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POMPE DI CALORE
Criteri di scelta,
accessori e regolazione,
esempi di applicazione
Relatore: Ing. Raffaele Vavalà
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Principi generali – il diagramma P-h
Linea del liquido saturo Linea del vapore
saturo
Entropia
Temperature
Pressioni
Volume specifico
Entalpia specifica
Titolo liquido/vapore
Zona del liquido
Zona del vapore surriscaldato
Zona liquido e vapore
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Diagramma P - h
pressione P
Entalpia specifica h
1 4
2 3
1 - 2: compressione
2 - 3: condensazione
3 - 4: espansione
4 - 1: evaporazione
X = 0
X = 1
Vapore surriscaldato
Liquido + vapore
liquido
sottoraffreddamento 4 – 5 K
Surriscaldamento 7- 8 K
sottoraffreddamento: garanzia di condensazione completa del refrigerante
surriscaldamento: garantisce che non entri liquido nel compressore
Principi generali – Il ciclo frigorifero sul diagramma P - h
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Principi generali – Il ciclo frigorifero sul diagramma P - h
pressione P
Entalpia specifica h
X = 0
X = 1
Vapore surriscaldato
Liquido + vapore
Liquido „freddo“
Liquido + Gas = T costante Gas „in aspirazione“
Gas, aumento di P e T
Gas „allo scarico“
Surriscaldamento
Desurriscaldamento Gas + Liquido = T costante
Sottoraffreddamento
Liquido „caldo“
Liquido, diminuzione
di P e T
CONDENSATORE
EVAPORATORE
COMPRESSORE
Valvola di
ESPANSIONE
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Diagramma P - h
pressione P
Entalpia specifica h
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1 - 2: compressione
2 - 3: condensazione
3 - 4: espansione
4 - 1: evaporazione
X = 0
X = 1
Vapore surriscaldato
Liquido + vapore
liquido
sottoraffreddamento 4 – 5 K
Surriscaldamento 7- 8 K
sottoraffreddamento: garanzia di condensazione completa del refrigerante
surriscaldamento: garantisce che non entri liquido nel compressore
Principi generali – I componenti delle macchine
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Diagramma P - h
pressione P
Entalpia specifica h
1 4
2 3
1 - 2: compressione
2 - 3: condensazione
3 - 4: espansione
4 - 1: evaporazione
X = 0
X = 1
Liquido + vapore
liquido
Principi generali – Il rendimento COP
COP =
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Principi generali – Il rendimento COP
Fattori da considerare nella scelta della tecnologia del compressore
-Rapporto di compressione (dipende anche dal fluido refrigerante)
-Variazione del rendimento globale in funzione dei parametri di esercizio
-Lubrificazione
-Temperature massime di esercizio (T max gas di scarico)
-Ore di vita
-Influenza delle condizioni di esercizio sulle ore di vita
-Influenza del numero di cicli di avviamento sulle ore di vita
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Principi generali – Il rendimento COP
Caratteristiche del compressore On-Off
- Velocità di rotazione fissa -> La potenza resa dipende dalle condizioni di esercizio
- Rendimento ottimizzato per uno specifico regime di funzionamento
- Regolazione del ciclo frigorifero basata sul controllo del surriscaldamento -> temperatura di mandata dipendente dalla temperatura di ritorno
- Componenti del circuito frigorifero ottimizzati per uno specifico regime di funzionamento (diametri tubi e velocità del gas, lubrificazione)
- Evaporatore e condensatore ottimizzati in un intervallo ristretto di prestazioni
- Alimentazione elettrica diretta senza necessità di conversione
- Necessità di utilizzare un accumulo inerziale per minimizzare i cicli di avviamento (riduce i consumi di sbrinamento per le PdC Aria/Acqua)
- Minor numero di ore di esercizio -> vita tecnica lunga
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Principi generali – Il rendimento COP
Caratteristiche del compressore a Inverter
- Velocità di rotazione variabile -> Potenza resa modulabile
- Rendimento variabile in un intervallo di regimi di funzionamento (migliore in una parte dell’intervallo di funzionamento)
- Regolazione del ciclo frigorifero basata sulla temperatura di mandata richiesta e sul controllo del surriscaldamento
- Componenti del circuito frigorifero scelti per il regime di funzionamento più critico (diametri tubi e velocità del gas, lubrificazione)
- Evaporatore e condensatore ottimizzati per il regime di potenza più utilizzato
- Alimentazione elettrica necessita di convertitore di frequenza (inverter) -> fino al 5% di perdite di energia aggiuntive
- Possibilità di non utilizzare un accumulo inerziale (a certe condizioni)
- Maggior numero di ore di esercizio -> vita tecnica minore della tecnologia On-Off
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Principi generali – Il rendimento COP
Caratteristiche degli evaporatori delle pompe di calore Aria/Acqua
Compito dell’evaporatore è trasferire calore dall’aria al fluido refrigerante.
Gli evaporatori sono normalmente scambiatori alettati, in cui il refrigerante circola dentro tubi in rame su cui sono montate alette in alluminio (solitamente fissate per mandrinatura).
Il fluido refrigerante attraversa la prima parte di evaporatore in forma liquida, successivamente passa ad un flusso in cambio di fase (ebollizione), e nell’ultima parte di evaporatore si trova in forma gassosa. I coefficienti di scambio termico con il tubo sono molto variabili, influenzati anche dal comportamento del lubrificante mescolato al fluido refrigerante.
Dal lato aria, la capacità di scambio termico dipende dalla forma delle alette (distanza, superficie) e dalla velocità dell’aria.
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Principi generali – Il rendimento COP
Caratteristiche degli evaporatori delle pompe di calore Aria/Acqua
In certe condizioni di esercizio (U.R., T aria) la capacità di scambio termico dal lato aria viene influenzata dalla formazione di condensa e brina sulle alette .
La capacità di sciogliere brina e ghiaccio, e di eliminare l’acqua di condensa e di scioglimento in modo efficace, può influenzare molto il rendimento stagionale delle pompe di calore Aria/Acqua.
La gamma di pompe di calore Aria/Acqua OCHSNER con compressori On-Off utilizza un evaporatore con scambiatore orizzontale e flusso d’aria verticale, superfici di scambio grandi (basso carico termico), distanza fra le alette maggiorata, ventilatore reversibile per eliminare l’acqua di condensa e di sbrinamento.
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Principi generali – Il rendimento COP
Evaporatore verticale con flusso d’aria orizzontale
Il trattamento idrofilo fa aderire le gocce d’acqua alle alette, ma scorrendo verso il basso le gocce possono unirsi e creare problemi di drenaggio -> rischio di formazione di accumuli di ghiaccio
Distanza standard 2-2,5 mm
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Principi generali – Il rendimento COP
Evaporatore verticale con flusso d’aria orizzontale
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Principi generali – Il rendimento COP
Evaporatore orizzontale con flusso d’aria verticale
Il trattamento idrofilo fa aderire le gocce d’acqua alle alette, ma scorrendo verso il basso le gocce possono unirsi e creare problemi di drenaggio. Aumentare la distanza fra le alette e “soffiare” via l’acqua elimina il fenomeno e il rischio di formazione di accumuli di ghiaccio
Distanza 3,5 mm
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Principi generali – Il rendimento COP
Evaporatore orizzontale con flusso d’aria verticale
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Principi generali – Il rendimento COP
Costo energetico dello sbrinamento con accumulo inerziale
In riscaldamento viene caricata energia termica nell’accumulo inerziale, con COP di circa 3,5. Una certa quantità di questa energia è quella dovuta alla formazione di brina.
Nello sbrinamento ottimale viene ripresa la stessa quantità di energia termica dall’accumulo inerziale, con COP > 12.
Uno sbrinamento non iniziato al momento giusto comporta un maggior costo energetico. Ochsner utilizza più parametri per gestire lo sbrinamento.
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Modi di esercizio
DIMENSIONAMENTO E MODI DI ESERCIZIO
Esercizio monovalente, bivalente, misto
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Modi di esercizio
MONOVALENTE
La pompa di calore è l’unico generatore di calore, e soddisfa il 100% del carico termico per tutta la stagione. Questo modo di esercizio è utilizzato con pompe di calore geotermiche o ad acqua di falda.
T esterna
Potenza
20°C -10°C
100%
PdC
Potenza PdC = potenza di progetto
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Modi di esercizio
BIVALENTE PARALLELO
La pompa di calore funziona come unico generatore fino al punto di bivalenza. Oltre il punto di bivalenza la pompa di calore riscalda insieme ad una caldaia o ad una resistenza elettrica. Utilizzato principalmente per macchine aria/acqua.
T esterna
Potenza
20°C -10°C
100%
PdC
A
usi
l.
BV
Potenza PdC < potenza di progetto
Potenza Ausil. < potenza di progetto
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Modi di esercizio
BIVALENTE PARALLELO/ALTERNATIVO
La pompa di calore funziona come unico generatore fino al punto di bivalenza. Oltre il punto di bivalenza la pompa di calore riscalda insieme ad un generatore di calore ausiliario. Oltre il punto di spegnimento della pompa di calore, il generatore ausiliario funziona da solo. Il generatore ausiliario deve avere una potenza pari al 100% del fabbisogno di progetto.
T esterna
Potenza
20°C -10°C
100%
PdC
BV
Potenza PdC < potenza di progetto
Potenza Ausil. = potenza di progetto
Au
sil.
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Modi di esercizio
PRODUZIONE ACQUA CALDA
Si consiglia un accumulo di volume minimo 300 litri per 4-5 persone.
Volumi maggiori in presenza di vasche idromassaggio ed usi intensivi.
Sconsigliati impianti di ricircolo, se indispensabili ridurne l’utilizzo al minimo indispensabile (timer).
Verificare i tempi di ripristino della temperatura dell’accumulo in funzione del tipo di applicazione e dei tempi di reazione dell’insieme impianto-edificio.
Consigliato sistema misto, cosiddetto «semirapido» per i casi in cui la portata di punta è elevata (ad es. per i condomini; vantaggi: potenza installata minore, volume accumulo acqua calda sanitaria minore).
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Requisiti delle fonti di calore
Per ogni fonte di calore le variabili da considerare sono fondamentalmente tutte quelle necessarie a garantire la disponibilità di energia termica in quantità e qualità (temperatura) adeguate a rispondere alle caratteristiche del progetto:
- Temperatura e variabilità stagionale
- Portate termiche minime sufficienti:
- Portata minimadi acqua
- Portata d’aria
- Conducibilità del terreno
- Temperature minime e massime
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Requisiti delle fonti di calore
Quantità, qualità, disponibilità inadeguate di energia termica dalla fonte di calore comportano:
- Malfunzionamenti e potenziali danni alle pompe di calore (necessità di dispositivi di sicurezza)
- Rendimenti e prestazioni non corrispondenti al progetto (requisiti prestazionali non soddisfatti, consumi eccessivi, riflessi negativi sulle valutazioni economiche delle attività e di altri impianti)
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Requisiti delle fonti di calore
POMPE DI CALORE ARIA/ACQUA
Sono da considerare:
- Posizionamento dell’unità esterna, tenendo conto di:
- Spazi adeguati per la circolazione dell’aria
- Accesso e spazio adeguati per l’installazione e la manutenzione
- Supporti strutturali adeguati al peso
- Criticità legate alle emissioni sonore e alle vibrazioni
- Necessità di smaltimento di acqua di condensa e sbrinamento
- Distanze e dislivelli rispetto all’unità interna
- Passaggi per le linee elettriche e le linee frigorifere
- Disponibilità di una fonte di calore per l’integrazione alle basse temperature
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Requisiti delle fonti di calore
POMPE DI CALORE ACQUA/ACQUA
Sono da considerare:
- Disponibilità dell’acqua in quantità adeguata (portata minima garantita, richiesti circa 175 litri/ora di portata per ogni kW di potenza nominale della pompa di calore)
- Qualità dell’acqua adeguata (neutra, corrosiva, incrostante, richiesta analisi di vari parametri)
- Temperatura della fonte (minima 8°C)
- Profondità della falda (se > di 30 m convenienza dell’uso da verificare)
- Possibilità di realizzare il pozzo (spazi per la trivellazione, distanza dalla CT)
- Permessi e burocrazia (tempi da 1 a 2 anni, competenza delle Province e leggi regionali)
- Scarico in falda o in superficie
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Requisiti delle fonti di calore
POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici orizzontali
Sono da considerare:
- Tipo di terreno (composizione, umidità, conducibilità termica, presenza di acqua fissa o variabile nel corso dell’anno)
- Superficie disponibile (da calcolare in funzione della densità superficiale di potenza, della potenza lineare per m di sonda, del fabbisogno energetico totale). Da considerare circa 30 m2 per ogni kW di potenza nominale della pompa di calore.
- Vincolo di utilizzo della superficie (non asfaltabile, non utilizzabile per piante con radici profonde, non utilizzabile per strutture che facciano ombra e impediscano l’assorbimento delle precipitazioni)
- Spazio disponibile per gli scavi e il movimento del terreno (stoccaggio temporaneo)
- Accessi per i mezzi di movimento terra
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Requisiti delle fonti di calore
Suolo Estrazione specifica
massima
a 1800 h/a
Estrazione specifica
massima
a 2400 h/a
Secco, non
compatto, sabbioso
10 W/m2 e 5 W/m di
tubazione
8 W/m2 e
4 W/m di tubazione
Compatto, umido 20–30 W/m2 e 15 W/m
di tubazione
16-24 W/m2 e
12 W/m di tubazione
Sabbioso/ghiaioso
saturo di acqua
40 W/m2 e 20 W/m di
tubazione
32 W/m2 e
16 W/m di tubazione
POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici orizzontali
min. 60 cm
15 cm
50 cm
Nastro di segnalazione
Sabbia o terreno vagliato
20
– 3
0 m
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Requisiti delle fonti di calore
POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici verticali
Sono da considerare:
- Studio geologico per il dimensionamento delle sonde (per condizioni medie considerare circa 15 m di sonda finita per ogni kW di potenza nominale della pompa di calore)
- Superficie disponibile per l’esecuzione dei lavori
- Disposizione delle sonde a distanze adeguate tra loro e da eventuali vincoli (confini dei terreni, fondamenta di edifici, fognature, linee di collegamento e pozzetti di raccolta, etc.)
- Opportunità di eseguire il Response Test
- Accessibilità e spazi per i mezzi di trivellazione e manovra
- Permessi e burocrazia (variabili a livello regionale e provinciale)
- Tempistica di esecuzione anche in relazione ad altri lavori in cantiere
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Requisiti delle fonti di calore
POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici verticali
a 1800 h/a a 2400 h/a
Standard comuni:
Terreno non buono (sedimenti asciutti) (λ<1,5 W/mK) 25 W/m 20 W/m
Solido roccioso medio con sedimenti saturi d'acqua (λ=1,5 -
3,0 W/mK) 60 W/m 50 W/m
Roccia solida con alta conducibilità (λ > 3,0 W/mK) 84 W/m 70 W/m
Strati singoli:
Ghiaia, sabbia asciutti <25 W/m <20 W/m
Ghiaia, sabbia, saturi d'acqua, acquiferi 65-80 W/m 55-65 W/m
In ghiaia e sabbia con alto flusso di acqua in movimento, per
singola sonda 80-100 W/m 80-100 W/m
Argilla, melma, umido 35-50 W/m 30-40 W/m
Calcare massiccio 55-70 W/m 45-60 W/m
Arenaria 65-80W/m 55-65 W/m
Migmatiti acide (ad es. granito) 65-85 W/m 55-70 W/m
Migmatiti alcaline (ad es. basalto) 40-65 W/m 35-55 W/m
Gneiss
Questi valori possono variare significativamente a causa di fenditure, fessurazioni e alterazioni.
TerrenoEstrazione specifica per m lineare
Sezione
max. 100m min.
5 - 6m
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Accumuli inerziali
L’accumulo inerziale ha diverse funzioni:
• Funziona come un separatore idraulico tra la pompa di calore e le utenze impianto
• Garantisce i tempi minimi di funzionamento e spegnimento prescritti per il funzionamento ottimale del compressore
• Permette di integrare facilmente più fonti di energia termica nell’impianto
• Volume consigliato: 30 l per ogni kW di potenza nominale
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Regolazione OTE 3
Configurazione standard (1) (2) (3) (4) (5) (6)
3
Circuito ACS
4
Resist. Ausiliaria ACS
2
Resist. Ausiliaria
5
Circuito diretto
6
Circuito miscelato
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Pompa di calore
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Regolazione OTE 3
8 generatori di calore in cascata
(pompe di calore o altri generatori)
16 circuiti di carico RISCALDAMENTO e RAFFRESCAMENTO
8 circuiti di carico ACQUA CALDA SANITARIA
Comunicazione via eBUS
+ = OTE plus ©
Il Sistema è composto da un controller ed una unità di interfaccia
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Regolazione OTE 3
TM/TAI[°C]
ØTE/TE [°C]
03-43
07-08
20°C
RISCALDAMENTO RAFFRESC.
03-56
03-12
03-13
07-02*
03-21*
03-01
03-47
03-48
03-45*
03-44*
03-54
03-36*
03-51
03-53
03-00
Limitazione punto di rugiada
Curva Riscaldamento – Curva Raffrescamento TM: Temperatura Mandata TA: Temperatura Ambiente
Impostazioni temperatura ambiente:
03-00: Temperatura ambiente antigelo
03-51: Temperatura ambiente giorno – modo risc.
03-53: Temperatura ambiente notte – modo risc.
03-54: Temperatura ambiente giorno – modo raffr.
03-56: Temperatura ambiente notte – modo raffr.
03-44: Punto iniziale compensazione estiva
03-45: Pendenza compensazione estiva
Parametri curva climatica riscaldamento:
03-01: Temperatura di mandata a 20°C TE
03-12: Temp. esterna di progetto RISCALD.
03-13: Temp. mandata di progetto RISCALD.
03-21: Limite funzione riscaldamento
07-02: Temperatura minima di mandata
07-08: Temperatura massima di mandata
03-58 Variazione Comfort
Parametri curva climatica raffrescamento:
03-36: Limite funzione raffrescamento
03-43: Temp. mandata a 20°C TE
03-47: Temp. esterna di progetto RAFFR.
03-48: Temp. mandata di progetto RAFFR.
TE: temperatura esterna * ØTE: temperatura esterna media
Temp. ambiente impostata
03-58
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Scelta della macchina
Per la scelta della pompa di calore occorre stabilire:
• Modo di esercizio (mono o bivalente)
• Potenza di progetto (invernale ed eventualmente estiva)
• Temperatura di mandata di progetto
• Temperatura della fonte di calore in condizioni di progetto
o Temperatura esterna di progetto per Aria/Acqua
o 10°C per pompe di calore Acqua/Acqua (o la minima temperatura della falda se nota)
o 0°C per pompe di calore geotermiche
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Scelta della macchina – Esempio 1
Esempio 1: abitazione nuova di 130 m2 in località Tolmezzo (UD) con potenza di progetto 3.6 kW, pavimento radiante con temperatura di mandata di 35°C alla temperatura esterna di -5°C. Solo riscaldamento. Acqua calda per 4 persone (200 litri/gg a 40°C). Fabb. energia risc. 5.850 kWh/anno (Epi,invd 45 kWh/m2/aa)
Pompa di calore Aria/Acqua o Geotermica con accumulo combinato
• Modo di esercizio: monovalente (bivalente in casi particolari)
• Potenza di progetto invernale: 3.6 kW
• Temperatura di mandata di progetto: 35°C
• Temperatura aria esterna in condizioni di progetto: -5°C
• Fabbisogno giornaliero per ACS = 8 kWh (incluse dispersioni, 2.920 kWh/aa)
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Scelta della macchina – Esempio 1
Schema impianto di principio
Riscaldamento
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Scelta della macchina – Esempio 1
Schema impianto di principio
Produzione ACS
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Scelta della macchina – Esempio 1a
Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio, modello GMLW 5 plus
Punto di esercizio in prod. ACS
35°C -5°C
Punto di esercizio in riscaldamento
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Scelta della macchina – Esempio 1a
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto
Au
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: In
g. R
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– D
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i pro
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Scelta della macchina – Esempio 1a
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 3,4 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 3,4 kW = 2,35 h
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: In
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Scelta della macchina – Esempio 1b
Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio, modello ELW 8
Punto di esercizio in prod. ACS
35°C
-5°C
Punto di esercizio in riscaldamento
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: In
g. R
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Scelta della macchina – Esempio 1b
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto
Au
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: In
g. R
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– D
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ti d
i pro
pri
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Scelta della macchina – Esempio 1b
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 5,1 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 5,1 kW = 1,6 h
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Scelta della macchina – Esempio 1c
Schema impianto di principio
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Scelta della macchina – Esempio 1c
Schema impianto di principio lato geotermico
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Scelta della macchina – Esempio 1c
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto
Au
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: In
g. R
affa
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Vav
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– D
irit
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i pro
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Scelta della macchina – Esempio 1c
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 4,7 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 4,7 kW = 1,7 h
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Scelta della macchina – Esempio 1c
Calcolo di massima campo geotermico:
- potenza frigorifera in condizioni S0/W35 = 4,0 kW
- assumendo una resa sonde verticali di 50 W/m si ottiene una lunghezza totale di 80 m
- è sufficiente una sola sonda verticale da 80 m
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Scelta della macchina – Esempio 1d
Schema impianto di principio
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Scelta della macchina – Esempio 1d
Schema impianto di principio, lato pozzo
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Scelta della macchina – Esempio 1d
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto
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Scelta della macchina – Esempio 1d
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 6,5 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 6,5 kW = 1,2 h
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Scelta della macchina – Esempio 2
Esempio 2: abitazione nuova di 180 m2 in località Cervignano (UD) con potenza di progetto 3.8 kW, pavimento radiante con temperatura di mandata di 35°C alla temperatura esterna di -5°C. Riscaldamento e raffrescamento. Acqua calda per 4 persone (200 litri/gg a 40°C). Fabb. energia risc. 3.240 kWh/anno (Epi,invd 18 kWh/m2/aa). Fabb. energia raffr. 486 kWh sensibile, 1.314 kWh latente.
Pompa di calore Aria/Acqua o Geotermica con inerziale e accumulo acs
• Modo di esercizio: monovalente (bivalente in casi particolari)
• Potenza di progetto invernale: 3.8 kW
• Temperatura di mandata di progetto: 35°C
• Temperatura aria esterna in condizioni di progetto: -5°C
• Fabbisogno giornaliero per ACS = 8 kWh (incluse dispersioni, 2.920 kWh/aa)
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Scelta della macchina – Esempio 2
Esempio 2
La potenza di progetto estiva non è stata determinata con calcolo. Dall’esperienza pratica, per abitazioni residenziali ben coibentate con impianto radiante a pavimento, la potenza estiva massima è compresa tra 25 e 40 W/m2 (inclusa la deumidificazione).
In questo caso si assume un valore di 30 W/m2, corrispondenti ad una potenza di progetto di 5,4 kW.
E’ da verificare la capacità di deumidificazione del sistema di ventilazione con batteria dedicata da alimentare a 10°C, eventualmente da integrare con deumidificatori locali.
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Scelta della macchina – Esempio 2
Esempio 2
La potenza di progetto estiva in questo caso è più vincolante della potenza di progetto invernale.
Pur presentandosi una potenza di progetto invernale molto simile all’esempio 1, i modelli esaminati in precedenza non sono tutti idonei a soddisfare le condizioni estive.
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Scelta della macchina – Esempio 2
Schema impianto di principio
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Scelta della macchina – Esempio 2a
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto invernale soddisfatto
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Scelta della macchina – Esempio 2a
Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto
Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te = 30°C) = 9,0 kW (> dei 5,4 kW richiesti)
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 6,5 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 6,5 kW = 1,2 h
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Scelta della macchina – Esempio 2b
Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio, modello ELW 8
Punto di esercizio in prod. ACS
35°C
-5°C
Punto di esercizio in riscaldamento
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Scelta della macchina – Esempio 2b
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto
Au
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: In
g. R
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Scelta della macchina – Esempio 2b
Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto
Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te = 30°C) = max 9,1 kW (> dei 5,4 kW richiesti)
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 5,1 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 5,1 kW = 1,6 h
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Scelta della macchina – Esempio 2c
Schema impianto di principio lato geotermico
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Scelta della macchina – Esempio 2c
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto
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Scelta della macchina – Esempio 2c
Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto
Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te = 30°C) = max 6,0 kW (> dei 5,4 kW richiesti)
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 6,1 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 6,1 kW = 1,3 h
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Scelta della macchina – Esempio 2c
Calcolo di massima campo geotermico:
- potenza frigorifera in condizioni S0/W35 = 5,4 kW
- assumendo una resa sonde verticali di 50 W/m si ottiene una lunghezza totale di 110 m
- è sufficiente una sola sonda verticale da 110 m
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Scelta della macchina – Esempio 2d
Schema impianto di principio come esempio 1d, con aggiunta collegamento per raffrescamento passivo
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Scelta della macchina – Esempio 2d
Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto
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Scelta della macchina – Esempio 2d
Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto
Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te = 30°C) = min 5,6 kW (> dei 5,4 kW richiesti)
Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.
Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore.
Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 6,5 kW
Tempo massimo di ricarica:
t max acs = 8 kWh / 6,5 kW = 1,2 h
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SCOP e consumi indicativi degli esempi
La normativa di riferimento valida per la misura dei COP delle pompe di calore e dei condizionatori è la EN14511.
In mancanza di dati intermedi è possibile interpolare linearmente i dati disponibili, per quanto sia sempre preferibile rivolgersi direttamente alle case produttrici per richiedere i dati di prestazione secondo la normativa europea di riferimento.
Il COP Stagionale (SCOP) è quello che determina i consumi reali (le bollette pagate dagli utenti).
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SCOP (COP Stagionale)
Il calcolo si effettua secondo la normativa EN14825 (cui fa riferimento la UNI TS 11300/4).
Il metodo di calcolo determina il valore di SCOP di una determinata pompa di calore per un determinato profilo di fabbisogno di potenza.
In sintesi:
• la stagione di riscaldamento viene suddivisa in quantità di ore (bins) con differenti temperature esterne e di mandata, e per ogni temperatura esterna viene determinato il fabbisogno di potenza.
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SCOP (COP Stagionale)
0
2
4
6
8
10
12
0
50
100
150
200
250
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350
400
-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
He
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em
and
[kW
]
Nu
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of
ho
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Outdoor temperature [˚C]
Number of hours Heat demand
Fonte: Calculation of SCOP for heat pumps according to EN 14825 – Pia Rasmussen – Danish Technological Institute
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SCOP (COP Stagionale)
Per permettere il confronto fra macchine diverse, vengono definiti tre profili climatici standard (Medio, Caldo, Freddo) con cui calcolare il valore di SCOP da riportare nelle etichette energetiche obbligatorie per generatori di calore dal settembre 2015.
0
100
200
300
400
500
600
-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
Nu
mb
er
of
ho
urs
Outdoor temperature [˚C]
Average (A)
Warmer (W)
Colder (C)
Fonte: Calculation of SCOP for heat pumps according to EN 14825 – Pia Rasmussen – Danish Technological Institute
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SCOP (COP Stagionale)
Esempio di etichetta energetica
OCHSNER l’ha introdotta già da quest’anno su tutta la gamma di pompe di calore, tutte in classe A++ con mandata a 35°C nella fascia climatica media.
Le migliori caldaie a condensazione non superano la classe B.
CALDAIE A CONDENSAZIONE
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SCOP (COP Stagionale)
Per ogni fascia di condizioni di esercizio viene determinato il COP medio corrispondente della pompa di calore, partendo dai dati di prestazione forniti dal produttore. I dati vengono corretti secondo alcuni coefficienti, dipendenti dal rapporto di carico termico ed interpolati per ricavare i valori intermedi.
Il metodo di calcolo tiene conto anche degli organi ausiliari non compresi nei valori di COP misurati secondo EN14511 (ad esempio le resistenze elettriche che riscaldano compressori e olio lubrificante, consumi in stand-by, etc.).
Per le macchine a inverter si tiene conto della modulazione del compressore, e fino alla potenza minima non ci sono diminuzioni di rendimento dovute al funzionamento a carico parziale.
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SCOP (COP Stagionale)
Il metodo di calcolo prevede l’utilizzo di coefficienti di riduzione delle prestazioni a carico parziale forniti dai produttori. In mancanza, fornisce una formula per il calcolo del coefficiente di riduzione, che porta ai risultati riportati come esempio nei grafici seguenti, per una pompa di calore con COP 3,5 a potenza nominale, con controllo On-Off o ad Inverter:
Fonte: sito web Masterclima
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SCOP (COP Stagionale)
Per il profilo climatico medio, applicabile con buona approssimazione alle zone del Nord Italia, un calcolo indicativo per impianti con accumulo inerziale si può fare facendo una media pesata dei COP in tre condizioni medie:
- 10% nelle condizioni di progetto
- 40% nelle condizioni corrispondenti a 0°C di Te
- 50% nelle condizioni corrispondenti a 10°C di Te
Per il calcolo del COP annuo in produzione ACS si può utilizzare lo stesso metodo per i 6 mesi invernali, e considerare le prestazioni corrispondenti a Tm 55°C e Te 20°C per gli altri 6 mesi.
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COP per pompe di calore per acs
Con il metodo indicato applicato ai casi di esempio precedenti si possono ottenere questi valori:
Riscald. Sbrinam. ACS Raffr. Riscald. ACS Raffr. Totale
1aAria/Acqua
On-OffGMLW5plus
PdC + accumulo
combinato 500 l4,6 3,3 - 5.850 117 2.920 0 1.302 890 0 2.192 4,1 1.480 34
1bAria/Acqua
InverterELW 8
PdC + accumulo
combinato 500 l4,1 2,5 - 5.850 293 2.920 0 1.503 1.160 0 2.664 3,4 4.820 12
1c Geotermico GMSW5plusPdC + accumulo
combinato 500 l5,8 3,3 - 5.850 0 2.920 0 1.061 913 0 1.974 4,4 1.320 38
1d Acqua/Acqua GMWW7plusPdC + accumulo
combinato 500 l6,6 3,4 - 5.850 0 2.920 0 1.037 941 0 1.978 4,4 1.200 42
2aAria/Acqua
On-OffGMLW9plus
PdC +
inerziale 300l +
accumulo acs 350 l
4,8 3,3 3,0 3.240 65 2.920 1.800 689 895 600 2.184 3,7 850 59
2bAria/Acqua
InverterELW8
PdC +
inerziale 200l +
accumulo acs 350 l
4,1 2,5 2,6 3.240 162 2.920 1.800 833 1.160 692 2.685 3,0 4.050 15
2cGeotermico
raffr. attivo
GMSW7plus
HK
PdC +
inerziale 300l +
accumulo acs 350 l
5,9 3,2 3,5 3.240 0 2.920 1.800 567 929 535 2.032 3,9 1.080 46
2dAcqua/Acqua
raffr. passivo
***
GMWW7plus
PdC + accumulo
combinato 500 l +
scambiatore
6,6 3,4 - 3.240 0 2.920 1.800 491 851 438 1.781 4,5 865 58
* = escluso circolatore campo geotermico
** = incluso circolatore campo geotermico (60W) o pompa pozzo (200W) *** = pozzo artesiano senza pompa
SCOP
annuo
Ore
annue
esercizio
Vita attesa
compressore
(50-60.000h)
[ anni ]
Esempio Consumo elettrico annuo **
[ kWhe ]
Tipo Modello Configurazione
impianto
SCOP
risc.*
SCOP
ACS
Fabbisogno energia annuo
[ kWht ]
EERLocalità
To
lme
zzo
Ce
rvig
na
no
Au
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COP per pompe di calore per acs
Riepilogo dati con costi indicativi degli impianti:
Riscald. ACS Raffr. Totale
1aAria/Acqua
On-OffGMLW5plus
PdC + accumulo
combinato 500 l1.302 890 0 2.192 4,1 1.480 34 13.000,00€ 3.500,00€ 16.500,00€
1bAria/Acqua
InverterELW 8
PdC + accumulo
combinato 500 l1.503 1.160 0 2.664 3,4 4.820 12 10.000,00€ 3.200,00€ 13.200,00€
1c Geotermico GMSW5plusPdC + accumulo
combinato 500 l1.061 913 0 1.974 4,4 1.320 38 11.300,00€ 8.300,00€ 19.600,00€
1d Acqua/Acqua GMWW7plusPdC + accumulo
combinato 500 l1.037 941 0 1.978 4,4 1.200 42 10.000,00€ 4.200,00€ 14.200,00€
2aAria/Acqua
On-OffGMLW9plus
PdC +
inerziale 300l +
accumulo acs 350 l
689 895 600 2.184 3,7 850 59 16.500,00€ 4.000,00€ 20.500,00€
2bAria/Acqua
InverterELW8
PdC +
inerziale 200l +
accumulo acs 350 l
833 1.160 692 2.685 3,0 4.050 15 10.000,00€ 3.500,00€ 13.500,00€
2cGeotermico
raffr. attivo
GMSW7plus
HK
PdC +
inerziale 300l +
accumulo acs 350 l
567 929 535 2.032 3,9 1.080 46 12.300,00€ 10.100,00€ 22.400,00€
2d
Acqua/Acqua
raffr. passivo
***
GMWW7plus
PdC + accumulo
combinato 500 l +
scambiatore
491 851 438 1.781 4,5 865 58 10.000,00€ 4.500,00€ 14.500,00€
* = incluso circolatore campo geotermico (60W) NOTA: i costi materiali e installazione sono stimati
** = incluso campo geotermico o pozzo dove applicabili *** = pozzo artesiano senza pompa
Costo
installaz.**
Costo totaleLocalità Esempio Tipo Modello Configurazione
impianto
Vita attesa
compressore
(50-60.000h)
[ anni ]
To
lme
zzo
Ce
rvig
na
no
Costo
materiali
Consumo elettrico annuo *
[ kWhe ]
SCOP
annuo
Ore
annue
esercizio