ENERGETICA DEGLI EDIFICI

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1 LA SFIDA DELLA RIQUALIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI ing. Michele Vio Libero professionista Past president AiCARR ing. Michele Vio 0

2 Riepilogo introduttivo ing. Michele Vio 1

3 Riepilogo introduttivo TIPOLOGIE Pompe di calore a compressione in ciclo critico Pompe di calore a compressione a CO 2 in ciclo transcritico Pompe di calore ad assorbimento ing. Michele Vio 2

4 PdC a compressione ing. Michele Vio 3

5 PdC ad assorbimento ing. Michele Vio 4

6 PdC ad assorbimento ing. Michele Vio 5

7 CONFRONTI Livelli termici Efficienza energetica Percentuale Energia Rinnovabile Impatto ambientale Costi produzione dell energia ing. Michele Vio 6

8 LIVELLI TERMICI TIPOLOGIA Ottimale [ C] Massimo [ C] Sorgente COMPRESSIONE CO Aria Acqua - Terreno Aria Acqua - Terreno ASSORBIMENTO AMMONIACA Aria Acqua - Terreno ASSORBIMENTO Bromuro Litio Acqua ing. Michele Vio 7

9 BILANCI ENERGETICI ing. Michele Vio 8

10 Bilancio energetico BILANCIO ENERGETICO ing. Michele Vio 9

11 Bilancio energetico EFFICIENZA ENERGETICA COP E E C S E F E E S S ing. Michele Vio 10

12 Bilancio energetico INDICI ENERGETICI ing. Michele Vio 11

13 Bilancio energetico EFFICIENZA ENERGETICA: si esprime in termini di energia primaria REP E E C S E F E E S S ing. Michele Vio 12

14 Bilancio energetico Per le pompe di calore a gas REP = GUE REP GUE E E C S E F E E S S ing. Michele Vio 13

15 Bilancio energetico PdC a COMPRESSIONE ing. Michele Vio 14

16 Bilancio energetico RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA REP E E C P SEE E S C SE COP ing. Michele Vio 15

17 RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA ing. Michele Vio 16

18 RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA ing. Michele Vio 17

19 RAPPORTO ENERGIA PRIMARIA ing. Michele Vio 18

20 IMPATTO AMBIENTALE ing. Michele Vio 19

21 IMPATTO AMBIENTALE ing. Michele Vio 20

22 IMPATTO AMBIENTALE ing. Michele Vio 21

23 CONVENIENZA ECONOMICA CG=0,45 /m 3 CE=0,15 /kwh COP REP C C G E p C ing. Michele Vio 22

24 CONVENIENZA ECONOMICA CG=0,72 /m 3 CE=0,12 /kwh COP REP C C G E p C ing. Michele Vio 23

25 CONFRONTO INVERNALE ing. Michele Vio 24

26 CONFRONTO ESTIVO ing. Michele Vio 25

27 POMPE DI CALORE A COMPRESSIONE ing. Michele Vio 26

28 Variazione delle prestazioni All aumentare della temperatura della sorgente calda diminuiscono POTENZA e EFFICIENZA ing. Michele Vio 27

29 Variazione delle prestazioni Al diminuire della temperatura della sorgente calda diminuiscono POTENZA e EFFICIENZA ing. Michele Vio 28

30 Variazione delle prestazioni DI QUANTO? Dipende da molti fattori ing. Michele Vio 29

31 Variazione delle prestazioni Ciclo monostadio ing. Michele Vio 30

32 Variazione delle prestazioni EER EFFICIENZA ENERGETICA ESTIVA EER TH EU L C E h h 1 2 h4 h 1 EU E L C ing. Michele Vio 31

33 Variazione delle prestazioni COP EFFICIENZA ENERGETICA INVERNALE COP TH EU L C I h h 2 2 h h 3 1 EU I L C Il lavoro del compressore concorre all effetto utile ing. Michele Vio 32

34 Variazione delle prestazioni RAPPORTO DI COMPRESSIONE RC pressione condensazione pressione evaporazione p p C E RC ing. Michele Vio 33

35 Temperatura delle sorgenti e temperatura di scambio termico Le temperature di evaporazione e condensazione sono sempre diverse dalle temperature delle sorgenti fredde, a causa delle efficienza degli scambiatori. Negli scambiatori refrigerante aria la differenza è tra gli 8 C e i 18 C (diversificata tra estate e inverno). Negli scambiatori refrigerante acqua la differenza è limitata a 2 C 6 C ing. Michele Vio 34

36 Temperatura delle sorgenti e temperatura di scambio termico Evaporazione ad aria T aria 7 C Tw = 45 C ing. Michele Vio 35

37 Temperatura delle sorgenti e temperatura di scambio termico Evaporazione ad acqua T acqua 7 C Tw = 45 C ing. Michele Vio 36

38 Influenza del rendimento del compressore RENDIMENTO ISOENTROPICO DEL COMPRESSORE Il peggioramento del rendimento isoentropico del compressore fa aumentare il lavoro del compressore ing. Michele Vio 37

39 Influenza del rendimento del compressore L effetto utile estivo rimane inalterato per cui EER peggiora molto EER REALE C EU L Eth Cth ing. Michele Vio 38

40 Influenza del rendimento del compressore L effetto utile invernale aumenta per cui COP peggiora meno COP C EU I th L 1 Cth C ing. Michele Vio 39

41 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche Perché all aumentare della temperatura di produzione dell acqua calda diminuisce la potenza e si riduce il COP? ing. Michele Vio 40

42 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche L aumento della temperatura di condensazione aumenta RC ing. Michele Vio 41

43 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche L aumento della temperatura di condensazione aumenta Lc ing. Michele Vio 42

44 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche L aumento di Lc è ancora maggiore se peggiora il rendimento del compressore ing. Michele Vio 43

45 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche A parità di rendimento del compressore diminuisce EUi ing. Michele Vio 44

46 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche A parità di rendimento del compressore diminuisce EUi ing. Michele Vio 45

47 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche Se il rendimento del compressore peggiora EUi potrebbe rimanere inalterato o addirittura aumentare ing. Michele Vio 46

48 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche Se il rendimento peggiora Eu i potrebbe rimanere inalterato o addirittura aumentare ing. Michele Vio 47

49 rendimento isoentropico del compressore ing. Michele Vio 48

50 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI SCROLL Il rendimento diminuisce sempre all aumentare del rapporto di compressione ing. Michele Vio 49

51 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI A VITE ing. Michele Vio 50

52 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI A VITE All aumentare del rapporto di compressione il rendimento può aumentare o diminuire ing. Michele Vio 51

53 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI A VITE All aumentare del rapporto di compressione il rendimento può aumentare o diminuire ing. Michele Vio 52

54 Rendimento isoentropico del compressore ing. Michele Vio 53

55 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI A VITE Se il compressore è ottimizzato per bassi rapporti di compressione ing. Michele Vio 54

56 Rendimento isoentropico del compressore COMPRESSORI A VITE Ha EER migliore e COP peggiore ing. Michele Vio 55

57 Rendimento isoentropico del compressore L effetto utile estivo rimane inalterato per cui EER peggiora molto EER REALE C EU L Eth Cth ing. Michele Vio 56

58 Rendimento isoentropico del compressore L effetto utile invernale aumenta per cui COP peggiora meno COP C EU I th L 1 Cth C ing. Michele Vio 57

59 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche Perché al diminuire della temperatura della sorgente fredda diminuisce la potenza e si riduce il COP? ing. Michele Vio 58

60 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta RC ing. Michele Vio 59

61 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche La diminuzione della temperatura di evaporazione aumenta Lc ing. Michele Vio 60

62 Influenza delle temperatura delle sorgenti termiche La diminuzione della temperatura di evaporazione fa aumentare Eui ing. Michele Vio 61

63 Ciclo reale COP EFFETTO UTILE L C ing. Michele Vio 62

64 Prestazioni delle pompe di calore Circuiti ON - OFF 2 circuiti separati con compressori ON-OFF ing. Michele Vio 63

65 100% CARICO Lavorano entrambi COP EFFETTO UTILE L C ing. Michele Vio 64

66 50% CARICO Ne lavora 1 solo COP EFFETTO UTILE L C COP rimane invariato ing. Michele Vio 65

67 Circuiti parzializzati un circuito con più compressori o compressore parzializzabile ing. Michele Vio 66

68 100% CARICO COP EFFETTO UTILE L C Il COP è uguale al caso precedente ing. Michele Vio 67

69 50% CARICO Il circuito parzializza COP EFFETTO UTILE L C COP aumenta ing. Michele Vio 68

70 Influenza del contenuto d acqua dell impianto ing. Michele Vio 69

71 Circuiti frigoriferi più complessi CIRCUITI FRIGORIFERI IN SERIE La curva di potenza potrebbe essere sempre piatta ing. Michele Vio 70

72 Circuiti frigoriferi più complessi 71 POMPE DI CALORE a CO 2 ing. Michele Vio 71

73 Circuiti frigoriferi più complessi 72 POMPE DI CALORE a CO 2 ing. Michele Vio 72

74 SORGENTI TERMICHE ing. Michele Vio 73

75 SORGENTI TERMICHE ARIA ACQUE SUPERFICIALI TERRENO ing. Michele Vio 74

76 SORGENTI TERMICA ARIA VANTAGGI: - c è sempre - e gratuita - non richiedere opere aggiuntive - energia ausiliari (ventilatori) relativamente bassa SVANTAGGI: - temperatura bassa e variabile - formazione di brina sulla batteria ing. Michele Vio 75

77 formazione di brina sulla batteria la PdC brina e bisogna effettuare cicli di sbrinamento ing. Michele Vio 76

78 formazione di brina sulla batteria FORMAZIONE DI BRINA Perché si formi brina sulla batteria evaporante si devono verificare due condizioni: - Temperatura superficiale della batteria minore di 0 C - Formazione di un gradiente di umidità assoluta Dx ing. Michele Vio

79 formazione di brina sulla batteria ing. Michele Vio 78

80 formazione di brina sulla batteria In parzializzazione il Dx si riduce (area gialla) ing. Michele Vio 79

81 formazione di brina sulla batteria Cicli di sbrinamento Serve 1 ciclo di sbrinamento circa ogni 1,2 g/kg di brina formata sulla batteria Ogni ciclo di sbrinamento fa perdere il 10% di energia e di efficienza energetica ing. Michele Vio 80

82 formazione di brina sulla batteria Conseguenze della formazione di brina ing. Michele Vio 81

83 formazione di brina sulla batteria ENERGIA PER LO SBRINAMENTO I sistemi idronici prelevano energia dall acqua dell impianto quelli ad espansione diretta dall aria dell ambiente (eccezione: nuovi sistemi con accumulo eutettico) ing. Michele Vio 82

84 formazione di brina sulla batteria Cicli di sbrinamento Serve 1 ciclo di sbrinamento circa ogni 1,2 g/kg di brina formata sulla batteria Ogni ciclo di sbrinamento fa perdere il 10% di energia e di efficienza energetica ing. Michele Vio 83

85 formazione di brina sulla batteria ing. Michele Vio 84

86 VANTAGGI: SORGENTE TERRENO - è a temperatura costante, molto favorevole in estate - potenza ausiliari (pompe) relativamente bassa (dal 5% al 15% della potenza elettrica dei compressori), ma difficilmente si riesce a variare la portata d acqua SVANTAGGI: - costi molto elevati - non sempre disponibile - pratiche difficili - pericolo di deriva termica - energia di pompaggio spesso troppo elevata ing. Michele Vio 85

87 La deriva termica DERIVA TERMICA SORGENTI GEOTERMICHE Cosa succede dopo 10 anni Tratto da La pompa di calore per un comfort sostenibile a cura di RSE ing. Michele Vio 86

88 La deriva termica Funzionamento solo caldo Fabbisogno kwh annui Volume termico deriva di circa 11 C Attorno alle sonde deriva di 15 C ing. Michele Vio 87

89 La deriva termica Funzionamento solo caldo Fabbisogno kwh annui La deriva nel volume termico si riduce a 9,2 C Moto falda 4 m/anno ing. Michele Vio 88

90 La deriva termica Funzionamento solo caldo Fabbisogno kwh annui La deriva nel volume termico si riduce a 7,7 C Moto falda m/anno ing. Michele Vio 89

91 La deriva termica Funzionamento solo caldo Fabbisogno kwh annui La deriva nel volume termico si riduce a 1 C Moto falda 40 m/anno ing. Michele Vio 90

92 La deriva termica EDIFICIO CON EQUILIBRIO TRA ESTATE E INVERNO La deriva nel volume termico è QUASI NULLA ing. Michele Vio 91

93 VANTAGGI: SORGENTE ACQUE SUPERFICIALI - è a temperatura costante, favorevole in estate - costi per le opere relativamente bassi - - nessun pericolo di deriva termica SVANTAGGI: - costi molto elevati - non sempre disponibile - pratiche difficili - pericolo di deriva termica - energia di pompaggio molto elevata (a causa del salto termico massimo richiesto 3 C e dei battenti idrostatici da 10m a oltre 70m) ing. Michele Vio 92

94 TERMINALI D IMPIANTO ing. Michele Vio 93

95 Terminali d impianto TERMINALI D IMPIANTO RADIATORI FAN-COIL O BATTERIE DI IMPIANTI AD ARIA SISTEMI RADIANTI ing. Michele Vio 94

96 Terminali d impianto RADIATORI La potenza totale fornita da un radiatore è definita dalla norma UNI EN 442 n P k Dt k t t n mr A k t mr t A n costante, funzione della geometria del radiatore temperatura media superficiale del radiatore temperatura dell aria ambiente esponente funzione della geometria del radiatore ing. Michele Vio 95

97 Terminali d impianto RADIATORI UNI EN 442 P k Dt n k t mr t n A ing. Michele Vio 96

98 Terminali d impianto INFLUENZA ISOLAMENTO EDIFICI Edificio non isolato Edificio isolato 22,5 C ing. Michele Vio 97

99 Terminali d impianto INFLUENZA ISOLAMENTO EDIFICI ing. Michele Vio 98

100 Temperatura di funzionamento dei radiatori FUNZIONAMENTO POSSIBILE FUNZIONAMENTO OTTIMALE ing. Michele Vio 99

101 Nessun intervento sull involucro edilizio ing. Michele Vio 100

102 Interventi sull involucro: riduzione del 25% dei fabbisogni ing. Michele Vio 101

103 Interventi sull involucro: riduzione del 50% dei fabbisogni ing. Michele Vio 102

104 VANTAGGI DEI SISTEMI IBRIDI Verranno visti nella relazione successiva ing. Michele Vio 103