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1 I TEMI DI OGGI 2 Qualità ambientale indoor e outdoor Efficienza energetica Efficienza e certificazione energetica degli edifici Impianti termici negli edifici Produzione e distribuzione dell'energia termica Ventilazione Cesare Maria Joppolo Politecnico di Milano - Dipartimento di Energia 1. riduzione dei consumi di energie non rinnovabili I. riduzione dei carichi II. interventi sugli impianti ventilazione e recupero di energia produzione efficiente (caldaie, pompe di calore, ecc.) utilizzo efficiente (panelli radianti, sistemi a bassa temperatura,..) 2. utilizzo di fonti energetiche rinnovabili (solare, geotermico, ) GREEN DESIGN 3 GREEN DESIGN 4 1.Minimi consumi di ciò che non è rinnovabile (energie esauribili, territorio, acqua, materie prime) 2.COROLLARIO: Massimizzare l uso di ciò che è rinnovabile 3.Minime emissioni atmosferiche che hanno un impatto negativo sull ambiente, il rilascio di liquidi pericolosi e di rifiuti solidi 4.MASSIMO LIVELLO DI INDOOR ENVIRONMENT QUALITY IEQ (che comprende IAQ, ambiente termico, acustico, luminoso e visuale) STEP FONDAMENTALI I. RIDURRE I CARICHI II. APPLICARE LE TECNOLOGIE PIU EFFICIENTI III.LOGICA DI SISTEMA E DI INTEGRAZIONE Tecnologie e sistemi di climatizzazione: i percorsi della sostenibilità

2 Come raffrescare? 5 RIDURRE I CARICHI 6 Macchine frigorifere / pompe di calore a compressione Macchine frigorifere / pompe di calore ad assorbimento CARICHI TERMICI Carichi per Ventilazione (+/-) Sorgenti termiche : aria / acqua / terreno Carichi per trasmissione attraverso l involucro (+/-) Uso diretto Uso indiretto Raffreddamento evaporativo e torri di raffreddamento Apporti Solari (+) Carichi interni: Sensibile (temperatura) (+) Latente (Umidità) (+) NON SACRIFICARE Qualità dell Aria indoor (IAQ) RIDURRE I CARICHI PER CONDUZIONE Isolare adeguatamente le strutture che racchiudono il volume riscaldato, ponendo attenzione ai ponti termici strutturali. 7 RIDURRE I CARICHI SOLARI Studiare la geometria dei percorsi solari per progettare la forma e la posizione degli edifici. Utilizzo di schermi 8

3 Caldaie a condensazione 9 Combustibili e condensazione 10 Nella tecnologia a condensazione il vapore acqueo contenuto nei fumi viene fatto condensare, nel passaggio dallo stato gassoso a liquido il vapore cede il calore latente, assorbito nella combustione del metano con l aria. Il calore latente ceduto dal vapore sommato al calore sensibile vengono trasmessi all acqua d impianto. Il calore recuperabile dal latente di vaporizzazione dipende notevolmente dal contenuto d idrogeno presente nel combustibile. Ne risulta che: Potere Potere Pcs/Pci Pcs - Pci Quantità acqua calorifico calorifico di condensa superiore Pcs inferiore Pci (teorica) kwh/m3 kwh/m3 kwh/m 3 kg/m 3 1) Gas di città 5,48 4,87 1,13 0,61 0,89 Gas metano LL 9,78 8,83 1,11 0,95 1,53 Gas metano E 11,46 10,35 1,11 1,11 1,63 Gas liquido 28,02 25,8 1,09 2,22 3,37 Gasolio EL 2) 10,68 10,08 1,06 0,6 0,88 1) riferito alla quantità di combustibile 2) con gasolio EL i dati si riferiscono all'unità di misura "litro" La quantità di calore recuperabile dipende anche dalla temperatura di rugiada dei fumi (temperatura in cui inizia il fenomeno della condensazione) Una considerazione di sistema 11 Gli apparecchi condensanti: post-scambiatore 12 Il calore recuperabile dipende notevolmente dal contenuto d idrogeno presente nel combustibile. Temp. fumi ( C) Temp. fumi ( C) ,5 C 53,8 C 41,8 C Temperatura di rugiada dei fumi Temperatura di rugiada dei fumi 100% CH4 100% CH4 95% CH4 95% CH4 Gasolio BTS Gasolio BTS Si concentra tutta l attenzione relativa ai materiali compatibili con la condensa acida nello scambiatore predisposto per la condensazione. 65 C 140 C Valore di CO2 (%) di Vol. Valore di CO2 (%) di Vol. Progettazione gestione devono garantire temperature di ritorno compatibili con la condensazione 950 C ciclo fumi

4 Gli apparecchi condensanti: post-scambiatore 13 I rendimenti a confronto 14 Mandata condensatore Mandata caldaia Condensatore in acciaio INOX condensing Percorso fumi Ritorno nel condensatore Ritorno in caldaia I rendimenti in funzione della temperatura di ritorno 15 Le caldaie a piena condensazione 16 Il condensatore fumi è integrato nella pannellatura della caldaia ed ha tubi verticali Rendimenti % sul PCI Temperature di ritorno in acciaio inox. Rendimenti in funzione della temperatura del ritorno. Apparecchi a piena condensazione per usi residenziali per usi civili

5 Le caldaie a piena condensazione 17 POMPE DI CALORE ELETTRICHE 18 La combustione T fumi 150 C Uscita fumi ~ 60 C mandata 50 C La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da un ambiente a temperatura più bassa ad un altro a temperatura più alta. T fumi 70 C T fumi 960 C Ritorno 30 C Scarico condensa Aria + Gas POMPE DI CALORE ELETTRICHE 19 POMPE DI CALORE ELETTRICHE 20 Il mercato europeo delle pompe di calore elettriche è l unico in crescita da diversi anni. La sua diffusione è sostenuta in quei paesi dove alta è la disponibilità di energia elettrica, specie se di fonte idroelettrica (Svizzera,Svezia) unitamente ad un progresso tecnologico dei materiali che consente di ottenere prestazioni migliori dei generatori a combustione (gas,olio) in termini di energia primaria e di emissioni di anidride carbonica La sostituzione di caldaie con pdc elettriche in aree urbane può avere effetti di rilievo sulla qualità dell aria (PM10, PM2.5, ) Il sistema inoltre se pensato reversibile (o attivo o solo passivo) ed abbinato ad impianti di riscaldamento bassa temperatura, è in grado di realizzare un impianto domestico di climatizzazione. Queste considerazioni, unite al miglioramento continuo del rendimento delle centrali elettriche (ciclo combinato) ed al possibile sviluppo di generazione distribuita di energia elettrica, fanno di questa tecnologia una potenziale alternativa del riscaldamento a combustibili fossili.

6 POMPE DI CALORE ELETTRICHE Pompa di calore ad acqua di falda 23 PRODUZIONE EFFICIENTE DI POTENZA TERMICA E FRIGORIFERA 24 PRODUZIONE EFFICIENTE DI POTENZA TERMICA E FRIGORIFERA CONDIZIONI W10/W50: COP= Pompa di calore Acqua/Acqua elettrica Caldaia a condensazione a Metano POTENZA TERMICA (+FRIGORIFERA 60) POTENZA TERMICA (+FRIGORIFERA 60) 150 Pompa Caldaia di Calore ad Assorbimento ad a Metano Pompa di calore ad assorbimento (metano)

7 25 26 PRODUZIONE EFFICIENTE DI POTENZA TERMICA E FRIGORIFERA PRODUZIONE EFFICIENTE DI POTENZA TERMICA E FRIGORIFERA Reti ad acqua a quattro tubi 27 The Electricity Role The Smart Grid Approach 28

8 The Electricity Role The Smart Grid Approach 29 Isolamento edifici e ventilazione: cambiano i carichi % SmartGrids will help to achieve sustainable development through using efficient, environmentallyfriendly power sources. 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Perdite per conduzione E D C B A 1. Con l emanazione dei decreti 192/05 e 311/2006, il livello di isolamento dell edificio, aumenta, abbattendo di conseguenza i carichi termici per conduzione attraverso l involucro edilizio. 2. I carichi energetici per la ventilazione (condizioni termiche + igrometriche?) necessaria per la qualità dell aria (contaminanti e umidità), diventano tanto più importanti quando si adottano elevati livelli di isolamento termico e si vogliono raggiungere classi di efficienza energetica elevate. Perdite per ventilazione VENTILAZIONE E RECUPERO DI ENERGIA 31 Il rinnovo dell aria 32 Sistema centralizzato - con recupero di calore - senza recupero di calore - combinato con un sistema di riscaldamento (Heat pump) Le diverse possibilità: 1. aerazione (apertura della finestre, infiltrazioni attraverso i serramenti) 2. ventilazione naturale (aperture variabili eventualmente con effetto camino) 3. ventilazione meccanica controllata 4. ventilazione ibrida RECUPERO ENERGETICO SULLA VENTILAZIONE

9 Motivazioni per il passaggio dalla areazione alla ventilazione 33 Aerazione e ventilazione naturale 34 Areazione (Finestre) Ventilazione (forzata,..) Rumore proveniente dall esterno Smog, pollini trasportati dall aria esterna Cambio d aria periodico quando percepiamo aria consumata Manuale apertura finestre Ricambio incontrollato è difficile capire quanto le finestre vadano tenute aperte Spreco energetico aria fredda entra in casa Nessun beneficio in estate Silenzio nessuna finestra aperta Aria pulita filtri Costante ricambio d aria mai aria consumata in casa Automatica il sistema lavora per noi Ricambio controllato il sistema rinnova il corretto quantitativo d aria anche con condizioni interne variabili Risparmio energetico usando un sistema di recupero di calore Aria più fredda in estate usando una pompa di calore geotermica Classificazione dei serramenti (UNI EN ) 35 Valutazione del ricambio d aria per infiltrazione 36 Classe del serramento p c = 10 Pa p c = 50 Pa <10 18 Portata d aria di infiltrazione [m³/h] riferita a 10 m² di serramenti Caratteristiche dei serramenti di produzione attuale : buono / ottimo isolamento termico buon potere fonoisolante ridotte / inesistenti infiltrazioni d aria Ricambio d aria insufficiente

10 USO RAZIONALE DELL ENERGIA E QUALITÀ AMBIENTALE 37 SISTEMI DI VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA 38 Uso dell Energia negli edifici Ambiente Indoor Sano, Produttivo e Comfortevole Il principio di funzionamento di un sistema di ventilazione meccanica controllata si basa sull immissione di aria nuova nei locali a bassa produzione di inquinanti, quali soggiorni e camere da letto e sulla simultanea estrazione dell aria viziata dai locali tecnici, quali bagni e cucine. Fonte: Il progetto Sostenibile, 2005 SISTEMI DI VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA 39 SISTEMI DI VENTILAZIONE MECCANICA CONTROLLATA 40 I sistemi di VMC si distinguono in due tipologie: a semplice flusso e a doppio flusso. I sistemi a doppio flusso possono essere installati sia in una singola abitazione che in edifici condominiali. Tipologie Nei sistemi a semplice flusso un ventilatore in funzionamento continuo è collegato a bocchette di estrazione collocate nei locali tecnici (bagli e cucine) e realizza una depressione che richiama aria esterna entrante dai dispositivi di immissione. Essi sono ingressi aria collocati solitamente ad infisso o a cassonetto. Nei sistemi a doppio flusso il ventilatore è collegato sia ad una doppia rete di canali, una per realizzare l immissione di aria nuova, l altra per realizzare l estrazione.

11 Recuperatori di energia per l aria di ventilazione 41 Recupero di calore e di umidità 42 Contatti 43 prof. Cesare Maria Joppolo Professore Ordinario Responsabile Laboratorio Ventilazione, Condizionamento dell aria e Refrigerazione (VAC&R) Dipartimento di Energetica Politecnico di Milano telefono:

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