menoenergia LE ENERGIE RINNOVABILI DEFINITE DAL DLgS 28/3/2011 SISTEMI DI RISCALDAMENTO IBRIDI POMPA DI CALORE - CALDAIA Pavia, 6 Maggio 2013

Transcript

1 LE ENERGIE RINNOVABILI DEFINITE DAL DLgS 28/3/2011 menoenergia SISTEMI DI RISCALDAMENTO IBRIDI POMPA DI CALORE - CALDAIA Pavia, 6 Maggio 2013 M. Alberti ( Meno Energia srl ) 1 Meno Energia S.r.l. - Sede operativa: Località Cassinazza di Baselica Giussago (PV) - Tel.: [+39] Fax: [+39] Mail: info.menoenergia@neorurale.net

2 2 Decreto Legge n. 28 Dal sono entrati in vigore gli obblighi del Decreto Legge n. 28 che promuove l uso delle energie rinnovabili. Il nuovo decreto recepisce la direttiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo sull impiego delle fonti rinnovabili, stabilendo le percentuali minime del loro impiego in relazione al fabbisogno termico totale degli edifici, cioè al fabbisogno richiesto per la loro climatizzazione, invernale ed estiva, e per la produzione di ACS (acqua calda sanitaria). Definizioni (Art. 2) Ai fini del presente decreto legislativo si applicano le definizioni della direttiva 2003/54/CE del Parlamento Europeo e del Consiglio del 26 giugno Si applicano inoltre le seguenti definizioni: «energia da fonti rinnovabili»: energia proveniente da fonti rinnovabili non fossili, vale a dire energia eolica, solare, aerotermica, geotermica, idrotermica e oceanica, idraulica, biomassa, gas di discarica, gas residuati dai processi di depurazione e biogas; «energia aerotermica»: energia accumulata nell aria ambiente sotto forma di calore; «energia geotermica»: energia immagazzinata sotto forma di calore nella crosta terrestre; «energia idrotermica»: energia immagazzinata nelle acque superficiali sotto forma di calore. Requisiti di energia termica (Art. 11 comma 3) 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: Anno Edifici privati Edifici Pubblici % 30% % 45% % 60% Gli obblighi non possono essere assolti tramite impianti da fonti rinnovabili che producano esclusivamente energia elettrica la quale alimenti, a sua volta, dispositivi o impianti per la produzione di acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento.

3 EVAPORATORE CONDENSATORE menoenergia 3 Principio di funzionamento di una pompa di calore aerotermica Le pompe di calore aerotermiche sfruttano come sorgente di calore l aria dell ambiente esterno e come fluido termoconvettore, l acqua (nel caso di pompe di calore aria/acqua) o l aria (nel caso di pompe di calore aria/aria) che circola nel sistema di distribuzione, per riscaldare la casa, raffrescarla e anche per produrre acqua calda sanitaria. Il principio è il seguente: ll sole cede calore all aria. Le pompe di calore catturano questo calore e lo cedono agli edifici. Per funzionare utilizzano energia elettrica, ma l energia che trasferiscono è maggiore di quella che consumano garantendo un notevole risparmio. Solo il 25% dell energia è elettrica, il 75% è prelevata dall ambiente quindi gratuita ed illimitata. D estate le pompe di calore possono invertire il funzionamento e trasferire il calore degli edifici verso l esterno e raffreddare gli ambienti. FONTE RINNOVABILE 75% ARIA ENERGIA ELETTRICA 25% VALVOLA D ESPANSIONE 100% CALORE ALL IMPIANTO PAVIMENTI RADIANTI SPLIT IDRONICI ACQUA CALDA SANITARIA COMPRESSORE Ciclo invernale 1.Il fluido refrigerante attraversa la valvola d espansione e diventa una miscela di liquido e gas a bassa pressione. 2.Quindi entra nell'evaporatore, posto all'esterno, dove assorbe calore dall aria fino a diventare gas a bassa temperatura. 3.Il gas viene compresso, con conseguente innalzamento della temperatura. 4.Il gas caldo giunge nel condensatore, dove cambia di fase rilasciando il calore di liquefazione all utenza. Il liquido ottenuto ritorna alla valvola di laminazione e il ciclo si ripete. La fase di sbrinamento Nella stagione invernale, il freddo e l umidità presente nell aria esterna, possono provocare la formazione di ghiaccio, e conseguente riduzione del rendimento dello scambio termico sull evaporatore esterno. Per disciogliere lo strato di ghiaccio, una valvola reversibile inverte il ciclo e la ventola dell'evaporatore esterno si ferma, in modo da ridurre l'energia termica necessaria per lo sbrinamento. Ciclo estivo D'estate si inverte il ciclo appena descritto in modo da cambiare direzione al flusso di calore: il liquido refrigerante evapora nello scambiatore prelevando calore dall edificio e condensa nello scambiatore esterno in aria.

4 4 Pompa di calore ibrida menoenergia abbina alla tradizionale pompa di calore, una caldaia a condensazione, la quale: - assiste/supporta la pompa di calore nella fornitura di acqua calda sanitaria nei picchi di richiesta. - agisce da riserva in caso di anomalia o guasto della pompa di calore, garantendo in ogni momento il corretto funzionamento dell impianto. Durante l estate la macchina di menoenergia mentre climatizza, produce acqua calda sanitaria gratuitamente. ARIA 75% Pompa di calore ibrida ACQUA CALDA ENERGIA ELETTRICA 25% ACQUA FREDDA Pompa di calore + Caldaia a condensazione GAS METANO = investimento iniziale contenuto considerando che non devo realizzare impianti di condizionamento in quanto in estate raffreddo con la PDC in inverno ho picchi di richiesta coperti dalla caldaia quindi la PDC non lavora mai con COP non convenienti uso del combustibile limitato ai giorni invernali molto freddi in caso di guasto di uno dei due ho la produzione di caldo

5 5 Prestazione della pompa di calore aerotermica Temp. esterna Temp. mandata COP -7 30/35 C 2, /35 C 2, /35 C 3, /35 C 3, /35 C 4, /35 C 4,95 6,00 5,00 Convenienza PDC 4,00 3,00 2,00 Pareggio costo calore PDC / Caldaia 1,00 Convenienza Caldaia 0,

6 6 Costi di produzione del calore in funzione della temperatura esterna CALDAIA A CONDENSAZIONE POMPA DI CALORE AEROTERMICA Gas metano 0,7 /m 3 +iva Costo energia elettrica 190 /MWh el Temp. esterna COP Costo calore Costo calore 80 /MWh th Rendimento caldaia = 98% -10 2,53* 94 /MWh th -5 2,76* 81 /MWh th 0 3,20* 66 /MWh th +5 3,70 57 /MWh th +10 4,26 45 /MWh th +15 4,95 38 /MWh th * COP con sbrinamento Costo calore [ /MWh th ] Convenienza Caldaia Convenienza PDC aerotermica

7 7 La pompa di calore ibrida conviene? Conviene al costruttore dell impianto? Sì IMPIANTO TRADIZIONALE IMPIANTO CON PDC IBRIDA Solare termico per 50% ACS Pompa di calore Ibrida per riscaldamento e raffrescamento Split idronici per raffrescamento Split espansione Diretta per raffrescamento Caldaia centralizzata per riscaldamento e ACS Risparmio costo impianto con Ibrida rispetto ad impianto tradizionale = 15%

8 8 La pompa di calore ibrida conviene? Sì Conviene all utilizzatore? Esempio: 25 unità abitative Potenza pompa di calore ibrida / caldaia = 150 kw E INV = 170 MWh th ( fabbisogno di energia termica invernale ) CALDAIA POMPA DI CALORE IBRIDA Energia termica prodotta = 170 MWh Energia termica prodotta dalla caldaia = 60 MWh Costo calore caldaia = 80 /MWh Energia termica prodotta dalla PdC = 110 MWh SCOP PdC = 3.8 Costo calore PdC = 50 /MWh Costo energia termica da caldaia = 4800 Costo energia termica da PdC = 5500 Costo energia termica = /inverno Costo totale energia termica = /inverno Risparmio = 3300 /inverno Risparmio con Ibrida = 25%

9 9 Il contatore dedicato per le pompe di calore (Delibera AEEG) In alcuni casi l installazione di una pompa di calore elettrica può comportare una richiesta di maggior potenza rispetto, ad esempio, al contratto residenziale standard da 3,3 kw. Per l impiego di un impianto con pompa di calore destinato alla climatizzazione invernale, la Delibera 30/2008 dell AEEG (aggiornando la Delibera n. 348/07, successivamente modificata sull argomento anche dalla Delibera 56/10) ha introdotto la possibilità, in luogo dell eventuale potenziamento del contratto primario, di installare un secondo contatore con la tariffa BTA (Bassa Tensione Altri Usi). A differenza della normale tariffa con prezzo a scaglioni di consumo, la tariffa BTA prevede un importo fisso agevolato per kwh, indipendente dalla quantità di energia consumata. Nel caso dell'applicazione a cliente residenziale la tariffa BTA gode inoltre dell'iva agevolata al 10%. L installazione di un secondo contatore dedicato può allora rappresentare un vantaggio economico in quanto, pur a fronte di un maggiore costo in bolletta relativo ad una seconda quota fissa, permette di ovviare sia all incremento del prezzo del kwh per effetto del più alto consumo (tariffa a scaglioni), sia alla maggiorazione dovuta al probabile aumento della potenza installata. L'utente domestico trae convenienza anche sul costo dei kwh consumati dall utenza standard che, non subendo incremento di consumo, né di potenza installata, continua a pagare la tariffa applicata precedentemente all installazione della pompa di calore.

10 10 Caratteristiche tecniche delle Pompe di Calore Ibride Descrizione generale Le unità ibride multifunzione hhp sono state progettate per garantire le temperature dell acqua all utenza con elevati COP in tutti i giorni dell anno, indipendentemente dalla temperatura e dall umidità esterna. Le unità ibride hhp abbinano una pompa di calore ad alta efficienza ad una caldaia a condensazione. Le due parti colloquiano in tempo reale attraverso il microprocessore di controllo per produrre l acqua calda richiesta al minor costo possibile, garantendo all utente sempre e comunque l acqua alla temperatura richiesta. Le unità ibride sono state ottimizzate per applicazioni in strutture dove la temperatura richiesta dell acqua in riscaldamento sia fra i 25 e i 55 C, tuttavia le unità permettono, con condizioni di temperatura favorevole una produzione d acqua a temperature fino a circa 60 C. Nella configurazione ACS l'unità è in grado di produrre oltre all acqua calda o fredda per l utenza, anche l acqua calda sanitaria. Carpenteria Le unità ibride della serie hhp sono realizzate con struttura portante in acciaio saldato e preverniciato, su cui sono applicati gli scambiatori di calore ed i compressori. La struttura è solidamente ancorata e predisposta per un agevole sollevamento senza rischi di danneggiamento durante le operazioni di trasporto e di posizionamento della macchina. I pannelli di tamponamento sono realizzati in lamiera zincata a caldo e verniciati con polveri poliuretaniche. Su richiesta la macchina può essere ulteriormente silenziata con speciali cofanature dei compressori e impiegando pannelli isolati con materiale fono assorbente. Circuito frigorifero Il gas refrigerante utilizzato in queste unità è l R410A. Il circuito frigorifero è realizzato utilizzando componenti di primarie aziende internazionali e secondo la normativa ISO 97/23 riguardante i processi di saldo-brasatura. Il circuito frigorifero include: spia del liquido separatore di liquido, ricevitore di liquido, valvola termostatica elettronica ( opzionale ) con driver di comando. La valvola termostatica elettronica rappresenta oggi la più avanzata soluzione disponibile per la gestione ottimale della capacità frigorifera erogabile dalla macchina. Infatti l elevata precisione della valvola elettronica consente un più preciso dosaggio e controllo del gas frigorigeno. Scambiatore utenza/acs ( opzionale ) Gli scambiatori lato utenza sono a piastre saldo-brasate e sono realizzati in acciaio inossidabile AISI 316. Su richiesta possono essere forniti scambiatori a fascio tubiero con altissimi valori di efficienza, garantendo facilità di manutenzione e di pulizia. Ogni scambiatore è protetto da una sonda di temperatura con la funzione di antigelo e di sensori di rilevamento flusso acqua ( flussostati ) a protezione degli scambiatori stessi. Quadro elettrico Il quadro elettrico è realizzato in aderenza alle normative Europee 73/23 e IEC204. L accessibilità al quadro elettrico è possibile dalle portelle anteriori della macchina. In tutte le unità sono installati, di serie, il relè sequenza che disabilita il funzionamento del compressore nel caso in cui la sequenza di alimentazione non sia corretta (i compressori a vite, infatti, non possono funzionare con senso di rotazione contrario).

11 11 Caratteristiche tecniche delle Pompe di Calore Ibride Compressori Le unità ibride multifunzione hhp possono essere equipaggiate sia con compressori di tipo scroll che con compressori a vite. Grazie alle ridotte parti in movimento ed all assenza di valvole sia in aspirazione che in mandata, i compressori scroll di tipo rotativo a spirale orbitante, sono estremamente silenziosi e si prestano principalmente in applicazioni con medie e basse potenze. L affidabilità di questo compressore è estremamente elevata grazie all adattabilità meccanica che gli consente di trattare anche refrigerante allo stato liquido e tollerare la presenza di piccole impurità solide senza subire danni. I compressori a vite birotore, selezionati tra i più qualificati costruttori presenti sul mercato, consentono di ottenere prestazioni eccellenti ed ai massimi livelli di efficienza, sia nel condizionamento che nella refrigerazione. Regolazione modulante Nel caso di unità con compressori a vite, la regolazione della potenza frigorifera è del tipo modulante ed ottenuta grazie ad un dispositivo di parzializzazione del cassetto controllato da un sistema elettronico a microprocessore. I compressori a vite montanti sulle unità ibride consentono una parzializzazione continua o a gradini dal 100% fino al 25%. Questo tipo di regolazione consente una modulazione della potenza termica e frigorifera in funzione delle effettive necessità dell impianto garantendo elevatissimi valori di efficienza ( COP / EER ) ai carichi parziali. Nel caso di unità con compressori scroll, la regolazione della potenza frigorifera può così variare: 4 Scroll per unità = 4 gradini = 25% - 50% - 75% - 100% 2 Scroll per unità = 2 gradini = 50% - 100% 1 Scroll per unità = ON/OFF = 0% - 100% Caldaia La caldaia selezionata è di primaria marca, a condensazione, murale o a basamento, ad altissimo rendimento e con bassissime emissioni e dotata di sistema di controllo a microprocessore. Le caldaie a condensazione sono caldaie capaci di effettuare il recupero energetico del calore presente nei fumi di scarico raffreddandoli fino al punto di condensazione del vapore acqueo. Il risultato di questo processo è che si riesce ad avere un rendimento anche del 105% e oltre, e i fumi di scarico escono dalle abitazioni a una temperatura tra 30 e 50 C, nettamente inferiore rispetto alle caldaie tradizionali. Il calore estratto dai fumi viene utilizzato per preriscaldare l acqua che circola nel sistema di distribuzione richiedendo così meno energia alla caldaia per scaldarla e aumentandone il rendimento. Più è bassa la temperatura dell acqua che torna alla caldaia dopo aver attraversato tutto il sistema di distribuzione ed emissione, maggiore è il calore che riesce ad estrarre dai fumi. Infatti maggiore è il delta di temperatura tra acqua di ricircolo e fumi di scarico, maggiore è il calore che viene trasferito all acqua di ricircolo. Altro vantaggio delle caldaie a condensazione è che possono funzionare per lunghi periodi di tempo, grazie alla modulazione della potenza, riducendo così i cicli di accensione e spegnimento con effettiva riduzione delle emissioni inquinanti ed effetti benefici per la meccanica. L allungamento dei tempi di esercizio permette di raggiungere il set-point in maniera graduale e precisa.

12 12 Caratteristiche tecniche delle Pompe di Calore Ibride Dispositivi di regolazione e controllo Le unità ibride sono controllate da un sistema di regolazione su cui è stato sviluppato il software di controllo di proprietà di Meno Energia. Il dispositivo è composto da controlli programmabili, da interfacce utente, da gateway e interfacce di comunicazione, e di telegestione per offrire un sistema di controllo potente, flessibile, facilmente interfacciabile con i Building Management Systems più diffusi e in sistema di supervisione proprietari. Tutte le unità sono dotate di interfaccia WEB che consente di accedere alla macchina attraverso un semplice indirizzo IP. In questo modo gli utenti possono vedere le condizioni in cui la macchina lavora, regolare i set-point, visualizzare gli allarmi, gli stati macchina. Monitoraggio continuo La macchina può essere controllata in continuo attraverso un sistema di accesso remoto via internet su rete UMTS/GPRS. In questo modo è possibile controllarne lo stato di funzionamento, gli allarmi, le efficienze, eventuali problematiche che possono insorgere. Il controllo continuo diventa così strumento di efficienza e risparmio energetico. Dispositivi di contabilizzazione energetica Le unità ibride possono essere dotate di contabilizzatori energetici sia termici che elettrici. I sistemi di contabilizzazione (Siemens a ultrasuoni per la contabilizzazione termica) colloquiano in continuo con il sistema di supervisione macchina, in modo da ottimizzare i costi di produzione del calore prodotto. I dati energetici sono resi disponibili sul sistema di supervisione macchina consultabile da qualsiasi PC attraverso una interfaccia WEB.

13 UTENZA CALDAIA menoenergia 13 Come applicare la pompa di calore ibrida negli impianti Schema produzione caldo e freddo PDC IBRIDA menoenergia

14 UTENZA CALDAIA ACS menoenergia 14 Come applicare la pompa di calore ibrida negli impianti Schema produzione caldo, freddo e ACS (acqua calda sanitaria) Rete acquedotto

15 UTENZA FREDDO CALDAIA UTENZA CALDO menoenergia 15 Come applicare la pompa di calore ibrida negli impianti Schema produzione contemporanea di caldo e freddo (impianto 4 tubi) Circuito freddo Circuito caldo PDC IBRIDA menoenergia

16 16 Schede tecniche / dimensionali Prestazioni Invernali T. esterna T. impianto COP - 5 C C C C C C C C C C 5.5 Prestazioni Estive T. esterna T. impianto EER +35 C 7-12 C C 7-12 C C 7-12 C C 7-12 C 4.3 Dimensioni (*) hhp.20 hhp.50 hhp.75 hhp.100 hhp.125 hhp.150 hhp.200 hhp.250 hhp.320 Altezza A mm Lunghezza B mm Larghezza C mm Mandata unità esterna D1 pollici Ø67 Ø67 Ø67 Ø67 Ø67 Ø67 Ø67 Ø67 Ø67 Ritorno unità esterna D2 pollici Ø32 Ø32 Ø32 Ø32 Ø32 Ø32 Ø32 Ø32 Ø32 Mandata ACS D3 pollici 1 1 1½ 1½ 2 2 2½ 2½ 2½ Ritorno ACS D4 pollici 1 1 1½ 1½ 2 2 2½ 2½ 2½ Mandata utenza D5 pollici 1 1 1½ 1½ 2 2 2½ 2½ 2½ Ritorno utenza D6 pollici 1 1 1½ 1½ 2 2 2½ 2½ 2½ Ingresso gas caldaia D7 pollici ½ ½ ¾ ¾ ¼ Canale da fumo D8 pollici Ø100 Ø100 Ø120 Ø120 Ø160 Ø160 Ø160 Ø160 Ø200 (*) Produzione personalizzata Peso kg La struttura tecnica di Meno Energia è a disposizione per il dimensionamento e la personalizzazione della macchina sia in termini di potenza termica, potenza frigorifera, potenza caldaia. Nella soluzione tradizionale la pompa di calore viene dimensionata sulla esigenza della potenza frigorifera mentre la caldaia viene dimensionata sulla esigenza della potenza termica. Tuttavia soluzioni ad-hoc potranno essere sviluppate dall ufficio tecnico di Meno Energia secondo le esigenze impiantistiche / prestazionali del cliente.

17 17 menoenergia srl Sede Operativa Località Cassinazza di Baselica Giussago PAVIA Tel fax info.menoenergia@neorurale.net