pompe di calore Enea

Le POMPE di Le POMPE di CALORECALORE

In natura il calore fluisce da un In natura il calore fluisce da un corpo picorpo piùù caldo ad un corpo picaldo ad un corpo piùù

freddofreddo

CORPO CALDOCORPO CALDO CALORECALORE CORPO FREDDOCORPO FREDDO

EE’’ possibile trasferire calore da possibile trasferire calore da un corpo piun corpo piùù freddo ad uno pifreddo ad uno piùù

caldo solo cedendo lavoro al caldo solo cedendo lavoro al sistemasistema

CORPO FREDDOCORPO FREDDOCALORECALORECORPO CALDOCORPO CALDO

Nei gruppi frigoriferi il lavoro Nei gruppi frigoriferi il lavoro meccanico viene fornito dal meccanico viene fornito dal

compressorecompressore

CORPO FREDDOCORPO FREDDO

CORPO CALDOCORPO CALDO

CONDENSATORECONDENSATORE

EVAPORATOREEVAPORATORE

CA

LO

RE

CA

LO

RE

CA

LO

RE

CA

LO

RE

LA

VO

RO

LA

VO

ROENERGIAENERGIA

Non cNon c’è’è alcuna differenza tra alcuna differenza tra una Pompa di Calore ed un una Pompa di Calore ed un

chiller:chiller:

dipende solo dal punto di dipende solo dal punto di osservazioneosservazione

CONDENSATORECONDENSATORE

EVAPORATOREEVAPORATORE

CHILLERCHILLER

CONDENSATORECONDENSATORE

EVAPORATOREEVAPORATORE

POMPAPOMPA

didi

CALORECALORE

SORGENTE FREDDA TSORGENTE FREDDA TLL

SORGENTE CALDA TSORGENTE CALDA THH

CONDENSATORECONDENSATORE

EVAPORATOREEVAPORATORE

CA

LO

RE

CA

LO

RE

CA

LO

RE

CA

LO

RE

LA

VO

RO

LA

VO

ROENERGIAENERGIA

POMPEPOMPE

didi

CALORECALORE

COP COP CARNOTCARNOT

TTHH

TTHH -- TTLL

POMPE di CALORE e energia POMPE di CALORE e energia rinnovabilerinnovabile

assorbitaEnergiafornitaEnergia

LQCOP C ==

LQQ renC +=

POMPE di CALORE e energia POMPE di CALORE e energia rinnovabilerinnovabile

LQQ renC +=

Energia sottratta dalla Energia sottratta dalla sorgente fredda sorgente fredda

(rinnovabile)(rinnovabile)

Lavoro = Energia Lavoro = Energia elettrica spesa per il elettrica spesa per il

compressorecompressore

POMPE di CALORE e energia POMPE di CALORE e energia rinnovabilerinnovabile

LQQ renC +=

Lavoro = Energia Lavoro = Energia elettrica spesa per il elettrica spesa per il

compressorecompressore

Rendimento Rendimento produzione = 0,46produzione = 0,46

POMPE di CALORE e energia POMPE di CALORE e energia rinnovabilerinnovabile

Quota di energia Quota di energia rinnovabilerinnovabile

LQRINNOVABLEENERGIA C 2−≈

POMPE di CALORE a motorePOMPE di CALORE a motore

SORGENTI TERMICHESORGENTI TERMICHELe sorgenti termiche di una pompa di Le sorgenti termiche di una pompa di calore sono:calore sono:-- ARIAARIA-- ACQUAACQUA

di maredi maredi lagodi lagodi fiumedi fiumedi faldadi falda

-- SORGENTI GEOTERMICHESORGENTI GEOTERMICHE

DIFFERENZEDIFFERENZELe Le pompe di calore ad acquapompe di calore ad acqua hanno hanno prestazioni migliori per:prestazioni migliori per:

-- scambiatori piscambiatori piùù efficientiefficienti-- sorgente fredda a temperatura costantesorgente fredda a temperatura costante-- non devono sbrinarenon devono sbrinare-- nessun organo di inversione del ciclonessun organo di inversione del ciclo

EVAPORAZIONE ACQUAEVAPORAZIONE ACQUALL’’inversione inversione èè fatta sullfatta sull’’impiantoimpianto

CONDENSATORECONDENSATORE

EVAPORATOREEVAPORATORE

IMPIANTOIMPIANTOSORGENTESORGENTE ESTATEESTATE

ESTATEESTATE

EVAPORAZIONE ACQUAEVAPORAZIONE ACQUALL’’inversione inversione èè fatta sullfatta sull’’impiantoimpianto

CONDENSATORECONDENSATORE

EVAPORATOREEVAPORATORE

IMPIANTOIMPIANTOSORGENTESORGENTE

INVERNOINVERNO

INVERNOINVERNO

EFFICIENZA EFFICIENZA EVAPORAZIONE ad ACQUAEVAPORAZIONE ad ACQUA

3

4

5

6

7

8

-5 0 5 10 15TEMPERATURA USCITA EVAPORATORE

CO

P

temperatura uscitacondensatore = 30°C

temperatura uscitacondensatore = 35°C

temperatura uscitacondensatore = 45°C

SCAMBIATORI A TERRENO SCAMBIATORI A TERRENO ORIZZONTALIORIZZONTALI

SCAMBIATORI A TERRENO SCAMBIATORI A TERRENO VERTICALIVERTICALI

EVAPORAZIONE ARIAEVAPORAZIONE ARIASi inverte il ciclo frigoriferoSi inverte il ciclo frigorifero

CONDENSATORECONDENSATORE

EVAPORATOREEVAPORATORE

IMPIANTOIMPIANTOSORGENTESORGENTE ESTATEESTATE

ESTATEESTATE

EVAPORAZIONE ARIAEVAPORAZIONE ARIASi inverte il ciclo frigoriferoSi inverte il ciclo frigorifero

CONDENSATORECONDENSATORE

EVAPORATOREEVAPORATORE

IMPIANTOIMPIANTOSORGENTESORGENTE

INVERNOINVERNO

INVERNOINVERNO

Per permettere lPer permettere l’’inversione di ciclo inversione di ciclo servono:servono:-- valvola dvalvola d’’inversione a quattro vieinversione a quattro vie-- ricevitori di liquidoricevitori di liquido-- separatori dellseparatori dell’’olioolio

AUMENTANO LE PERDITE DI CARICOAUMENTANO LE PERDITE DI CARICODIMINUISCE LDIMINUISCE L’’EFFICIENZAEFFICIENZA

EVAPORAZIONE ARIAEVAPORAZIONE ARIA

La temperatura di evaporazione dipende La temperatura di evaporazione dipende dalla temperatura e dalldalla temperatura e dall’’UmiditUmiditàà

Relativa dellRelativa dell’’aria aria

A paritA paritàà di temperatura delldi temperatura dell’’aria, la aria, la temperatura di evaporazione temperatura di evaporazione èè tanto tanto maggiore quanto pimaggiore quanto piùù alta alta èè ll’’umiditumiditàà

relativa relativa

EVAPORAZIONE ARIAEVAPORAZIONE ARIA

LL’’efficienza efficienza èè tanto maggiore tanto maggiore quanto maggiore quanto maggiore èè ll’’umiditumiditàà

relativarelativa

Ciò Ciò èè vero fino a quando non si vero fino a quando non si abbia formazione di ghiaccio abbia formazione di ghiaccio

sulla batteriasulla batteria

EVAPORAZIONE ARIAEVAPORAZIONE ARIA

PerchPerchéé si formi brina sulla batteria si formi brina sulla batteria evaporante si devono verificare due evaporante si devono verificare due condizioni:condizioni:

•• Temperatura superficiale della batteria Temperatura superficiale della batteria minore di 0minore di 0°°CC

•• Formazione di un gradiente di umiditFormazione di un gradiente di umiditààassoluta assoluta ΔΔxx

FORMAZIONE DI BRINAFORMAZIONE DI BRINA

La temperatura superficiale della batteria La temperatura superficiale della batteria dipende da:dipende da:

•• Geometria e dimensioni della batteriaGeometria e dimensioni della batteria•• Temperatura e umiditTemperatura e umiditàà relativa dellrelativa dell’’ariaaria•• Carico del circuito frigorifero (se pieno o Carico del circuito frigorifero (se pieno o

parzializzato)parzializzato)

TEMPERATURA SUPERFICIALE TEMPERATURA SUPERFICIALE della BATTERIAdella BATTERIA

TEMPERATURA SUPERFICIALE TEMPERATURA SUPERFICIALE della BATTERIAdella BATTERIA

-15

-10

-5

0

5

10

-10 -5 0 5 10 15

TEMPERATURA ARIA [°C]

-15

-10

-5

0

5

10

-10 -5 0 5 10 15TEMPERATURA ARIA [°C]

TEM

P. S

UP

ER

FIC

IAL

E B

ATT

ER

IA

[°C

]

UR<50%UR=60%UR=70%UR=80%UR=90%UR=100%

PIENO CARICOPIENO CARICO CARICO 50%CARICO 50%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12TEMPERATURA- TEMPERATURE [°C]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

UM

IDIT

A' A

SSO

LUTA

[g/k

g]M

OIS

TUR

E C

ON

TEN

T [g

/kg]

Δx=2,5

Δx=0

SALTO ENTALPICO a SALTO ENTALPICO a PIENO CARICO PIENO CARICO

IL SALTO ENTALPICO EIL SALTO ENTALPICO E’’ MAGGIORE MAGGIORE CON UR PIUCON UR PIU’’ ALTAALTA

CARICO 50% CARICO 50%

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12TEMPERATURA- TEMPERATURE [°C]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

UM

IDIT

A' A

SSO

LUTA

[g/k

g]M

OIS

TUR

E C

ON

TEN

T [g

/kg]

AREE DI FORMAZIONE DELLA BRINAAREE DI FORMAZIONE DELLA BRINA

A PIENO CARICOA PIENO CARICO

50% del CARICO50% del CARICO

CONSEGUENZE DELLA CONSEGUENZE DELLA FORMAZIONE DI BRINAFORMAZIONE DI BRINA

TEMPO

PRE

SSIO

NE

EV

APO

RA

ZIO

NE

BATTERIA PULITABATTERIA BRINATA

TEMPOTEMPO

Energia ceduta allEnergia ceduta all’’impiantoimpianto

Energia sottratta allEnergia sottratta all’’impianto nelle fasi di impianto nelle fasi di sbrinamentosbrinamento

BILANCIO ENERGETICO FASI DI BILANCIO ENERGETICO FASI DI SBRINAMENTOSBRINAMENTO

Conseguenze dello Conseguenze dello sbrinamentosbrinamento

•• Perdita energia 10% per ogni cicloPerdita energia 10% per ogni ciclo

•• Abbassamento temperatura acqua Abbassamento temperatura acqua impiantoimpianto

•• Usura compressoriUsura compressori

U.R. = 90%

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

-10 -5 0 5 10 15

TEMPERATURA ARIA [°C]

CO

P

SistemaTradizionale Sistema Dinamico

EFFICIENZA EFFICIENZA

U.R. = 70%

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

-10 -5 0 5 10 15

TEMPERATURA ARIA [°C]

CO

P

SistemaTradizionale Sistema Dinamico

EFFICIENZA EFFICIENZA

U.R. < = 50%

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

-10 -5 0 5 10 15

TEMPERATURA ARIA [°C]

CO

P

SistemaTradizionale Sistema Dinamico

EFFICIENZA EFFICIENZA

IMPATTO AMBIENTALEIMPATTO AMBIENTALE

2 PROBLEMI2 PROBLEMI

BUCO OZONOBUCO OZONO EFFETTO SERRAEFFETTO SERRA

BUCO NELLBUCO NELL’’OZONOOZONO

Per la CLIMATIZZAZIONE

è un problema SUPERATO

I nuovi refrigeranti, R134a, R407c R410a hanno un ODP (Ozone

Depletion Potential) nullo

EFFETTO SERRAEFFETTO SERRA

La Conferenza di Kyoto ha dimostrato che la vera emergenza è l’

EFFETTO SERRAMisurabile tramite una quantità

equivalente di CO2 emessa in atmosfera

ndex

EFFETTO SERRAEFFETTO SERRAPer un impianto di climatizzazione

l’indice che misura le emissioni di CO2

in atmosfera è il

TEWI

otal

armingquivalent

TEWI = D G W + I G WDGW = Direct Global Warming

Misura le emissioni dirette di CO2 per fuoriuscita di gas serra (perdite di refrigerante dal circuito)

IGW = Indirect Global Warming

Misura le emissioni di CO2 dovute alla produzione di energia (consumo di energia elettrica o metano)

D G WDipende dal tipo di refrigerante e

dalla quantità dispersa in ambiente annualmente

Disperdere 1 kg di refrigerante equivale ad emettere 1300 kg di CO2La perdita si può limitare al 5% della carica (ordine di grandezza di qualche

kg)

I G WDipende dall’efficienza del gruppo

frigorifero e delle centrali di produzione dell’energia elettrica

Per una caldaia dipende dal rendimento e dal combustibile

bruciato

I G W

0,26

0,23

0,24

0,2

0,15

0,12

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

IGW specifico [kG CO2/ kWh termico]

Caldaia metano - ren = 80%

Caldaia metano - ren = 90%

Pompa di Calore - COP = 2,5

Pompa di Calore - COP = 3

Pompa di Calore - COP = 4

Pompa di Calore - COP = 5

CALCOLO TEWI 15 ANNICALCOLO TEWI 15 ANNIPalazzo per uffici a Milano

Potenza termica: 200 kW

Potenza frigorifera : 200 kWOre funzionamento inverno: 1200

Ore funzionamento estate: 1000

Energia termica fornita: 120000 kWh

Energia frig. fornita: 100000 kWh

CALCOLO TEWI 15 ANNICALCOLO TEWI 15 ANNI922

787

699

779

685

476

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

PdC acqua

PdC aria

Chiller + Caldaia

PdC gas

Assorbitore LiBr

Ass. Ammoniaca

TEWI [ton CO2]DWG IWG

CALCOLO TEWI 15 ANNICALCOLO TEWI 15 ANNI

-10%

18%

0%

-39%

-12%

1%

-50% -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20%

Chiller + Caldaia

PdC acqua

PdC aria

PdC gas

Assorbitore LiBr

Ass. Ammoniaca

TEWI

Pompe di calore e energia solarePompe di calore e energia solare

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