Energia rinnovabile. Piercarlo Romagnoni - Università IUAV di Venezia (I)

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1 Energia rinnovabile Piercarlo Romagnoni - Università IUAV di Venezia (I)

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3 Energia geotermica o geotermia Il termine "geotermia" deriva dal greco "gê" e "thermòs" ed il significato letterale è "calore della Terra ". Tale calore è presente in quantità enorme e praticamente inesauribile. Il calore interno si dissipa con regolarità verso la superficie della terra, la quale emana calore nello spazio quantificabile in una corrente termica media di 0,065 Watt per metro quadrato. Oltre alla produzione di energia elettrica, a seconda della temperatura del fluido geotermico sono possibili svariati impieghi: acquicoltura (al massimo 38 C), serricoltura (38-80 C), teleriscaldamento ( C), usi industriali (almeno 150 C).

4 Le centrali geo-termoelettriche Impianti geotermici in funzione ad Orbetello Islanda, USA (Yellowstone-Park), New Zeland, Australia, Kenya

5 Impianti geotermici per teleriscaldamento Il teleriscaldamento è uno dei modi più interessanti per usare direttamente i fluidi geotermici a bassa temperatura ( C). Consiste nell'usare il fluido geotermico per scaldare direttamente, tramite degli scambiatori di calore, l'acqua circolante nei corpi scaldanti (radiatori, termoconvettori o pannelli radianti) dell'impianto di riscaldamento delle abitazioni. Schema di impianto di teleriscaldamento tipicamente utilizzato in assenza di acqua calda o vapore

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10 Il teleriscaldamento da fonti geotermiche Il teleriscaldamento è uno dei modi più interessanti per usare direttamente i fluidi geotermici a bassa temperatura ( C). Si utilizzano scambiatori di calore che permettono di riscaldare l'acqua circolante nei corpi scaldanti (radiatori, termoconvettori o pannelli radianti) dell'impianto di riscaldamento delle abitazioni. Un impianto del genere è quello di Ferrara nel quale si utilizza un pozzo geotermico situato a 2000 metri di profondità, sviluppa una potenza di 14 MW con i quali vengono riscaldati circa m 3 di alloggi collegati alla rete.

11 Il teleriscaldamento Ferrara Geotermico Portata complessiva: 400m 3 /h Temperatura fluido geotermico: C Temperatura fluido teleriscaldamento in mandata: C Temperatura fluido teleriscaldamento in ritorno: C Potenza termica nominale: 14 MW t Disponibilità di utilizzazione: continua Energia termica fornita: MWh/anno (il dato è relativo all'anno 2003)

12 Uso di RSU (Ferrara) Capacità nominale dell'impianto di smaltimento: t/anno Carico termico nominale della linea di incenerimento: 15,6 Gcal/h (forno a "griglia") Produzione nominale di vapore: 18t/h Sistema depurazione fumi: a semisecco Potenza nominale turboalternatore: 3,3 MW e Potenza termica in assetto cogenerativo massimizzato: 6,4 MW t Potenza elettrica in assetto cogenerativo massimizzato: 1,5 MW e Potenza elettrica in assetto a tutta condensazione: 2,7 MW e L'impianto, fin dalla sua realizzazione, è stato dotato di uno scambiatore avente una potenzialità di 8,4 MWt che, nel 1999, venne posto in parallelo al turboalternatore.

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14 Il teleriscaldamento Il calore viene prodotto in un impianto centrale, ad esempio una centrale termica a legna o un impianto di incenerimento dei rifiuti o dei trucioli di legna, e successivamente distribuito agli utenti attraverso una rete di condutture sotto forma di acqua calda destinata al riscaldamento degli edifici e alla produzione di acqua calda. Con la cogenerazione è possibile produrre contemporaneamente energia elettrica e termica. un solo camino di emissione controllato in centrale caldaia dell impianto alimentata da rifiuti o biomasse

15 «teleriscaldamento» o «teleraffrescamento»: la distribuzione di energia termica in forma di vapore, acqua calda o liquidi refrigerati, da una fonte centrale di produzione verso una pluralità di edifici o siti tramite una rete, per il riscaldamento o il raffreddamento di spazi o di processi di lavorazione

16 Il teleriscaldamento Il teleriscaldamento porta direttamente nelle case il calore per il riscaldamento e l'acqua calda sanitaria senza bisogno di avere caldaie, bruciatori, serbatoi per il combustibile e canne fumarie.

17 Il teleriscaldamento da biomasse La cogenerazione è possibile con combustibili rinnovabili quali il biogas o biomasse in genere. Un esempio di centrale per cogenerazione a biomasse è a Tirano, in Valtellina, trattasi di un impianto tra i migliori 5 in Europa, caratterizzato da un elevato rendimento (80%) grazie alla contemporanea produzione d elettricità e calore, totalmente da fonti rinnovabili.

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19 CENTRALE DI TELERISCALDAMENTO A BIOMASSA LIGNA CALOR DI LA VILLA IN ALTA BADIA LA CENTRALE La Centrale termica sorge nella zona artigianale di La Villa, con caratteristiche di un edificio industriale. All' interno troviamo la sala con due caldaie a biomassa e una caldaia di emergenza a gasolio, i gruppi di generazione di calore, un locale con due accumulatori di acqua calda e caldaia a olio vegetale, il sistema di trattamento dei fumi, l'impianto di condensazione, il sistema di distribuzione dell'acqua calda con gruppi di pompaggio, il locale tecnico e di servizio ove trovano posto i quadri elettrici. All'esterno è ubicato il deposito di biomassa con il sistema automatico di alimentazione.

20 Impianto di teleriscaldamento: - 2 caldaie funzionanti a biomassa della capacità di 2,50 MW ciascuna - 1 bruciatore ad olio vegetale, capacità 8 MW - 1 bruciatore a gasolio funzionante solo nei casi di malfunzionamento delle caldaie a legna oppure nelle ore di punta, capacità 3 MW - 2 accumulatori di acqua calda della capienza di litri ciascuno Impianto fotovoltaico: è stato realizzato nel 2007; è posizionato sulla tettoia del deposito del cippato; produzione annuale di oltre kwh Richiesta energetica da parte immobili allacciati: ,0 MWh Contratti di fornitura sottoscritti: circa 330

21 LA RETE La rete di teleriscaldamento è suddivisa in due rami principali: - La Villa Bassa che comprende la zona centrale del paese con la zona Boscdaplan e Cianins - La Villa Alta con zona Funtanacia, quest'ultima servita da una stazione di pompaggio sotterranea. La rete è del tipo diramato a due tubazioni, una per l'andata e una per il ritorno. Il singolo tubo preisolato è costituito dal tubo interno di servizio in acciaio, dalla coibentazione in schiuma poliuretanica e dal tubo esterno in polietilene. I tubi sono dotati di un sistema d'allarme e di localizzazione guasti. Tale sistema elettronico consente di sorvegliare la perfetta tenuta delle tubazioni.

22 Cogenerazione (=generazione combinata di energia termica e di energia elettrica) di grossa taglia Si hanno a disposizione diversi tipi di motori alternativi dual fuel (gas e gasolio)

23 Cogenerazione di grossa taglia Si hanno a disposizione diversi tipi di turbine a gas o vapore

24 Tubazioni acqua calda Cogenerazione e teleriscaldamento Efficienza recupero termico (55/70) = 78,6% Efficienza totale ((30+55)/100) = 85,0% Gas di scarico 15 unità Calore 55 unità Caldaia Recupero Carichi Termici Calore + gas di scarico Combustibile 70 unità Energia elett. 30 unità 100 unità Macchina produzione energia Generatore Carichi Elettrici

25 Legislazione e uso efficiente dell energia «cogenerazione» è la produzione e l'utilizzo simultanei di energia meccanica o elettrica e di energia termica a partire dai combustibili primari, nel rispetto di determinati criteri qualitativi di efficienza energetica; dal D.Lgs. 192/2005 gg) rete di teleriscaldamento e teleraffreddamento: sistema di trasporto dell energia termica, realizzato prevalentemente su suolo pubblico, finalizzato a consentire a chiunque interessato, nei limiti consentiti dall estensione della rete, di collegarsi alla medesima per l approvvigionamento di energia termica per il riscaldamento o il raffreddamento di spazi, per processi di lavorazione e per la copertura del fabbisogno di acqua calda sanitaria; dal D. Lgs. 102/ 2014

26 Impianto cogenerazione e produzione separata Il confronto

27 Lo schema di un cogeneratore

28 LFG CHP for district heating system, Sweden Esempi di centrali di cogenerazione Centrale di Lunes - Brunico Centrale di La Villa Alta Badia

29 Direttiva 2012/27/UE: Teleriscaldamento/ Teleraffrescamento efficiente (art. 2) 50% energia rinnovabile 50% calore di recupero 75% calore cogenerato almeno 50% combinazione di queste forme di energia Emerge la necessità di pensare a sistemi integrati in rete

30 TWh el TWh t Serie storica produzione elettrica da cogenerazione in Italia (Fonte GSE) Serie storica produzione termica da cogenerazione in Italia (Fonte GSE) TWh = Tera wattora (miliardi di kwh)

31 Si può utilizzare il calore prodotto dall impianto cogenerativo anche come sorgente principale di energia, in luogo dell elettricità, per la produzione di freddo tramite sistemi ad assorbimento (chiller ad assorbimento). Fonte: ENEA

32 Lo schema di un trigeneratore

33 L impianto di trigenerazione a servizio del complesso di edifici dello IUAV è stato installato sulla copertura dell'ex cotonificio di Santa Marta. Una rete di teleriscaldamento permette di distribuire ai vari stabili che compongono il complesso il vettore termico per il riscaldamento. Il raffrescamento è direttamente a servizio della sede di S. Marta Potenza elettrica = 238 kw Potenza termica = 363 kw Assorbitore = 255 kw

34 COGENERATORE ASSORBITORE TORRE EVAPORATIVA il terrazzo dell ex cotonificio

35 Dettaglio del cogeneratore Motore e alternatore

36 La rete di distribuzione

37 Utenze servite

38 La micro-cogenerazione Negli ultimi 5 anni si sono messi a punto cogeneratori di piccolissime dimensioni 1-5 kw elettrici, da installare in singole abitazioni e di piccole dimensioni per condomini kwe. Si tratta di turbine, motori alternativi e celle a combustibile. Stirling WhisperGen 5 kwe. Microturbina Capstone 30 kwe. celle a combustibile 1,5 kwe.

39 Il motore Stirling

40 La microgenerazione Abbinare alla produzione di calore la produzione di energia elettrica con ingombri limitati Utilizzo: gas metano o idrogeno con reforming Ciclo Stirling

41 Microgeneratori La pila a combustibile e' un generatore elettrochimico in cui, in linea di principio, entrano un combustibile (tipicamente idrogeno) e un ossidante (ossigeno o aria) e da cui si ricavano corrente elettrica continua, acqua e calore. Il combustibile (idrogeno) e i gas ossidanti (ossigeno dato semplicemente dall'aria) lambiscono rispettivamente l'anodo e il catodo (sulle facce opposte a quelle in contatto con l'elettrolito). I rendimenti delle celle a combustibile vanno dal 40-48% per gli impianti con celle a bassa temperatura, fino al 60% per quelli con celle ad alta temperatura e giungono addirittura fino al 85% se si utilizza anche il calore da esse prodotto.

42 L idrogeno viene inserito all interno della cella mediante l anodo, mentre l ossigeno o aria mediante il catodo. Favorito da un catalizzatore, all interno dell anodo l atomo di idrogeno si suddivide in un protone ed un elettrone. La corrente separata costituita dagli elettroni può essere utilizzata prima che ritornino al catodo, per essere uniti all ossigeno in una molecola di acqua.

43 Una singola cella produce normalmente circa 0,7 V, quindi per ottenere la potenza ed il voltaggio desiderato più celle sono affiancate una all altra e collegate elettricamente fra loro in serie a formare il cosiddetto stack. A seconda, quindi, della potenza richiesta i generatori sono ottenuti da stack assemblati in moduli.

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45 Per rendimento della cella si intende il rapporto tra i kwh prodotti e kj termici (riferiti al potere calorifico inferiore del combustibile) necessari per la produzione. I valori vanno dal 40-48% per gli impianti con celle a bassa temperatura, fino al 60% per quelli con celle ad alta temperatura e giungono addirittura fino al 85% se si utilizza anche il calore da esse prodotto. Inoltre, una cella può operare tra il 30 ed il 100% di carico senza perdite consistenti di efficienza, ma al di sotto del 25% non riesce più ad alimentare il carico.

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47 Emissioni Il contenuto di CO 2 di 1kWh (termico) di metano è circa 200g.

48 Tipi di tecnologia Fuel cell Condizioni operative resa PEM C; 1 8 atm % (proton exchange membrane) PAFC C; 1 8 atm 40 % (phosforic acid) AFC C; 1 10 atm % (alcaline) MCFC C; 1 10 atm % (Molten Carbonate Fuel Cell) SOFC C; 10 atm % (Solid Oxide Fuel Cell)

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50 Vantaggi Alta efficienza: una fuel cell ha un'efficienza molto più alta di un normale motore a combustione interna, in quanto, non risentendo dei limiti di Carnot come tutte le macchine termiche, ha un rendimento che non è limitato dalla massima temperatura raggiungibile. Questo discorso vale anche e soprattutto ai carichi parziali, dove spesso un motore a combustione interna ha difficoltà ad operare alla massima efficienza; Rapida risposta al carico: una fuel cell ha una risposta rapidissima alle variazioni del carico proprie di un veicolo stradale; inoltre è in grado di autoregolarsi al variare delle richieste di carico, mantenendo sempre la massima efficienza; Bassa temperatura operativa: le fuel cells di tipo PEM operano a temperature intorno ai 70 C, molto più basse delle temperature operative dei motori a combustione interna. Questo rende l'impianto e il loro utilizzo sul veicolo molto più semplice; Trasformazioni energetiche ridotte: una fuel cell opera lo stesso numero di trasformazioni energetiche di un motore a combustione interna, ma con efficienza maggiore, per cui non c'è un decremento di rendimento complessivo dovuto a trasformazioni energetiche aggiuntive

51 SVANTAGGI Idrogeno: uno degli svantaggi maggiori è nel fatto che l'idrogeno è un gas ancora molto costoso da acquistare, anche se è facile trovare soluzioni economiche di auto-produzione o produzione da fonti rinnovabili; inoltre è un gas potenzialmente pericoloso e necessita di particolari accorgimenti per lo stoccaggio a bordo; Impurezze: allo stato attuale le fuel cells risentono molto di eventuali impurezze presenti nel combustibile (per la presenza del catalizzatore), per cui è necessario utilizzare idrogeno sufficientemente puro; questo obbliga ad utilizzare idrogeno prodotto da elettrolisi dell'acqua o a depurarlo se prodotto tramite reforming; Catalizzatore costoso: attualmente il catalizzatore usato agli elettrodi è Platino, che è un metallo molto costoso e costituisce una delle voci di costo principali della fuel cell; Ghiaccio: per l'umidificazione delle membrane (che resta ancora uno dei punti più critici per il buon funzionamento delle fuel cells) si utilizza acqua pura, eventualmente sfruttando anche quella prodotta al catodo; questo significa che a basse temperature c'è il rischio che si formi del ghiaccio all'interno della cella, danneggiandola;

52 Impianto a idrogeno

53 Centrale a H 2 di Porto Marghera ciclo combinato alimentato con idrogeno per produrre energia elettrica e calore: sviluppa una potenza di circa 12 MW. La centrale, che utilizza 1,3 tonnellate di idrogeno all'ora, ha un rendimento elettrico complessivo pari a circa il 42%, è sostanzialmente priva di emissioni di ogni tipo. L'energia prodotta, pari a circa 60 milioni di chilowattora l'anno, sarà in grado di soddisfare il fabbisogno di famiglie, evitando di rilasciare in atmosfera di oltre tonnellate di anidride carbonica

54 La pompa di calore Le pompe di calore sono macchine termiche che operano trasferendo calore da una sorgente fredda ad una calda. Le macchine presenti sul mercato hanno comunemente campi di azione tra gli 0 ed i 120 gradi e possono quindi essere impiegate per il riscaldamento ambiente, per la produzione di acqua calda sanitaria e per i processi industriali che necessitino di calore a bassa temperatura.

55 Un importante premessa Lo scambio termico avviene spontaneamente da sistemi a temperatura più alta verso sistemi a temperatura più bassa. Esempi: Fluido a q = 40 C cede calore ad un flusso d aria a 20 C che si riscalda Fluido a q = -5 C riceve calore ad un flusso d aria a 20 C che si raffredda Fluido a q = -10 C cede calore a un altro fluido a q = -20 C che tende a scaldarsi Evaporatore: scambiatore di calore con fluido in evaporazione Condensatore: scambiatore di calore con fluido in condensazione

56 Lo schema di funzionamento Sorgente a temperatura T 1 q 1 P m Macchina a ciclo inverso q 2 Sorgente a temperatura T 2 < T 1

57 Le macchine, funzionanti secondo un ciclo termodinamico inverso, possono essere fatte operare avendo come scopo primario la cessione di energia termica alla sorgente a temperatura più alta. In questo caso esse sono denominate pompe di calore e, dal momento che l effetto utile è la fornitura di calore alla sorgente ad elevata temperatura, il coefficiente di prestazione viene definito dalla relazione: q q COPpompa di calore 1 1 q1 q2 Pm

58 Come funziona una pompa di calore? Sfruttando la capacità di un fluido (detto frigorigeno) di evaporare a bassa temperatura e a pressione circa pari a quella atmosferica e di condensare a temperature più elevate (50 80 C) e pressioni di una decina di atmosfere.

59 Il compressore (A) comprime il fluido refrigerante a circa 20bar (che è una pressione dieci volte superiore a quella dei pneumatici delle automobili) e gli fa raggiungere la temperatura di circa 80 C. A questa temperatura il gas arriva al condensatore esterno (B) e cede parte del suo calore all aria aiutato dal ventilatore. Il gas, quindi, si raffredda e diventa liquido e viene costretto a passare attraverso un piccolo foro (C). Attraversato questo foro il liquido ritorna in parte allo stato gassoso e si raffredda scendendo a circa 5 C. Il gas passa poi all evaporatore (D) posto all interno dell ambiente e aiutato dal suo ventilatore cede il freddo all aria. A questo punto il gas tornerà al compressore pronto a iniziare un nuovo ciclo.

60 Se l utilizzatore sfrutta l effetto termico q 2 : la macchina è un frigorifero (condizionatore) Se l utilizzatore sfrutta l effetto termico q 1 : la macchina è una pompa di calore Per il corretto funzionamento della macchina a ciclo inverso è necessario: disporre di potenza meccanica (compressore) disporre di condizioni adatte allo scambio termico (scambiatori di calore) disporre di un fluido idoneo

61 Il fluido frigorigeno è il fluido che deve consentire lo scambio termico a temperature idonee allo scopo. Si sfrutta il calore di scambio durante i processi di evaporazione e di condensazione del fluido, processi che avvengono a temperatura e pressione costante. Il derivati del metano e dell etano e le loro miscele consentono di operare a pressioni non troppo basse e non troppo elevate e di avere evaporazione a bassa temperatura (alcune decine di C) e condensazione a temperature dell ordine della decina di C. Possono essere usate miscele di fluidi diversi

62 Ozone Depletion Potential Rappresenta la potenzialità distruttiva sull ozono stratosferico calcolata, su base di eguale massa rilasciata nella bassa troposfera, rispetto al CFC-11 (CFCl 3 ) assunto come riferimento Greenhouse Warming Potential a 100 anni Consiste di una stima dell effetto serra dovuto all emissione di gas che contribuiscono a tale effetto durante il processo di produzione

63 HFC 134a (Freon R134a) Refrigerante puro, cioè non ottenuto per miscela, pertanto si mantiene inalterato durante le fasi di condensazione ed evaporazione. Viene considerato un refrigerante di nuova generazione, perché ha influenza trascurabile rispetto all ozono e all effetto serra. HFC 407C (R407c) Miscela composta di R32, R125 e R134a. Presenta il problema, comune a molte miscele, di dar luogo all effetto glide, fenomeno che si verifica durante le fasi di condensazione ed evaporazione per cui le pressioni di lavoro rimangono invariate ma i componenti del fluido si separano. HFC 410A (R410a) Miscela composta di R32 e R125 con effetto glide quasi trascurabile. Sostituisce egregiamente l R22 negli impianti di climatizzazione perché ha maggiore resa frigorifera e consente di utilizzare componenti di minori dimensioni. Questo tuttavia è anche uno svantaggio perché impone di riprogettare gli impianti.

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65 Dal confronto con gli altri Paesi europei sulla produzione dei rifiuti contenenti sostanze lesive per l ozono e Fgas emerge il basso tasso di smaltimento dell Italia, posizionata all ottavo posto tra i dieci presi in considerazione. Il primo fattore di cui occorre tener conto è quello della scarsa percezione che questi gas costituiscono un rifiuto pericoloso e altamente inquinante. L altra componente che facilita la dispersione in atmosfera di queste sostanze è proprio il loro stato gassoso, che rende praticamente impossibile la tracciabilità di questo tipo di rifiuto e dell impianto da cui è stato emesso.

66 Il patentino di frigorista è stato reso obbligatorio dal DPR n.43 del 27/01/12: il tecnico sarà qualificato come "Personale Tecnico abilitato alle attività di installazione, riparazione, manutenzione, recupero, controllo delle perdite nelle apparecchiature fisse di refrigerazione, condizionamento e Pompa di calore contenenti gas refrigeranti fluorurati ai sensi del Regolamento (CE) 303/2008". Il decreto prevede un registro on-line, gestito dal Ministero dell Ambiente, cui tutti i tecnici del settore dovranno iscriversi per poter svolgere la loro attività. Sarebbe auspicabile prevedere anche un obbligo, per ciascun manutentore e per i singoli impianti, di un libretto online relativo agli interventi di manutenzione, in cui vengono registrati i dettagli degli interventi, i gas prelevati e smaltiti, eventuali problemi riscontrati nell impianto, etc. Fonte: Legambiente

67 Legislazione Decreto Ministero Sviluppo Economico 7 Aprile 2008 Finanziamento del 55% (ora 65%) delle spese per gli interventi di sostituzione di impianti di climatizzazione invernale con impianti dotati di pompa di calore ad alta efficienza ovvero con impianti geotermici a bassa entalpia. Per coefficiente di prestazione di una pompa di calore (COP), si intende il rapporto tra il calore fornito e l elettricità o il gas consumati Per indice di efficienza energetica di una pompa di calore (EER), si intende il rapporto tra la produzione di freddo e l elettricità o il gas consumati Il D.M. introduce limiti per i valori prestazionali

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70 D.Lgs. 28/ 2011 ALLEGATO 1 (art. 3, comma 4) Procedure di calcolo degli obiettivi 4. Computo dell energia prodotta dalle pompe di calore La quantità di energia aerotermica, geotermica o idrotermica catturata dalle pompe di calore da considerarsi energia da fonti rinnovabili ai fini del presente decreto legislativo, E RES, è calcolata in base alla formula seguente: E RES = Q usable * (1-1/SPF) Q usable = il calore totale stimato prodotto da pompe di calore che rispondono ai criteri che saranno definiti sulla base degli orientamenti stabiliti dalla Commissione ai sensi dell allegato VII della direttiva 2009/28/CE, applicato nel seguente modo: solo le pompe di calore per le quali SPF > 1,15 * 1/η sarà preso in considerazione; SPF = il fattore di rendimento stagionale medio stimato per tali pompe di calore;

71 η è il rapporto tra la produzione totale lorda di elettricità e il consumo di energia primaria per la produzione di energia e sarà calcolato come media a livello UE sulla base dei dati Eurostat. Nel caso di pompe di calore a gas η è posto pari a 1 fino alla determinazione di un più appropriato valore, effettuata dal Ministero dello sviluppo economico con apposita circolare al GSE. Ne risulta un valore minimo dell'spf che, con gli attuali valori di η risulta: SPF min > 1,15 per pompe di calore a gas SPF min > 2,875 per pompe di calore elettriche

72 Per il calcolo dell'spf la normativa citata propone la seguente relazione: SPF PdC E E PdC ass dove SPF PdC è il coefficiente di prestazione medio stagionale della pompa di calore; E PdC è l'energia termica resa disponibile dalla pompa di calore durante una stagione; E ass è in generale l'energia spesa per consentire il funzionamento della pompa di calore durante una stagione.

73 Tipologia Acqua acqua: si riscalda acqua (condensatore) trasferendo energia termica da altra acqua (evaporatore) Aria acqua: si riscalda acqua (condensatore) attingendo calore da aria (evaporatore) Acqua aria: si riscalda aria (condensatore) attingendo calore da acqua (evaporatore) Aria aria: si riscalda aria (condensatore) trasferendo energia termica da altra aria (evaporatore) Al posto dell acqua può essere usata salamoia (brine) Possono funzionare come macchine frigorifere (reversibilità)

74 Il 95% delle di pompe di calore installate in Italia utilizza come sorgente fredda l aria e in particolare l 84% dei pezzi (il 58% in termini di fatturato) è costituito dalla tipologia aria/aria. All interno di questa tipologia, lo schema più diffuso prevede l utilizzo di split. Con tale denominazione vengono classificate tutte le macchine ad espansione diretta di gas freon, costituite da una unità motocondensante (o motoevaporante in pompa di calore) e da una o più unità interne, anche variamente configurate, collegate alla unità esterna medesima. Le unità esterne, sia mono che multi, sono generalmente raffreddate ad aria ed hanno la possibilità di essere variamente collocate (a pavimento, a parete, a tetto, ecc.) direttamente all aperto. Anche i terminali interni sono ampiamente assortiti: ne esistono per essere collocati a parete (sia in basso che in alto), a soffitto da canalizzare, da incasso, ecc.

75 Pompa di calore ad aria riscaldamento Pompa di calore ad aria raffrescamento

76 Refrigerazione ad assorbimento La macchina ad assorbimento basa il suo funzionamento sulla capacità igroscopica di soluzioni concentrate di sali quali il bromuro di litio LiBr. La macchina nella forma base è costituita da: evaporatore, assorbitore, condensatore, generatore di calore, alcune pompe. Lo scambio di calore tra sorgente bassa temperatura e sorgente ad alta temperatura avviene senza apporto di lavoro, ma con apporto di calore da una terza sorgente (caldaia gas, acqua calda da sole).

77 I cicli ad assorbimento

78 In genere si utilizza una soluzione di acqua (solvente-refrigerante) e bromuro di litio (soluto), oppure ammoniaca (solventerefrigerante) e acqua (soluto). Nell evaporatore mantenuto a bassa pressione il solvente evapora assorbendo calore dall esterno, mentre la soluzione si concentra. Il resto del ciclo ha come scopo il recupero del solvente che deve essere riusato. L igroscopicità del LiBr provoca l assorbimento di vapore d acqua da parte della soluzione concentrata presente nell assorbitore e proveniente dal generatore

79 Nel generatore la soluzione diluita in arrivo dall assorbitore viene concentrata mediante riscaldamento e vaporizzazione del solvente. La soluzione concentrata viene inviata all assorbitore. Il vapore prodotto nel generatore viene inviato al condensatore. L acqua liquida ottenuta viene a sua volta inviata nell evaporatore dove riprende il ciclo. Per aumentare l efficienza della trasmissione di calore l acqua nell evaporatore e la soluzione concentrata nell assorbitore vengono spruzzate sui fasci tubieri degli scambiatori

80 Il ciclo ad assorbimento a gas Gas metano

81 I cicli ad assorbimento

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83 Macchina ad assorbimento

84 D.M. 7/04/2008

85 IMPIANTI VRF Fonte primaria: energia elettrica Unità esterne Distributore Unità interne Circuito Frigo

86 Pompe di calore ad acqua

87 Sistemi impiantistici: a terreno Caratteristiche Temperatura media del terreno (8-10 C) Pompa di calore (almeno COP 3-4) Sonda a terreno (oltre 100 m)

88 Le sonde geotermiche Lo scambio di calore con il terreno avviene tramite la sonda di captazione, installata con una perforazione del diametro di pochi centimetri, in un foro scavato accanto all'edificio, invisibile dopo la costruzione. Il numero delle sonde geotermiche e la profondità d'installazione (da 50 a 150 metri) variano in funzione dell'energia termica richiesta. Ogni sonda è formata da due moduli ciascuno dei quali costituito da una coppia di tubi in polietilene uniti a formare un circuito chiuso (un tubo di "andata" e uno di "ritorno") all'interno dei quali circola un fluido glicolato (miscela di acqua e anticongelante non tossico). I tubi delle sonde sono collegati in superficie ad un apposito collettore connesso alla pompa di calore.

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90 Pompe di calore: scambio con il terreno La sede di TiFS Ingegneria di Padova