1 Cap. 1 Principi generali, ambiti applicativi e benefici energetico-ambientali della climatizzazione ad azionamento termico
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- Renata Romeo
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1 III Indice XI Prefazione a cura di Climgas 1 Cap. 1 Principi generali, ambiti applicativi e benefici energetico-ambientali della climatizzazione ad azionamento termico Principi energetici della generazione di calore e freddo, cogenerazione e trigenerazione Scenario energetico di riferimento e ambiti applicativi I consumi di energia in Italia I consumi di energia nel settore civile 12 I consumi del settore terziario Benefici energetici e ambientali, impatto sulla rete elettrica e del gas Mercato attuale e potenzialità Esame dei dati statistici sul mercato dei refrigeratori a gas naturale Classificazione di numero, potenza e tipologia delle unità installate Normativa di riferimento: certificazione energetica degli edifici, cogenerazione e trigenerazione La certificazione energetica degli edifici e gli incentivi per la riqualificazione energetica Evoluzione del sistema legislativo italiano La normativa sugli impianti di microcogenerazione e trigenerazione Definizione e parametri caratteristici Il contesto legislativo e gli incentivi alla cogenerazione Valorizzazione dell energia elettrica ceduta alla rete Defiscalizzazione del combustibile per cogenerazione Titoli di efficienza energetica Il caso dell alimentazione a biomasse: certificati verdi e tariffa onnicomprensiva Le normative di installazione e certificazione rilevanti Le barriere non tecniche 01-Indice.indd III 10/11/
2 IV La fiscalità del gas naturale nei sistemi di generazione di freddo Il percorso autorizzativo dei sistemi di microcogenerazione 56 Riferimenti bibliografici 59 Cap. 2 Frigoriferi a compressione Cicli termodinamici a compressione e parametri operativi Il ciclo frigorifero ideale Frigoriferi e pompe di calore a compressione Fluidi di lavoro: i fluidi frigoriferi Componenti di un impianto frigorifero a compressione Compressori Scambiatori di calore (in relazione alle sorgenti termiche ambientali) 74 Sorgente termica aria 74 Sorgente termica acqua in circuito aperto 75 Sorgente termica costituita da acqua di torre 81 Sistemi wet & dry 82 Sorgente geotermica Pompe di calore geotermiche Sistemi di riscaldamento a pannelli radianti Prestazioni e costi delle macchine frigorifere a compressione 96 Riferimenti bibliografici 99 Cap. 3 Pompe di calore azionate da motori endotermici Considerazioni teoriche e vantaggi energetici Configurazioni di impianto Impianti a espansione diretta a due tubi 113 Recupero dell acqua di raffreddamento del motore Impianti a espansione diretta a tre tubi Impianti con distribuzione idraulica (chiller) Modelli con cogenerazione di energia elettrica Prestazioni energetiche 125 Prestazioni in riscaldamento 127 Prestazioni in raffreddamento Pompe di calore a gas presenti sul mercato italiano Maya (Yanmar) 01-Indice.indd IV 10/11/
3 Indice V Sanyo Airconditioners Tecnocasa Srl (Aisin Toyota) 136 Riferimenti bibliografici 137 Cap. 4 Macchine ad assorbimento Principi termodinamici e parametri operativi Fluidi di lavoro L acqua come refrigerante Il bromuro di litio come assorbente L ammoniaca come refrigerante Macchina H 2 O/LIBR Macchina NH 3 /H 2 O Macchine a doppio effetto Funzionamento in refrigerazione Funzionamento in riscaldamento Prestazioni nominali e durante l esercizio Macchine ad assorbimento presenti sul mercato italiano Dynamis Srl IBT Srl Maya SpA Riello SpA Systema SpA Macchine ad alimentazione indiretta Pompe di calore geotermiche ad assorbimento Assorbitori azionati da energia solare Assorbitori alimentati a biomassa Produzione periferica in impianti di teleriscaldaento Assorbitori azionati da cascami termici Accorgimenti operativi legati all esercizio degli assorbitori Costi delle macchine 199 Riferimenti bibliografici 201 Cap. 5 Motori primi per impianti di climatizzazione Motori alternativi a combustione interna 01-Indice.indd V 10/11/
4 VI Principi di funzionamento e tecnologia Modelli disponibili, prestazioni e costi Prospettive di sviluppo Motori a ciclo stirling Principi di funzionamento e tecnologia Modelli disponibili, prestazioni e costi Prospettive di sviluppo Microturbine a gas Principi di funzionamento e tecnologia Modelli disponibili, prestazioni e costi Prospettive di sviluppo Celle a combustibile Principi di funzionamento delle fuel cells Classificazione delle fuel cells Celle a combustibile a membrana polimerica 239 Esempi realizzativi 240 Problematiche e prospettive di sviluppo Celle a combustibile ad acido fosforico 241 Esempi realizzativi 242 Problematiche e prospettive di sviluppo Celle a combustibile a carbonati fusi 244 Esempi realizzativi 246 Problematiche e prospettive di sviluppo Celle a combustibile ad ossidi solidi 247 Esempi realizzativi 250 Problematiche e prospettive di sviluppo Altre tecnologie Cicli ibridi La tecnologia termo-fotovoltaica La tecnologia dei micro-cicli Rankine. 254 Riferimenti bibliografici 257 Cap. 6 Fabbisogni energetici, curve di carico UTENZE RESIDENZIALI Utenze monofamigliari Utenze condominiali Diagrammi di carico Utenze del settore terziario Centro commerciale 01-Indice.indd VI 10/11/
5 Indice VII Ospedale Albergo Struttura Polisportiva Palazzo Uffici Utenze indistriali Industria tessile Industria meccanica Industria elettronica Confronti fra le varie utenze 281 Riferimenti bibliografici 283 Cap. 7 Schemi di impianto e analisi di casi rappresentativi Impianti di trigenerazione Impianto con motore primo e frigorifero ad assorbimento Impianto con motore primo e gruppi refrigeratori a compressione Impianto con motore primo, gruppo refrigeratore a compressione e ad assorbimento Un modello di simulazione per l analisi di impianti di cogenerazione e trigenerazione I componenti dell impianto e il metodo di simulazione Possibili logiche di funzionamento Strategia di ottimizzazione Simulazione dei componenti dell impianto Analisi economica Analisi di casi di esempio Caso di esempio Descrizione dell utenza e dei carichi Descrizione dell impianto Descrizione dei componenti di impianto Cogeneratori Macchina frigorifera ad assorbimento Pompa di calore elettrica geotermica Caldaia a condensazione Accumulatori di calore e altri componenti Parametri economici e tariffe Emissioni e prestazioni energetiche degli scenari di riferimento Analisi Tecnico-Economica 01-Indice.indd VII 10/11/
6 VIII Confronti e considerazioni conclusive Caso di esempio Descrizione dell utenza e dei carichi Descrizione dell impianto Descrizione dei componenti di impianto Cogeneratore Macchina frigorifera ad assorbimento Caldaia Accumulo termico Collettori solari Parametri economici e tariffe Emissioni e prestazioni energetiche degli scenari di riferimento Analisi Tecnico-Economica Sistema senza accumulo termico Sistema con accumulo termico Confronti e considerazioni conclusive Rassegna di casi rappresentativi Una installazione di grande taglia con macchine ad assorbimento Una installazione con pompe di calore a gas a motore endotermico presso una casa di riposo Una installazione di pompe di calore a gas a motore endotermico con ore di esercizio Una installazione con microturbina a gas e macchina ad assorbimento Una installazione con recupero termico di calore da processi industriali e macchina ad assorbimento Una installazione con macchina ad assorbimento a gas per la climatizzazione di una piscina Una installazione con pompe di calore a gas a motore endotermico per la climatizzazione di un albergo Una installazione con pompa di calore ad assorbimento a fiamma diretta per il contemporaneo raffreddamento del processo industriale e il riscaldamento degli ambienti produttivi Una installazione con macchina ad assorbimento alimentata ad energia solare l impianto solar cooling a Città del Vaticano Una installazione con macchine ad assorbimento a fiamma diretta alimentate a gas naturale presso un ospedale Una installazione con macchine ad assorbimento alimentate ad acqua calda prelevata dalla rete di teleriscaldamento cittadina 01-Indice.indd VIII 10/11/
7 Indice IX Una installazione con macchina ad assorbimento alimentata dai fumi di scarico di una cella a combustibile MCFC Una installazione di pompe di calore a gas a motore endotermico per la climatizzazione di un palazzo uffici di grandi dimensioni Una installazione di pompe di calore a gas a motore endotermico per la climatizzazione di un palazzo uffici con sistema di distribuzione misto Una installazione che comprende una macchina ad assorbimento, una pompa di calore elettrica, sonde geotermiche, una caldaia a biomassa, pannelli solari termici e fotovoltaici per la climatizzazione di un palazzo uffici Due impianti solar-cooling con macchine ad assorbimento per il condizionamento di uffici (Varese e Treviso) Impianto combinato di solar-cooling e riscaldamento presso la Casa di cura Santa Margherita a Pavia Trigenerazione presso una grande struttura Ospedaliera 359 Riferimenti bibliografici 361 Appendice 361 Elementi di analisi economica dell investimento 361 Flusso di cassa 362 I principali indici di redditività 363 Metodologia di analisi di un investimento in un impianto di cogenerazione o trigenerazione 368 Bibliografia 01-Indice.indd IX 10/11/
8 X 01-Indice.indd X 10/11/
9 XI Prefazione È possibile, con processi termodinamici efficienti, trasformare l energia chimica di un combustibile in energia frigorifera. Tali processi presentano concreti vantaggi in termini energetici ed ecologici rispetto ai tradizionali sistemi per produrre freddo che utilizzano energia elettrica come fonte energetica. La tecnologia delle macchine frigorifere a gas e più in generale di quelle ad azionamento termico, ha recentemente registrato sostanziali progressi, vuoi in termini di proposte, vuoi in termini di prestazioni. Oggi l industria è matura per offrire al mercato una vasta gamma di componenti e sistemi di caratteristiche operative vantaggiose. Climgas è l associazione nazionale dei costruttori e dei distributori di apparecchiature del settore. Fra gli scopi dell Associazione vi è anche quello di divulgare le conoscenze tecnologiche, fornire informazioni, dati tecnici e ragguagli atti a facilitare il corretto impiego delle macchine proposte. Climgas ha assolto questo compito affidando al Politecnico di Milano l incarico di redigere una pubblicazione sullo stato dell arte, sui principi tecnico scientifici e sulle modalità ottimali di applicazione dei sistemi disponibili. Ne è risultata la realizzazione di questo volume, che illustra con dovizia di informazioni le varie tecnologie attualmente disponibili per la produzione di freddo, che utilizzano quale energia primaria, in sostituzione di quella elettrica, il calore comunque generato, in primo luogo mediante la combustione di gas. Va sottolineata la validità culturale di questo strumento di divulgazione, il primo nel suo genere e la sua concreta utilità per ogni tecnico che operi nel settore degli impianti di climatizzazione, termotecnici ed energetici, a cui le proposte illustrate sono destinate. Particolare beneficio potranno trarne i giovani, in via di formazione professionale, attenti allo sviluppo di tecnologie di sicuro avvenire. Questa pubblicazione, che ci auguriamo venga in futuro opportunamente aggiornata, approfondita ed ampliata, risulta un elemento importante di consolidamento dell identità dell Associazione. 02-Prefazione.indd XI 04/11/
10 XII Climgas ringrazia perciò il Politecnico di Milano, Dipartimento di Energia, ed in particolare il Professor Ennio Macchi e i suoi collaboratori Stefano Campanari e Paolo Silva per il qualificato lavoro effettuato in un settore strategico per il Paese, quale quello della climatizzazione, del risparmio energetico e dell energia più in generale. Milano, novembre 2011 Paolo Colaiemma Presidente Climgas 02-Prefazione.indd XII 04/11/
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