Gli aspetti costruttivi e le caratteristiche delle pompe di calore

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1 Ferrara, 24 settembre 2009 GHS Gli aspetti costruttivi e le caratteristiche delle pompe di calore Project Application Manager Robur S.p.A.

2 Pompe di calore: una risorsa preziosa per lo sviluppo ecocompatibile nel nostro paese.

3 DEFINIZIONE SECONDO UNI La vecchia norma UNI distingue le pompe di calore in funzione del tipo di energia utilizzata per il loro funzionamento. Pompe di calore a compressione di vapore azionate mediante energia elettrica. Pompe di calore azionate mediante energia chimica: a) a compressione di vapore e motore endotermico; b) ad assorbimento

4 POMPE DI CALORE A COMPRESSIONE DI VAPORE Pompe di calore elettriche aria acqua Pompe di calore elettriche acqua-acqua Pompe di calore elettriche geotermiche

5 POMPE DI CALORE A MOTORE ENDOTERMICO

6 POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO

7 GAHP vs PDC ENERGIA PRIM. EFFETTO UTILE GAS ABSORPTION HEAT PUMP COMPRESSION HEAT PUMP generator HIGH PRESSURE condenser HEAT ELECTRICITY COMPRESSOR PUMP HEAT absorber LOW PRESSURE evaporator Prelievo energetico da fonte rinnovabile HEAT

8 IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA T 2 E macchina termica Q 2 =Q 1 +E Q 1 Pompe di calore elettriche COP = Q 2 / E elet. Pompe di calore ad assorbimento G.U.E. = Q 2 / E comb. G.U.E. COP x 0,41 T 1 <T 2 Il COP e il GUE non sono dati direttamente paragonabili!

9 PdC A COMPRESSIONE DI VAPORE ELETTRICHE

10 RESA TERMICA PdC ARIA-ACQUA ELETTRICHE

11 CONSUMO PdC ARIA- ACQUA ELETTRICHE

12 SITUAZIONE DI GELO SULLA BATTERIA Ciclo di defrosting effettuato mediante inversione di ciclo.

13 PROBLEMATICA PRINCIPALE L efficienza delle P.d.C. diminuisce sensibilmente alle basse temperature invernali dell aria.

14 RESA TERMICA PdC GEOTERMICHE ELETTRICHE

15 CONSUMO PdC GEOTERMICHE ELETTRICHE

16 ELEVATE PRESTAZIONI INVERNALI L efficienza delle P.d.C. si mantiene elevata anche in inverno grazie alla sorgente: il terreno.

17 POMPE DI CALORE AD ASSORBIMENTO Pompe di calore GAHP aria acqua Pompe di calore GAHP acqua-acqua Pompe di calore GAHP geotermiche

18 IL CIRCUITO FRIGORIFERO DELLA MACCHINA

19 EFFICIENZA GUE (EN ) GAHP ARIA-ACQUA 2,50 Efficienza utilizzo del gas - G.U.E. 2,30 2,10 1,90 1,70 1,50 1,30 1,10 0,90 0,70 G.U.E. = -5E-06Ta 3-0,0004Ta 2 + 0,0152Ta + 1,5704 R 2 = 0,9866 0, Temperatura aria esterna - C La temperatura della sorgente influisce poco sulle prestazioni

20 EFFICIENZA GUE (EN ) GAHP GEOTERMICA 2,50 Efficienza utilizzo del gas - G.U.E. 2,30 2,10 1,90 1,70 1,50 1,30 1,10 0,90 0,70 G.U.E. = -2E-16Tcr 3-0,002Tcr 2 + 0,0108Tcr + 1,6861 R 2 = 0,983 0, Temperatura ritorno sonde - C La temperatura della sorgente influisce poco sulle prestazioni

21 L AMMONIACA COME FLUIDO REFRIGERANTE 0,003 0,010 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 0, ,00 s = 4,75 s = 5,25 s = 5,00 s = 4,50 s = 5,50 s = 5,75 s = 6,00 100,00 90,00 80,00 s = 6,25 70,00 60,00 50,00 40,00 s = 6,50 30,00 s = 6,75 20,00 s = 7,00 10,00 9,00 8,00 Pressure [Bar] 7,00 s = 7,25 6,00 5,00 s = 7,50 4,00 3,00 s = 7,75 s = 8,00 2,00 R717 Ref :R.Döring. Klima+Kälte ingenieur Ki-Extra 5, ,015 DTU, Department of Energy Engineering Energy Systems, Refrigeration s in [kj/(kg K)]. v in [m^3/kg]. T in [ºC] M.J. Skovrup & H.J.H Knudsen , , ,040 s = 8, , , , ,080 0,090 0, ,500 2,000 0,150 0,200 0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000 s = 8,50 3,000 4,000 s = 8, v= 0,008 v= 0,006 v= 0,010 v= 0,015 v= 0,020 v= 0,030 v= 0,040 Area non rappresentabile v= 0,060 v= 0,100 v= 0,080 v= 0,150 v= 0,200 v= 0,300 v= 0,400 v= 0,600 v= 0,800 v= 1,000 1,00 0,90 0,80 0,70 0, ,50 x = s = 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7, Enthalpy [kj/kg]

22 POMPE DI CALORE: CONFRONTI E CONSIDERAZIONI

23 1 CONFRONTO ALL ENERGIA PRIMARIA 2,00 Efficienza energia primaria 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 Efficienza PdC aria-acqua ad assorbimento Efficienza PdC geotermica ad assorbimento Efficienza PdC aria-acqua elettrica 0,80 Palermo Milano Gradi di latitudine nord Berlino Oslo

24 2 CONFRONTO ALL ENERGIA PRIMARIA 2,00 Efficienza energia primaria 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 Efficienza PdC geotermica ad assorbimento Efficienza PdC aria-acqua elettrica Efficienza PdC geotermica elettrica 0,80 Palermo Milano Gradi di latitudine nord Berlino Oslo

25 CARATTERISTICHE PdC ELETTRICHE Prestazioni energetiche invernali ed estive paragonabili: il COP nominale generalmente è poco differente dal EER. Pompe di calore elettriche aria-acqua in regime invernale fortemente influenzate dalla temperatura dell aria esterna. Ottime prestazioni invernali delle PdC acqua-acqua se abbinate a sistemi di scambio geotermico.

26 ZERO CONSUMI E ZERO EMISSIONI? + Geotermia e pdc elettriche Solare fotovoltaico

27 CARATTERISTICHE PdC AD ASSORBIMENTO Prestazioni energetiche invernali ed estive differenti: elevate efficienze all energia primaria in inverno, meno elevate in estate. Prestazioni energetiche delle GAHP aria-acqua molto simili alle prestazioni energetiche delle geotermiche. Le pompe di calore geotermiche ad assorbimento abbisognano di un minore sviluppo di sonde geotermiche. In caso di prevalenza di esigenze in riscaldamento le pdc ad assorbimento consentono un ottimo bilanciamento tra costi iniziali e risultato energetico ottenibile.

28 COSTI DI REALIZZAZIONE DEL IMPIANTO GAHP-W LB fornendo una potenza termica 37,7 kw SCAMBIA CON IL TERRENO 12,4 kw termici P.d.c. elettrica fornendo una potenza termica 38 kw SCAMBIA CON IL TERRENO 27,1 kw termici

29 COSTI DI REALIZZAZIONE DEL IMPIANTO 27,1 12,4 = 14,7 kw in meno da estrarre W 60 W/m = 245 m in meno di sonde 245 m x 55 /m = ,00 risparmiati

30 OTTIMIZZAZIONE E BILANCIAMENTO COSTI Heating Load Caldaia Caldaia POMPA DI CALORE GEOTERMICA October November December January Febtuary March April

31 GLI ASPETTI COSTRUTTIVI E LE CARATTERISTICHE DELLE POMPE DI CALORE OTTIMIZZAZIONE E BILANCIAMENTO COSTI Quando è necessario sopperire a carichi frigoriferi preponderanti, è possibile abbinare agevolmente macchine ad assorbimento geotermiche con refrigeratori aria-acqua elettrici. L ASSORBIMENTO E FACILMENTE INTEGRABILE

32 POMPE DI CALORE & ENERGIE RINNOVABILI E possibile ampliare il mercato delle energie rinnovabili mediante l impiego delle moderne pompe di calore?

33 ALBEDO 33% 24% IRR. SOLARE 100% 43% FLUSSO GEOTERMICO

34 Direttiva 2009/28/CE del Parlamento e del Consiglio Europeo 23 aprile 2009 Gazzetta ufficiale dell UE 5 giugno 2009 Le pompe di calore sono quindi state formalmente inserite fra le apparecchiature ad energia rinnovabile

35 CALCOLO DELL ENERGIA PRELEVATA Q rin = Q for 1 1 SPF Q rin Energia rinnovabile geotermica idrotermica o aerotermica prelevata mediante la pompa di calore. Q for - Energia termica totale trasferita dalla pompa di calore al sistema di riscaldamento SPF - Fattore di rendimento stagionale medio della pompa di calore.

36 CONDIZIONE PER ASSEVERARE LA RINNOVABILITA SPF > 1,15 1 η η Rapporto tra la produzione totale lorda di energia elettrica e il consumo di energia primaria necessario alla sua produzione.

37 EFFETTI CONCRETI SULLA RIDUZIONE DEI CONSUMI PRIMARI DI ENERGIA 1,60 1,40 Caldaia vecchia a gasolio Caldaia a condensazione Pdc elettrica geotermica P.d.c. assorbimento geotermica Consumi combustibile fossile [tep] 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 POMPE DI CALORE: UNA RISORSA PER LO SVILUPPO ECOCOMPATIBILE Ottobre Novembre Dicembre Gennaio Febbraio Marzo Aprile

38 LE POMPE DI CALORE CONSENTONO DI: Ridurre in modo sensibile e concreto il fabbisogno di energia primaria per gli impianti di climatizzazione. Ottenere quindi classi energetiche elevate in fase di certificazione. Utilizzare fonti rinnovabili d energia fino ad ora poco sfruttate. Si configurano quindi come strumenti fondamentali per il raggiungimento degli obiettivi energetici e ambientali del nostro paese. Ottenere considerevoli risparmi economici annuali nella gestione energetica degli impianti.

39 GRAZIE PER L ATTENZIONE