INTERVENIRE OGGI Un Investimento Sicuro per il Domani Piacenza 24 Giugno 2016

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1 ENERGIA 2.0 Pompe di Calore Elioassistite e Sistemi Efficienti L'ENERGIA RINNOVABILE DEL SOLARE IBRIDO E LA SUA INTEGRAZIONE EFFICIENTE NEL SISTEMA EDIFICIO-IMPIANTO INTERVENIRE OGGI Un Investimento Sicuro per il Domani Piacenza 24 Giugno 2016 Entropia Zero Srl Via G. Rossini 3, Busto Arsizio (VA) Tel Fax Web

2 INDICE INTEVENTO Il solare ibrido e Termico al servizio delle pompe di calore. 2. Dimensionamento di un Impianto Solare ibrido in abbinamento ad una pompa di calore elio-assistita. 3. Sistemi impiantistici con solare ibrido integrato con altre fonti energetiche in particolare geotermia compatta e recupero calore da accumuli di acqua piovana e di scarico. 4. Massimizzazione della produzione elettrica asservita ai fabbisogni e cenni sui sistemi di Accumulo. 5. Sistemi di Termoregolazione e gestione Impianti. 6. Strumenti propedeutici ad una corretta progettazione: diagnosi energetiche (Audit) e Firme Energetiche. 7. Il monitoraggio ed il controllo continuo degli impianti.

3 TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) POMPE DI CALORE Tra i generatori di energia termica efficienti meritano il podio al primo posto le pompe di calore La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire (pompare) calore da un sistema (sorgente fredda) a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta Permette quindi, attraverso un piccolo consumo di energia elettrica, di supplire al riscaldamento e alle richieste di acqua calda sanitaria (ACS) degli appartamenti ed uffici ed altri usi.

4 TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) POMPE DI CALORE Il vantaggio nell'uso delle pompe di calore risiede nella loro capacità di fornire più energia termica (calore) rispetto al consumo elettrico necessario. Questo concetto è la base dell'efficienza della pompa di calore misurata tramite il COP (coefficiente di prestazione), che rappresenta il rapporto tra l'energia fornita sotto-forma di calore rispetto all'energia elettrica spesa. COP=Q fornito/e elettrica spesa Il valore del COP dipende in modo sensibile dalla Temperatura della Sorgente Fredda

5 TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) POMPE DI CALORE

6 TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) POMPE DI CALORE Il COP è molto sensibile alla temperatura della sorgente fredda, nell esempio sopra passando da una temperatura della sorgente fredda di 0 C a 5 C otteniamo un innalzamento del COP di quasi il 15% (da 3,35 a 3,84)

7 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) POMPA DI CALORE

8 TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) pompe di calore Radiazione Solare Modulo Fotovoltaico = Energia elettrica Piastra Alluminio Roll-Bond = Energia Termica Modulo Solare Ibrido (Termofotovoltaico) Elettricità + = Calore Fonte inesauribile e gratuita Superficie Captante Anteriore Superficie Captante Posteriore Funzionalità di Sonda geotermica Aerea

9 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) POMPE DI CALORE ELIOASSISTITA L idea nuova è quella di utilizzare il modulo solare ibrido come sonda aerea per lo scambio termico all interno di pompa di calore di tipo acqua-acqua. Come abbiamo già visto nelle slide precedenti il COP dipende fortemente dalla temperatura della sorgente esterna che grazie all energia termica recuperata dal modulo ibrido manteniamo mediamente più alta a livello stagionale di qualsiasi altra fonte esterna utilizzata normalmente dalla pompa di calore (aria,acqua di sonda geotermica etc) Scambiatore a piastre con funzioni di evaporatore

10 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) POMPE DI CALORE ELIOASSISTITA E quando il sole non è presente? Sfruttiamo l elevata capacità della tecnologia Roll Bond di scambiare calore per irraggiamento dell ambiente circostante. Abbiamo già visto che la Potenza mediamente recuperata dal Modulo Ibrido varia tra i W/mq con T=6 C Dove T=6 C=(Temperatura operante ambiente T fluido nel collettore) Di conseguenza nella peggiore delle ipotesi il rendimento della pompa di calore è pari a quello di una macchina che recupera calore dall aria esterna senza problemi però di sbrinamento e quindi cicli inversi del gas refrigerante. Scambiatore a piastre con funzioni di evaporatore

11 TECNOLOGIA SOLARE IBRIDA (PVT) Dimensionamento Impianto 1) Abitazione in provincia di Roma di 150mq classificata in classe energetica D (90kWh/mqxanno) con fabbisogno energetico per riscaldamento di circa kWh con fabbisogno annuale di energia elettrica di c.a kwh 2) Abitazione con fabbisogno giornaliero di acqua calda sanitaria pari a 300 Litri con temperatura media di erogazione di 45 C 3) Impianto esistente: Caldaia a Gas Metano con produzione istantanea di acqua calda sanitaria kwh/mq/day gennaio 2,6 febbraio 3,79 marzo 4,93 aprile 5,81 maggio 6,69 giugno 7,43 luglio 7,81 agosto 7,23 settembre 5,72 ottobre 4,34 novembre 2,98 dicembre 2,49 Angolo di Tilt 20, Azimuth 0 Impianto Proposto (6,24kWe 21,6kWth): -24 Moduli Solari Ibridi -Inverter CC/CA con Potenza MAX in Uscita di 6000W -Bollitore Sanitario da 300 litri -Volano Termico Lit 500 posto su sorgente fredda -Pompa di calore di tipo acqua-acqua elioassistita -Energia Elettrica Prodotta su Base Annua c.a kwh di cui il 55% in autoconsumo ed il 45% immesso in rete con meccanismo di scambio sul Posto -Copertura fabbisogno di acqua calda sanitaria c.a. 80% -Copertura fabbisogno di acqua calda per riscaldamento 100% -Consumo stimato Pompa di Calore kwh/anno Fabbisogno Riscaldamento kwh gennaio 3037,5 febbraio 2362,5 marzo 1350 aprile 675 maggio 0 giugno 0 luglio 0 agosto 0 settembre 0 ottobre 675 novembre 2362,5 dicembre 3037,5

12 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Dimensionamento Impianto numeri

13 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Dimensionamento Impianto numeri Nell ipotesi che tutta l energia solare possa essere sfruttata!

14 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Schema di Impianto

15 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) POMPE DI CALORE ELIOASSISTITA E se la Potenza Solare ibrida non è sufficiente? Potenza Solare ibrida nella Peggiore delle situazioni si calcola come Superficie Moduli x 120 W ( T=6 C) Esempio: 24 moduli x 1,5 = 36mq x 120 = 4300W Potenza Resa ~6500W (COP ~ 3) Possiamo integrare con altre fonti quali: Geotermia compatta di Superficie Scambiatori immersi in vasche di accumulo acqua piovana o acqua di scarico (acque grigie) Scambiatore a piastre con funzioni di evaporatore

16 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) RICARICA TERRENO (BATTERIA TERMICA) GEOBOND la sonda geotermica compatta studiata e realizzata per massimizzare il funzionamento e le prestazioni delle pompe di calore elio-assistite. Con poco spazio di terreno e poco costo si riesce ad integrare l energia mancante dal solare ibrido e funzionare come batteria termica quando l energia è in eccesso. Dimensioni canestro: Diametro 1mt Altezza 1,6mt Volume 1,3mc Lunghezza tubo spiralato in PE: 52 mt Profondità di Posa: 2,5-3,5mt base canestro Profondità tubi di collegamento: almeno 1,0mt Energia Prelevabile/Immagazzinabile breve periodo (4-5h) con T=10 C: c.a. 10kWh Potenza breve periodo (4-5h) con T=10 C: c.a. 2kW Energia Prelevabile/Immagazzinabile medio periodo (12-14h) con T=5 C: c.a. 20kWh Potenza medio periodo (12-14h) con delta T=5 C: c.a. 1,5kW Potenza Asintotica (oltre le 14h) con T=3 C: c.a. 800W Grazie ad un canestro esterno realizzato in lamiera con all'interno un tubo spiralato in PE100 RC PN 16 DN25 è possibile confinare 1,3 mc di sabbia ad elevata conducibilità termica in modo da avere disponibile un accumulo di energia utilizzabile giorno e notte. Con l inserimento al suo interno di un tubo poroso in grado di erogare da 5-10 l/h e quindi aumentare l umidità della sabbia/terreno è possibile utilizzare la sonda per il raffrescamento estivo.

17 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Schema di Impianto con Integrazione

18 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Ottimizzare l autoconsumo (forcing utenza) Riprendendo una Frase delle precedenti Slide Nell ipotesi che tutta l energia solare possa essere sfruttata! è importante implementare una gestione dell impianto al fine di ottimizzare l autoconsumo di tutta l energia solare prodotta dall impianto ibrido facendo in modo che la pompa di calore funzioni sempre con il massimo COP disponibile. Esempio: con presenza di massetto radiante posso immagazzinare il maggior calore nelle ore favorevoli (T limite Ambiente = T setpoint + 2 C) anche se non c è richiesta di calore

19 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Ottimizzare l autoconsumo Accumuli Elettrici Come ben sappiamo uno dei problemi del fotovoltaico ed in generale di tutte le fonti rinnovabili sono la loro aleatorietà associata al fatto che la produzione di energia tante volte non coincide con la richiesta. Il primo problema è quasi irrisolvibile mentre il secondo problema può essere ovviato con gli accumuli elettrici di natura chimica principalmente (Batterie)

20 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Ottimizzare l autoconsumo Accumuli Elettrici Un sistema di accumulo elettrochimico (batterie) Permette di immagazzinare la maggior produzione elettrica quando in eccesso per poi poter essere utilizzata quando non si ha presenza di irraggiamento o quando la richiesta dell utenza è maggior di quella disponibile da sole. Un sistema di accumulo ben dimensionato per le esigenze e richieste dell utenza associato ad un impianto fotovoltaico permette di raggiungere percentuali dell 80-90% di autoconsumo dell energia autoprodotta dall impianto stesso.

21 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Accumuli Elettrici Schemi di impianto

22 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Accumuli Elettrici Schemi di impianto

23 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Accumuli Elettrici Schemi di impianto

24 TECNOLOGIA IBRIDA (PVT) Accumuli Elettrici Schemi di impianto

25 GESTIONE OTTIMALE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE ESEMPIO DI MODELLO E SIMULAZIONE: APPARTAMENTO MQ 80 IN CONDOMINIO

26 GESTIONE OTTIMALE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE ESEMPIO DI MODELLO E SIMULAZIONE: APPARTAMENTO MQ 80 IN CONDOMINIO DIFFERENZA IN GRADI GIORNO: 38 DIFFERENZA 1,58 GRADI CENTIGRADI

27 GESTIONE OTTIMALE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE ESEMPIO DI MODELLO E SIMULAZIONE: APPARTAMENTO MQ 80 IN CONDOMINIO TEMPERATURA MEDIA: 4,07 GRADI GIORNATA INVERNALE CON CIELO SERENO Energia[kWh] Ogni Ora 1,74 1,76 1,82 1,84 2,18 2,16 2,32 1,97 1,90 2,21 1,71 1,55 1,44 1,24 1,06 1,11 1,23 1,28 1,76 1,80 1,63 1,73 1,82 2,04 Totale Giorno 41,29

28 GESTIONE OTTIMALE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE ESEMPIO DI MODELLO E SIMULAZIONE: APPARTAMENTO MQ 80 IN CONDOMINIO TEMPERATURA MEDIA: 0,47 GRADI GIORNATA INVERNALE CIELO NUVOLOSO DIFFERENZA: 3,6 GRADI 8,7% INCREMENTO CONSUMI PER OGNI GRADO DIFFERENZA ENERGIA kwh 12,90 DIFFERENZA ENERGIA % 31,25% Energia[kWh] Ogni Ora 2,13 2,12 2,16 2,17 2,43 2,40 2,49 2,15 2,11 2,47 2,46 2,35 2,43 2,34 2,16 2,40 2,42 2,35 2,15 2,14 1,96 2,05 2,10 2,29 Totale Giornata 54,20

29 GESTIONE OTTIMALE DELLA TEMPERATURA AMBIENTE ESEMPIO DI MODELLO E SIMULAZIONE: APPARTAMENTO MQ 80 IN CONDOMINIO TEMPERATURA MEDIA: 0,47 GRADI SIMULAZIONE CON TEMPERATURA INTERNA PLUS DIFFERENZA: 1,58 GRADI 10,7% INCREMENTO CONSUMI PER OGNI GRADO DIFFERENZA ENERGIA kwh 9,23 DIFFERENZA ENERGIA % 17,04% Energia[kWh] Ogni Ora 2,62 2,61 2,65 2,66 2,68 2,81 2,94 2,59 2,53 2,84 2,82 2,68 2,78 2,69 2,48 2,74 2,77 2,70 2,55 2,53 2,36 2,45 2,47 2,50 Totale Giornata 63,43

30 RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI-IMPIANTI Riqualificare energeticamente un edificio e relativi impianti tecnologici significa rendere più efficiente il sistema edificio/impianti dal punto di vista dell utilizzo delle risorse energetiche. L intervento deve mantenere o migliorare i livelli di servizio finale (es. confort termico, illuminazione, etc.) consumando meno tra: Energia elettrica per usi domestici (illuminazione, elettrodomestici etc.) o funzionali (es al servizio degli impianti tecnologici quali pompe di circolazione) Energia elettrica per la climatizzazione Invernale o Estiva Combustibile per la Climatizzazione Invernale Risorse idriche La riqualificazione interviene su: Involucro edilizio in tutti i suoi componenti Impianti tecnologici in tutti i suoi aspetti

31 RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA!APPROCCIO (PERCORSO) PROFESSIONALE CORRETTO! Audit/Diagnosi Energetica e certificazione dello stato di fatto [a cura dell energy Manager] Analisi dei dati emersi dallo studio[idem]. Si prospettano al Cliente/Condominio interventi in progressione, efficaci, da poco invasivi, sino a quelli più radicali ed impegnativi finanziariamente, ma ancora più efficienti[idem]. Si evidenziano i possibili benefici/costi di ogni intervento e quindi i tempi di rientro[idem] Attuazione delle decisioni prese: Capitolato di appalto, progetto esecutivo, ricerca fornitori, contrattazione delle forniture, ricerca di finanziamenti, messa in opera, svolgimento pratiche amministrative[impresa, Progettista/Termotecnico in collaborazione con l energy Manager]. Certificazione energetica finale[energy manager] Collaudo intervento e Monitoraggio dei risultati attesi [Impresa in collaborazione con l energy Manager] Sull mercato operano aziende in grado di fornire l intero servizio. Ẻ importante per le aziende meno strutturate quali termoidraulici, artigiani, etc affiancarsi a professionisti in grado di applicare l approccio corretto al fine di presentare al cliente un servizio di qualità. Una corretta gestione progettuale assicura la buona riuscita dell intervento, evitando brutte sorprese ed un aumento sensibile dei costi!

32 RIQUALIFICAZIONE DALL AUDIT ENERGETICO ALL ESERCIZIO!APPROCCIO (PERCORSO) PROFESSIONALE CORRETTO!

33 DIAGNOSI ENERGETICA IL PRIMO PASSO VERSO L EFFICIENZA!APPROCCIO (PERCORSO) PROFESSIONALE CORRETTO! «Diagnosi Energetica»: procedura sistematica volta a fornire un'adeguata conoscenza del profilo di consumo energetico di un edificio o gruppo di edifici, di una attività o impianto industriale o di servizi pubblici o privati, ad individuare e quantificare le opportunità di risparmio energetico sotto il profilo costi-benefici e riferire in merito ai risultati La diagnosi energetica consiste in un analisi delle prestazioni del sistema edificio-impianto in condizioni di esercizio. 1. Acquisizione dati 2. Implementazione e taratura del modello 3. Validazione del modello 4. Simulazione degli interventi

34 DIAGNOSI ENERGETICA IL PRIMO PASSO VERSO L EFFICIENZA!APPROCCIO (PERCORSO) PROFESSIONALE CORRETTO! 1. L acquisizione dei dati avviene: - mediante esame dei consumi di energia elettrica e di combustibile (bollette, fatture ecc.); - mediante rilevazione delle condizioni di temperatura interne ed esterne su un arco di tempo significativo; - mediante rilievo planivolumetrico e delle caratteristiche costruttive dell involucro edilizio; - mediante rilievo delle caratteristiche costruttive e funzionali dell impianto di climatizzazione, degli orari di funzionamento e della regolazione impostata; - mediante la documentazione tecnica di progetto (es. Legge 10), se disponibile; -sperimentalmente, mediante indagini termografiche. 2. I dati vengono utilizzati per implementare e tarare, con l uso di softwares dedicati, un modello che simuli il comportamento termico del sistema edificio-impianto in condizioni di esercizio. 3. I fabbisogni energetici del sistema, stimati mediante il modello, vengono confrontati con i consumi effettivi dell edificio, rilevati su una serie storica significativa, per valutare l affidabilità dei risultati ottenuti. 4. Una volta validato il modello, è possibile utilizzarlo per simulare gli effetti degli interventi di riqualificazione, al fine di valutare quali risultino più efficienti sia dal punto di vista del risparmio energetico che dal punto di vista economico.

35 DIAGNOSI ENERGETICA IL PRIMO PASSO VERSO L EFFICIENZA «Indagine Termografica»: -Cattivo isolamento sottofinestra -Colonne montanti riscaldamento -Ponti termici della struttura

36 DIAGNOSI ENERGETICA IL PRIMO PASSO VERSO L EFFICIENZA PRINCIPALI CRITICITA : - Elevata trasmittanza dell involucro e presenza di Ponti termici. - Collocazione dei terminali scaldanti e delle colonne montanti dell impianto di distribuzione sulle pareti perimetrali - Caldaia obsoleta - Regolazione climatica della temperatura agente a valle della caldaia -Assenza di una regolazione della temperatura per unità immobiliare e/o per singolo ambiente -POSSIBILI INTERVENTI: -Coibentazione delle pareti verticali opache mediante cappotto esterno -Coibentazione di pareti a cassa vuota mediante riempimento dell intercapedine con materiale isolante (questa soluzione non corregge i ponti termici) -Coibentazione di solette e/o coperture -Sostituzione di serramenti e infissi e coibentazione dei sottofinestra -Rifacimento impianto emissione e/o collocazione dei terminali scaldanti sulle pareti interne -Sistema di ventilazione meccanica controllata. -Installazione di caldaie a condensazione con regolazione climatica agente direttamente su un bruciatore modulante e/o di pompe di calore ad alta efficienza. -Installazione si sistemi di Termoregolazione e Contabilizzazione del Calore -Installazione di impianti solari fotovoltaici, termici e/o impianti solari ibridi per la produzione di acqua calda ad uso riscaldamento e/o ACS.

37 ESEMPIO MATRICE INTERVENTI CON COSTI-BENEFICI Tipo di intervento Coibentazione sottotetto con tramittanza media U=0,19W/mq*K Sostituzione infissi Applicazione cappotto termico interno U=0,31W/mq*K Sostituzione Generatore di calore con Pompa di calore aria-acqua per il riscaldamento e produzione acqua calda sanitaria Installazione Impianto Fotovoltaico 3,5kW Sistema di emissione a piastre radianti Sistema di termoregolazione e contabilizzazione individuale del calore Sistema di ventilazione meccanica controllata /VMC Costo 50/m 2 (circa 82 m 2 ) Spesa complessiva 4'100 + iva 350/m 2 (c.a 11 m 2 ) Spesa complessiva 3'900 + iva 35/m 2 (c.a 56 m 2 ) Spesa complessiva iva '000 Risparmio energia (m 3 di gas) Risparmio / ricavo Risparmio annuale % m 3 Contributo Conto Termico 1'800 / anno Risparmio annuale 91 11% m 3 Contributo Conto Termico 1'700 /anno Emissioni evitate (T di CO 2 ) 2,45 0,6 10% - 100m 3 Risparmio annuale 91 0,6 100% se installato impianto fotovoltaico 1'100 m 3 100% se installata pompa di calore m 3 Risparmio annuale 1 100,00 per riscaldamento, ACS ed energia elettrica. Contributo Conto Termico 800/anno Risparmio annuale 1 100,00 per riscaldamento, ACS ed energia elettrica Conto Energia 700/anno 1'800 10% - 110m 3 Risparmio annuale 90 0, % - 110m 3 Risparmio annuale 90 0, % - 100m 3 Risparmio annuale 90 0,6 5,3 5,3

38 GRAZIE PER L ATTENZIONE Ing Alessio Iannascoli Entropia Zero Srl Energy Manager e Sviluppo Progetti aiannascoli@entropiazero.it Cellulare: