Termotecnica Pompe di Industriale

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1 Termotecnica Pompe di Industriale Calore

2 Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l energia e lo sviluppo economico sostenibile TECNOLOGIA A POMPA DI CALORE Milano, 24/05/2013 C.R. ENEA di CASACCIA Referente scientifico attività climatizzazione: ing. Nicolandrea Calabrese andrea.calabrese@enea.it

3 STRATEGIA MIGLIORAMENTO PRESTAZIONI ENERGETICHE DEL SISTEMA EDIFICIO - IMPIANTO FONTE:

4 Per una abitazione civile, il consumo energetico legato alla climatizzazione degli ambienti (riscaldamento e condizionamento) ed alla produzione di Acqua Calda Sanitaria è circa il 35% del suo consumo energetico complessivo!!!

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6 ALCUNE CONSIDERAZIONI Fondamentalmente il nostro benessere dipende dalla disponibilità di grandi quantità di energia a basso costo. Questa energia viene estratta da delle "fonti". Per alcune di esse si considera che, continuando ad estrarre energia, queste si esauriscano e per questo vengono chiamate "non rinnovabili" (per esempio gas, petrolio, carbone, ): non si rinnovano nella scala temporale di prevedibile utilizzo. Ciò che conta realmente è il consumo di fonti NON rinnovabili, in altre parole quanto girano i contatori del combustibile e dell energia elettrica. E' l'utilizzo di fonti non rinnovabili fossili che determina emissioni e dipendenza economica dai fornitori. Le fonti rinnovabili non sono un quindi fine ma un mezzo, come un altro, per ridurre l uso di fonti non rinnovabili, che è l obbiettivo vero di una politica energetica equilibrata. Ing. Laurent Socal (Presidente Nazionale ANTA, Esperto CTI, Capo Delegazione Italiana al CEN-TC 228 impianti "Heating systems in buildings )

7 LE TECNOLOGIE Ma esistono tecnologie in grado di sfruttare il calore solare ed ambientale per la climatizzazione degli ambienti e la produzione di acqua calda sanitaria, in grado di ridurre al minimo la necessità di fonti NON rinnovabili?! CERTAMENTE SI ad esempio: La pompa di calore

8 Cos è una pompa di calore elettrica?!

9 LA POMPA DI CALORE ELETTRICA A COMPRESSIONE : È una macchina che consente di trasferire energia termica - Da un corpo a bassa temperatura (sorgente fredda) - Ad un corpo a temperatura maggiore (sorgente calda) Per effettuare questo trasferimento è necessario spendere, in alternativa: - energia meccanica (elettrica), che viene trasformata in calore

10 POMPA DI CALORE E SORGENTI TERMICHE:

11 COP: COEFFICIENT OF PERFORMANCE della Pompa di calore Se la macchina a ciclo diretto riceve la quantità di calore Q 1 dalla sorgente a temperatura T 1 e cede la quantità di calore Q 0 alla sorgente a temperatura T 0, trasformando in lavoro la quantità L=Q 1 -Q 0, la macchina inversa riceve il lavoro L, sottrae la quantità di calore Q 0 dalla sorgente a temperatura più bassa, trasferendo la quantità di calore Q 1 =L+Q 0 alla sorgente a temperatura più alta. Nel caso della pompa di calore, il risultato che interessa è la quantità di calore ottenuta dalla sorgente a più alta temperatura. Il comportamento della pompa di calore è allora qualificato dal coefficiente di effetto utile o COP: Es. T 0 =0 C e T 1 =40 C

12 POMPA DI CALORE: FUNZIONAMENTO INVERNALE

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14 Sono in corso attività di Ricerca e Sviluppo (R&S) sulla tecnologia a pompa di calore? Certamente si.enea è coinvolto in attività di ricerca sia in ambito Nazionale che Europeo!!

15 UTTEI UNITÀ TECNICA TECNOLOGIE AVANZATE PER L'ENERGIA E L'INDUSTRIA GAS ABSORPTION HEAT PUMP SOLUTION FOR EXISTING RESIDENTIAL BUILDINGS Coordinatore del Progetto HEAT4U: NEXT GENERATION OF HEAT PUMPS WORKING WITH NATURAL FLUIDS Coordinatore del Progetto NxtHPG:

16 L utilizzo della pompa di calore per il riscaldamento degli ambienti, valorizza l intero immobile?!

17 EDIFICIO F-92: IPOTESI CLIMATIZZAZIONE CON P.D.C. DATI EDIFICIO F-92 Latitudine N Longitudine Zona Climatica Dimensioni Est D 230 mq

18 Utilizzando un software di calcolo, abbiamo verificato come cambia la classe energetica dell Edificio F92 se sostituiamo la caldaia a gas metano esistente con una pompa di calore elettrica che garantisce il riscaldamento degli ambienti.

19 CERTIFICAZIONE ENERGETICA F92: SIMULAZIONE CON P.D.C. Caldaia tradizionale a Gas Metano Pompa di calore elettrica aria - acqua

20 Ma ci sono degli incentivi per questo tipo di tecnologia?! Cosa prevede il «Conto Termico»?

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22 DECRETO MINISTERO SVILUPPO ECONOMICO 28 DICEMBRE 2012: «Incentivazione della produzione di energia termica da fonti rinnovabili ed interventi di efficienza energetica di piccole dimensioni»

23 Requisiti tecnici per accedere all incentivo (Allegato II del D.M. 28/12/12)

24 Requisiti tecnici per accedere all incentivo (Allegato II del D.M. 28/12/12) ESEMPIO 1

25 Calcolo dell incentivo (Allegato II 2.1 e 2.2 del D.M. 28/12/12)

26 Calcolo dell incentivo (Allegato II 2.1 e 2.2 del D.M. 28/12/12)

27 Durata degli incentivi (Tabella 4 Regole applicative)

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29 Esempio 1: PDC aria acqua P t = 112 kw CONDIZIONI CALCOLO COP: TEMPERATURA ACQUA INGRESSO / USCITA ALLO SCAMBIATORE INTERNO (⁰C) COP 3,52

30 Esempio 1: PDC aria acqua P t = 112 kw

31 Tabelle di calcolo incentivo COP 4,1 Pompe di calore elettriche potenzialità fino a 35Kwt contributo complessivo erogato in 2 anni Ci 0,055 Quf Potenza/Zona climatica A B C D E F COP 4,1 Pompe di calore elettriche potenzialità oltre 35Kwt contributo complessivo erogato in 5 anni Ci 0,018 Quf Potenza/Zona climatica A B C D E F PALERMO NAPOLI ROMA MILANO

32 Investimento complessivo di riferimento L incentivo complessivo relativo all investimento necessario per le operazioni di Smontaggio e dismissione dell impianto di climatizzazione invernale esistente, parziale o totale, fornitura e posa in opera di tutte le apparecchiature termiche, ecc, varia da zona a zona climatica: dovrebbe rappresentare il 40% dell investimento, è quindi possibile risalire all investimento complessivo di riferimento. REMUNERABILITA PALERMO NAPOLI ROMA MILANO

33 Osservazioni È molto strano che il costo complessivo dell investimento vari in modo così rilevante da zona climatica a zona climatica. Un impianto con pompa di calore da 24 kw costerebbe quasi 9.000,0 in zona climatica E e solo 3.000,0 in zona climatica A!! MA ALLORA CONVIENE INSTALLARE IMPIANTI A POMPA DI CALORE?! LA TARIFFA ELETTRICA ATTUALE INCENTIVA QUESTO TIPO DI SOLUZIONI IMPIANTISTICHE?! LA PERCENTUALE DI ENERGIA PRIMARIA RISPARMIATA UTILIZZANDO LE POMPE DI CALORE CORRISPONDE AD UN EQUIVALENTE RISPARMIO ECONOMICO?!

34 BTA i :Tariffe per usi diversi dalle abitazioni La tariffa D2 è applicata ai contratti stipulati nelle abitazioni di residenza con impegno di potenza non superiore ai 3 kw. La tariffa D3 è applicata ai contratti stipulati nelle abitazioni di residenza con impegno di potenza superiore a 3 kw e a quelli stipulati per le abitazioni non di residenza.

35 Convenienza "al margine" tra tariffa D3 e tariffa D2 con BTA (Asse oridnate: /anno; asse ascisse: consumi annui totali*, kwh) Periodo di payback dell'investimento nel secondo contatore (Asse ordinate:, spesa cumulata; asse ascisse: anni) 2500 D3 D2 + BTA D3 D2 + BTA * Riscaldamento, ACS, raffrescamento, cucina, illuminazione, altri usi Fonte: elaborazioni REF-E Fonte: elaborazioni REF-E Caso di consumo di 6.9 MWh Appartamento di metri quadrati Consum i elettrici annui nel caso di installazione di una PdC (kwh/anno) Uso energetico Zona E Zona C Esistente Nuovo Esistente Nuovo Riscaldamento ACS Raffrescamento Cucina e altri Totale Fonte: elaborazioni REF-E FONTE: Monitoraggio delle tecnologie per il riscaldamento nel segmento residenziale, REF-E. Febbraio 2013

36 Es. 1: Riscaldamento e produzione ACS con caldaia tradizionale a GPL (S edificio =150 m 2 2 servizi igienici) Località: Anguillara Sabazia (ROMA) Nota: il consumo di combustibile legato al piano cottura è incluso nei consumi riportati. Ai fini energetici, il consumo di combustibile è stato COMPLETAMENTE imputato al sistema di riscaldamento degli ambienti e di produzione ACS.

37 Riscaldamento e produzione ACS con caldaia tradizionale a GPL (S edificio =150 m 2 2 servizi igienici) Nel 2012 sono stati consumati circa 600 [m 3 /anno] di GPL = 31,39 kwh/sm 3 Nota: il potere calorifico dei vettori energetici commerciali è molto variabile e dipende dall'origine del materiale e dai trattamenti successivamente subiti, perciò i valori in tabella sono puramente indicativi Si ha quindi un fabbisogno di energia primaria pari a: 600 [m 3 /anno] x 31,39 [kwh/sm 3 ] = [kwh/anno] Il fabbisogno termico dell edificio sarà pari a circa (ipotizzando η medio = 0,83): [kwh/anno] Spesa complessiva in bolletta: 2.620,00 [ /anno]

38 Riscaldamento e produzione ACS con caldaia tradizionale a METANO (S edificio =150 m 2 2 servizi igienici) Il fabbisogno termico dell edificio è pari a circa (ipotizzando η medio = 0,83): [kwh/anno] Passando a gas metano si avrà: = 9,59 kwh/sm 3 DATI TECNICO-ECONOMICI: 0,8638 costo gas metano [ /Nm 3 ]- Anno 2012, tasse incluse (Fonte Si ha quindi un consumo di gas metano: [kwh/anno] / 9,59 [kwh/sm 3 ] / 0,83 = = [m 3 /anno] Spesa complessiva in bolletta: 1.700,00 [ /anno]

39 Riscaldamento e produzione ACS con Pompa di calore ELETTRICA (S edificio =150 m 2 2 servizi igienici); Località: Anguillara Sabazia (ROMA) Il fabbisogno termico dell edificio è pari a circa: [kwh/anno] Condizioni di riferimento: Riscaldamento: Acqua entrante/uscente a 40/45⁰C, aria esterna a 7/6⁰C BS/BU Raffreddamento: Acqua entrante/uscente a 12/7⁰C, aria esterna a 35⁰C BS Si consideri uno SCOP della macchina pari a: 3,5 (lo assimileremo pari al COP, ma dipende dalla località di installazione della macchina)

40 Riscaldamento e produzione ACS con Pompa di calore ELETTRICA (S edificio =150 m 2 2 servizi igienici); Località: Anguillara Sabazia (ROMA) Il fabbisogno termico dell edificio è pari a circa: [kwh/anno] Considerando uno SCOP della macchina pari a: SCOP = 3,5 Il fabbisogno di energia elettrica sarà pari a: [kwh/anno] / 3,5 = [kwh elettrici /anno] Consumi elettrici 2012 Cucina e altri: Consumo complessivo di energia elettrica = [kwh elettrici /anno] [kwh elettrici /anno] = [kwh elettrici /anno] Spesa annua con tariffa D3 per solo riscaldamento (0,37 /kwh) = / anno Spesa annua con tariffa BT per solo riscaldamento (0,29 /kwh) = / anno

41 RIASSUMENDO: CALDAIA A GPL η medio = 0,83 P.C.I. = 31,39 kwh/sm 3 Costo specifico = 4,3 /m 3 CALDAIA A METANO η medio = 0,83 P.C.I. = 9,59 kwh/sm 3 Costo specifico = 0,8638 /m 3 Fabbisogno energia Primaria: [kwh/anno] Consumo combustibile: 600 [m 3 /anno] Spesa complessiva in bolletta: 2.620,00 [ /anno] Costo specifico del kwh: 0,14 [ /kwh] Fabbisogno energia Primaria: [kwh/anno] Consumo combustibile: 1966 [m 3 /anno] Spesa complessiva in bolletta: 1.700,00 [ /anno] Costo specifico del kwh: 0,11 [ /kwh] POMPA DI CALORE SCOP = 3,5 Costo specifico: D3 = 0,37 /kwh BT = 0,29 /kwh Fattore conversione in Energia Primaria: 2,174 (Raccomandazione CTI 14) Fabbisogno energia Elettrica: [kwh/anno] Fabbisogno di energia Primaria: [kwh/anno] Tariffa D3: Spesa complessiva in bolletta: 1.654,00 [ /anno] Tariffa BT: Spesa complessiva in bolletta: 1.296,00 [ /anno] En. Primaria risparmiata: - 50%!!!!

42 Osservazioni LA POMPA DI CALORE, SE CONFRONTATA CON UNA CALDAIA A GPL CONVIENE.. SEMPRE!!!!! LA POMPA DI CALORE, SE CONFRONTATA CON UNA CALDAIA A METANO, CONVIENE COMUNQUE.. ANCHE SE C E UNA FORTISSIMA INFLUENZA DELLA TARIFFA ELETTRICA A SCAGLIONI!!!!! LA POMPA DI CALORE CONSENTE DI OTTENERE UN RISPARMIO DI ENERGIA PRIMARIA DI CIRCA IL 50%!!!!

43 Fabbisogno termico PIU IN GENERALE: kwht Tecnologia presente Tecnologia sostitutiva Utente1 Caldaia a gas efficienza 0,80 *9,7 da m3 a kwh Fabbisogno termico Tecnologia presente Tecnologia sostitutiva kwht m3 kwh m3 kwh Consumi m3 gas Consumi m3 gas Costi ( /anno) 0,85 /m Costi ( /anno) ,09 /kwh Utente1 Caldaia a gas efficienza 0,80 *9,7 da m3 a kwh Caldaia a gas condensazione efficienza 0,95 Caldaia a gas condensazione efficienza 0,95 m3 kwh Pompa di calore m3 kwh Utente2 2,3 fatt conv Consumi Caldaia a m3 gas gas efficienza 0, Consumi m3 gas elettrica SCOP 3,5 Costi ( /anno) 0,85 /m m3 kwh Costi ( /anno) Primaria 0,09 /kwh Consumi m3/kwh kwht Consumi kwh elettrici/per Costi ( /anno) Costi totale riscaldamento ,37 /kwhel Osservare Pompa di rispetto calore a condensazione D3 Utente2 Caldaia a gas efficienza 0,80 forte 2,3 riduzione fatt conv di m3 kwh Primaria Consumi m3/kwh kwht Consumi kwh elettrici/per Costi ( /anno) Costi totale Pompa riscaldamento di calore BT ,37 /kwhel Osservare rispetto a condensazione forte 2,3 riduzione fatt conv di elettrica SCOP 3,5 energia primaria maggior costo di Primaria gestione Consumi kwh elettrici/per Costi totale riscaldamento ,29 /kwhel Pompa di calore BT 2,3 fatt conv elettrica SCOP 3,5 Pompa di calore D1 Primaria Consumi kwh elettrici/per ,3 fatt conv elettrica SCOP 3,5 Costi totale riscaldamento ,29 /kwhel Primaria Consumi kwh elettrici/per Costi totale riscaldamento ,24 /kwhel Pompa di calore D1 2,3 fatt conv elettrica SCOP 3,5 Pompa di calore DedicataPrimaria Consumi kwh elettrici/per ,3 fatt conv elettrica SCOP 3,5 Costi totale riscaldamento ,24 /kwhel Primaria Consumi kwh elettrici/per Aprile 2013 Costi totale riscaldamento ,21 /kwhel Pompa di calore Dedicata D3 elettrica energia SCOP primaria 3,5 maggior costo di gestione Rapporto rendimenti caldaie: (0,8/0,95) Fabbisogno termico / SCOP 3,5 = kwh elettrici PDC Tariffe per usi diversi dalle abitazioni Tariffa di riferimento Tariffa Proposta

44 Riduzione consumi/costi conseguiti COMUNICATO STAMPA Milano, 20 maggio 2013 Elettricità: al via la riforma delle tariffe di rete e degli oneri di sistema per i clienti domestici L obiettivo è di allineare le tariffe ai costi, dando ai clienti corretti segnali economici e di contribuire all efficienza energetica, all uso delle rinnovabili e all innovazione tecnologica E' con questi obiettivi che l'autorità per l'energia dà ora il via alla riforma delle tariffe elettriche di trasmissione, distribuzione e misura e una revisione dell'articolazione degli oneri generali di sistema (delibera 204/2013/R/EEL), attraverso un percorso ampio e partecipato (consultazioni e audizioni pubbliche). La riforma consentirà di ridisegnare le tariffe elettriche (quindi non il prezzo del kilowattora). Conclusione Procedimento: entro il 2015 Tariffe specifiche: entro il 2014 Possibilità di estendere fino a 3, 5 kw la potenza impegnata dai clienti domestici con tariffa D2 Condensazione PdC tariffa D3 PdC tariffa BT PdC tariffa D1 PdC tariffa Dedicata Riduzione consumi energia primaria: 15,8% Riduzione costi 15,8% m3 kwh % riduzione Energia risparmiata ,8 Costi /anno riduzione ,8 Riduzione consumi energia primaria 48% Riduzione costi 6,8% kwh % riduzione Energia primaria risparmiata ,6 Riduzione Costi /anno 143-6,8 Riduzione consumi energia primaria 48% Riduzione costi 26,6% kwh % riduzione Energia primaria risparmiata ,6 Riduzione Costi /anno ,6 Riduzione consumi energia primaria 48% Riduzione costi 39,1% kwh % riduzione Energia primaria risparmiata ,6 Riduzione Costi /anno ,1 Riduzione consumi energia primaria 48% Riduzione costi 47 % kwh % riduzione Energia primaria risparmiata ,6 Riduzione Costi /anno ,0

45 Motivazioni alla base della scelta dei consumatori FONTE: Monitoraggio delle tecnologie per il riscaldamento nel segmento residenziale, REF-E. Febbraio 2013

46 RIFERIMENTI: - Diagnosi e certificazione energetica degli edifici. Corso Avanzato UNI-TS 11300:4 Ing. Laurent Socal - Conto Energia Termico: Carovigno, 06/02/2013 VIESSMANN - Incentivazione della produzione di energia termica da impianti a fonti rinnovabili ed interventi di efficienza energetica di piccole dimensioni: Regole applicative DEFINITIVE D.M. 28/12/12 Edizione 09/04/2013 GSE - Pompe di calore Prof. Renato Lazzarin - «Monitoraggio delle tecnologie per il riscaldamento nel segmento residenziale, REF-E. Febbraio 2013» e «Newsletter REF-E Osservatorio Energia - Anno XV, n. 163, Febbraio 2013» Mario Cirillo, REF-E - Proposte per le rinnovabili termiche e l efficienza energetica nella SEN e nel Conto Energia Termico Giampiero Colli, Associazione Co.Aer - Efficienza è ricchezza Luca Marchisio

47 Utilizzo del calore solare e ambientale per la climatizzazione Le nostre attività di ricerca e sviluppo: Grazie per l attenzione