DACD / ISAAC / Titolo principale della presentazione 1 Il Dock Midfield dell aeroporto di Zurigo: heating and cooling dalla geotermia di grandi infrastrutture Ing. Marco Belliardi SUPSI DACD ISAAC
2 Dock Midfield aeroporto di Zurigo Terminale per 26 velivoli Edificio: 500 x 30 m SRE: 58 000 m 2 Volume: 200 000 m 3 Messa in servizio: 2003
3 Terminale E aeroporto di Zurigo Pali colati: ca. 350 di 30m diametri considerevoli 1.5m Costo edificio: ca. 220 M sovra costo pali: 0.7 M
4 Terminal E tempistiche dei lavori e degli studi Progettazione: 1995-2000 Costruzione: 2000 2002 Messa in servizio: sett. 2003 Misure sistema e monitoraggio pali energetici: sett. 2004 sett. 2006
5 Dock Midfield Volontà del committente (UNIQUE SA) di utilizzare i pali nel concetto energetico dell edificio => sistema bivalente per il riscaldamento e per il raffreddamento (geocooling) Esempio di calcolo
Pianificazione del sistema con pali energetici Molto importante nel concetto di dimensionamento geotermico. Fasi : 6 Resonse-test geotermico per la determinazione in situ della: - conduttività termica media del terreno - temperatura iniziale del terreno Simulazioni dinamiche dell edificio per la determinazione della: - domanda di riscaldamento - domanda di raffreddamento Puissance thermique [kw] 2000 1500 1000 500 0-500 Energie de chauffage: 2'720 MWh/a Energie de refroidissement: 1'240 MWh/a 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mois de l'année Simulazioni dinamiche del sistema Energies en [MWh/a] Electricité (PAC) 510 1 110 Pieux énergétiques 400 Pompe à chaleur (PAC) COP: 4.5 Chauffage à distance Demande totale de 420 chauffage 2 720 Chauffage avec PAC 2 300 Refroidissement pour chauffage Demande 680 totale de refroidissement Refroidis. direct 400 1 240 Machine frigorifique Eff: 3.5 Electricité (machine frigorifique) 45 160 205 Tours de refroidissement
Schema di principio dell installazione del terminale E Chauffage Aller Retour 40 C 30 C Pompe à chaleur / Machine frigorifique P3s P3w P1 P2 V2 P6 V1 V3 Retour refroidissement P8 21 C 7 P5 V5 P7 V6 V7 P4 V4 14 C Aller refroidissement WT-W: échangeur de chaleur Hiver (petit) WT-S: échangeur de chaleur Ete (grand) WT-F: échangeur de chaleur chauff. à distance
Modi di funzionamento pali: riscaldamento 8 Chauffage Retour refroidissement Pompe à chaleur / Machine frigorifique P3s P3w P1 P2 P6 V1 P8 V2 V3 P5 V5 P7 V6 V7 P4 V4 Esempio di calcolo Aller refroidissement
Modi di funzionamento Chauffage pali: raffreddamento (geocooling) Retour refroidissement 9 Pompe à chaleur / Machine frigorifique P3s P3w P1 P2 P6 V1 P8 V2 V3 P5 V5 P7 V6 V7 P4 V4 Esempio di calcolo Aller refroidissement
500 DACD / ISAAC / Il Dock Midfield dell aeroporto di Zurigo 10 Pompa di calore monitoraggio del funzionamento 2nd measurement year (1.10.2005-30.9.2006) Energy MWh 400 300 200 100 0-100 delivered energy from the heat pump: 2'210 MWh absorbed electricity by the heat pump compressor: 490 MWh -200 circulation pumps P1, P3w and P4 (80 MWh) Oct. Nov. Dec. Jan. Feb. Mar. Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep. CLA: 3.9 (senza le pompe di circolazione +15%: 4.5)
11 Energy MWh Raffreddamento monitoraggio del funzionamento 200 150 100 50 0-50 -100 Oct. 2nd measurement year (1.10.2005-30.9.2006) Cooling : 1'170 MWh (100%) cooling machine : 180 MWh (15%) geocooling : 620 MWh (53%) cooling for heating : 370 MWh (32%) electricity "cooling for heating" pumps : 11 MWh "geocooling" pumps : 10 MWh "cooling machine" compressor : 40 MWh "cooling machine" pumps : 29 MWh Nov. Dec. Jan. Feb. Mar. Efficienza del geocooling: 61 Apr. May Jun. Jul. Aug. Sep.
700 630 DACD / ISAAC / Il Dock Midfield dell aeroporto di Zurigo Prestazioni energetiche del sistema 100% 90% 12 Annual energy [MWh/y] 560 490 420 350 280 210 140 70 0 connessioni orizzontali importanti Heat transfer of the horizontal pipe connections: no heat transfer simulated heat transfer taken into account 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Forward fluid temperature in the cooling distribution [ C] 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Geocooling fraction PILESIM2, versione 2 di PILESIM (2007), prende meglio in conto la simulazione del geocooling
13 Temperature medie giornaliere (risultati delle misure) 25 20 Ground temperatures Tmax ritorno geocooling =17 C Tmax mandata geocooling = 14 C Depth: -1.5 m -2.5 m Temperature C 15 10 5 Outlet pile - extraction -13 m -28 m Inlet pile - injection Outlet pile - injection 0 Inlet pile - extraction 01.10.05 30.11.05 30.01.06 01.04.06 01.06.06 01.08.06 01.10.06 Date Temperatura del terreno : 11 12 C
Bilancio energetico del sistema Energy MWh 700 600 500 400 300 200 100 0-100 -200-300 Oct. 2nd measurement year (1.10.2005-30.9.2006) Nov. Dec. Jan. Feb. Mar. Heating: 3'020 MWh district heating: 810 MWh PAC: 2'210 MWh Apr. Cooling: 1'170 MWh cooling for heating: 370 MWh geocooling: 620 MWh cooling machine: 180 MWh Elevate energie di riscaldamento (PdC) e geocooling rispetto agli ausiliari May Jun. Jul. Aug. Sep. 14
15 Curva di carico termico - riscaldamento Potenza di riscaldamento oraria [kwh/h] 1500 1250 1000 750 500 250 0 Ottobre 2005 - Settembre 2006 domanda di riscaldamento coperta dalla PdC e dal teleriscaldamento domanda di riscaldamento coperta dalla PdC 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Ore di funzionamento annue [h/a] Pali energetici ~ 600 kw 2 210 MWh/y Teleriscald. ~ 900 kw 810 MWh/y ~ 1/3 della potenza di riscaldamento con PdC ~ 3/4 dell energia di riscaldamento con PdC
Prestazioni energetiche del sistema 16 Heating Maximum heat extraction rate per meter pile 72 W/m Mean heat extraction rate per meter pile 45 W/m Annual extracted energy per meter pile 183 kwh/m/y Cooling Maximum heat injection rate per meter pile 33 W/m Mean heat injection rate per meter pile 16 W/m Annual injected energy per meter pile 74 kwh/m/y Performance indexes Energy fraction*) Annual heat pump performance coefficient (COPA) 3.9 65% Cooling efficiency for heating (DirCoolHeat) 33 11% Geocooling efficiency (GeoCool) 61 18% Annual cooling machine efficiency (EffCOMA) 2.7 5% Global system efficiency (SystEff) 5.1 100% *) Energy fraction : fraction relative to the total energy delivered by the system coupled to the piles (heat + cold) Senza la macchina di raffreddamento, l efficienza globale del sistema aumenterebbe da 5.1 a 5.7
Aspetti economici 17 Sistema Pali energetici Convenzionale differenza Investimento 670 000 80 000 590 000 Costo annuale capitale manutenzione energia 46 170 10 070 71 660 5 450 3 170 156 180 +40 720 +6 900-84 520 Costo totale annuo Costo energia termica 127 900 0.04 /kwh 164 800 0.05 /kwh - 36 900 L investimento addizionale del sistema con i pali energetici è ripagato in ca. 8 anni
18 Osservazioni finali le prestazioni energetiche del sistema con i pali sono molto soddisfacenti conferma la correttezza e la necessità delle procedure di progettazione utilizzate l efficienza globale del sistema supera i 5 potenziale di ottimizzazione nella distribuzione di raffreddamento, rileva l importanza dei livelli di temperatura aspetti economici vantaggiosi => visita www.isaac.supsi.ch per scaricare rapporti di ricerca