LEZIONE 3 Analisi delle metodologie, simulazione della progettazione di un impianto di piccola taglia. Esempio di un caso reale casa monofamiliare. a cura di Simone Laprovitera e-mail: slaprovitera@trevispa.com tel.: 340.46.87.850
PROCEDURA PROGETTUALE 1. Verifica della fattibilità tecnica 2. Individuazione dei vincoli autorizzativi 3. Caratterizzazione dell utenza 4. Caratterizzazione geologica e termogeologica del terreno 5. Definizione delle condizioni di scambio terreno-sonda 6. Scelta dello schema di centrale e della PdC 7. Dimensionamento campo sonde 8. Dimensionamento collegamenti orizzontali 9. Definizione componentistiche di centrale 10. Dimensionamento di staffaggi e finiture
Gli output della progettazione GEOSCAMBIATORE CENTRALE TERMICA Caratteristiche dimensionali scambiatore Caratteristiche costruttive sonde geotermiche Circuito di alimentazione sonde Fluido termovettore Schema funzionale di centrale Scelta pompa di calore Dimensionamento parti idrauliche Lay out di centrale Procedure di costruzione/collaudo È di fondamentale importanza definire sin dalle fasi progettuali le logiche di funzionamento dell impianto, i parametri di set-point, controlli di processo e allarmi
L impianto della signora Maria Impianto di piccola taglia con potenza inferiore a 15 kw. L approccio alla progettazione così come descritto di seguito può essere impiegato se sussistono le seguenti condizioni: 1. Solo produzione di acqua calda e ACS 2. Funzionamento annuo standard (1800 ore, max 2400 ore) 3. Temperatura limite delle sonde geotermiche: 0 C 4. Temperatura del terreno indisturbata: >= 10 C 5. Le sonde saranno del tipo a doppia U diametro 32 mm cementati con malta cementizia a conducibilità termica migliorata. 6. Profondità sonde compresa tra 40 e 60m con interasse minimo pari a 5m
Riferimento alla normativa VDI 4640 Schema di calcolo: 1. Definizione della potenza termica nominale della pompa di calore (legge 10) 2. Scelta della pompa di calore e definizione delle COP nelle diverse condizioni di riferimento 3. Calcolo della potenza da scambiare con il terreno 4. Scelta della resa termica del terreno W/m 5. Dimensionamento dello scambiatore
Dimensionamento delle sonde:c Qu COP Qu PdC L Qt Qt
Lunghezza complessiva sonde Tipo Sottosuolo Calore specifico di estrazione Valori di orientamento generali Terreno povero (sedimento secco λ<1.5 W/mK) Roccia sedimentaria satura d acqua (1,5<λ<3 W/mK) Per 1800 h 25W/m 60W/m Per 2400h 20W/m 50W/m Fonte (VDI 4640) Roccia consolidata bianca (λ>3 W/mK) 84 W/m 70 W/m Rocce Ghiaia, sabbia secca 25W/m 20W/m Ghiaia, sabbia satura d acqua 65-80W/m 55-65W/m Ghiaia, sabbia con forte flusso d acqua 80-100W/m 80-100W/m Argilla, limo umido 35-50W/m 30-40W/m Calcare (massiccio) 55-70W/m 45-60W/m Arenaria 65-80W/m 55-65W/m Rocce intrusive 65-80W/m 55-70W/m Rocce effusive 40-65W/m 35-55W/m Gneiss 70-85W/m 60-70W/m
Note al metodo Il dimensionamento deve prevedere una portata di circolazione compresa tra 1 e 3 m³/h per sonda Se il geoscambiatore è costituito da più sonde è corretto utilizzare un coefficiente di sovradimensionamento pari al 10% La capacità (complessiva) di scambio termico tra sonda e terreno si riduce di circa il 20% se l impianto funzionerà per più di 2400 ore/anno e se vi sono più impianti indipendenti vicini È possibile ridurre del 10% la lunghezza delle sonde qualora il periodo di funzionamento dell impianto è inferiore a 1000 ore/anno
I limiti del metodo Non viene contemplato il funzionamento in regime estivo. Si considera la potenza di scambio con il terreno e non l energia. Il metodo è testato per impianti installati nell Europa del nord. Non si hanno test di verifica in territori a clima temperato come il bacino del mediterraneo.
Un metodo alternativo proposto dall ente svizzero per le energie rinnovabili Utilizzo dei nomogrammi Altitudine loc. Fabbisogno Profondità 1/2 sonde α= Qh (Qh/β)-Qp Qh: fabbisogno annuo kw/a β: fattore di performance stag. Qp: consumo ausiliari
I limiti di validità del nomogramma En. In riscaldamento < 20 MWh/anno Potenza pdc tra 3 e 10 kw Altitudine max: 1500 m Conducibilità terreno tra 1,2 e 4 W/mK Lunghezza sonde: 60 160m (1 SGV), 60 100m (2 SGV)
Un caso reale: Impianto per abitazione monofamiliare Taglia impianto: 15 kw Campo sonde 3 sonde verticali Lunghezza 90 m 4 x 32 mm, PN16, PE 100 Centrale termica 1 Pompa di calore terra/acqua Potenza assorbita/resa nominale (B0/W35): 3,7/15,9 kw COP = 4,3 Refrigerante R410A Reversibilità con inversione di ciclo frigorifero Sistema di gestione integrato
Un caso reale: Impianto per abitazione monofamiliare Schema funzionale