONTALE installato PRIMA DEL 1976 Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI = 0,8 kw Rendimento di distribuzione η d = 0,958 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 74 di 125

75 ESEMPIO RIASSUNTIVO SCUOLA xx (Cassino 137 giorni legali di riscaldamento): Generatore di calore per: RISCALDAMENTO + ACS Fabbisogno annuo di energia termica utile = kwh Volume riscaldato = 8160 m 3 Superficie utile = 1860 m 2 Impianto di riscaldamento: GENERATORE MULTISTADIO E MODULANTE, TRADIZIONALE kw Recuperatore di calore: NO Sistema di emissione: RADIATORI in alluminio SU PARETE ESTERNA ISOLATA (U=0,62 W/m 2 K) Temperatura di mandata = 80 C Sistema: CON FUNZIONAMENTO CONTINUO per 14h Sistema di regolazione: SINGOLO AMBIENTE TIPOLOGIA DI REGOLAZIONE ON-OFF Sistema di distribuzione: ORIZZONTALE installato PRIMA DEL 1976 Sistema ausiliario asservito al generatore: POTENZA AUSILIARI = 0,8 kw Rendimento di generazione η d = 0,88 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 75 di 125

76 ESEMPIO RIASSUNTIVO Fabbisogno annuo di energia termica utile Q h = [kwh] Rendimento di emissione stimato η e = 92% Perdite sistema di emissione: Energia resa disponibile al sistema di emissione: Q h + Q l,e = ,3 [kwh] Rendimento di regolazione stimato η e = 94% Perdite sistema di regolazione: Energia in uscita dal sistema di distribuzione : = Q h + Q l,e + Q l,r = ,8 [kwh] Rendimento di distribuzione stimato η e = 95,8% Perdite sistema di distribuzione: Energia in uscita dal sistema di generazione: = Q h + Q l,e + Q l,r +Q l,d = = ,0 [kwh] +21% Potenza media stagionale: Potenza nominale richiesta al generatore: ' ' 1 ηe Ql, e = Qh = 31038, 3 η e [ kwh] ' ' ' 1 ηr Ql, r = ( Qh + Ql, e) = 24764, 6 η Φ Q = ( Q + Q r + Q 1 η [ kwh] ' ' ' ' d l, d h l, e l, r ) = 18095, 2 ηd Q t gn, out gn, avg = = = 131, 0 gn Φ [ kwh] Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 76 di 125 Φ FC [ kw ] 131 gn, avg gn = = = 262, 0 c lim a 0,5 [ kw ]

77 ESEMPIO RIASSUNTIVO Fattore di carico medio del generatore: Fattore di dimensionamento del generatore: Rendimento di generazione stimato η gn = 88% Perdite sistema di generazione: Q gn, avg FC gn, u = = = Φ Pn 1 η 0,437 ' ' ' ' gn ( Q + Q + Q + Q ) 58750, [ kwh] ' l, gn = h l, e l, r l, d = 6 ηgn Energia in ingresso al generatore: = Q h + Q l,e + Q l,r + Q l,d + Q l,gn = [kwh] +37% Φ 1 Φ Pn 300 F = = 1,15 Φ 262 = gn Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 77 di 125

78 ESEMPIO RIASSUNTIVO Fabbisogno annuo di energia termica utile Q h = [kWh] Energia in ingresso al generatore: = Q h + Q l,e + Q l,r + Q l,d + Q l,gn = ,7 [kwh] η imp Q ' = h = η ' ' ' ' ' e ηr ηd η Q +, +, +, + gn h Ql e Ql r Ql d Ql, gn = 72,9% Nel bilancio energetico complessivo vanno poi aggiunte le perdite elettriche!!!! Q H,aux = Q aux,e + Q aux,d + Q aux,gn Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 78 di 125

79 ESEMPIO RIASSUNTIVO Consumi di energia elettrica ausiliari sistema di emissione: Q aux,e = 0 [kwh] radiatori Consumi di energia elettrica ausiliari sistema di regolazione: Q aux,r = 0 [kwh] Consumi di energia elettrica ausiliari sistema di distribuzione: Q tpo Fv PPO, d , d = = 2630,4 [ kwh] aux = Consumi di energia elettrica ausiliari sistema di generazione: W Φcn , PO, pr = c4 + c5 = [ W ] gn = Q Waux, Pn t = 1000 n ( ) gn gn, aux = = 4892, 5 [ kwh] Q H,aux = Q aux,e + Q aux,d + Q aux,gn = 7522,9 [kwh] Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 79 di 125

80 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 80 di 125

81 I fattori di conversione energetici Per ogni vettore energetico è previsto un fattore di conversione in energia primaria. Esso tiene conto anche dei contributi di consumo derivanti dall estrazione, lavorazione, stoccaggio e trasporto degli stessi vettori. Nel caso dell energia elettrica, il fattore di conversione tiene conto del rendimento medio di generazione del sistema elettrico nazionale e delle perdite medie di trasmissione sul territorio nazionale. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 81 di 52

82 I fattori di conversione energetici La tonnellata equivalente di petrolio (TEP) rappresenta la quantità di energia rilasciata dalla combustione di una tonnellata di petrolio grezzo e vale, secondo l IEA/OCSE, 41,868 GJ, pari a 11,630 MWh. In Italia il M.A.P. ha fissato con D.M. del 20/07/2004 : 1 TEP = 41,860 GJ Trattasi ovviamente di un valore convenzionale, mediato tra le diverse varietà di petrolio, con diversi poteri calorifici. Il barile equivalente di petrolio, è fissato convenzionalmente pari a 0,146 TEP (una tonnellata di petrolio corrisponde a circa 6,841 barili). Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 82 di 52

83 I fattori di conversione energetici L'Autorità per l Energia Elettrica e il Gas (AEEG), con Delibera EEN 3/08 del 20/03/2008, ha fissato il fattore di conversione dell'energia elettrica in energia primaria pari a: 0,187 x 10-3 TEP/kWh In sostanza per ogni MWh elettrico (1000 kwh) prodotto, vengono mediamente consumati, nelle centrali italiane, 0,187 TEP. Ciò implica l aver fissato il rendimento del sistema nazionale di produzione e distribuzione dell'energia elettrica al valore di: 1 kwh, e 2,174 kwh, p η ele, ITA = 46% Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 83 di 52

84 I fattori di conversione energetici UNI EN 15603: Prestazione energetica degli edifici - Consumo energetico globale e definizione dei metodi di valutazione energetica Vettore energetico Fattore di conversione da kwh,v.e. a kwh,p Gasolio 1 Olio combustibile 1 Gas naturale 1 GPL 1 Carbone 1 Biomasse 0,5 Energia elettrica da rete nazionale 2,174 Energia elettrica autoprodotta (cogenerazione) 1 Energia elettrica autoprodotta (da fonti rinnovabili, fotovoltaico, ecc) Energia termica autoprodotta (da solare termico) 0 0 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 84 di 52

85 I fattori di conversione ambientali Il fattore universalmente adottato per quantificare le emissioni di gas serra è la tonco 2 Le tco 2 per kwh di energia elettrica prodotta sono, ovviamente, funzione del cosiddetto mix energetico nazionale, il quale rappresenta le quote di produzione di energia per le varie tecnologie impiegate. Per il nostro Paese il fattore di conversione è pari a 0,44 tonnellate di CO 2 emesse per ogni MWh prodotto (Rapporto ambientale ENEL 2009). Per gli altri combustibili devono essere utilizzati i fattori di emissione riportati nella tabella tratta dalla Decisione della Commissione 2001/405/CE: Equivalenti di CO2 fossile relativi alle fonti di energia non rinnovabili Carbone 95 gco 2 /MJ Petrolio greggio 73 gco 2 /MJ Olio combustibile 1 74 gco 2 /MJ Olio combustibile gco 2 /MJ Benzina 69 gco 2 /MJ Gas naturale 56 gco 2 /MJ 15,6 gco 2 /kwh Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 85 di 52

86 Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 86 di 125

87 Il collettore solare piano Pannelli solari termici piani, per ACS e integrazione con l impianto di riscaldamento (Centro-Sud Italia) Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 87 di 52

88 Il collettore solare piano un assorbitore (selettivo?), costituito da una sottile lastra di rame rivestita, o verniciata di nero nelle versioni più economiche tubi in rame o in alluminio (nelle versioni più economiche) per ottenere un buon assorbimento dell energia solare saldature ad ultrasuoni per garantire un buon trasferimento termico tra l assorbitore e i tubi contenenti l acqua da scaldare Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 88 di 52

89 Il collettore solare un contenitore esterno generalmente in alluminio anodizzato per renderlo resistente alla corrosione negli anni, sul cui colore è generalmente possibile intervenire al fine di renderlo accattivante esteticamente un isolamento inferiore e laterale in lana di vetro o di roccia (> 4 cm e parte superiore rivestita con foglio di alluminio): per garantire un ottimo isolamento dell assorbitore dall esterno un profilo in gomma EPDM e silicone per garantirne l impermeabilità vetro solare temperato e a basso contenuto di ferro Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 89 di 52

90 L assorbitore UNI 12975/2 η = η a 0 1 ( t m t G a ) a 2 ( t G m t G a ) 2 la differenza tra un pannello e l altro, diventa significativa nei mesi freddi, dove l accuratezza nella scelta e nella lavorazione dei vari componenti diventa cruciale per garantire un rendimento mediamente buono su tutto l anno solare! Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 90 di 52

91 L assorbitore 95% 88% 95% 8% I pannelli solari con assorbitore di rame (o di alluminio) verniciato di nero, presentano un basso rendimento, in quanto la semplice vernice nera non riesce a convertire tutte le gamme di frequenza di cui la luce è composta, per cui gran parte dell energia viene riflessa, e quindi sprecata. Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 91 di 52

92 L assorbitore L utilizzo di una sottile lastra di rame, rivestita in materiale selettivo: - Ossidi di Al con pigmentazione al Ni ottenuti con procedimento galvanico - Cromo nero con strato di Ni sul rame - Cromo nero direttamente su rame - Solfuro di cobalto/ossido su lamiera di acciaio - TINOX, CERMET applicati sotto vuoto Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 92 di 52

93 L assorbitore Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 93 di 52

94 Il fluido termovettore Acqua: può essere usato direttamente come acqua calda sanitaria, oppure può cedere il suo calore in uno scambiatore (nel caso venga addizionata di antigelo o l'acqua di rete contenga troppi ioni Cloro e ioni metallici, come ioni Rame e Ferro, che notoriamente provocano corrosione). Modulo 3 - Impianti termici e da Fonti Rinnovabili Diapositiva n. 94 di 52