PROGETTAZIONE DI IMPIANTI GEOTERMICI PER USI DIRETTI DEL CALORE

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1 PROGETTAZIONE DI IMPIANTI GEOTERMICI PER USI DIRETTI DEL CALORE Ing. CARLO PIEMONTE Ing. ANDREA MASELLA Università degli Studi di Brescia

2 POSSIBILI SORGENTI FREDDE PER POMPE DI CALORE ACQUA-ACQUA CORSI D ACQUA SUPERFICIALI (FIUMI, ROGGE, ETC.) LAGHI E BACINI IDRICI ACQUA DI MARE ACQUA DI FALDA ACQUE GEOTERMICHE ACQUA DI ALIMENTAZIONE DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE DI ACQUA POTABILE COMUNALE ACQUA IN USCITA DA IMPIANTI DI DEPURAZIONE ACQUE LURIDE DA SISTEMI FOGNARI CITTADINI ACQUA DI CIRCUITO LAVAGGIO FUMI DI FORNI INCENERITORI ACQUA DI CIRCUITI DI TORRE DI RAFFREDDAMENTO ACQUA DI CIRCUITI DI RAFFREDDAMENTO DI CENTRALI ELETTRICHE (COGENERATIVE E NON)

3 VANTAGGI DI UTILIZZO DI RISORSE GEOTERMICHE SUPERFICIALI LE RISORSE SUPERFICIALI SONO FACILMENTE ACCERTABILI ASSENZA O COMUNQUE RIDUZIONE DEL RISCHIO MINERARIO MINORI COSTI DI INVESTIMENTO PER L APPROVVIGIONAMENTO ASSENZA DI RISCHIO DI DEPRIMERE CON L EMUNGIMENTO ALTRE ATTIVITÀ (AD ESEMPIO, ATTIVITÀ TERMALI) CHIMISMO IN GENERE MENO PROBLEMATICO PROCEDURE AUTORIZZATIVE PIÙ SEMPLICI POSSIBILITÀ DI COMPENSARE IL MINOR SALTO TERMICO RECUPERABILE DALLA SORGENTE FREDDA CON UNA MAGGIORE DISPONIBILITÀ DI PORTATA

4 SISTEMI SENZA PRELIEVO DI FLUIDO DAL SOTTOSUOLO E POSSIBILE SFRUTTARE L ENERGIA GEOTERMICA REALIZZANDO SISTEMI DI SCAMBIO DIRETTO CON IL TERRENO (SONDE GEOTERMICHE), COSTITUITE DA CIRCUITI CHIUSI IN CUI CIRCOLA UN FLUIDO CHE SOTTRAE CALORE AL TERRENO CHE VIENE POI RIVERSATO ALL EVAPORATORE DI UNA POMPA DI CALORE. TALE APPLICAZIONE HA IL VANTAGGIO CHE LA SORGENTE FREDDA, RAPPRESENTATA DAL TERRENO, E OVUNQUE DISPONIBILE, MA, PER CONTRO, HA DIVERSI SVANTAGGI:

5 SISTEMI SENZA PRELIEVO DI FLUIDO DAL SOTTOSUOLO COSTO DI INSTALLAZIONE CONSIDEREVOLE SCARSO LIVELLO TERMICO DELLA SORGENTE FREDDA LIMITATA POTENZA TERMICA RESA DISPONIBILE DA CIASCUNA SONDA GEOTERMICA E CONSEGUENTE NECESSITA DI ESEGUIRE NUMEROSE PERFORAZIONI PER OTTENERE POTENZIALITÀ CONSIDEREVOLI CHE MAL SI CONCILIA NEL CASO DI RIDOTTA DISPONIBILITÀ DI SPAZIO ESTERNO INTORNO AGLI EDIFICI RISCHIO DI CREARE CON LE NUMEROSE PERFORAZIONI PUNTI DI INTERCONNESSIONE TRA LA FALDA SUPERFICIALE (GENERALMENTE INQUINATA) E GLI ACQUIFERI A MAGGIORE PROFONDITÀ, SFRUTTATI DI SOLITO PER USI ACQUEDOTTISTICI E INDISPENSABILE L USO DI UNA POMPA DI CALORE QUINDI, IL RICORSO ALLE SONDE GEOTERMICHE È LIMITATO AL CASO DI TOTALE INDISPONIBILITÀ DI FLUIDO PRELEVABILE DAL SOTTOSUOLO.

6 SISTEMI SENZA PRELIEVO DI FLUIDO DAL SOTTOSUOLO

7 SISTEMI CON PRELIEVO DI FLUIDO DAL SOTTOSUOLO I SISTEMI CON PRELIEVO DI FLUIDO DAL SOTTOSUOLO HANNO I SEGUENTI VANTAGGI: MAGGIORE CONVENIENZA ECONOMICA LA POTENZA TERMICA RESA DISPONIBILE E IN GENERALE SIGNIFICATIVA E ADATTA A SERVIRE NUMEROSE UTENZE POSSIBILITA DI SFRUTTARE MAGGIORMENTE LA RISORSA GEOTERMICA, IN PARTICOLARE PER SISTEMI ABBINATI A POMPE DI CALORE, CON POSSIBILITA DI RESTITUZIONE DEL FLUIDO GEOTERMICO, SE LA SALINITA LO CONSENTE, DIRETTAMENTE IN SUPERFICIE RIDOTTO NUMERO DI PERFORAZIONI

8 POMPE DI CALORE CON CICLO A COMPRESSIONE ALIMENTATE ELETTRICAMENTE PER L ALIMENTAZIONE DI SINGOLI FABBRICATI SONO DISPONIBILI POMPE DI CALORE COMMERCIALI IN UN AMPIO CAMPO DI TAGLIE DI POTENZIALITA. SI TRATTA DI COMPONENTI BASATI SU UN CICLO MONOSTADIO CHE PERMETTONO DI RAGGIUNGERE TEMPERATURE DELL ACQUA CALDA DI C. QUINDI SI TRATTA DI UNA SOLUZIONE APPETIBILE PER EDIFICI NUOVI O EDIFICI ESISTENTI MA BASATI COMUNQUE SU SISTEMI DI RISCALDAMENTO A BASSA TEMPERATURA. QUESTE POMPE DI CALORE POSSONO ESSERE REVERSIBILI E VENIRE UTILIZZATE COME GRUPPI FRIGORIFERI PER IL CONDIZIONAMENTO AMBIENTALE IN ESTATE.

9 IMPIANTO DI RISCALDAMENTO DEL NUOVO COMPLESSO PALAZZO LOMBARDIA DELLA REGIONE LOMBARDIA CON POMPE DI CALORE A VITE AD ACQUA DI FALDA

10 IMPIANTO DI RISCALDAMENTO DEL NUOVO COMPLESSO PALAZZO LOMBARDIA DELLA REGIONE LOMBARDIA CON POMPE DI CALORE A VITE AD ACQUA DI FALDA

11 IMPIANTO DI RISCALDAMENTO DEL NUOVO COMPLESSO PALAZZO LOMBARDIA DELLA REGIONE LOMBARDIA CON POMPE DI CALORE A VITE AD ACQUA DI FALDA

12 IMPIANTO DI RISCALDAMENTO DEL NUOVO COMPLESSO PALAZZO LOMBARDIA DELLA REGIONE LOMBARDIA CON POMPE DI CALORE A VITE AD ACQUA DI FALDA DATI TECNICI POMPE DI CALORE A VITE REVERSIBILI AD ACQUA DI FALDA Pozzi di prelievo 8 Profondità pozzi 50 m Portata acqua di falda Temperatura acqua di falda ingresso / uscita Scarico acqua di falda Numero pompe di calore Tipologia pompe di calore Potenza termica pompe di calore ceduta a sorgente calda Copertura del fabbisogno termico invernale del complesso con pompe di calore 8 x 40 l/s = 320 l/s 15 / 6 C in roggia superficiale 3 con compressore a vite 3 x kw 100% Funzionamento estivo delle pompe di calore come ciclo frigorifero per produzione acqua gelida

13 POMPE DI CALORE GEOTERMICHE CON COMPRESSORI A PISTONI DESCRIZIONE SONO POSSIBILI DIVERSE SOLUZIONI, SIA DI TIPO REVERSIBILE CHE CON FUNZIONAMENTO UNICAMENTE COME POMPA DI CALORE, ANCHE PER PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA. VI E UN ELEVATO NUMERO DI MODELLI IN COMMERCIO AL VARIARE DI TAGLIA E TEMPERATURE DI ESERCIZIO. ALCUNI COSTRUTTORI REALIZZANO SOLUZIONI TAILOR MADE, OTTIMIZZATE PER CIASCUN CASO SPECIFICO. GENERALMENTE SONO ADATTE PER APPLICAZIONE A EDIFICI SINGOLI E CON TEMPERATURE DI ESERCIZIO CONTENUTE, MA SONO POSSIBILI ANCHE SOLUZIONI TAILOR MADE DI TAGLIA SIGNIFICATIVA E CON TEMPERATURE ELEVATE.

14 POMPA DI CALORE MODULARE AD ASSORBIMENTO ALIMENTATA A GAS NATURALE LA POMPA DI CALORE AD ASSORBIMENTO CONSENTE LA PRODUZIONE DI ENERGIA TERMICA SOTTO FORMA DI ACQUA CALDA SINO A 65 C MEDIANTE RECUPERO DI ENERGIA TERMICA DALLA SORGENTE FREDDA (AD ESEMPIO ACQUA DI FALDA, SONDE GEOTERMICHE, ARIA ESTERNA) ED E ALIMENTATA DA GAS NATURALE O GPL. CON TALE TECNOLOGIA, SONO DISPONIBILI ANCHE GRUPPI MODULARI CON POTENZA TERMICA NOMINALE UNITARIA PER RISCALDAMENTO PARI A CIRCA 35 kwt. QUINDI, LA POMPA DI CALORE AD ASSORBIMENTO E ADATTA PER CIRCUITI DI UTENZA A BASSA TEMPERATURA (AD ESEMPIO I SINGOLI EDIFICI). NEL CASO CITATO DI GRUPPO MODULARE DA 35 kwt, IL SISTEMA E CARATTERIZZATO DA UN ELEVATO RENDIMENTO ENERGETICO, SUPERIORE AL 150%, MENTRE CON UNA NORMALE CALDAIA SEMPRE ALIMENTATA A GAS NATURALE, L ENERGIA TERMICA OTTENIBILE E DELL ORDINE DELL 80%. CIO SIGNIFICA CHE QUESTA APPARECCHIATURA DI FATTO DIMEZZA O QUASI I CONSUMI DI COMBUSTIBILE. SE IL FABBISOGNO RICHIESTO E SUPERIORE A 35 kwt, SI POSSONO INSTALLARE PIU UNITA IN PARALLELO

15 POMPA DI CALORE MODULARE AD ASSORBIMENTO ALIMENTATA A GAS NATURALE INOLTRE, L UNITA PUO ESSERE REVERSIBILE, PRODUCENDO, OLTRE CHE ENERGIA TERMICA PER RISCALDAMENTO, ANCHE ENERGIA FRIGORIFERA SOTTO FORMA DI ACQUA GELIDA PER IL CONDIZIONAMENTO ESTIVO, CON POTENZA FRIGORIFERA PARI A 18 kwf. IN TAL MODO, QUESTA SOLUZIONE PERMETTE DI EVITARE L INSTALLAZIONE DI UN GRUPPO FRIGORIFERO CONVENZIONALE O QUANTOMENO PERMETTE DI RIDURNE LA POTENZIALITA, CONSENTENDO UN RISPARMIO SUL COSTO DI INVESTIMENTO. INOLTRE, IN MOLTI CASI L UTENZA SI DEVE DOTARE DI UNA CABINA ELETTRICA IN MEDIA TENSIONE SOLO PER FAR FRONTE ALLA ALIMENTAZIONE DELLA CENTRALE FRIGORIFERA A COMPRESSIONE: INVECE CON L INSTALLAZIONE DEL SISTEMA A POMPE DI CALORE REVERSIBILI, ESSENDO L APPORTO DI ENERGIA ALL UNITA SOTTO FORMA DI GAS NATURALE, SI PUO EVITARE L ALLACCIAMENTO IN MEDIA TENSIONE E ADOTTARE UN ALLACCIAMENTO IN BASSA TENSIONE, CON UN ULTERIORE CONSISTENTE RISPARMIO ECONOMICO SUL COSTO DI INVESTIMENTO.

16 ALIMENTAZIONE DA FONTE GEOTERMICA

17 ALIMENTAZIONE DA FONTE GEOTERMICA

18 ALIMENTAZIONE DA FONTE GEOTERMICA Hotel Traubenheim - Bolzano Attività: Alberghiera Apparecchi: 3 moduli Potenza frigorifera: 51 kw Potenza termica: 105 kw

19 MOTIVAZIONI PER UN PREVEDIBILE SVILUPPO DI SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI AMPIA DISPONIBILITÀ SUL TERRITORIO NAZIONALE DI RISORSE GEOTERMICHE TENDENZA A UN CONSISTENTE SVILUPPO DEL TELERISCALDAMENTO PER LA NECESSITÀ DI FIDELIZZAZIONE DEL CLIENTE FINALE DISPONIBILITÀ DI POMPE DI CALORE CHE POSSONO EROGARE ACQUA CALDA ALLA TEMPERATURA DI 90 C 90 C TREND DI CRESCITA DEL PREZZO DELL ENERGIA INFERIORE A QUELLO DEI COMBUSTIBILI FOSSILI ELETTRICA CONTRIBUTO A FONDO PERDUTO (CREDITO D IMPOSTA) PER SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICI PARI A 0,0258 EURO/kWht IN CONTO ESERCIZIO E 20,66 EURO/kWt IN CONTO CAPITALE (SOLO PER ZONE CLIMATICHE E ED F)

20 FLUIDI DI LAVORO PER CICLI A POMPA DI CALORE R 134 a R 245 fa (per applicazioni particolari)

21 Compressori centrifughi Compressori a vite Compressori a pistoni Potenza termica (kw) CAMPI DI APPLICAZIONE DEI DIVERSI TIPI DI COMPRESSORE PER POMPE DI CALORE (per fluido refrigerante R134a)

22 TEMPERATURE MASSIME OTTENIBILI PER L ACQUA CALDA CON CICLI A POMPA DI CALORE BISTADIO COMPRESSORE CENTRIFUGO COMPRESSORE A VITE 50 COMPRESSORE A PISTONI TEMPERATURA MASSIMA ( C) COMPRESSORE CENTRIFUGO COMPRESSORE A VITE O CENTRIFUGO POTENZA TERMICA (kw)

23 NUMERO STADI DELLA POMPA DI CALORE UNO PER SALTO TERMICO MAX DI 40 C TRA CONDENSATORE ED EVAPORATORE DUE PER SALTO TERMICO FINO A 85 C TRA CONDENSATORE ED EVAPORATORE

24 VALORI INDICATIVI DI COP (COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE) PER POMPE DI CALORE CON COMPRESSORE CENTRIFUGO TEMPERATURA SCARICO SORGENTE FREDDA TEMPERATURA USCITA ACQUA CALDA COP 8 C 80 C 2,9-3 8 C 90 C 2,65-2,8

25 POMPE DI CALORE CON SORGENTE FREDDA COSTITUITA DA ACQUA DI FALDA CASO A B C Taglia piccola media grande Fluido lavoro Potenzialità termica (kw) COP R134a ,95 2,75 2,68 Sorgente fredda acqua di falda Fluido Portata (m3/h) Temperatura ingresso ( C) ,9 6 Temperatura uscita ( C) Sorgente calda Fluido Portata (m3/h) acqua teleriscaldamento Temperatura ingresso ( C) Temperatura uscita ( C)

26 POMPE DI CALORE CENTRIFUGHE BISTADIO DI GRANDE POTENZA Teleriscaldamento AEM Milano di Famagosta e Canavese, Italia In funzione solo durante il periodo di riscaldamento Numero di unità 1xFamagosta 1xCanavese Refrigerante R134a Sorgente di calore Acqua di falda Dati tecnici Singola unità Potenza frigorifera kw Temp. in/out acqua fredda 15.0 / 7.6 C Portata acqua fredda m3/h Temp. in/out acqua telerisc / 90.0 C Portata acqua telerisc. 546 m3/h Potenza ele. compressore kw Potenza termica kw COP 2.68

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30 SPECIFICITÀ E VANTAGGI DELL UTILIZZO DELL ACQUA DI FALDA GIÀ EMUNTA PER ALIMENTAZIONE DI UN ACQUEDOTTO, COME SORGENTE FREDDA PER POMPE DI CALORE NON NECESSITA DI NUOVE PERFORAZIONI PER PRELIEVO E SCARICO DEL FLUIDO, IN QUANTO IL/I POZZI DI PRELIEVO SONO GIÀ ESISTENTI ED IL RECAPITO È IN ACQUEDOTTO NON NECESSITA DI ALCUN PERMESSO O AUTORIZZAZIONE I COSTI DI POMPAGGIO PER IL SOLLEVAMENTO DEL FLUIDO SONO GIÀ CONTEMPLATI PER L USO ACQUEDOTTISTICO L IMPATTO AMBIENTALE DETERMINATO IN QUESTO CASO DALL UTILIZZO INTEGRATIVO DELL ACQUA DI FALDA DESTINATA ALL ACQUEDOTTO ANCHE PER ALIMENTAZIONE DELLA POMPA DI CALORE È NULLO, OVE SI ECCETTUI LA RUMOROSITÀ DELLA POMPA DI CALORE, CHE PUÒ COMUNQUE ESSERE ISOLATA DAL PUNTO DI VISTA ACUSTICO CON UNA CAPOTTATURA FONOASSORBENTE, OVE NECESSARIO.

31 ESEMPIO DI APPLICAZIONE DI POMPE DI CALORE AD UN SISTEMA ACQUEDOTTISTICO

32 UNITA PACKAGE CENTRIFUGHE Teleriscaldamento per Vaertan, Stoccolma Numero di unità Refrigerante Potenza termica totale Temp. in/out acqua telerisc. Sorgente di calore Temp. in/out sorgente calore 6 R134a / R kw 50 / 80 C Acqua di mare, diretta 3.5 / 1.7 C 6 unità in funzione con successo dal 1985 Serbatoio di accumulo acqua calda Värtan

33 Teleriscaldamento per Vaertan, Stoccolma Rielaborazione grafica

34 POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA Centrale di teleriscaldamento/teleraffreddamento Katri Vala, Helsinki, Finlandia IL PIU GRANDE IMPIANTO AL MONDO PER LA PRODUZIONE COMBINATA DI ENERGIA TERMICA E FRIGORIFERA

35 POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA Teleriscaldamento/teleraffreddamento Katri Vala, Helsinki, Finlandia Progetto Pronta per la coibentazione

36 POMPE DI CALORE DI GRANDE POTENZA COMBINATE CON PRODUZIONE FRIGORIFERA Centrale di teleriscaldamento/teleraffreddamento Katri Vala, Helsinki, Finlandia Numero di unità Estate 5 Inverno 5 Refrigerante Sorgente fredda Potenza frigorifera Temp.in/out acqua fredda Portata acqua fredda Temp.in/out acqua telerisc. Portata acqua telerisc. Potenza ele. compresore Potenza termica R134a Acqua teleraff kw 20.0 / 4.0 C m3/h 45.0 / 88.0 C 1850 m3/h kw kw COP 2.96 R134a Acq. fognatura, indiretta kw 10.0 / 4.0 C m3/h 50.0 / 62.0 C m3/h kw kw unità in funzione con successo dal 2006

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38 SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO AL SERVIZIO DEL POLO UNIVERSITARIO DI ZURIGO CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FIUME

39 SISTEMA DI TELERISCALDAMENTO AL SERVIZIO DEL POLO UNIVERSITARIO DI ZURIGO CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FIUME

40 SISTEMI DI TELERISCALDAMENTO DA 73 MWt E TELERAFFREDDAMENTO DA 23 MWf A SERVIZIO DEL QUARTIERE DI BOULOGNE-BILLANCOURT A PARIGI

41 CONFIGURAZIONE DEI POZZI DI ACQUA DI FALDA PER IL PROGETTO DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO A SERVIZIO DEL QUARTIERE DI BOULOGNE-BILLANCOURT A PARIGI Implantation des 18 puits pour l estimation du potentiel géothermique de la Craie Etats de saturation thermique de la Craie (en froid à gauche - en chaleur à droite)

42 POMPE DI CALORE REVERSIBILI AD ACQUA DI FALDA PER IL PROGETTO DI TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO A SERVIZIO DEL QUARTIERE DI BOULOGNE-BILLANCOURT A PARIGI Friotherm UNITOP 33/28CPY8149U R134a Friotherm UNITOP 23/22BY7097U R134a Funzionamento Sorgente fredda Potenza termica sottratta a sorgente fredda Temp. sorgente fredda in/out Sorgente calda Potenza termica ceduta a sorgente calda Temp. sorgente calda in/out Invernale Acqua di falda kw 14/5 C Acqua TLR kw 65/80 C Invernale Acqua di falda kw 14/5 C Acqua TLR /80 C Funzionamento Sorgente fredda Potenza termica sottratta a sorgente fredda Temp. sorgente fredda in/out Sorgente calda Potenza termica ceduta a sorgente calda Temp. sorgente calda in/out Estivo Acqua gelida kw 14/4,5 C Acqua di falda kw 16/32 C Estivo Acqua gelida kw 14/5 C Acqua TLR kw 65/80 C Fluido refrigerante

43 TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO DA 35 MWt A SERVIZIO DELLA CITTADELLA UNIVERSITARIA DI MADRID LEGEND HIGH TEMPERATURE SUPPLY PIPES (77 C), DN IN mm MID TEMPERATURE SUPPLY PIPES (65 C), DN IN mm LOW TEMPERATURE RETURN PIPES (55 C), DN IN mm NETWORK POINT nn HIGH TEMPERATURE USERS NUMBER nn LOW TEMPERATURE USERS NUMBER

44 TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO DA 35 MWt A SERVIZIO DELLA CITTADELLA UNIVERSITARIA DI MADRID

45 TELERISCALDAMENTO GEOTERMICO A SERVIZIO DELLA CITTA DI VICENZA

46 PROVINCIA DI SASSARI TELERISCALDAMENTO DI SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA BACINO D UTENZA

47 PROVINCIA DI SASSARI TELERISCALDAMENTO DI SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA RISORSE GEOTERMICHE

48 PROVINCIA DI SASSARI TELERISCALDAMENTO DI SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA RISORSE GEOTERMICHE

49 PROVINCIA DI SASSARI TELERISCALDAMENTO DI SANTA MARIA COGHINAS, VIDDALBA E VALLEDORIA LAYOUT DI CENTRALE

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53 SISTEMA INTEGRATO POMPA DI CALORE + MOTORE A GAS RECUPERO TERMICO DAL MOTORE ENERGIA TERMICA UTILE 43 ENERGIA TERMICA ENTRANTE ENERGIA ELETTRICA SORGENTE FREDDA GRATUITA

54 Morbegno recupero di calore dal circuito di raffreddamento di motori a gas Sistema di teleriscaldamento al servizio di Morbegno (SO), Italia Numero di unità 1 Tipo UNITOP 33 CY Potenza termica kw Temp. acqua tlr in/out 60 / 84 C Temp. acqua raffr.motori in/out 46 / 40 C COP [riscaldamento] 4.294

55 Morbegno recupero di calore dal circuito di raffreddamento di motori a gas Installazione della pompa di calore di SEM Morbegno

56 Grazie per l attenzione!