Pompe di calore

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Pompe di calore

Le prestazioni delle pompe di calore: aspetti normativi e legislativi
Metodi di prova, valutazione a carico
parziale e calcolo del rendimento
stagionale alla luce della recente
normativa
CENTRALI FRIGORIFERE
NUOVE TECNOLOGIE E RISPARMIO ENERGETICO
Ing. Luca Alberto Piterà
Segretario Tecnico AiCARR
Università degli Studi di Bergamo, 10 ottobre 2013
Luca Alberto Piterà – Segretario Tecnico AICARR
Relazione tra normativa e legislazione
Schema Norme UNI e CEN
DIRETTIVA EUROPEA
2010/31/EU OF THE
EUROPEAN PARLIAMENT AND
OF THE COUNCIL
of 19 May 2010 “on the
energy performance of
buildings” (recast)
2
3
Prestazione energetica globale dell’edificio
Energia Primaria
(UNI EN 15603:2008 “Prestazione energetica degli edifici – Consumo energetico
globale e definizione dei metodi di valutazione energetica”)
La valutazione della prestazione energetica globale annuale degli edifici deve
comprendere i seguenti usi finali:
Riscaldamento e umidificazione;
Raffrescamento e deumidificazione;
Ventilazione e umidificazione;
Acqua calda sanitaria;
Illuminazione (opzionale per gli edifici);
Altri servizi (opzionale).
direzione del calcolo (dalla richiesta alla fonte)
fabbisogno di
energia
emissione
distribuzione
accumulo
Energia finale
(confini dell’edificio)
generazione
energia
primaria
L’energia fornita al sistema edificio-impianto può provenire da fonti diverse. I
metodi di calcolo per aggregare il contributo di più fonti devono essere basati su:
Energia Primaria;
Emissioni di CO2;
Parametri definiti a livello nazionale.
direzione dell’energia (dalla fonte alla richiesta)
4
5
Tipologia di valutazione energetica
Tipologia di valutazione energetica
(UNI EN 15603-2008 “Prestazione energetica degli edifici – Consumo
energetico globale e definizione dei metodi di valutazione energetica”)
A1
A2
A3
nelle UNI/TS 11300 si considerano solo le
valutazioni di calcolo (A1 – A2 – A3)
6
7
La UNI/TS 11300-4
Struttura delle UNI/TS 11300
“Prestazioni energetiche degli edifici”
Parte 1:
Parte 2:
Scopo e campo di applicazione
Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la
climatizzazione estiva ed invernale. Pubblicata nel 2008, attualmente
in revisione, l’inchiesta pubblica è scaduta il 29 settembre 2013.
La 11300-4 fornisce gli strumenti per il calcolo del fabbisogno di energia
primaria per la climatizzazione invernale e la produzione di acqua calda
sanitaria in presenza di generatori termici non convenzionali, in particolare
quelli che utilizzano fonti rinnovabili di energia.
Energia primaria e rendimenti per la climatizzazione invernale e per la
produzione di acqua calda per usi igienico-sanitari. Pubblicata nel
2008, l’ inchiesta pubblica è scaduta il 29 settembre 2013 con il titolo:
“Prestazioni energetiche degli edifici - Parte 2: Determinazione del
fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione
invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria”.
Parte 3:
Energia primaria e rendimenti per la climatizzazione estiva. Pubblicata
nel 2010, attualmente in revisione.
Parte 4:
Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per
riscaldamento di ambienti e preparazione acqua calda sanitaria.
Pubblicata nel 2012.
La TS considera le seguenti fonti rinnovabili di energia:
• per la produzione di energia termica utile:
• solare termico;
• biomasse;
• fonti aerauliche, geotermiche e idrauliche nel caso di pompe di
calore per la quota considerata rinnovabile;
• per la produzione di energia elettrica:
• solare fotovoltaico.
8
9
Il confine dell’edificio
Scopo e campo di applicazione
Il confine dell’edificio è quello che
comprende tutte le aree
dell’edificio nelle quali viene
utilizzata o prodotta energia
termica utile e/o energia elettrica.
Può non coincidere con quello
definito dall’involucro
dell’edificio.
Attraverso il confine dell’edificio può
transitare:
Per quanto riguarda la generazione con processi diversi dalla combustione a
fiamma la TS prende in considerazione:
sistemi che convertono l'energia chimica di combustibili fossili per
produzione combinata di energia elettrica ed energia termica
(cogenerazione);
sistemi che riqualificano energia termica a bassa temperatura in energia
termica a più elevata temperatura mediante cicli termodinamici
alimentati da energia elettrica o da combustibili fossili (pompe di calore);
sistemi che impiegano energia termica utile derivante da generazione
remota esterna al confine energetico dell'edificio (teleriscaldamento).
1 – Utenza
2 – Accumulo
3 – Generatore
4 – Combustibile
5 – Energia elettrica
6 – Energia degli ausiliari
7 – Collettori solari termici
8 – Pannelli fotovoltaici
10
9 – Energia termica utile da rete
10 – Energia termica utile asportata
11 – Sistema di dissipazione dell’energia
termica
12 – Energia elettrica da cogenerazione
13 – Energia elettrica da fotovoltaico
14 – Rete elettrica
15 – Confine del sistema
energia fornita dall’esterno con
combustibili fossili (4)
rete di teleriscaldamento (9)
energia elettrica fornita da rete (5)
energia termica utile (10) o
energia elettrica autoprodotta
all’interno dell’edificio (12) e (13)
ed esportata all’esterno
11
Fabbisogno di energia termica
Pompe di calore
Fabbisogno netto di energia termica
La UNI/TS definisce i dati d'ingresso e le modalità di calcolo per la
determinazione:
a.c.s.
zona 1
zona …
zona n
erogazione
distribuzione
emissione
regolazione
distribuzione
emissione
regolazione
distribuzione
emissione
regolazione
distribuzione
accumulo
altro sottosistema
di generazione
- del fabbisogno mensile dei vettori energetici dei sottosistemi di generazione
con pompe di calore per riscaldamento e/o produzione di acqua calda
sanitaria;
- della quota di fabbisogno di energia utile della distribuzione a carico di
sistemi di integrazione da calcolarsi con le pertinenti parti della UNI/TS.
punto di connessione tra i fabbisogni delle zone e
di immissione dell’energia termica utile
proveniente dai sottosistemi di generazione
solare
combustibili fossili
La specifica tecnica si applica a pompe di calore a compressione di vapore
azionate da motore elettrico e a pompe di calore ad assorbimento.
altro (pompa di calore,
biomasse, ecc.)
Fabbisogno lordo di energia termica
12
13
Tipo di servizio
e di fluido termovettore lato utenza
Classificazione degli impianti
Si considerano i seguenti tipi di servizio:
La UNI TS 11300-4 classifica gli impianti che utilizzano PdC in funzione dei
seguenti criteri:
riscaldamento;
acqua calda sanitaria;
combinato riscaldamento/acqua calda sanitaria.
tipo di servizio e di fluido termovettore lato utenza;
tipo di fonte energetica sfruttata (tipo di sorgente fredda);
tipologia del sistema di generazione;
tecnologia e vettori energetici impiegati.
Non viene trattato il raffrescamento.
Rispetto al fluido termovettore impiegato nel circuito di distribuzione
all’utenza, gli impianti a pompa di calore possono essere:
ad aria;
ad acqua;
a condensazione diretta (il fluido termovettore è lo stesso fluido
refrigerante).
14
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Tipo di fonte energetica sfruttata
Tipologia della fonte di energia
sfruttata
Fonte di energia
Modalità di estrazione
Aria esterna
Rinnovabile aerotermica
Aria interna
Roccia
Non rinnovabile se proveniente da
sistemi che impiegano combustibili
fossili, esclusa l’aria espulsa
Rinnovabile geotermica
Raffreddamento e
deumidificazione dell’aria esterna
Raffreddamento e
deumidificazione dell’aria espulsa
in sistemi di recupero
Raffreddamento del sottosuolo
Terreno
Acqua di falda
Acqua di mare
Rinnovabile idrotermica
Raffreddamento acque superficiali
Acqua di lago
Acqua di fiume
Acqua di risulta e liquami di
processi tecnologici
Liquami urbani
Non rinnovabile
Raffreddamento acque e/o liquami
di processo
Raffreddamento liquami urbani
Assimilabile a rinnovabile
Tipologia del sistema di generazione
Gli impianti alimentati da pompa di calore possono essere:
• monovalenti quando tutto il fabbisogno termico stagionale è coperto dalla
pompa di calore;
• bivalenti monoenergetici quando una quota del fabbisogno termico
stagionale è coperto dalla pompa di calore ed una quota di integrazione è
fornita da un generatore ausiliario che utilizza lo stesso vettore energetico
della pompa di calore;
• bivalenti e bienergetici quando il fabbisogno termico stagionale è coperto
dalla pompa di calore e da un generatore ausiliario che utilizza un vettore
energetico diverso da quello utilizzato dalla pompa di calore.
16
17
Generalità sul metodo di calcolo
Tecnologia e vettori energetici impiegati
Il metodo di calcolo descritto nella UNI/TS 11300-4 si basa sui seguenti dati:
Gli impianti alimentati da pompa di calore possono adottare macchine:
a compressione di vapore, azionate da un motore elettrico o a
combustione;
ad assorbimento o a adsorbimento, azionate termicamente tramite un
fluido termovettore caldo o direttamente dalla combustione di un
combustibile.
potenza termica utile erogata nominale e alle diverse possibili
temperature di esercizio;
il coefficiente di prestazione alla potenza nominale, COP o GUE o, in
alternativa, la potenza nominale richiesta, alle diverse possibili
temperature di esercizio;
coefficiente correttivo del COP e del GUE ai carichi parziali.
Nei riguardi dei vettori energetici la UNI TS 11300-4 considera solo:
energia elettrica per le pompe di calore a compressione di vapore;
combustibili gassosi e liquidi per le pompe di calore ad assorbimento a
fuoco diretto.
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19
Generalità sul metodo di calcolo
Temperatura bivalente: sorgente aria
Per il calcolo dell’energia riferita alle pompe di calore la UNI/TS 11300-4 richiede i
seguenti dati:
prestazioni a pieno carico (nominali, ossia a fattore di carico macchina, CR capacity
ratio, pari a 1) in funzione delle temperature di sorgente fredda e pozzo caldo;
prestazioni a carico parziale, cioè con Fattore di Carico Climatico PLR (Part Load
Ratio) PLR diverso da 1, per le pompe di calore a compressione di vapore, alle
stesse temperature di sorgente fredda e di pozzo caldo di cui al punto precedente,
secondo le condizioni climatiche di riferimento Average (A), Warmer (W), Colder
(C), definite dalla UNI EN 14825:
PLR
Impianto a pompa di calore (riscaldamento di ambienti)
1 Carico termico dell’impianto
2 Carico termico di progetto
3 Potenza termica della pompa di calore
In un sistema bivalente a pompa di
calore, nel quale la richiesta termica
dell’utenza non viene esclusivamente
soddisfatta dalla pompa di calore ma
intervengono sistemi ausiliari di
generazione, la temperatura
bivalente qbival viene definita come la
temperatura della sorgente fredda
alla quale la pompa di calore
funziona con fattore di carico CR = 1,
cioè quando le condizioni termiche
della sorgente fredda consentono di
coprire la richiesta esclusivamente
con la pompa di calore.
Te 16
Tdes 16
dove i pedici “e” e “des” si riferiscono alle condizioni rispettivamente
rispettivamente esterna e di progetto
prestazioni a fattore di carico climatico PLR diverso da 1 per le pompe di calore ad
assorbimento dichiarate dal costruttore in accordo con la UNI EN 12309-2.
Temperatura bivalente CR = 1
CR = 1 QPdC,out= Qrichiesto
20
21
Condizioni climatiche di riferimento
PdC ARIA-ARIA – Modalità riscaldamento
La UNI EN 14825 definisce 3 condizioni climatiche di riferimento:
Average (A), Warmer (W) and Colder (C) cui corrispondono 3 coppie di
temperature, di progetto, qdes, e interna:
A
Rapporto di carico
parziale
“Average”: condizioni di temperatura a bulbo secco -10 °C temperatura esterna e
20 °C interna;
“Colder”: condizioni di temperatura a bulbo secco -22 °C temperatura esterna e 20
°C interna;
“Warmer”: condizioni di temperatura a bulbo secco +2 °C temperatura esterna e 20
°C interna.
3 temperatura bivalenti, qbival:
per la stagione di riscaldamento in condizioni “Average” la temperatura a bulbo
secco bivalente è pari a +2 °C o minore;
per la stagione di riscaldamento in condizioni “Colder” la temperatura a bulbo
secco bivalente è pari a -7 °C o minore;
per la stagione di riscaldamento in condizioni “Warmer” la temperatura a bulbo
secco bivalente è pari a +7 °C o minore.
Rapporto
di carico
parziale
[%]
Temperatura di
bulbo secco (bulbo
umido) dell’aria
all’esterno
Temperatura di
bulbo secco dell’aria
all’interno
[°C]
[°C]
A
(-7-16)/(qprog,h-16)
88
-7 (-8)
20
B
(+2-16)/(qprog,h-16)
54
2 (1)
20
C
(+7-16)/(qprog,h-16)
35
7 (6)
20
D
(+12-16)/(qprog,h-16)
15
12 (11)
20
E
(TOL – 16)/ (qprog,h-16)
TOL
20
F
(qbival – 16)/ (qprog,h-16)
qbival
20
Condizioni di carico parziale per il calcolo dei valori di SCOP di riferimento, SCOPon di riferimento, SCOPnet di
riferimento per unità aria-aria nella stagione di riscaldamento nella condizione climatica Warmer (W).
SCOP = Seasonal Coefficient of Performance.
22
23
Temperatura
Temperatura
di bulbo secco di bulbo secco
Rapporto di
Rapporto di (bulbo umido)
dell’aria
carico parziale carico parziale
dell’aria
all’interno
all’esterno
[%]
[°C]
[°C]
W
A
C
Rapporto di carico
parziale
Non applicabile
B
(+2-16)/(Tprog,h-16)
100
2 (1)
20
C
(+7-16)/(Tprog,h-16)
64
7 (6)
20
D
(+12-16)/(Tprog,h-16)
29
12 (11)
20
E
(TOL – 16)/ (Tprog,h-16)
TOL
20
F
(Tbival – 16)/ (Tprog,h-16)
Tbival
20
Temperatura di
bulbo secco (bulbo
umido) dell’aria
all’esterno
Temperatura di
bulbo secco
dell’aria all’interno
[°C]
[°C]
A
(-7-16)/(qprog,h-16)
61
-7 (-8)
20
B
(+2-16)/(qprog,h-16)
37
2 (1)
20
C
(+7-16)/(qprog,h-16)
24
7 (6)
20
D
(+12-16)/(qprog,h-16)
11
12 (11)
20
E
(TOL – 16)/ (qprog,h-16)
TOL
20
F
(qbival – 16)/ (qprog,h-16)
qbival
20
riferimento per unità aria-aria nella stagione di riscaldamento nella condizione climatica Colder (C).
riferimento per unità aria-aria nella stagione di riscaldamento nella condizione climatica Warmer (W).
Rapporto di
carico
parziale
[%]
24
25
Condizioni di riferimento fornite dalla UNI/TS per i dati prestazionali forniti dal
costruttore. Pompe di calore per solo riscaldamento o funzionamento
combinato.
Condizioni di riferimento previste dalla UNI/TS per i dati prestazionali forniti
dal costruttore. Pompe di calore per sola produzione di ACS
Sorgente
fredda
Aria
Acqua
Terreno/roccia
Temperatura
della
sorgente fredda
Temperatura del
Temperatura del
pozzo caldo3
pozzo caldo2
(riscaldamento
(produzione ACS)
idronico)
35 45
55 45
55
-7 2
7
12
Temperatura del
pozzo caldo1
(riscaldamento ad
aria)
20
5
10
15
20
35
45
55
45
55
-5 0
5
10
20
35
45
55
45
55
Temperatura della
sorgente fredda (aria)
Sola produzione ACS
1
7
15
20
Temperatura del
pozzo caldo1
(produzione ACS)
35
55
Per almeno una delle temperature indicate. Altri dati suggeriti: 45 rC, 65 rC.
1
Temperatura di ripresa.
Per almeno una delle temperature indicate. Altri dati suggeriti: 25 rC, 65 rC.
3 Per almeno una delle temperature indicate.
2
26
27
Rendimento di secondo principio
Prestazioni a pieno carico a condizioni
diverse
Per le pompe di calore elettriche, il COP massimo teorico è dato dalla relazione:
Nel caso di pompe di calore a compressione di vapore ad azionamento
elettrico e di pompe di calore ad assorbimento, la determinazione delle
prestazioni a pieno carico in condizioni diverse da quelle dichiarate si effettua
con interpolazione lineare tra i dati dichiarati o con ricorso al rendimento di
secondo principio.
COP max
dove:
qf = temperatura della sorgente fredda;
qc = temperatura del pozzo caldo (mandata della pompa di calore).
Per le pompe di calore a compressione di vapore azionate con motore
endotermico, il calcolo del GUE a pieno carico per valori di temperature di
sorgente fredda e di pozzo caldo diverse da quelle cui fanno riferimento i dati
diciarati dal costruttore si effettua per interpolazione lineare fra i valori
forniti.
Rendimento di secondo principio:
KII
28
Tc
29
l valori del COP e quelli del GUE per temperature della sorgente fredda/ pozzo
caldo diverse da quelle per le quali sono stati forniti i dati dal costruttore (a
parità di temperatura del pozzo caldo) si calcolano come segue:
Tf
-7
2
7
12
Tf
KII,@35 0,49 0,48 0,49 0,49
KII,@45 0,49 0,49 0,50 0,50
COP
T T
COP c f
Tc 273 ,2
Tc 273 ,2
Tc T f
Correzione in base alla temperatura della
sorgente fredda/pozzo caldo
Pompa di calore Aria-Acqua di cui vengono fornite le seguenti condizioni:
Tc
COP
COP max
Esempio
-7
2
7
12
3,6 4,5 5,4 6,5
35 °C COP1
DC1 [kW] 8,8 10,2 12,0 13,6
3 3,6 4,1 4,8
45 °C COP2
DC2 [kW] 7,8 9,3 11,2 13,2
Tc 273 ,2
Tc T f Dati forniti dal
costruttore
all'interno del campo di dati fornito dal costruttore: per interpolazione
lineare tra i valori del rendimento di secondo principio calcolati a partire
dai dati forniti, in funzione della temperatura della sorgente fredda/ pozzo
caldo;
Rendimento di secondo principio
calcolato partendo dai dati del
costruttore
al di fuori del campo di dati fornito dal costruttore, con scostamento
massimo di 5 K: a partire dal valore del rendimento di secondo principio
calcolato con i dati forniti dal costruttore più vicini al caso reale.
DC = potenza termica dichiarata (potenza termica massima della pompa di calore nelle condizioni di funzionamento
specificate dal costruttore)
30
31
Prestazioni a fattore di carico CR ridotto
CR < 1
Esempio: variazione della temperatura del
pozzo caldo
Per interpolazione si calcolano DC e COP in condizioni di pieno carico, DC’ e
COP’, per una temperatura del pozzo caldo (di mandata) di 38, 40 e 42 °C:
Tf
Tc 38 °C COP’
DC’ [kW]
Tf
Tc 40 °C COP’
DC’ [kW]
Tf
Tc 42 °C COP’
DC’ [kW]
La condizione a carico ridotto si ha quando CR risulta minore di 1, ossia
quando il carico applicato è minore della potenza massima che la pompa di
calore può fornire. In questo caso il COP e il GUE variano e per determinare le
prestazioni della pompa di calore deve essere usato un fattore correttivo, il
cui valore può essere stabilito:
-7
2
7
12
3,4 4,2 4,9 5,9
8,5 9,9 11,8 13,5
-7
2
7
12
3,3 4,05 4,75 5,65
8,3 9,75 11,6 13,4
in base ad una elaborazione di dati forniti dal costruttore;
in base a modelli di calcolo di default quando tali dati non siano forniti.
-7
2
7
12
3,2 3,87 4,49 5,31
8,1 9,57 11,5 13,3
DC’ = potenza termica utile a pieno carico, cui corrisponde COP’
32
33
Procedura di calcolo
Calcolo di CR a carico ridotto (CR < 1) a partire dai dati forniti dal costruttore
Il fattore di correzione del COP determinato in funzione del fattore di carico
CR con il metodo qui descritto è indipendente dalla temperatura di
annullamento del carico, qui assunta pari a 16 °C, in quanto dipende solo dal
fattore di carico CR e quindi può essere applicato in tutte le condizioni di
funzionamento nel calcolo secondo UNI/TS 11300.
Per il calcolo sono richiesti (UNI EN 14825, condizioni climatiche A ”Average”) i
seguenti dati:
temperatura di progetto: - 10 °C
PLR per le temperature di riferimento -7 (A), 2 (B), +7(C), +12 (D)
temperatura bivalente considerata (rif. -7) e potenza a pieno carico alla
temperatura bivalente
DC e COP alle 4 temperature (A), (B), (C), (D).
34
35
Esempio - Procedura di calcolo
A
A
qbival
B
C
Temperatura di
riferimento [°C]
-10
-7
2
7
12
PLR (qdes= -10 rC) [%]
100
88
54
35
15
DCA= DCbival
DCB
DCC
DCD
DC
1
(0,54·Pdes)/DCB
COP’ a pieno carico
COP’A
COP’B
COP’C
COP’D
COP a carico parziale
COPA
COPB
COPC
COPD
COPA/ COP’A
COPB/ COP’B
COPC/ COP’C
COPD/ COP’D
CR
fp fattore correttivo
>1
1
qbival
D
D
10
-7
2
7
12
PLR (qdes= -10 rC) [%]
100
88
54
35
15
8,8
10,2
12,0
13,6
Pprog,h
9,95
CR
1,00
0,53
0,29
0,11
3,6
2,54
3,78
4,3
3,6
3,97
4,44
5,06
1
0,88
0,82
0,78
fp fattore correttivo
36
>1
1
37
Calcolo di CR a CARICO RIDOTTO in base a modelli di calcolo di default quando non
si dispone dei dati forniti dal costruttore
Calcolo di CR a carico ridotto in base a modelli di calcolo di default quando non si
dispone dei dati forniti dal costruttore
In questo caso si procede nel modo seguente:
Pompe di calore aria/acqua, antigelo/acqua, acqua/acqua
1. Per le pompe di calore a potenza fissa con funzionamento on/off si
utilizzano le equazioni previste dalla UNI EN 14825:
COP A ,B ,C ,D
COPDC CR
>1 C c CR C c @

dove:
COPA,B,C,D = COP nelle condizioni (A), (B), (C) e (D);
COPDC = COP a pieno carico dichiarato nelle condizioni di temperatura a cui sono
riferite le prestazioni a carico parziale;
Cc
= fattore di correzione dichiarato. Se non noto, si assume pari a 0,9;
CR
= fattore di carico macchina (capacity ratio).
Pompe di calore aria/aria, antigelo/aria, acqua/aria
COP A ,B ,C ,D COPDC 1 C d dove:
COPA,B,C,D = COP nelle condizioni (A), (B), (C) e (D);
COPDC
= COP a pieno carico dichiarato nelle condizioni di temperatura a cui
sono riferite le prestazioni a carico parziale;
= fattore di correzione dichiarato. Se non noto, si assume pari a 0,25.
Cd
Nota AiCARR: L’equazione contiene un palese errore al denominatore, dove Cc rappresenta un coefficiente di
peso. L’equazione corretta è:
COP A ,B ,C ,D
C
Temperatura di
riferimento [°C]
DC
(0,54·Pdes)/DCC (0,54·Pdes)/DCD
B
38
COPDC CR
>1 C c CR C c @
39
Calcolo di CR a carico ridotto in base a modelli di calcolo di default quando non si
dispone dei dati forniti dal costruttore
A
B
C
D
qbival
2. Per le pompe di calore con parzializzazione a gradini come definite dalla
UNI EN 14825 si utilizzano le stesse equazioni viste in precedenza e con le
modalità specificate nella UNI EN 14825.
3. Per le pompe di calore a potenza variabile in mancanza dei dati previsti
dalla UNI EN 14825 si assume un coefficiente correttivo pari a 1 sino al
fattore di carico CR = 0,5 (o sino al valore minimo di modulazione se questo
è diverso da 0,5). Al di sotto di tale valore di CR si procede come al punto 1.
Temperatura di riferimento
[°C]
-10
rC
-7 rC
2 rC
7 rC
12 rC
PLR (qdes= - 10 rC)
100
88
54
35
15
Potenza DC a pieno carico
8,8
10,2
12,0
13,6
Pdesign,h
9,95
1,00
0,53
0,29
0,11
3,6
4,5
5,40
6,50
ar/ac br/ac ac/ac
3,6
2,48
1,67
0,80
1
0,55
0,31
0,12
3,6
4,13
4,33
3,63
1
0,92
0,8
0,56
[%]
CR
>1
Fattore correttivo fp
ar/ac br/ac ac/ac
da STD ASHRAE 116 e UNI EN 14825
Fattore correttivo fp
da STD ASHRAE 116 e UNI EN 14825
40
1
41
Dati per il calcolo
Intervallo di calcolo
La procedura di calcolo del fabbisogno dei vettori energetici dei sottosistemi
di generazione con pompe di calore per riscaldamento e/o produzione di
acqua calda sanitaria richiede la definizione dei seguenti dati:
L’intervallo di calcolo assunto dalla UNI/TS 11300-4 è il mese.
Nei casi in cui un'unica coppia di temperature della sorgente fredda e del
pozzo caldo medie sull'intero intervallo di calcolo non sia adeguata per
effettuare una valutazione sufficientemente corretta, il periodo di calcolo
viene suddiviso in intervalli di durata minore, definiti bin.
intervallo di calcolo;
temperatura della sorgente fredda nell'intervallo di calcolo;
temperatura del pozzo caldo nell'intervallo di calcolo;
fabbisogno di energia termica utile nell'intervallo di calcolo;
potenza termica utile massima della pompa di calore nell'intervallo di
calcolo;
fattore di carico della pompa di calore;
ausiliari elettrici.
1
42
43
Intervallo di calcolo
Sorgente fredda
Aria1
Aria esterna
Aria interna (recupero) a temperatura
dipendente dalle condizioni climatiche
Aria interna (recupero) a temperatura
indipendente dalle condizioni climatiche
Terreno/roccia climaticamente perturbato
Intervallo di calcolo: il metodo bin
Pozzo caldo
Bin
mensili3
Bin
mensili
Mese
Acqua a
temperatura
costante2
Bin mensili
Acqua a
temperatura
variabile2
Bin mensili
Bin mensili
Bin mensili
Mese
Mese
Mese
Mese
Mese
Terreno/roccia climaticamente non perturbato
Mese
Mese
Mese
Acqua di mare, fiume, lago
Mese
Mese
Mese
Acqua di risulta e liquami dei processi
tecnologici
Liquami urbani
Mese
Mese
Mese
Mese
Mese
Mese
1
2
3
Il metodo bin, utilizzato per tener conto della variabilità della temperatura
esterna, consente di calcolare il fabbisogno di energia tenendo conto della
distribuzione oraria di tale temperatura.
Ciascun bin rappresenta un intervallo di temperatura di ampiezza ȟɽbin pari a
1 K ed è centrato sul valore di temperatura media nell’intervallo, considerato
intero. I valori estremi dell’intervallo sono dati dalle relazioni:
ɽbin,min= ɽbin - ȟɽbin/2 = ɽbin – 0,5
ɽbin,max= ɽbin + ȟɽbin/2= ɽbin + 0,5
Si assume che la temperatura sia costante e pari a quella ambiente di set point
La temperatura costante o variabile è riferita alla temperatura del fluido termovettore nel generatore
di calore durante l'intervallo di calcolo considerato. Per esempio, la temperatura è costante nel caso di
generatore di calore che alimenta la rete a temperatura variabile con una valvola miscelatrice, mentre
è variabile nel caso in cui il generatore alimenti direttamente la rete a temperatura scorrevole.
Generalmente la temperatura variabile si ha solo nel caso di riscaldamento.
l bin mensili sono riferiti alle temperature dell'aria esterna.
44
45
La ripartizione in bin si può applicare:
all'intervallo di calcolo stagionale (solo per valutazioni su base annua
generalmente finalizzate per determinare le prestazioni di una
determinata pompa di calore in particolari condizioni di esercizio, per
esempio come nella UNI EN 14825 per il calcolo del coefficiente di
prestazione medio stagionale SCOP);
Si ricorre ai bin mensili:
per la determinazione delle temperature di alcune sorgenti fredde;
per la determinazione della temperatura del pozzo caldo se questa è
variabile anche quando la temperatura della sorgente fredda sia assunta
costante nel mese.
all'intervallo di calcolo mensile (il COP medio stagionale può essere
calcolato in base ai COP medi mensili come specificato nella UNI EN
14825).
46
47
Valutazioni di calcolo
Valutazioni di calcolo
fabbisogno di energia termica utile nell’intervallo di calcolo
fattore di carico
Nel caso in cui la sorgente fredda sia aria, va applicato il bin method. La
procedura è la seguente:
Il fattore di carico è dato dal rapporto tra la potenza termica richiesta per il
riscaldamento nel bin e la potenza massima della pompa di calore per le
temperature dell’intervallo di calcolo:
si definiscono i Gradi/Ora, GHbin,mese, in riferimento alla durata totale di
attivazione dell’impianto, scartando i bin a temperatura maggiore di qH,off.
GHbin ,mese t bin ,mese ,ON T H ,off T bin FC H ,hp ,th
) H ,hp ,out ,bin
) bin ,max,H
si calcola l’energia richiesta per il riscaldamento all’uscita della pompa di
calore per ciascun bin:
GHbin ,mese
QH ,hp ,out ,bin QH ,hp ,out
¦ GHbin ,mese
si calcola la potenza richiesta per il riscaldamento all’uscita della pompa di
calore per ciascun bin:
QH ,hp ,out ,bin
) H ,hp ,out ,bin
t bin ,mese ,H
48
49
Pompe di calore: esempio
Pompe di calore
Si supponga di trovarsi a Milano con le seguenti ipotesi progettuali
qbival
qH,off
Ppprog,h
g
g,
QH,hp,out
, p
p,
-5
16
8,69
15962
°C
°C
kW
kWh
Calcoli:
Andamento di tipo lineare tra le temperature di 16 e -5 °C
interpolazione
ɽbin
bin, giorno
GHbin, mese
Pedificio
DC'
CR
COP'
Fp
COP
50
-4
1,5
-3
19
-2
34,5
-1
46
0
58
1
81
2
135
da 3 … a 14
……
15
139,5
16
149
0
30
361
621
782
928
1215
1890
……
139,5
0
8,69
8,69
1,00
3,50
1,00
3,50
8,28
8,95
0,92
3,63
0,98
3,56
7,86
9,22
0,85
3,76
0,96
3,62
7,45
9,48
0,79
3,89
0,95
3,68
7,04
9,74
0,72
4,01
0,93
3,73
6,62
10,00
0,66
4,14
0,92
3,79
6,21
10,26
0,60
4,27
0,90
3,85
5,79
10,52
0,55
4,39
0,89
3,90
……
……
……
……
……
……
0,41
13,93
0,03
6,05
0,76
4,58
0
14,19
0,00
6,18
0,75
4,63
QH,hp,out,bin
0,00
24,32
292,69
503,49
634,02
752,39
985,08
1532,35
……
113,10
0,00
ɌH,hpout,bin
0,00
16,22
15,40
14,59
13,78
12,97
12,16
11,35
……
0,81
0,00
QH,hp,el,bin
0
6,83
80,85
136,91
169,78
198,50
256,14
392,82
……
24,68
0,00
SPF
-5
0
19688
15962
3943
4,05
51
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Ing. Luca A. Piterà - Segretario Tecnico AiCARR
[email protected] – www.aicarr.org

Pompe di calore

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