IMPIANTI AD ALTA EFFICIENZA ENERGETICA POMPE DI CALORE SECONDA PARTE

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1 Ing. Enrica Cattaneo Università di Genova- Facoltà di Architettura INPS- DIREZIONE REGIONALE LIGURIA- CATE IMPIANTI AD ALTA EFFICIENZA ENERGETICA POMPE DI CALORE SECONDA PARTE 1

2 Prestazioni reali e prestazioni ideali L EFFICIENZA ENERGETICA POMPA DI CALORE 1) I LIVELLI DI TEMPERATURA DELLA SORGENTE FREDDA E CALDA TRA CUI OPERARE 2) LE CARATTERISTICHE DELLE SORGENTI TERMICHE 2

3 POMPA DI CALORE EFFICIENZA = COP (Coefficient of performance) IL LIMITE TEORICO E RAPPRESENTATO DAL CICLO DI CARNOT (INVERSO): EFFICIENZA = COP teorico = T C / (T C - T E ) 3

4 DOVE: T C = temperatura assoluta della sorgente calda T E = temperatura assoluta della sorgente fredda L EFFICIENZA SI RIDUCE PER: CARATTERISTICHE DEL FLUIDO UTILIZZATO; PERDITE DI CARICO NEI CIRCUITI E NEGLI SCAMBIATORI DI CALORE; 4

5 RIDUZIONE ESPRESSA MEDIANTE COEFFICIENTE DI RENDIMENTO α CHE OSCILLA DA 0,3 A 0,65 EFFICIENZA = COP pratico = α T C / (T C - T E ) 5

6 LIMITE TEORICO COP 7 / 8 LIMITE PRATICO COP 4,5-5,5 NEL CONFRONTO FRA SISTEMI DI RISCALDAMENTO TRADIZIONALI E SISTEMI A POMPA DI CALORE E IMPORTANTE IL PARAMETRO: REP (Rendimento di Energia Primaria) ovvero PER (Primary Energy Ratio) 6

7 REP = Energia termica fornita Energia primaria utilizzata (nell intero processo) LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE In pratica, indica la potenza termica ottenibile assorbendo 1 kw di elettricità per far funzionare il compressore. Ad esempio, se ε è uguale a 4, vuol dire che da 1 kw elettrico se ne ottengono 4 di potenza termica. I valori di ε dipendono principalmente dal salto termico fra sorgente fredda e fluido caldo: più piccolo è tale salto e maggiore è il valore di ε, cioè la resa della pompa di calore. Cosa d altra parte assai ovvia in quanto è certamente più facile trasportare calore da 10 a 30 C, piuttosto che da 10 a 50 C. 7

8 L EFFICIENZA ENERGETICA L efficienza di una pompa di calore è definita dal rapporto tra l effetto utile e l energia spesa per ottenere tale effetto. Poiché in modalità riscaldamento l effetto utile è rappresentato dall energia termica fornita, mentre in raffrescamento è l energia termica sottratta all ambiente climatizzato, si utilizzano due indicatori differenti: COP (Coefficient Of Performance) EER (Energy Efficiency Ratio). L EFFICIENZA ENERGETICA Il valore assunto da questi indicatori è fortemente influenzato dalle condizioni in cui opera la macchina, in particolare dalle due temperature, di evaporazione e di condensazione, e dal fattore di carico. Per comprendere a fondo il legame con la temperatura è opportuno fare riferimento alla pompa di calore ideale che opera secondo un ciclo termodinamico (ciclo di Carnot inverso) in cui l efficienza dipende esclusivamente dalle temperature citate nel modo indicato nelle formule seguenti: COPCarnot = Tcond. / Tcond. Tevap. = Tcond. / T ERRCarnot = Tevap./ Tcond. Tevap. = Tevap. / T (t espresse in KELVIN) 8

9 L EFFICIENZA ENERGETICA Indicatori ideali di efficienza COPCarnot ed EERCarnot in funzione delle temperature di lavoro (in C) L EFFICIENZA ENERGETICA Dalle formule si osserva che COP ed EER aumentano al diminuire di T e quindi risultano maggiori nel caso di temperature di evaporazione elevate e temperature di condensazione ridotte. Questo è vero non solo per un ciclo ideale ma anche per una macchina reale. Da questa considerazione si comprende l attenzione rivolta alla scelta della sorgente termica. Infatti, in modalità riscaldamento, specialmente nei climi freddi, può risultare conveniente ricorrere a sorgenti alternative all aria esterna quali, ad esempio, il terreno o l acqua del mare, che consentono di avere una temperatura di evaporazione più elevata. 9

10 L EFFICIENZA ENERGETICA Inoltre, si intuisce il vantaggio dei sistemi di emissione a bassa temperatura come i pannelli radianti e, in misura minore, i ventilconvettori, i quali permettono di ridurre la temperatura di condensazione. Anche il beneficio dovuto all adozione di una strategia di compensazione climatica è spiegato da queste relazioni. Tale regolazione, infatti, consiste nel diminuire la temperatura di condensazione all aumentare della temperatura esterna in maniera tale da incrementare l efficienza senza compromettere il comfort. Per quanto riguarda la modalità raffrescamento, è possibile fare commenti analoghi, ribaltando però il punto di vista: l efficienza aumenta incrementando la temperatura di evaporazione e al diminuire della temperatura della sorgente esterna (condensazione). L EFFICIENZA ENERGETICA Inoltre, si osservi che nel caso di un ciclo ideale si ha la relazione: COPCarnot = 1+ ERRCarnot Si può notare quindi che, a parità di temperatura di evaporazione e di condensazione, il COP è sempre maggiore dell EER. Ciò avviene perché, in regime di riscaldamento, l energia spesa per alimentare il compressore concorre all effetto utile. 10

11 LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE PRESTAZIONI ISTANTANEEDELLE POMPE DI CALORE Sono riferite a ben determinate condizioni di prova e individuate con i seguenti coefficienti: 1- Coefficiente [ ε] relativo al solo compressore È dato dal rapporto fra il calore ceduto al fluido caldo e l energia richiesta dal compressore. Qc ε = Wcompressore LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE 11

12 LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE 2- Coefficiente [COP: Coefficient of performance] relativo al compressore e ai mezzi ausiliari Il suo valore (definito dalla norma EN 255) è dato dal rapporto fra calore ceduto al fluido caldo e l energia richiesta sia dal compressore sia dai mezzi ausiliari integrati nella pompa di calore: dispositivi antigelo, apparecchiature di regolazione e controllo, circolatori, ventilatori. Qc COP = W compressore + W mezzi ausiliari LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE 12

13 LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE Applichiamo il principio di conservazione dell'energia al sistema pompa di calore 13

14 LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE Il coefficiente di prestazione è l'analogo del rendimento ovvero è dato dal rapporto fra ciò che ottengo (calore Qa che riverso nell'ambiente da riscaldare) e ciò che devo spendere (lavoro L necessario per comprimere il fluido). La particolarità è che COP>1 14

15 LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE L'efficienza di una pompa di calore è tanto più elevata quanto più è grande il suo COP. In pratica se il COP è alto vuol dire che utilizzando un modesto quantitativo di energia elettrica o di gas metano posso riversare nell'ambiente da riscaldare una grande quantità di calore LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE L'ordine di grandezza del coefficiente di prestazione dipende dal tipo di pompa di calore pompe di calore elettriche COP EL = 2.5 5,1 pompe di calore ad assorbimento COP AS = ,60 15

16 LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE DECRETO 7 aprile 2008 Disposizioni in materia di detrazione per le spese di riqualificazione energetica del patrimonio edilizio esistente, ai sensi dell'articolo 1, comma 349, della legge 27 dicembre 2006, n.296. Allegato H- Valori minimi del COP pompe di calore elettriche Punto 1 Allegati H- Valori minimi del EER pompe di calore elettriche Punto 2 Allegati H- Valori minimi del GUE pompe di calore a gas Punto 3 LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE Nel caso delle pompe di calore ad assorbimento o a motore endotermico, il COP mensile della pompa di calore, valutato in termini di energia primaria, è pari a quello medio mensile COP A,medio COP medio = COP A,medio 16

17 LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE Nel caso delle pompe di calore elettriche, il COP mensile della pompa di calore, valutato in termini di energia primaria è pari a quello medio mensile COP E,medio moltiplicato per il rendimento del sistema elettrico nazionale h SEN COP medio = COP E,medio h SEN Nelle norme UNITS h SEN = 1/ fp,el con fp,el fattore di conversione in energia primaria dell energia elettrica I coefficienti di prestazione COP E e COP A devono essere valutati come segue: [1] si assume il valore dichiarato dal costruttore nel caso di pompe di calore geotermiche oppure condensate ad acqua (la temperatura della sorgente fredda è circa costante) [2] devono essere calcolati in funzione della temperatura esterna di progetto e della temperatura media mensile nel caso di unità condensate ad aria (la temperatura della sorgente fredda è variabile e quindi è necessario tenerne conto) 17

18 Ai fini del calcolo il fabbricante deve fornire le prestazioni a pieno carico (ossia a fattore di carico CR pari ad 1) alle temperature di sorgente fredda e pozzo caldo indicate dalla norma. LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE È quindi un coefficiente che dipende non solo dalle prestazioni della pompa di calore, ma anche dalle specifiche caratteristiche dei vari sistemi di regolazione e di distribuzione dell energia termica. Ed è questo, e solo questo, il coefficiente che va considerato nel calcolare i costi di gestione di un impianto a pompa di calore nonché i relativi tempi di ammortamento. 18

19 LE PRESTAZIONI DELLE POMPE DI CALORE L EFFICIENZA ENERGETICA Nella realtà, però, è raro avere le medesime temperature in regime di riscaldamento e di raffrescamento; in particolare, nei nostri climi, in raffrescamento le macchine lavorano in condizioni più favorevoli per cui generalmente si ottengono valori di EER simili, se non superiori, a quelli ottenuti per i COP. Infine si noti che nel caso di un ciclo ideale il COP è sempre maggiore di 1; questo è vero anche per una macchina reale nelle usuali condizioni di lavoro. Le prestazioni delle pompe di calore dipendono non solo dalle temperature a cui opera il ciclo ma anche dal fattore di carico. In particolare è lecito attendersi una diminuzione delle prestazioni qualora la potenza termica richiesta dall edificio risulti inferiore alla potenza minima che la macchina può erogare in continuo. 19

20 L EFFICIENZA ENERGETICA Nelle suddette condizioni condizioni, la macchina è costretta a ricorrere a cicli di accensione e spegnimento che ne riducono l efficienza e durante i periodi di off continuano ad essere presenti consumi legati al riscaldatore del carter, al sistema di controllo, alle pompe e ad altri usi parassiti. Anche un piccolo consumo durante i cicli di off haun impatto importante sull efficienza. Per ridurre l eccessivo ricorso a cicli di accensione e spegnimento, si può ad esempio aumentare l inerzia termica dell impianto con degli accumuli tattici e/o dotare la macchina di più compressori, di compressori pluristadio o di compressori a velocità variabile. L EFFICIENZA ENERGETICA Oggi una soluzione sempre più diffusa, soprattutto per macchine di piccola taglia, consiste nell utilizzare compressori a velocità variabile: un inverter varia la velocità del compressore in funzione del carico termico, riducendo, quando necessario, sia la potenza erogata sia quella assorbita fintanto che la velocità minima del compressore è raggiunta Quando il compressore lavora a velocità ridotta si osserva un ulteriore vantaggio: con il carico parzializzato gli scambiatori di calore risultano sovradimensionati in rapporto alla potenza termica scambiata, riducendo la differenza di temperatura fra evaporazione e condensazione a beneficio dell efficienza complessiva della macchina. 20

21 L EFFICIENZA ENERGETICA Il fabbricante è tenuto a fornire i fattori di correzione per tenere conto della variazione del COP o GUE in funzione del CR: Cc da assumere pari a 0,9 in assenza di dato del fabbricante Cd da assumere pari a 0,25 in assenza di dato del fabbricante Il fabbricante deve definire, altresì, le temperature limite di funzionamento per il pozzo caldo, in particolare per l acqua calda sanitaria oltre la quale la pompa di calore viene disattivata. Il fabbricante definisce anche la temperatura limite di funzionamento (sorgente fredda) definita TOL, dato impostato dal fabbricante quale limite non modificabile per il blocco della pompa di calore per temperatura minima della sorgente fredda. Concetto fondamentale: Sui cataloghi commerciali viene riportata la resa in riscaldamento e il coefficiente di prestazione delle unità in riferimento a condizioni di funzionamento ben precise Ad esempio per le unità split si ha: Temperatura al bulbo secco dell'ambiente da riscaldare: T B.S.=20 C Condizioni esterne T B.S.=7 C T B.U.=6 C E' quindi importante stabilire quali sono le rese nelle effettive condizioni di impiego e questi dati sono riportati nei cataloghi tecnici. 21

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23 I limiti prestazionali di una Pompa di Calore Le prestazioni invernali dell unità non dipendono solamente dalla temperatura esterna ma sono fortemente influenzate anche dall umidità relativa dell aria esterna 23

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27 INFLUENZA DELLE CONDIZIONI ESTERNE: CICLI DI BRINAMENTO-SBRINAMENTO NELLE UNITÀ CONDENSATE AD ARIA Nel caso di temperature esterne troppo basse (Test = 0 C) si può formare della brina sull'evaporatore con conseguente diminuzione dello scambio termico. In genere le unità sono predisposte per invertire temporaneamente il ciclo e far funzionare la macchina in refrigerazione per sbrinare la batteria. Se il numero di cicli è troppo frequente il coefficiente di prestazione subisce forti penalizzazioni. Per risolvere il problema del fabbisogno termico si possono prevedere unità sovradimensionate ma tutto ciò è in contrasto con la politica del risparmio energetico INFLUENZA DELLE CONDIZIONI ESTERNE: CICLI DI BRINAMENTO-SBRINAMENTO NELLE UNITÀ CONDENSATE AD ARIA Quando la temperatura della sorgente fredda (aria) -2 C < Test < 2 C le prestazioni di una pompa di calore condensata ad aria si riducono sensibilmente. La pompa di calore a gas può funzionare fino a temperature dell'aria esterna di Test = -20 C con un COPA=1, efficienza paragonabile a quella di una caldaia a condensazione. 27

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29 L EFFICIENZA ENERGETICA Cicli di sbrinamento: quando una macchina ad aria funziona in modalità riscaldamento può capitare formazione di brina sulla superficie dello scambiatore esterno (evaporatore). Questo fenomeno avviene quando la temperatura superficiale è inferiore sia al punto di congelamento dell acqua sia al punto di rugiada dell aria umida. Agendo come isolante e riducendo il passaggio dell aria, la brina comporta un degrado delle prestazioni e un progressivo abbassamento della T. di evaporazione che potrebbe causare danni anche gravi al compressore. L EFFICIENZA ENERGETICA Per evitare ciò sono necessari periodici cicli di sbrinamento. Attualmente la tecnica di sbrinamento più diffusa consiste nell inversione del ciclo: il flusso del refrigerante è invertito cosicché il gas caldo uscente dal compressore attraversa lo scambiatore esterno e può far sciogliere la brina (si noti che in tal modo parte del calore è sottratto all edificio). Tutto ciò, oltre che un possibile peggioramento del comfort interno, provoca sicuramente una diminuzione del COP poiché il compressore continua a funzionare anche quando non è fornito calore all edificio. 29

30 L EFFICIENZA ENERGETICA Nella figura sottostante il COP (media oraria) è mostrato in funzione della temperatura dell aria esterna con l indicazione del numero di cicli di sbrinamento effettuati nell ora considerata. L EFFICIENZA ENERGETICA I costruttori forniscono anche indicatori stagionali, frutto di valutazioni che considerano sia la temperatura della sorgente termica sia il fattore di carico. Per questi indici si suole anteporre una S, con il significato di seasonal, agli indicatori che abbiamo già incontrato (SCOP e SEER) o, in alternativa, si usa la sigla SPF (Seasonal Performance Factor). Ad eccezione delle acqua-acqua, una macchina, per funzionare in entrambe le modalità riscaldamento/raffreddamento, deve essere dotata di organi aggiuntivi come la valvola a quattro vie per permettere l inversione del ciclo e di accorgimenti costruttivi necessari al fine di escludere il possibile arrivo di liquido all aspirazione del compressore. 30

31 L EFFICIENZA ENERGETICA Il sistema funziona, con flusso in controcorrente, come evaporatore (a sinistra) e con flusso parallelo, come condensatore (a destra). La valvola a quattro vie indirizza il flusso del refrigerante a valle del compressore e controlla il funzionamento. L EFFICIENZA ENERGETICA Per le macchine a compressione azionate da motori endotermici si utilizza un altro indicatore: il GUE (Gas Utilization Efficiency), a volte italianizzato in CUC (Coefficiente di Utilizzo del Combustibile), definito come il rapporto tra l energia termica resa e l energia contenuta nel combustibile impiegato. In questa tipologia di apparecchi, oltre al circuito frigorifero tradizionale (compressione, condensazione, laminazione ed evaporazione), è presente anche un secondo circuito impiegato per il raffreddamento del motore. 31

32 L EFFICIENZA ENERGETICA In inverno, il calore proveniente da questo circuito è diretto sull evaporatore in maniera tale da consentire una temperatura di evaporazione pressoché costante anche nei giorni più freddi evitando così la formazione di brina sullo scambiatore esterno e contrastando la diminuzione di potenza resa e di efficienza. In estate, questo calore deve essere dissipato in ambiente, in aggiunta a quello scaricato dal condensatore. L EFFICIENZA ENERGETICA Per le macchine ad assorbimento l indicatore utilizzato per quantificare l efficienza è il GUE. Da un confronto di questa tecnologia con le macchine a compressione si nota che la potenza resa e la prestazione energetica sono meno sensibili alle variazioni di temperatura della sorgente, in quanto solo meno di un terzo del calore fornito all edificio è prelevato dalla sorgente. La formazione di brina è ridotta. C è minore dipendenza dalla temperatura di condensazione, che permette di sostituire impianti tradizionali senza la necessità di modificare gli emettitori. 32

33 L EFFICIENZA ENERGETICA Svantaggio però in raffrescamento, dove è necessario evacuare una quantità maggiore di calore per ogni frigoria fornita all edificio. Nel GUE non sono tenuti in conto i consumi elettrici della macchina che sono pari a circa il 3 per cento dell energia termica fornita; per tenere conto anche di questi consumi (oltre che per confrontare apparecchi che utilizzano vettori energetici differenti) si utilizza il PER (Primary Efficiency Ratio), definito come rapporto tra l effetto utile e i consumi totali espressi in energia primaria. L EFFICIENZA ENERGETICA A seguito della probabile adozione di regolamenti europei collegati alla Direttiva 2010/30/UE, la classe energetica di una pompa di calore dovrà essere determinata attraverso un indicatore di efficienza riferito all energia primaria (per la modalità riscaldamento). Questo nuovo indicatore si chiamerà ηs (seasonal space heating energy efficiency) e sarà definito come il rapporto tra l energia termica resa durante una stagione di riferimento e i consumi totali dell apparecchio espressi in energia primaria. In questo modo sarà più facile confrontare, sulla base di prestazioni stagionali, tecnologie che utilizzano vettori energetici differenti. 33

34 PRESTAZIONI Di seguito i risultati salienti di alcune campagne di monitoraggio stagionale, condotte su impianti particolarmente interessanti come dimostrativi di soluzioni tecnologiche di avanguardia. Impianti differenti per tipologia (pompe di calore elettriche e a gas), taglia (da 6 a kw termici) e sorgente fredda utilizzata (aria, acqua di falda, terreno). Oltre a diverse PdC, è oggetto di monitoraggio anche una moderna caldaia a condensazione. PRESTAZIONI Il confronto energetico tra macchine elettriche e a gas è possibile calcolando il PER (Primary Energy Ratio), vale a dire il rapporto fra l energia utile prodotta (energia termica) e l energia primaria utilizzata. Il PER è stato calcolato assumendo un rendimento complessivo del sistema elettrico nazionale pari al 46 per cento (Delibera AEEG n. EEN 3/08). Sintesi delle prestazioni stagionali misurate. 34

35 PRESTAZIONI PRESTAZIONI 35

36 PRESTAZIONI Primary Energy Ratio (PER) degli impianti monitorati. PRESTAZIONI Come può essere osservato, le prestazioni energetiche dei vari impianti monitorati sono alquanto differenti tra loro. L efficienza degli impianti che sfruttano il calore a bassa entalpia del terreno e dei corpi idrici sotterranei o superficiali non può prescindere dai consumi energetici degli equipaggiamenti ausiliari preposti allo scambio di calore con la sorgente termica (essenzialmente le pompe di emungimento o di movimentazione del fluido di scambio), i quali sono necessari per rendere disponibile quella che viene considerata una vera e propria fonte energetica rinnovabile. Questi apparecchi ausiliari possono assorbire una percentuale rilevante dei consumi energetici complessivi e riducono pertanto le efficienze reali di impianto. 36

37 PRESTAZIONI In dettaglio, negli impianti geotermici a circuito aperto, gli ausiliari (principalmente le pompe di sollevamento, oltre ad eventuali altre pompe installate tra la PdC e lo scambiatore intermedio) possono consumare una quantità rilevante di energia che nelle nostre rilevazioni varia in percentuale fra il 15 e il 26 per cento dei consumi energetici complessivi. PRESTAZIONI Gli impianti geotermici a circuito chiuso, invece, presentano una minore incidenza degli ausiliari dal momento che non prevedendo emungimento di acqua richiedono unicamente una pompa di circolazione in grado di vincere le perdite di carico del circuito delle geosonde. In questo caso, il consumo risulta compreso tra il 5 e il 12 per cento dei consumi energetici complessivi. I consumi degli ausiliari sono spesso più elevati di quanto preventivato in ragione del fatto che in fase di progettazione e realizzazione dell impianto si trascurano gli accorgimenti necessari a limitarli, come, ad esempio, il ricorso ad azionamenti a velocità variabile in funzione del carico termico, l adozione di tempi di accensione appropriati e un attenta manutenzione. 37

38 PRESTAZIONI Tale temperatura ha subito un progressivo abbassamento nel corso della stagione invernale correlato all aumento del carico termico richiesto dall edificio al diminuire della temperatura esterna. Temperatura esterna e temperatura dell acqua proveniente dalle sonde geotermiche PRESTAZIONI Tale temperatura (ritorno sonde in figura precedente) ha subito un progressivo abbassamento nel corso della stagione invernale correlato all aumento del carico termico richiesto dall edificio al diminuire della temperatura esterna. Da valori prossimi ai 10 C, riscontrati all inizio della stagione di riscaldamento, dalla fine di dicembre e per buona parte dei mesi successivi, la temperatura media giornaliera è scesa fino a circa 1 C, valore eccessivamente basso in considerazione della collocazione geografica dell impianto (AL). Ciò è stato anche causa di un fermo impianto imprevisto dopo la metà di dicembre (si noti l interruzione della linea relativa alla temperatura delle sonde); il ripristino del funzionamento è stato possibile dopo l introduzione nel circuito delle sonde di liquido anticongelante sotto forma di glicole etilenico. 38

39 PRESTAZIONI Si evidenzia anche come la temperatura media giornaliera dell acqua proveniente dal campo geotermico sia stata per lunghi periodi inferiore alla temperatura dell aria esterna. Per questo motivo risulta interessante il confronto, presentato più avanti, tra le prestazioni della PdC in esame e una PdC aria/acqua, allo scopo di valutare le differenze in termini energetici e di complessità impiantistica tra le due soluzioni. PRESTAZIONI Oltre al progressivo abbassamento della temperatura delle sonde geotermiche durante la stagione di riscaldamento, è necessario mettere in conto anche la variazione delle prestazioni termiche del terreno nel corso degli anni di esercizio dell impianto che sappiamo essere sensibile all energia netta complessivamente immessa o prelevata annualmente. Il terreno non è una sorgente illimitata di calore, ma tende gradualmente ad esaurirsi quando viene sfruttato oltre le proprie capacità. 39

40 PRESTAZIONI Nelle macchine che ricorrono all aria come fonte di energia, non si può trascurare l importanza dei cicli di sbrinamento. L uso dell aria implica inevitabilmente, nei climi più rigidi e umidi, la formazione di brina sull evaporatore, che ostacola lo scambio termico fra l aria e il fluido refrigerante e che, per evitare il blocco del funzionamento, viene rimossa tramite cicli di sbrinamento da ripetersi periodicamente con frequenza tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura esterna ed elevata l umidità. Questo aspetto, unito al calo delle prestazioni dovuto alla bassa temperatura dell aria, lascerebbe supporre che la pompa di calore ad aria possa risultare inadeguata a soddisfare il fabbisogno termico degli edifici proprio quando la richiesta di riscaldamento è massima. PRESTAZIONI A titolo d esempio, una PdC aerotermica (impianto numero 2), installata alla periferia di Milano, nel mese invernale più critico (gennaio) ha fatto registrare in media un ciclo di sbrinamento, con durata di circa 5 minuti, ogni due ore di esercizio mentre la massima frequenza di sbrinamento è stata di un ciclo ogni 45 minuti in una giornata particolarmente rigida in cui la temperatura media è stata di -1,8 C. L influenza dei cicli di sbrinamento sul COP è illustrata in nella figura seguente. 40

41 PRESTAZIONI Pompa di calore aerotermica - COP netto (esclusi i consumi del circolatore) in funzione della temperatura esterna. 41

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43 Pompa di calore Pompe di calore a gas ad assorbimento verso una progettazione in classe A 43

44 Trasporto su strada EUROPA Entro 2020 Caldaie (funzione solo riscaldamento) Acqua calda sanitaria 20% riduzione emissioni CO 2 20% miglioramento efficienza energetica 20% condivisione di energie rinnovabili 44

45 RISCALDAMENTO E CONDIZIONAMENTO A GAS AD ALTISSIMA EFFICIENZA CON UTILIZZO DI ENERGIE RINNOVABILI E CON BASSO IMPEGNO ELETTRICO Modulanti e modulabili ARIA/ACQUA ACQUA/ACQUA Potenzialità unità modulari Potenze termiche da 35 a 175 kw; Potenze frigorifere da 17 a 85 kw. Prestazioni Acqua calda fino a 65 C per il riscaldamento ed alternativamente acqua fredda fino a 3 C per il condizionamento Campo di funzionamento da -20 C Test fino a +45 C TERRA/ACQUA G.U.E. POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO RENDIMENTO CALDAIE A CONDENSAZIONE COP POMPE DI CALORE ELETTRICHE COP RICALCOLATO SU ENERGIA PRIMARIA UNI 10349: Temperatura media stagione invernale periodo diurno: Bologna 8 C 45

46 E come... Economia = Efficienza 170% - 40% nei consumi rispetto alle migliori caldaie a condensazione Oltre il 40% ( * ) dell energia fornita all impianto è di origine rinnovabile Classe Eco-boiler A+++ (*) calcolata sull energia primaria utilizzata E come... Energia BASSO IMPEGNO ELETTRICO PER LA CLIMATIZZAZIONE ESTIVA Riduce dell 86% del fabbisogno di energia elettrica; Evita aumenti della potenza elettrica installata; Riduce la potenza di un eventuale gruppo elettrogeno; Facile accoppiamento con sistemi fotovoltaici. 46

47 Impossibile visualizzare l'immagine. Con la sola sostituzione di poco più del 2% del parco caldaie oggi installato con pompe di calore a gas ad assorbimento, l Italia avrebbe raggiunto l obiettivo di riduzione dei consumi energetici definito per il 2008 dai D.M. del 20/07/2004 (1). Verso una progettazione in classe A Quando l ecologia è una risorsa Efficienza caldaie tradizionali: 90% Efficienza caldaie ad alto rendimento:: 95% Efficienza caldaie a condensazione: 110% Efficienza pompe di calore GAHP: 144% Efficienza Soluzioni E 3 : 174% Riscaldando con una caldaia/pompa di calore a gas in un anno si risparmiano 1,6 Tonnellate Equivalenti di Petrolio (2) e si evita l emissione di 4,2 tonnellate di CO 2 (3), equivalenti al beneficio generato da 599 nuovi alberi (4) o all eliminazione dalla circolazione di 2 automobili (5). (1) Potenza termica 36,2 kw. (2) Assumendo che il rendimento medio del parco caldaie italiano attuale sia 82%. Fonte: AEEG Autorità per l Energia Elettrica ed il Gas. (3) La caldaia/pompa di calore Robur fa risparmiare in un anno m 3 di gas naturale (1 m 3 gas naturale produce 1,94 Kg di CO 2 ), calcolando ore/anno di funzionamento. (4) m 2 di foresta nel Parco del Ticino assorbono 500 kg/co 2 all anno, assumendo che 1 albero occupa circa 14 m 2. Fonte: LifeGate. (5) Considerata 1 automobile di media cilindrata a benzina che percorre km/anno e produce 140 g di CO 2 /km. Fonte: ACEA Associazione Costruttori Automobilistici Europei. 47

48 SCELTA DELLA POMPA DI CALORE le caratteristiche climatiche del luogo dove viene installata: hanno importanza soprattuto qualora la sorgente fredda sia aria (cicli di brinamento-sbrinamento) il tipo di sorgente fredda utilizzabile: occorre sempre valutare la possibilità di utilizzare sorgenti fredde diverse dall'aria SCELTA DELLA POMPA DI CALORE le caratteristiche tipologiche dell'edificio: in base alla destinazione d'uso dell'edificio e alle sue caratteristiche architettoniche è necessario scegliere tra impianto split, soluzione canalizzata oppure ad acqua calda le condizioni di impiego: le pompe di calore elettriche possono erogare acqua calda a temperature comprese tra 35 e 50 C mentre le pompe di calore ad assorbimento possono arrivare fino 60 C 48

49 COCLUSIONI Le ripercussioni sugli altri impianti: per le pompe di calore elettriche molte volte è necessario prevedere un aumento della potenza elettrica impegnata (in generale i 3kW previsti per le utenze domestiche non sono sufficienti a garantire il funzionamento dell'unità) per quelle ad assorbimento l'utilizzo del gas metano non richiede alcun adeguamento del contatore gas o del contratto elettrico. GRAZIE PER L ATTENZIONE Ing. Enrica Cattaneo c/o INPS Direzione regionale Liguria- APTE Piazza Borgo Pila Genova Tel enrica.cattaneo1@tin.it enrica.cattaneo@inps.it 49