Pompe di calore Aria / Acqua

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1 Parma, 15 Luglio 2013 Presenta: In collaborazione con Pompe di calore Aria / Acqua Ing. Giovanni Finarelli Col patrocinio COLLEGIO DEI PERITI INDUSTRIALI PERITI INDUSTRIALI LAUREATI DELLA PROVINCIA DI PARMA

2 FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI ENERGIA DALLA NATURA 1. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 2. CONTESTO NORMATIVO 3. DIMENSIONAMENTO IMPIANTO 4. VALUTAZIONI ECONOMICHE 5. CIRCUITO SECONDARIO

3 POMPE DI CALORE - CONCETTI DI BASE Secondo principio della termodinamica il calore passa da un corpo caldo a un corpo freddo 80 C (90 C) CONDUTTORE TERMICO per invertire il flusso di calore bisogna utilizzare una macchina frigorifera 20 C (10 C)

4 POMPE DI CALORE - CONCETTI DI BASE La pompa di calore: dispositivo che sfruttando un ciclo termodinamico cattura un flusso di calore a bassa temperatura (sorgente) e lo rende disponibile ad un livello termico più elevato (utilizzatore). Per far ciò è necessario fornire un determinato lavoro Le pompe di calore ricavano energia dall'ambiente, prelevando e utilizzando l'energia termica disponibile nell'ambiente (terreno, acque di falda, aria). Questo calore naturale viene integrato dal lavoro meccanico del compressore elettrico che permette di elevare le temperature dei fluidi citati a livelli più elevati.

5 POMPE DI CALORE - CONCETTI DI BASE (90 C) (10 C) 80 C CONDUTTORE TERMICO 20 C La pompa di calore: dispositivo che sfruttando un ciclo termodinamico cattura un flusso di calore a bassa temperatura (sorgente) e lo rende disponibile ad un livello termico più elevato (utilizzatore). Per far ciò è necessario fornire un determinato lavoro Le pompe di calore ricavano energia dall'ambiente, prelevando e utilizzando l'energia termica disponibile nell'ambiente (terreno, acque di falda, aria). Questo calore naturale viene integrato dal lavoro meccanico del compressore elettrico che permette di elevare le temperature dei fluidi citati a livelli più elevati.

6 POMPE DI CALORE - CONCETTI DI BASE Aria temp. + 7 C Fonte di calore Compressore Scroll Utenza calore Acqua temp C Vap. 6 C Press.7,8 bar Vap. 70 C Press.34. bar Evaporatore Liq.+ Vap. - 0,5 C Press.7,8 bar Liq. 47 C Press.34 bar Condensatore Valvola di espansione Aria temp. 0 C Acqua temp C

7 Org.di Espansione Diagramma Pressioni Entalpie Processo Circuito Pompa di Calore -0,5 C 47 C 55 C 80 C 100 C D Condensatore c Liquido + Vapore Liquido Vapore Surriscaldato Evaporatore 6 C

8 Principio di funzionamento pompa di calore Fonte di calore Compressore Scroll Circuito di riscaldamento Valvola di espansione

9 Principio di funzionamento pompa di calore Compressore Scroll Valvola di espansione

10 EFFICIENZA DI FUNZIONAMENTO Definizione COP,EER,APF,SPF Efficienze teoriche e reali Sensibilità alle temperature di funzionamento

11 COP: Coefficient Of Performance Potenza elettrica assorbita 1 kw Potenza sottratta all aria 3kW Potenza erogata aall impianto 4 kw Potenza Termica erogata 4 kw COP = = = 4 Potenza assorbita 1 kw EER = Potenza frigorifera erogata Potenza assorbita APF = Apporto energetico annuo (kwh/a) Consumo elettrico annuo (kwh/a) SPF = Apporto energetico stagionale (kwh/a) Consumo elettrico stagionale (kwh/a) Efficienza = dichiarata dal costruttore secondo EN

12 Efficienza e differenza di temperatura COP Vitocal 200 S Tipo 104 in riscaldamento 4, % 3,5 7

13 Efficienza e differenza di temperatura COP Vitocal 200 S Tipo 104 in riscaldamento + 36 % 3,4 2,5 2

14 FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI ENERGIA DALLA NATURA 1. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 2. CONTESTO NORMATIVO 3. DIMENSIONAMENTO IMPIANTO 4. VALUTAZIONI ECONOMICHE 5. CIRCUITO SECONDARIO

15 Recepimento direttiva europea rinnovabili Obiettivo 20/20/20 Decreto legge n 28, 03 marzo 2011 Entrata in vigore del provvedimento: 29 marzo 2011

16 OBBLIGHI PER IL RILASCIO DELLA CONCESSIONE EDILIZIA Allegato 3 (Art.11, comma 1) Obblighi per i nuovi edifici o edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti 1. Nel caso di edifici nuovi o edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti, gli impianti di produzione di energia termica devono essere progettati e realizzati in modo da garantire il contemporaneo rispetto della copertura, tramite il ricorso ad energia prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili, del 50% dei consumi previsti per l acqua calda sanitaria e delle seguenti percentuali della somma dei consumi previsti per l acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento: a) Il 20% per quanto riguarda la richiesta del pertinente titolo edilizio e presentata dal 31 maggio 2012 al 31 dicembre 2013 b) Il 35% per quanto riguarda la richiesta del pertinente titolo edilizio e presentata dal 31 gennaio 2014 al 31 dicembre 2016 c) Il 50% per quanto riguarda la richiesta del pertinente titolo edilizio e rilasciato dal 1 gennaio 2017

17 QUOTA DI ENERGIA RINNOVABILE ELABORATA DALLE POMPE DI CALORE Computo dell energia prodotta dalle pompe di calore La quantità di energia aerotermica, geotermica o idrotermica catturata dalle pompe di calore da considerarsi energia da fonti rinnovabili ai fini del presente decreto legislativo, E RES, è calcolata in base alla formula seguente: apotenza elettrica assorbita 1 kw Potenza sottratta 3kW Potenza erogata 4 kw La quota di energia rinnovabile di una pompa di calore si valuta solo se SPF>2,88

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19 Frazione FER reale E RES 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 EresDL28 Eres REALE 0,3 0,2 0, ,875 SPF

20 FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI ENERGIA DALLA NATURA 1. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 2. CONTESTO NORMATIVO 3. DIMENSIONAMENTO IMPIANTO 4. VALUTAZIONI ECONOMICHE 5. CIRCUITO SECONDARIO

21 Efficienza e differenza di temperatura Potenza Vitocal 200 S Tipo 104 in riscaldamento 4,6 3, %

22 Potenza in % Scelta della potenzialità della pompa di calore Punto di bivalenza Individua il punto di equilibrio della potenzialità della pompa di calore e del fabbisogno edificio Punto di bivalenza 70 Potenza in riscaldamento della pompa di calore Fabbisogno di calore impianto Temperatura esterna in C Con temperature inferiori al punto di bivalenza è necessario valutare una fonte energetica integrativa Economicamente interessante fino a circa -5 C temperatura esterna (con la giusta tariffa elettrica!!!)

23 Potenza kw Scelta della potenzialità della pompa di calore Funzionamento monovalente 10 Potenza in riscaldamento della pompa di calore Fabbisogno di calore impianto Temperatura esterna C

24 Funzionamento della pompa di calore Funzionamento monovalente Viessmann Werke Es: 10 KW ACS 2 h ACS 2 h Fabbisogno impianto 0 h 24 h sbrinamenti sbrinamenti sbrinamenti Con la sola pompa di calore dimensionata in condizioni di progetto bisogna tenere conto della produzione ACS e degli sbrinamenti!

25 Funzionamento della pompa di calore Funzionamento bivalente Quota di copertura annua in % Viessmann Werke Quota di copertura della pompa di calore alla massima potenza in % A Modo di funzionamento bivalente-parallelo B Modo di funzionamento bivalente-alternativo

26 Potenza (%) Funzionamento Alternativo Temperatura esterna ( C) Carico termico edificio Pompa di calore Generatore ausiliario Punto di biv. Limite riscaldam.

27 Potenza (%) Funzionamento Parallelo Temperatura esterna ( C) Carico termico edificio Pompa di calore Generatore ausiliario Punto di biv. Limite riscaldam.

28 VITOCAL S Viessmann Werke

29 VITOCAL 200 S Pompa di calore aria-acqua reversibile con tecnologia DC inverter Nuovi impianti Viessmann Werke Unità interna Unità esterna Bollitore

30 Integrazione con caldaia Funzionamento parallelo Viessmann Werke Con un carico termico di 8 Kw, dal diagramma di potenza risulta che con un impianto a pavimento, il punto di bivalenza risulta a 12 C.

31 FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI ENERGIA DALLA NATURA 1. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 2. CONTESTO NORMATIVO 3. DIMENSIONAMENTO IMPIANTO 4. VALUTAZIONI ECONOMICHE 5. CIRCUITO SECONDARIO

32 TARIFFE ELETTRICHE ENEL (GIUGNO 2013) Uso Domestico BTA (66% in F23, 33% in F1 come indicazione ENEL) Tariffa - D2 D3 BTA1 BTA2 BTA3 BTA4 BTA5 BTA6 16,5 Potenza impegnata KW 3 6 1, Costo fisso anno 38,8 135,9 141,6 316,1 426,6 561,0 728,3 861,5 Consumo < ,129 0,183 Consumo ,184 0,200 /kwh * Consumo ,248 0,239 0,148 0,162 0,162 0,162 0,162 0,162 Consumo > ,295 0,281 La Tariffa BTA può quindi essere richiesta nel caso di installazione di una pompa di calore su un secondo contatore dedicato con iva sempre al 10%. Queste tariffe pur avendo dei costi fissi annui più elevati non sono caratterizzate da tariffe a gradoni. Il costo del KWh e è fisso e non dipende dai consumi. *Costo calcolato con ripartizione utilizzi al 66% in F2-3, 33% in F1 (da statistiche ENEL)

33 CONFRONTO CONVENIENZA ECONOMICA Viessmann Werke Tipo di sistema Pompa di calore Metano GPL Gasolio Costo unitario energia /Kwh e Vedi / m 3 0,9 /litro 1 /litro 1,2 Costo totale energia tabella Kwh/anno D3 BTA D3 BTA3 0 kwh el SPF4 SPF3

34 Integrazione con caldaia Analisi economica Condensazione a gas Condensazione a gasolio Sistema ibrido pdc + caldaia gas/gasolio +

35 Integrazione con caldaia Analisi economica Viessmann Werke Bolletta energetica: di metano ACS = /anno Fabbisogno edificio: kwh + ACS 5 persone 80% Bolletta energetica: di gasolio ACS 20% + = /anno = /anno * 80% 20% + = /anno * * Incluso costo fisso contatore elettrico dedicato

36 SORGENTI TERMICHE Maggiore è la temperatura della sorgente termica naturale, minore è il lavoro meccanico che deve compiere il compressore e quindi minore sarà l'assorbimento di energia. Aria Acqua Terreno

37 Aria E' una sorgente termica sempre disponibile. Richiede minimi ingombri e ridotti costi di installazione. Estrema variabilità delle condizioni termiche. I livelli di temperatura esterna sono in discordanza di fase con le necessità termiche dell'edificio. Si ottiene inoltre una diminuzione della potenza termica con il diminuire delle temperature. Va considerata la rumorosità emessa dai ventilatori e l'eventuale ingombro delle canalizzazioni. Movimentare aria rimane più oneroso che far circolare acqua. Problema delle perdite di efficienza legate allo sbrinamento della batteria esterna in particolare con condizioni: T bs =2 C e T bu =1 C (EN )

38 Acqua Particolare stabilità delle condizioni termiche della sorgente. Si ottengono i migliori valori di efficienza in assoluto Non risulta disponibile ovunque e i problemi sono per lo più di carattere burocratico, legati alle disposizioni delle singole regioni/provincie. Di solito è preferibile utilizzare uno scambiatore intermedio per separare i due circuiti. Nel circuito intermedio si carica glicole..

39 Terreno E' una sorgente termica in cui le temperature tendono a stabilizzarsi con l'aumentare della profondità. Richiede importanti opere di scavo e posa dei serpentini di polietilene a circuito chiuso. Assenza di manutenzione. Esistono numerose tipologie di installazione per la posa delle sonde a terreno. Tra le più praticate come rapporto costoprestazioni menzioniamo: sonde con trivellazione verticale, sonde con sbancamento orizzontale e sonde orizzontali in trincea. Utilizzo di miscela acqua-glicole per evitare problemi di formazione di ghiaccio. Elevati costi di installazione con differenze sostanziali a seconda della tipologia adottata. Differenti anche le rese ottenute. In pianura padana la temperatura media del terreno per profondità superiori ai 15 m si attesta su valori attorno ai 13 C

40 FONTI ENERGETICHE RINNOVABILI ENERGIA DALLA NATURA 1. PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 2. CONTESTO NORMATIVO 3. DIMENSIONAMENTO IMPIANTO 4. VALUTAZIONI ECONOMICHE 5. CIRCUITO SECONDARIO

41 Dimensionamento del circuito secondario La produzione di ACS - Acqua Calda Sanitaria L'integrazione solare Il circuito di riscaldamento L'integrazione con un secondo generatore di calore Raffreddamento

42 INDICAZIONI PER IL DIMENSIONAMENTO Circuito Secondario La produzione di ACS Viessmann Werke

43 INDICAZIONI PER IL DIMENSIONAMENTO Circuito Secondario La produzione di ACS Viessmann Werke Unità interna Terminali di impianto Caldo/freddo N.B. Garantire sempre la circolazione d acqua Bollitore N.B. Utilizzare bollitori specifici per pompe di calore. Superficie min. serpentino in mq: Potenza PdC in kw x 0,3 mq/kw Es: 10 kw 3 metri quadri Unità esterna

44 Potenza in % Viessmann Werke Dimensionamento del circuito secondario La produzione di ACS Nella scelta del bollitore si deve tenere conto di una superficie di scambio termico sufficiente. Si consiglia l utilizzo di bollitori specifici con serpentini ad elevato scambio termico ( es: Solarcell MAX ) 100 Potenza in riscaldamento della pompa di calore Fabbisogno di calore impianto Temperatura esterna C

45 Indicazioni per il dimensionamento Circuito Secondario La produzione di ACS Viessmann Werke Soluzione A: Produzione di ACS tramite il serpentino del bollitore con superfici maggiorate Soluzione B: Produzione di ACS tramite uno scambiatore a piastre ACS 60 C RISC A Tmax 50 C 55 C B Tmax 50 C Tmax 55 C ΔT 7K 50 C 52 C 47 C

46 Integrazione solare Viessmann Werke

47 VITOCAL 242 AWS-AC Integrazione solare Viessmann Werke

48 Mustertext Titel Vorlage Viessmann Werke

49 Circuito secondario di riscaldamento Capacità Puffer : min. 25 litri/kwt Pompe di Calore ON/OFF min. 7-9 litri/kwt Pompe di Calore modulanti

50 Circuito secondario di riscaldamento Viessmann Werke

51 Integrazione con generatori ausiliari Viessmann Werke

52 Corso P1 Pompe di calore : principi di funzionamento e dimensionamento Pagina 53 Viessmann Werke Viessmann Werke INTEGRAZIONE CON CALDAIA A BASAMENTO Funzionamento parallelo θ F13 Generatore esterno Bollitore Caldaia Accumulo

53 ALLACCIAMENTI ELETTRICI: ATTUATORI Vorlage 54 Viessmann Werke Morsetti per intervento secondo generatore +

54 VITOCAL S Viessmann Werke

55 VITOCAL 200 S Pompa di calore aria-acqua reversibile con tecnologia DC inverter Nuovi impianti Viessmann Werke Unità interna Unità esterna Bollitore

56 Vorlage 57 Viessmann Werke VITOCAL S Criterio di inserimento del generatore ausiliario A B C D Temperatura nominale di regolazione Temperatura reale di mandata Isteresi temperatura di mandata impianto Soglia inserimento secondo generatore

57 Vorlage 58 Viessmann Werke RAFFRESCAMENTO E DEUMIDIFICAZIONE

58 VITOCAL 200 AWS-AC Impianto fan coils in raffreddamento M M // M

59 VITOCAL 242 AWS-AC Schema idraulico d'installazione: Fase di RISCALDAMENTO

60 VITOCAL 242 AWS-AC Schema idraulico d'installazione: Fase di RAFFRESCAMENTO

61 VITOCAL S Raffrescamento e deumidificazione Viessmann Werke

62 DIMENSIONAMENTO DEL CIRCUITO SECONDARIO Viessmann Werke

63 DIMENSIONAMENTO DEL CIRCUITO SECONDARIO Asciugatura massetto Viessmann Werke

64 DIMENSIONAMENTO DEL CIRCUITO SECONDARIO Asciugatura massetto nella stagione fredda Utilizzare resistenza elettrica (anche di Vitocal) o caldaia da cantiere per l asciugatura!

65 Mustertext Titel Vorlage Viessmann Werke VITOCAL 200 S: INSTALLAZIONE Pompa di calore aria-acqua reversibile

66 PRESCRIZIONI NORMATIVE L'ambiente in cui viene installato il modulo interno, deve avere un volume minimo residuo. Questo volume può essere calcolato con la seguente formula: volume ambiente min. in m³ = quantità totale R410A in kg / 0,3 kg/m³ L'utente è stato informato sull'obbligo di documentazione relativamente alla manutenzione annuale e alla certificazione delle quantità di refrigerante ai sensi dell'ordinanza sui gas-f (CE) N 842/2006. Pubblicazione su Gazzetta ufficiale il Entrata in vigore dal Riferimenti Europei: prescrizioni gas tipo F (EG-VO 842/2006) e EG-VO 303/2008 fino alla 307/2008 Prescrizione vale per i gas fluorurati ad effetto serra in rif. alla EG-VO 842/2006 (Gas refrigeranti att. in uso, R134a, R407C, R410A, )Contenuto I valori limite non sono validi per impieghi con composizioni refrigeranti pronte all uso che non superano la quantità di 3 Kg, come impieghi in sistemi chiusi ermeticamente, i quali sono indicati come tali e contengono meno di 6 Kg di gas fluorurati ad effetto serra.

67 PRESCRIZIONI NORMATIVE Controlli e tempi di verifica secondo EG-VO 842/2006 Controlli sull impermeabilità degli impianti a freddo e di climatizzazione attraverso personale certificato rispetto alla quantità di gas fluorurati ad effetto serra da: 3 30 kg a distanza 12 Mesi ( su sistemi chiusi ermeticamente da fabbrica a partire da 6 kg di liquido refrigerante) kg a distanza di 6 Mesi ( viene portato a 12 mesi, nel caso di presenza di un sistema di riconoscimento perdite gas). Il libretto obbligatorio per riportare manutenzioni e esami di impermeabilità come Lavori al circuito frigorifero, va compilato indicando tutti i dati della tipologia e la quantità di gas refrigerante immesso o recuperato dall impianto, il presente libretto va custodito dal gestore dell impianto per ben 5 anni.

68 PRESCRIZIONI NORMATIVE Certificazione secondo la prescrizione prodotti chimici e salvaguardia clima Cert. persone secondo 4 categorie conforme alla EG-VO 303/2008 Categoria I Categoria II Pratica di tutte le attività per controllo perdite, recupero, installazione, manutenzione e assistenza in impianti con gas fluorurati ad effetto serra. Controlli di impermeabilità senza limiti di quantità di gas refrigerante presente nell impianto e senza nessun intervento nel circuito frigorifero con gas fluorurati ad effetto serra Recupero, Installazione, manutenzione e assistenza su impianti refrigeranti, climatizzatori e pompe di calore con meno di 3 kg di gas fluorurato ad effetto serra, oppure con meno di 6kg di gas fluorurato ad effetto serra in impianti ermetici, i quali indicati come tali.

69 PRESCRIZIONI NORMATIVE Certificazione secondo la prescrizione prodotti chimici e salvaguardia clima Cert. persone secondo 4 categorie conforme alla EG-VO 303/2008 Categoria III Categoria IV Recupero su impianti refrigeranti, climatizzatori e pompe di calore con meno di 3 kg di gas fluorurato ad effetto serra, oppure con meno di 6kg di gas fluorurato ad effetto serra in impianti ermetici, i quali indicati come tali. Controlli di impermeabilità senza limiti di quantità di gas refrigerante presente nell impianto e senza nessun intervento nel circuito frigorifero con gas fluorurati ad effetto serra

70 VITOCAL 200 S AWS-AC Collegamenti Freon - Connessione tubi UNITÀ ESTERNA Viessmann Werke

71 VITOCAL 200 S AWS-AC Indicazioni di montaggio

72 VITOCAL 200 S AWS-AC Indicazioni di montaggio su distanziale a pavimento

73 VITOCAL 200 S AWS-AC Indicazioni di montaggio, montaggio a parete

74 VITOCAL 200 S AWS-AC Indicazioni di montaggio Mantenere i tubi freon di collegamento più corti possibile

75 ALLACCIAMENTI ELETTRICI Viessmann Werke

76 Viessmann Werke VITOCAL 200 S AWS-AC Allacciamento rete 230V unità esterna Se aumenta la distanza è necessario aumentare la sezione dei cavi!

77 RES IN ITALIA Le DETRAZIONI FISCALI 50% Per RISTRUTTURAZIONI dal 26 giugno 2012 al 31 dicembre 2013 (max ) 50% Per ACQUISTO MOBILI in edificio soggetto a ristrutturazione Fino al 31 dicembre 2013 (max ) 65% Per RIQUALIFICAZIONI ENERGETICHE soggetti privati *, fino al 31 dicembre % Per RIQUALIFICAZIONI ENERGETICHE condominiali *, fino al 30 giugno 2014 ed il CONTO ENERGIA TERMICO 40% Per RIQUALIFICAZIONI ENERGETICHE E USO ENERGIE RINNOVABILI Dal 3 gennaio 2013 N.B:Detrazioni fiscali e conto energia termico non sono cumulabili sullo stesso intervento * Sono escluse tutte le pompe di calore

78 CONTO ENERGIA TERMICO Budget ( fino ad esaurimento scorte, pubblicato periodicamente sul sito GSE): 700 mln di euro/anno destinati a privati 200 mln di euro/anno destinati alle amministrazioni pubbliche Interventi ammessi nella sostituzione di impianti esistenti per soggetti privati e pubbliche amministrazioni: pompe di calore fino a 1000 kw, anche per sola produzione ACS biomasse fino a 1000 kw, anche per serre e fabbricati rurali solare termico fino a 1000 mq di superficie lorda, anche per Solar Cooling Modalità di incentivazione: ammontare dell incentivo proporzionale a potenza e rendimento del generatore erogazione dell incentivo annuo dal GSE per 2 o 5 anni in base alla tipologia di intervento (pag. seguente) e inoltre, solo per le pubbliche amministrazioni: Isolamenti termici (cappotti, vetri, infissi, schermature) sostituzione di impianti esistenti con generatori di calore a condensazione Modalità di incentivazione: 40 % della spesa totale con tetto massimo in base alla tipologia di intervento erogazione dell incentivo annuo dal GSE per 2 o 5 anni in base alla tipologia di intervento (pag. seguente)

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80 CONTO ENERGIA TERMICO Nel caso di grossi lavori di riqualificazione dell impianto idronico (oltre al generatore, anche interventi sulla distribuzione, trattamento, regolazione ecc ) va valutata in alternativa al conto termico la convenienza del 50% (da luglio 2013) che tiene conto di tutto, mentre il conto termico calcola un forfait che solitamente è inferiore. Esempio: Sostituzione vecchio generatore con Vitocal 222-S 10 kw e riqualificazione impianto idronico stima investimento: euro Con il conto energia termico il GSE mi ridà in tutto 1600 euro subito (800 euro per due anni, secondo procedura di calcolo del decreto) Con il 65% detraggo 9750 euro in 10 anni!! oggi. o domani?

81 ...grazie per l'attenzione Viessmann Werke