pompe di calore Enea
Transcript of 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
Pompe di calore e energia solarePompe di calore e energia solare
Pompe di calore e energia solarePompe di calore e energia solare