1 1 Le pompe di calore e l’effetto serra Le pompe di calore e l’effetto serra ISIS A. Malignani, Udine, 21.12.2016 Cristiano Gillardi Comune di Udine e ISIS A. Malignani 2 Le pompe di calore e l’effetto serra Le pompe di calore • Cosa sono e come funzionano • A cosa servono • Confronto tra tipologie • Problemi e Vantaggi ambientali • Costi e Vantaggi economici • Cosa succede se . . . (pillole di esperienze personali)
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Le pompe di calore e l’effetto serra...1 1 Le pompe di calore e l’effetto serra Le pompe di calore e l’effetto serra ISIS A. Malignani, Udine, 21.12.2016 Cristiano Gillardi Comune
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Le pompe di calore e l’effetto serra
ISIS A. Malignani, Udine, 21.12.2016
Cristiano Gillardi
Comune di Udine e ISIS A. Malignani
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Le pompe di calore
• Cosa sono e come funzionano
• A cosa servono
• Confronto tra tipologie
• Problemi e Vantaggi ambientali
• Costi e Vantaggi economici
• Cosa succede se . . . (pillole di esperienze personali)
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Cosa sono
2° principio della Termodinamica
E’ impossibile realizzare una trasformazione di energia il cui unico
risultato consista nel trasferire calore da un corpo freddo a uno più
caldo (Clausius)
Come faccio per realizzare questo trasferimento di calore?
Uso un fluido speciale (frigorigeno)
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Se l’”ambiente” è l’interno di un frigorifero, l’effetto è quello di
raffreddare l’ambiente interno al frigo scaricando il calore
nell’ambiente in cui si trova il frigo.
Per sottrarre calore a un fluido qualsiasi devo:
1. trasformarlo possibilmente in gas facendolo espandere
rapidamente (laminazione, valvola di espansione). L’espansione
provoca anche il raffreddamento del gas.
2. comprimerlo (in questa fase immetto dell’energia primaria
da fonte esterna al ciclo) e riscaldarlo di conseguenza
3. raffreddarlo (sottoraffreddarlo) mentre si trova compresso
fino a ritrasformarlo in liquido compresso
� Il ciclo a pompa di calore
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Il ciclo frigorifero a compressione
Schema di circuito frigorifero reale con condensatore raffreddato ad acqua ed
evaporatore con batteria ad espansione diretta per il raffreddamento dell’aria
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Le pompe di calore e l’effetto serra
calore di risulta da
processi agricoli,
industriali e del
terziario
Il fluido raffreddato per espansione
rapida è in grado di assorbire calore da
una fonte gratuita nell’evaporatore.
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Modalità di Suddivisione in base alla sorgente e al pozzo
Ciò vale per PdC elettriche e a gas
monoblocco o split o
multisplit
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Le pompe di calore e l’effetto serra
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Le pompe di calore e l’effetto serra
• COP, EER
� Il COP (Coefficiente di Prestazione) è definito come rapporto adimensionato tra l’energia trasferita all’evaporatore e l’energia spesa al compressore,
� L’EER (Energy Efficiency Ratio) rappresenta il rapporto tra frigorie rese e energia (J) assorbita
7. Accumulo del freddo (del caldo) – differimento del
carico frigorifero (termico)
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Il Free Cooling
Quando l’entalpia dell’aria esterna è minore dell’entalpia dell’aria ambiente,
l’aria esterna è utilizzabile per raffreddare gratuitamente l’ambiente.
Il principio alla base del “free-cooling” è la capacità dell’aria di “catturare”
l’umidità: il contatto tra l’acqua di torre e l’aria ambiente “non satura”
all’interno della torre evaporativa porta a evaporazione parte dell’acqua di
torre che “carica” l’aria d’umidità fino alla quasi-saturazione (95%):
l’evaporazione sottrae calore al refrigerante.
Affinché ciò sia possibile occorre:
1. che il sistema di trattamento dell’aria disponga anche di un ventilatore di
espulsione, di un gruppo-plenum di espulsione/ricircolo e camera di
miscelazione.
2. che il sistema di controllo sia dotato di uno strumento in grado di rilevare
l’entalpia dell’aria in ambiente e dell’aria esterna.
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Una configurazione tipica di un impianto per “free-cooling” è la seguente:
Il “sistema indiretto”
Il “sistema indiretto” prevede l’installazione di uno scambiatore di calore acqua di torre/acqua refrigerata.
Date le temperature modeste e le pressioni basse dei due circuiti, gli scambiatori a piastre sono particolarmente idonei per questa applicazione.
Il dimensionamento dello scambiatore è di fondamentale importanza.
Il “sistema indiretto”, pur non essendo particolarmente efficiente (la presenza dello scambiatore di calore impone, a paritàdi condizioni al contorno, temperature di bulboumido dell’aria più basse), è, tuttavia, ritenuto la soluzione più efficace e affidabile, in quanto consente di isolare il circuito dell’acqua di torre dal circuito del chiller, preservando le caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua refrigerata.
Configurazione di un impianto per “free-cooling”
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Utilizzo delle FER (Fonti Energetiche Rinnovabili):
Energia elettrica da:
1. Fotovoltaico (l’accumulo o storage domestico, per il momento, non
comporta una riduzione dell’effetto serra);
2. Biomasse (biogas) e biometano (con parziale beneficio per la riduzione del CO2);
3. Eolico (pochissimo in FVG)
4. Idroelettrico (mini e micro)
Utilizzo di Energia termica da:
1. cascami termici di processi produttivi
2. aria viziata espulsa
3. Solare termico
4. fluidi di chiusura cicli di refrigerazione: centrali termoelettriche
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Le pompe di calore e l’effetto serra
L’utilizzo diretto di energia da FV consente un drastico
abbattimento della CO2eq.
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Costi e vantaggi economici
� Maggiori investimenti o minor risparmio energetico annuo?
� Meglio investire prima in riduzione del fabbisogno di riscaldare o
raffreddare?
Opportunità di finanziamenti/agevolazioni
� Detrazione fiscale 50% o 65%
� Conto Termico
� Finanziamenti POR-FESR (non per privati cittadini)
� Finanziamenti regionali prima casa ex Legge regionale 19/02/2016, n.1
Interventi di manutenzione volti all’efficientamento energetico o messa a norma di impianti, anche se
realizzati su parti comuni degli edifici:
Installazione di impianti solari termici o fotovoltaici
Installazione o sostituzione di caldaie per il riscaldamento con installazione o rifacimento dei
relativi impianti . . . .
Installazione impianti geotermici.
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Costi e vantaggi economici
� Il risparmio annuo è legato al COP (EER) dell’impianto adottato e
dovrebbe oscillare tra il 50% e l’80% della spesa precedente.
� Un impianto nuovo in un’abitazione nuova – a parità di fabbisogno –
consente risparmi maggiori (temperatura di mandata inferiore) rispetto
ad un semplice retrofitting.
� Gli impianti più efficienti possono essere più ingombranti e richiedere
maggiore cura nella gestione.
� Si possono realizzare ottime soluzioni a livello condominiale con
impianto tradizionale centralizzato
� La possibilità di installare accumuli di calore (o di freddo) consentono
di utilizzare le PdC con le migliori efficienze (ore + calde o + fredde della
giornata)
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Le pompe di calore e l’effetto serra
PARAMETRO “R” PER DEFINIRE IL VALORE MINIMO DEL COP
PER LA CONVENIENZA ECONOMICA DELLE POMPE DI CALORE
Esempio:
Costo elettrico = 0,25 [€/kWh]
Costo gas metano = 0,9 [€/m3]
PCI metano = 9,59 [kWh/m3]
Rendimento caldaia = 0,99 (Caldaia condensazione)
Una PdC deve avere quindi un COP > R
C’è convenienza finchè COP > 2,63
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Secondo contatore per pompa di calore
elettrica
I Distributori di energia elettrica sono tenuti a fornire un
secondo contatore dedicato per le pdc, anche trifase, con
costi inferiori del kWh, ma costi di nolo e allaccio molto alti!
Informarsi bene (insistere!) e valutare le varie opzioni per
utenze Domestiche e diverse dalle domestiche.
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Le pompe di calore e l’effetto serra
• Come per ottenere i migliori (o attesi) risultati ambientali
(= risparmio di energia fossile), anche per ottenere i migliori
“payback” si deve:
� usare tecnologie e componenti affidabili;
� curare la gestione e la manutenzione (pulizia) degli impianti.
• Banale dirlo, ma questo è vero anche per gli impianti più
tradizionali: stufe a legna, caldaie a condensazione,
condizionatori split, frigo-congelatori.
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Cosa succede se . . . (pillole di esperienze personali)
� Scambiatore caldaietta a condensazione (la mia): la mancata
pulizia per 2 anni ha comportato lo smontaggio, la
disincrostazione a spazzola e poi con liquido speciale ed il
rimontaggio: 6 ore di lavoro, invece di 1 h ogni anno
� Unità interna dello split di un barbiere = condizionatore in blocco
e filtro antipolvere intasato al punto da dover essere sostituito
� guarnizioni di un congelatore a pozzetto indurite e parzialmente
sbriciolate = il compressore lavorava h 24 e l’interno era un
blocco di ghiaccio!
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Tubazioni glicole senza più isolante
Scambiatori sporchi,
tubazioni non isolate
Cosa succede se . . .
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Cosa succede se . . .
Vecchi banchi espositori di tipo mobile
I progettisti edili devono collaborare con gli
impiantisti per ottimizzare l’installazione e la
MANUTENZIONE degli impianti tecnologici!
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Le pompe di calore e l’effetto serra
Riferimenti bibliografici (alcuni scaricabili da internet)
• Antonio Briganti ”Il condizionamento dell÷aria‘ (2000) — Tecniche Nuove_Milano
• Karl Breidenbach ”Manuale del freddo‘ (2004) Tecniche Nuove_Milano
• ENEA-FIRE ”Uso razionale dell÷energia — Edifici residenziali e del terziario‘ Corso per
energy manager 2006_Bologna
• Giuseppe Bisagno ”Come si costruisce un buon impianto frigorifero‘ Centro Studi
Galileo
• Aermec ”Il circuito frigorifero e le macchine per la climatizzazione‘
• AiCARR - Milano 2000 - Condizionamento, Riscaldamento, Refrigerazione: innovazioni e
tendenze - sessione: Refrigerazione: ”L'efficienza media ponderata dei gruppi
frigoriferi a compressione: la proposta AICARR per un metodo di calcolo‘ E.
Bacigalupo, C. Vecchio, M. Vio, M. Vizzotto
• ing. Roberto Savoldelli ”Pompe di calore‘ in corso per Energy Manager‘ AFOR Sas,