η - Swegon Air Academy

Transcript

IL QUADRO NORMATIVO
PER L’EFFICIENZA ENERGETICA
E LA VARIABILITA’ DEI CARICHI
NEGLI IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE
M. De Carli
Università degli Studi di Padova
Dipartimento di Ingegneria Industriale
Università degli Studi di Padova
Swegon Air Academy, Padova, 27 Novembre 2013
“Il quadro normativo per l’efficienza energetica e la variabilita’ dei carichi negli impianti di
climatizzazione”
Sommario
•
Inquadramento generale
•
Il funzionamento degli impianti ai carichi parziali
•
Aspetti normativi (norme EN14825, UNI-TS11300
parti 3 e 4, UNI 11466)
•
Casi di studio
climatizzazione”
Inquadramento generale
Leggi italiane relative agli edifici
Legge 373/76
Legge 10/91
DPR 412/93
D.Lgs. 192/2005
EPBD 2002/91/CE
D.Lgs. 311/2006
D.P.R. 2 aprile 2009 n. 59
D.M. 26 giugno 2009
D.Lgs. 28/2011
Direttiva 2009/28/CE
Recast EPBD 2010/31/UE
4
Dov’è il problema?
Direttiva 2009/28/CE
EPBD 2002/91/CE
EPBD 2010/31/UE
5
climatizzazione”
Normativa nel settore delle pompe di calore
e dei chiller
Norme
Norme di prodotto:
EN14825 : Air conditioners, liquid chilling packages and heat
pumps, with electrically driven compressors, for space heating
and cooling - Testing and rating at part load conditions and
calculation of seasonal performance; EN 14825:2012
Norme di sistema:
UNI-TS 11300-3
UNI-TS 11300-4
7
EN 14825
• Il coefficiente di prestazione stagionale (SCOP) va
calcolato ripartendo con il “bin method” per l'intera
stagione di riscaldamento
• Va utilizzata una delle 3 condizioni climatiche di riferimento
riportate nella norma stessa:
o A (Average - media): Strasburgo (Francia),
o C (Colder – più fredda): Helsinki (Finlandia)
o W (Warmer – più calda): Atene (Grecia),
che vengono ritenuti sufficientemente rappresentativi del
clima di tutta Europa
8
EN 14825
Durata dei “bin” per le condizioni climatiche di riferimento previste dalla norma UNI EN 14825.
9
EN 14825
• Temperatura interna di progetto pari a 20 °C.
• Temperatura esterna di progetto (θdesign) secondo UNI EN
12831:
o per A = – 10 °C
o per C = – 22 °C
o per W = + 2 °C
• Quando la temperatura esterna supera i 15 °C cessa il
funzionamento dell'impianto di riscaldamento.
• Carico Φh varia linearmente dal 100% in corrispondenza della
temperatura di progetto (θdesign) fino a 0% quando la
temperatura esterna è pari a θH,off = 16 °C (detta temperatura
di annullamento del carico o di bilanciamento).
10
EN 14825
Andamento del carico in funzione della temperatura esterna secondo UNI EN 14825.
11
UNI/TS 11300-4
• La norma UNI/TS 11300-4 è finalizzata al calcolo, con il metodo
mensile delle prestazioni della pompa di calore nelle condizioni
climatiche di riferimento della località (Italiana) in cui si trova
l'edificio.
• Temperature definite dalla norma UNI 10349 che, però, riporta
soltanto il valore medio delle temperature mensili.
• Temperatura interna di progetto pari a 20 °C.
• Temperatura esterna di progetto θdesign secondo UNI EN 12831.
12
UNI/TS 11300-4
• La norma prevede come valore di default della temperatura di
annullamento del carico (o temperatura di bilanciamento) θH,off
= 20 °C .
• Per poter costruire i “bin”, si assume che le temperature medie
orarie mensili abbiano una distribuzione gaussiana normale.
13
UNI/TS 11300-4
Distribuzione delle temperature (bin mensili) per la città di Padova
14
UNI/TS 11300-4
15
Calcolo prestazione PdC aria-acqua
• La variazione del COP al variare della temperatura delle
sorgenti va determinata mediante prove sperimentali da
effettuare secondo le norme della serie UNI EN 14511 ed
in particolare nelle condizioni di temperatura indicate nella
UNI EN 14511-2 .
• Tutte le norme in materia ed, in particolare UNI EN 14825
ed UNI/TS 11300-4, richiedono che il costruttore delle
pompe di calore aria-acqua fornisca i dati relativi almeno
alle condizioni di funzionamento indicate nella seguente
Tabella.
16
Calcolo prestazione PdC aria-acqua
17
Dipendenza del COP a pieno carico dalla temperatura
Per la determinazione delle prestazioni a pieno carico in
condizioni di temperatura diverse da quelle dichiarate, è
possibile effettuare l'interpolazione lineare tra i valori
dichiarati, oppure determinare il rapporto tra il COPDC
dichiarato e quello teorico (COPmax):
COPmax = (θH + 273,15) / (θH – θC )
dove θH e θC sono, rispettivamente, la temperatura del pozzo
caldo e della sorgente fredda, ed interpolare il valore di tale
rapporto (impropriamente chiamato “rendimento di secondo
principio” nella normativa).
18
Dipendenza del COP dal fattore di carico CR
Si definisce fattore di carico della pompa di calore CR
(Capacity Ratio) il rapporto tra la potenza richiesta
dall'utenza (carico) e la potenza termica nominale dichiarata
dal costruttore (talvolta in analogia con la nomenclatura
anglosassone, chiamata impropriamente “capacità termica”)
nelle medesime condizioni di temperatura.
CR è in generale diverso dalla frazione di carico PLR che
indica il rapporto tra la potenza richiesta e quella di progetto
poiché la potenza termica nominale della pompa può essere
diversa da quella di progetto e, comunque, essa varia al
variare delle temperature delle sorgenti.
19
Il COPPL a carico parziale (Part Load) si può calcolare come:
COPPL = fcorrCOP × COPDC
Dove COPDC è il valore dichiarato dal costruttore (DC Declared Capacity) e fcorrCOP è il fattore di correzione che
dipende da CR.
In mancanza di dati dichiarati, per le pompe di calore con
funzionamento on-off si ha
fcorrCOP = CR / ( CC × CR + (1 – CC ))
dove Cc è il coefficiente di degrado delle prestazioni, assunto
pari a 0,9 in mancanza di altri dati.
20
Per pompe di calore con funzionamento a gradini va
determinato il COP per il gradino più vicino se questo
differisce di meno del 10 % dal carico richiesto, altrimenti
occorre interpolare linearmente tra il COP del gradino
immediatamente superiore e quello del gradino
immediatamente inferiore rispetto al carico richiesto.
Per pompe di calore modulanti, in mancanza dei dati ricavati
secondo UNI EN 14825, la norma UNI/TS 11300-4
suggerisce di assumere fcorrCOP = 1 per fattore di carico CR ≥
0,5 (o fino al minimo valore di modulazione se diverso da 0,5)
e per valori inferiori di CR di procedere come per quelle onoff.
21
Modalità di funzionamento di una pompa di calore
Diagramma schematico della modalità di funzionamento di una pompa di calore aria-acqua con riferimento alle condizioni climatiche
“Average” (A) secondo UNI EN 14825. La linea tratteggiata rappresenta la frazione del carico richiesta dall'impianto (PLR) mentre quella
continua rappresenta il rapporto la potenza termica massima erogabile dalla pompa di calore (ΦDC) e la potenza di progetto (Φdesign) al
variare della temperatura esterna. Nella figura sono evidenziate le condizioni A, B, C e D per le quali il costruttore dovrebbe dichiarare i dati. La
temperatura bivalente è stata assunta pari a θbival = 0 °C mentre la temperatura limite di funzionamento della sorgente fredda a è stata
assunta pari a TOL = -15 °C.
22
Pompe di calore
1) Funzionamento alternato: la PDC si disattiva al raggiungimento della
temperatura bivalente viene attivato un generatore di calore fino al carico
di progetto
2) Funzionamento parallelo: la PDC non viene disattivata al
raggiungimento della temperatura bivalente e viene attivato il generatore
di integrazione per coprire il calore residuo
3) Funzionamento parzialmente parallelo: la PDC non viene disattivata al
raggiungimento della temperatura bivalente e per temperature maggiori
viene attivato il generatore di integrazione per fornire la potenza residua.
Alla tempetarura di cut-off la PDC viene disattivata e il generatore
fornisce la potenza richiesta
Calcolo della prestazione stagionale (SCOP) nelle
condizioni di riferimento secondo EN 14825 .
- SCOPnet (Coefficiente di prestazione stagionale netto): coefficiente di
prestazione stagionale calcolato con riferimento al solo periodo di
funzionamento attivo escludendo i consumi dovuti ad eventuali riscaldatori
supplementari elettrici.
- SCOPon (Coefficiente di prestazione stagionale funz attivo): coefficiente
di prestazione stagionale calcolato con riferimento al solo periodo di
funzionamento attivo inclusi i consumi dovuti ad eventuali riscaldatori
supplementari elettrici.
- SCOP (Coefficiente di prestazione stagionale): coefficiente di prestazione
stagionale calcolato con riferimento a tutto il periodo di riscaldamento,
inclusi i consumi dovuti ad eventuali riscaldatori supplementari elettrici ed
inclusi gli eventuali consumi durante i periodi di mancata richiesta di calore
(termostato off), durante i periodi di di stand-by, quelli dovuti ad ausiliari attivi
durante i periodi di spegnimento ed i consumi dovuti all'eventuale
riscaldatore del carter olio.
24
A titolo di esempio viene presentato il risultato del
calcolo di SCOPnet per una pompa di calore aria acqua
utilizzata per riscaldamento a pavimento con pannelli
radianti.
Vengono presi in esame due modelli di pompe di
calore le cui caratteristiche, desunte dalle schede
tecniche di prodotti commerciali, sono riportate nelle
Tabelle seguenti
25
Condizioni climatiche di riferimento A (Average /
Strasbourg) e potenza di progetto pari a Φdesign = 5 kW
alla temperatura θdesignA = – 10 °C .
Temperatura di mandata dell'acqua fissa pari a 35 °C
(difficoltà a reperire documentazione relativa al
funzionamento con temperatura dell'acqua di mandata
variabile).
Pompe di calore di tipo modulante
26
Caratteristiche pompa di calore modello 1
27
Caratteristiche pompa di calore modello 2
28
UNI/TS 11300-3
QCr,k = QC,nd,k + Ql,e,k + Ql,rg,k + Ql,d,k + Ql,d,s,k - Qrr,k
QC,nd,k
11300-1;
fabbisogno ideale dell’edificio [kWh], secondo la UNI TS
Ql,e,k perdite totali di emissione [kWh];
Ql,rg,k perdite totali di regolazione [kWh];
Ql,d,k perdite totali di distribuzione [kWh];
Ql,d,s,k
Qrr,k
perdite totali dei serbatoi di accumulo inerziale [kWh];
energia termica recuperata [kWh].
UNI TS 11300-3: fabbisogno di energia
primaria per la climatizzazione estiva
QC,P  k Qaux,k  f p,el  k [x
Qaux
Qcr
Qν
ηmm
fp,el
fp,x
k
x
QCr,k,x  Qv,k,x
 mm, k,x
] f p,x
fabbisogno di energia elettrica per ausiliari [kWh];
fabbisogno effettivo per raffrescamento [kWh];
fabbisogno per trattamenti dell’aria [kWh];
coefficiente di prestazione medio mensile del sistema di produzione
dell’energia frigorifera;
fattore di conversione da energia elettrica ad energia primaria;
fattore di conversione in energia primaria del vettore energetico
utilizzato dal generatore;
mese k-esimo della stagione di climatizzazione estiva;
indice che indica le diverse fonti di energia in ingresso.
UNI TS 11300-3:
EER (Energy
Efficiency Ratio)
Tipologia
Aria-aria
Acqua-aria
Aria-acqua
T aria
T aria
T aria interna
interna T aria
T acqua
Fattore
T acqua di
esterna bulbo
bulbo esterna refrigerata
di
condens.
Prova
bulbo secco /
secco / bulbo ingresso /
carico
ingresso /
secco
bulbo
bulbo
secco
uscita
(F)
uscita (°C)
(°C)
umido
umido
(°C)
(°C)
(°C)
(°C)
1
100%
35
27/19
30/35
27/19
35
12/7
2
75%
30
27/19
26/*
27/19
30
*/7
3
50%
25
27/19
22/*
27/19
25
*/7
4
25%
20
27/19
18/*
27/19
20
*/7
* temperatura determinata dalla portata d’acqua a pieno carico
Acqua-acqua
T acqua di
condens.
ingresso /
uscita (°C)
T acqua
refrigerata
ingresso /
uscita
(°C)
30/35
26/*
22/*
18/*
12/7
*/7
*/7
*/7
UNI TS 11300-3: coefficiente di prestazione
medio mensile
ηmm,k = EER(Fk) × η1(Fk) × 2 × 3 × 4 × 5 × 6 × 7
Fk
fattore di carico mensile, rapporto tra l’energia termica richiesta nel
mese k-esimo ed l’energia erogabile dalla macchina frigorifera;
EER(Fk) rapporto di efficienza energetica ottenuto in corrispondenza del fattore
di carico Fk, e ricavabile per interpolazione dalla curva degli EER;
η1(Fk)
coefficiente correttivo ottenuto in corrispondenza del fattore di carico
Fk, valutazione degli EER (appendice C della Norma);
2,3,4,5,6,7 coefficienti correttivi ricavabili dai prospetti riportati
nell’appendice D della norma per l’adeguamento alle reali
condizioni di funzionamento.
NORMA UNI 10963:2001 (ritirata nel 2009)
EERR= coefficiente di prestazione a
potenza termica ridotta
EERA= coefficiente di prestazione a
piena potenza
Y=EERR/EERA
QCR=
Energia frigorifera
effettivamente fornita all’edificio
(PCR*T)
QCA=
Energia massima che la
macchina può fornire nelle
stesso intervallo di tempo
(PCA*T)
X= QCR/ QCA (fattore di carico estivo
della macchina)
Macchine mono-stadio
NORMA UNI 10963:2001 (ritirata nel 2009)
Per la determinazione delle curve servono le seguenti prove:
Macchine nonostadio:
1. Alle condizioni nominali per
determinare EER e PE
2. Alle condizioni ausiliarie a piena
potenza per determinare EERA e
PCA
3. Alle condizioni ausiliarie a carico
ridotto per determinare EERR e
PCR.
Macchine modulanti o
pluristadio
Le prove ai punti 2 e 3 sono
realizzate alle condizioni di
massima prestazione
Macchine modulanti o pluristadio
UNI TS 11300-4: confine di edificio
1 – Utenza
2 – Accumulo
3 – Generatore
4 – Combustibile
5 – Energia elettrica
6 – Energia degli ausiliari
7 – Collettori solari termici
8 – Pannelli fotovoltaici
9 – Energia termica utile da rete
10 – Energia termica utile asportata
11 – Torre evaporativa
12 – Energia elettrica da cogenerazione
13 – Energia elettrica da fotovoltaico
14 – Rete elettrica
15 – Confine del sistema

Il confine dell’edificio è quello
comprendente tutte le aree
dell’edificio nelle quali viene
utilizzata o prodotta energia
termica utile o energia elettrica.

Può non coincidere con quello
definito dall’involucro dell’edificio.
Attraverso il confine dell’edificio può
transitare
• 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 auto prodotta
all’interno dell’edificio (12) (13) ed
esportata all’esterno
UNI TS 11300-4: Definizione degli input
Impianti geotermici: dimensionamento e
relazione con UNI TS 11300
La norma UNI TS 11300-4 prevede 2 metodologie di calcolo:
Valutazione preliminare (per una verifica del dimensionamento)
Valutazione energetica (per la certificazione)
PDC
Edificio + impianto + ACS
Scambiatore
di calore
a terreno
ACS secondo
UNI TS 11300-2
Prestazioni secondo
UNI EN 14825
UNI TS 11300-3
UNI TS 11300-4
PDC
Edificio
+
impianto
Soluzione analitica,
numerica o con funzioni
di trasferimento
Scambiatore
di calore
a terreno
Residenziale
Calcolo dinamico per il
picco di potenza frigorifera
< 20 kW
Energie mensili invernali ed estive
secondo UNI TS 11300-1
Terziario
> 20 kW
Per la parte invernale le energie
mensili con UNI TS 11300-1
Rendimenti secondo
UNI TS 11300-2
e 11300-3
Simulazione
dinamica.
Simulazione dinamica per le
energie mensili estive e per il picco
di potenza frigorifera
La norma sulla geotermia fornisce alle normative
11300-3 e 11300-4 la temperatura media
mensile del fluido termovettore per i calcoli di
certificazione energetica
La norma fornisce inoltre la potenza elettrica
della pompa lato terreno
PDC
Edificio + impianto + ACS
Temperature
mensili
“Potenziali risparmi nella ventilazione: sistemi DCV”
Casi di studio
VAV e DCV
DCV è un sottogruppo dei sistemi VAV
un VAV con controllo automatico su richiesta → DCV
VAV
Ventilazione a volume d’aria variabile
(> 2 operazioni o variazione continua)
VAV con controllo automatico in relazione alla richiesta → DCV
DCV
Controllo manuale o
modelli predefiniti
Controllo su richiesta
- Variazione automatica in funzione
della reale richiesta
Source: Mari-Liis Maripuu, CIT Energy Management, Sweden
“DCV” : Sistemi a volume d’aria variabile di ultima generazione”
DCV: VENTILAZIONE CONTROLLATA A RICHIESTA
•
Un sistema di ventilazione con un
controllo in mandata e/o aspirazione della
portata d'aria in funzione del reale valore
richiesto
•
La richiesta è determinata da una serie di
valori e parametri che riguardano il
comfort termico e/o la qualità dell'aria
• DCV per il controllo della
qualità dell'aria interna
(rimozione di agenti
inquinanti)
calore
Deficit di
Riscaldamento
necessario nella
stanza
AC in funzione
0
24
3
Necessità di
riscaldamento degli
6 ambienti
9
12 15 18
21
Capacità di
raffreddamento
necessaria =
Capacità di
raffreddamento
di un sistema
DCV
Ora del giorno
Velocità della portata
d'aria del sistema CAV
Velocità della portata
d'aria del sistema
DCV
Occupazion
e
8
Capacità di raffreddamento
dell'aria di alimentazione sistema CAV
N° di persone –
Portata d'aria
igenicamente pura
• DCV per il controllo del
comfort termico (rimozione
di calore)
Surplusd di
calore
SISTEMA DCV RISPETTO AL SISTEMA CAV
9
10
11
12
13
14
Ora del giorno
15
16
VANTAGGI DI UN SISTEMA DCV
• Possibilità di basse temperature di mandata dell’aria per tutto l'anno
Temp.esterna
Portata
d'aria
Temp. mandata aria
Effetto in
raffreddamento
0℃
14℃
1 kW
0℃
18℃
1 kW
Portata d'aria m3/s
3 Potenza elelttrica [kW
Portata d'aria m3/s
Potenza elelttrica [kW
3 Variazione della portata d'aria m3/s
DCV
Misurato
2
CAV
Stimato
Alimentazione elettrica kW
2
Variazione della
portata d'ariam3/s
1
Alimentazione
elettricakW
0
1
5000
h/anno
8760
0
5000
h/anno
8760
Source: Mari-Liis Maripuu,
CIT Energy Management,
Sweden
ESEMPI DI SISTEMI DCV
Airflow
rate [m³/s]
Ristrutturazione di un edificio adibito ad uffici (CAV → DCV)
3500 m2 con 107 uffici
Airflow
m3/s
Supply rate
airflow
Electricity
kW
Electric Power
7
Portata d'aria progettata 5,6 m3/s
Velocità della portata di
alimentazione aria
6
5
Electric
Power [kW]
4
Media 4,2 m3/s
3
Potenza
nominale
ventilatore
2
1
0
0
2000
Media 2,6 kW
4000
6000
8000
Time, [h/year]
“DCV” : Sistemi a volume d’aria variabile di ultima generazione”
ESEMPI DI PERFORMANCE DI SISTEMI DCV
Airflow
rate [m³/s]
Ristrutturazione di un edificio adibito ad uffici
(Sede amministrativa universitaria)
2500 m2 con 76 uffici
4
Portata d'aria
progettata
3,6 m3/s
3
Supply airflow rate m3/s
Electricity kW
Electric
Power [kW]
2
Portata d'aria media 1,3 m3/s
1
0
0
2000
4000
Time, [h/year]
6000
8000
ESEMPI DI RENDIMENTO DI SISTEMI DCV
Nuovo edificio commerciale adibito ad uffici
(Bengt Dahlgren AB – studio di progettazione HVAC )
4200 m2 di uffici, sale conferenza, ristorante
• Consumo energetico totale
dell'edificio 75 kWh/(m2 anno)
• Sistema DCV per il controllo con il
comfort energetico
• Controllo della sequenza dei sistemi
di raffrescamento
• La valutazione del rendimento è in
corso…
Foto: Bengt Dahlgren AB
VALUTAZIONE DELL'OCCUPAZIONE BASE PER
LA PROGETTAZIONE OTTIMALE
Esempio 1: edificio adibito ad uffici
(sede amministrativa universitaria)
 Numero di stanze 76
Maximum
Average
Time
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
07:00
Minimum
06:00
N All _ rooms
Misurazione ogni 4,5 minuti
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
05:00
OF 
N occupied_ rooms
Occupancy factor OF
Fattore di occupazione
VALUTAZIONE DELL'OCCUPAZIONE
Esempio 2: edificio scolastico anni 7-9
 Numero totale delle classi 43
 Numero di classi 16 - 350 studenti
N All _ rooms
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
Monday
Tuesday
Wednesday
Thursday
Friday
8:00
8:30
9:00
9:30
10:00
10:30
11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
13:30
14:00
14:30
15:00
15:30
16:00
16:30
OF 
N occupied_ rooms
Occupancy factor (OF)
Fattore di occupazione
Time
VALUTAZIONE DELL'OCCUPAZIONE
Eesempio 3: Scuola elementare (Tomelilla)
 11 classi monitorate
 24 studenti per classe
Occupazione media nelle classi
OCCUPAZIONE NEGLI EDIFICI
•
Dipende dal tipo di attività nell'edificio
•
Negli edifici commerciali adibiti ad uffici i
compiti lavorativi definiscono l'occupazione da
parte delle persone
Negli edifici scolastici l'occupazione dipende
dal tipo di scuola
•
 Le scuole primarie elementari e medie
usano i propri locali continuamente (poche
stanze vuote)
 Le scuole secondarie dispongono anche di
aule per corsi specifici e sale riunione per
gruppi
Potenziale risparmio energetico in Hotel
“Analisi energetica di un sistema combinato di produzione di energie termica e frigorifera per la
climatizzazione di alberghi in diverse zone climatiche”
HOTEL
I sistemi HVAC dovrebbero assicurare:
• Hotel e problemi energetici
=> Alto fabbisogno energetico
• Servizi a di versa temperatura di utilizzo
=> Sistemi HVAC specifici
• Risparmio energetico
=> riduzione dei costi
=> “Green” economy
Il caso di studio
•
Hotel a struttura compatta (5 piani) di circa 10'000 [m3]
•
Buon isolamento di superfici opache (U=0.41 [W/m2 K]) e
trasparenti (U=1.3 [W/m2 K]) con vetri a controllo solare
•
Superficie netta p.t. circa 600 [m2] (Sup. totale 1750 [m2])
•
Zona giorno : ambienti comuni e stanze riservate
•
Zona notte : capacità 54 ospiti (9 camere per piano)
Fattori d’influenza esterni
1. Temperatura dell’aria
2. Umidità relativa
3. Radiazione solare
Fattori interni
1. Presenza di persone
(come apporti sensibili e latenti)
2. Presenza di persone (variazione dei set-point)
3. Altri carichi (luci, elettrodomestici, cucine..)
Strumenti
1. Trnsys ver. 16
2. TRY : Test reference year o Anno-tipo
Analisi statistica dell’occupazione per hotel ad uso business
Yearly presence
Weekly presence
1
1
0.8
0.8
0.6
0.6
0.4
0.4
0.2
0.2
0
0
Sunday
Saturday
Friday
Thursday
Wednesday
Tuesday
Monday
December
November
October
September
August
July
June
May
April
March
February
January
Acqua calda sanitaria:
1.
2.
3.
4.
Temperatura di prelievo da rete 12 °C
Temperatura d’accumulo 60 °C
Temperatura di utilizzo 48 °C
Consumo giornaliero 120 l/(g px)
Daily DHW demand profile
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
[h]
Soluzioni confrontate
Città considerate
1.
Caldaia tradizionale + chiller
•
ITALIA: Bolzano, Venezia, Roma,
Napoli, Palermo
2.
Caldaia a condensazione +
chiller
•
SPAGNA: Madrid, Barcellona
•
FRANCIA: Parigi
•
GERMANIA: Monaco di Baviera
•
TURCHIA: Izmir
3.
Unità polivalente + caldaia
ausiliaria
Livelli termici di funzionamento dell’impianto
ESTATE
INVERNO
Fan-coil 7 – 11 °C
Fan-coil 45 °C
Batteria raffreddamento e
deumidificazione UTA 7 °C
Batteria post-riscaldamento UTA 45 °C
Batteria Riscaldamento UTA 45 °C
Scambiatore di calore per ACS 60 °C
Modalità di funzionamento in applicazioni a 4 tubi
A.
Chiller
Potenza frigorifera = 160
[kW]
T acqua = 12/7 [°C]
T Aria = 35 [°C]
B.
Pompa di calore
Potenza termica = 178 [kW]
T acqua = 40/45 [°C]
T Aria = 7 [°C] B.S,
87% U.R.
C.
Recupero totale
Potenza frigorifera = 162 [kW]
T acqua = 12/7 [°C]
Potenza termica = 215 [kW]
T acqua = 40/45 [°C]
Aria Primaria (UTA)
Terminali Fan-coil a
2 tubi
Serbatoi
d’accumulo
ACS
62
Temperatura dell’aria durante l’inverno
[°C]
Camere
Ristorante
Atrio
Cucine
Occupata
21
22
21
22
Vuota
19
18
21
18
Temperatura dell’aria durante l’estate
[°C]
Camere
ristorante
atrio
cucine
Occupata
26
25
25
27
Vuota
28
28
25
27
Tassi di ricambio d’aria
* Valor medio tra le varie camere
** valore richiesto per il solo controllo del microclima interno
[m3/h]
Camere*
ristorante
atrio
Cucine**
Occupata
135
1460
1900
660
Vuota
60
365
380
220
BUILDING THERMAL DEMAND [MWh]
350
300
Potenziale risparmio energetico
250
con 2 velocità di ventilazione
200
(in funzione della presenza o assenza di ospiti)
150
100
50
0
THERMAL ENERGY REDUCTION
BOLZANO
VENICE
IZMIR
Heating,fixed ventilation
Heating, 2-speeds ventilation
Cooling, fixed ventilation
Cooling, 2-speeds ventilation
30%
20%
10%
0%
BOLZANO
VENICE
Heating
IZMIR
Cooling
Fabbisogno energetico netto [MWh]
Sbrinamento
2,5%
0,0%-2,5%
•
•
Temperatura dell’aria <7 [°C]
Penalizzazione termodinamica
0,0%
-2,5%-0,0%
-2,5%
-5,0%--2,5%
-5,0%
-7,5%--5,0%
-7,5%
-10,0%--7,5%
-12,5%--10,0%
•
Necessità di effettuare cicli di
sbrinamento dell’evaporatore
-10,0%
Analisi sperimentale in diverse situazioni
•
Correlazione di COP a temperatura e umidità
•
Filtrando la penalizzazione del compressore
dovuta alle condizioni di lavoro
=> penalizzazione dovuta allo sbrinamento
-17,5%--15,0%
-15,0%
-20,0%--17,5%
7 6
-17,5%
5 4
3 2
-20,0%
1 0
-1 -2
50
60
-3 -4
80 70
temperatura aria esterna [°C]
R.H. [%]
99
-5 90
•
-15,0%--12,5%
-12,5%
Modalità di produzione dell’ACS
65
•
L’unità polivalente produce sempre acqua a 45 [°C]
•
In inverno funziona in pompa di calore, con priorità
all’ACS
•
•
60
55
50
45
40
35
D’estate sfrutta il calore di recupero, solitamente
disperso
30
25
20
La caldaia integra la produzione fino a 60 [°C]
15
10
G
LU A
S
N
D
G
F
M
M
O
A
IU
EN EB
A
PR A
G GO ETT TT OV ICE
O
LI
E
ST
NA BR RZO IL GG GN
M
EM B
M
O
E
IO
O
BR
A
O
IO
BR RE BR
IO
E
E
E
Fabbisogno termico ACS [kWh/anno]
POMPA CALORE
24.044; 37%
RECUPERO TOTALE
CALDAIA AUSILIARIA
20.638; 31%
21.360; 32%
caldaia aux.
[°C]
•
Nei climi più caldi si può produrre acqua fino a 65 [°C]
•
La polivalente HT può rinunciare alla caldaia ausiliaria
•
Semplificazione dell’impianto e riduzione degli oneri
Recupero totale
heat pump
67
Fabbisogni di Energia Primaria per la climatizzazione + ACS
Costi d’esercizio a confronto
costi d'esercizio [€]
40000
30000
20000
10000
0
caldaia tradizionale + chiller
caldaia condensazione + chiller
Polivalente + caldaia aux.
Polivalente HT
Risparmio percentuale della polivalente + caldaia aux.
Vs.
alla caldaia tradizionale + chiller
Risparmio percentuale della polivalente + caldaia aux.
Vs.
caldaia condensazione + chiller
71
Tempo di ritorno vs. caldaia tradizionale [anni]
Tempi di ritorno dell’investimento
grazie alla riduzione dei costi
d’esercizio
Tempo di ritorno vs. caldaia condensazione [anni]
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
Bolzano Venezia
2,0
Izmir
Paris
Munchen Madrid Barcelona Roma
1,5
1,0
0,5
0,0
Bolzano Venezia
Izmir
Paris Munchen Madrid Barcelona Roma
Polivalente HT
Napoli Palermo
Polivalente HT
Napoli
Palermo
Potenziale risparmio energetico in Uffici
“Confronto tra diversi impianti per la climatizzazione di un edificio per uffici”
Stabile per uffici
• 10 piani
• 21600 m3 lordi
• 4500 m2 netti
• 300 postazioni
• Facciate vetrate ad est ed ovest
• Trasmittanza pareti
 opache: 0.3 W/(m2 K)
 vetrate: 2.3 W/(m2 K)
Carichi interni e set-point
• Temperature di
progetto
Ore
Lun-Ven
Sab
Dom
00-06
16°C/35°C
16°C/35°C
16°C/35°C
06-08
19°C/27°C
19°C/27°C
16°C/35°C
08-13
21°C/25°C
21°C/25°C
16°C/35°C
13-20
21°C/25°C
16°C/35°C
16°C/35°C
20-24
16°C/35°C
16°C/35°C
16°C/35°C
• Funzionamento UTA : 07-20
Mandata: 18°C
• Carico illuminazione:
Giornaliero: 7 W/m2
Notturno: 2 W/m2
• Presenze: dalle 8 alle 18
Zone climatiche
• Venezia
 Temp aria esterna minima = -5.8°C
 Temp. Aria esterna massima = 33.6°C
 Umidità media annua = 80%
 Radiazione media orizz. = 1270 kWh/m2
• Roma
 Temp aria esterna minima = -4.2°C
 Temp. Aria esterna massima = 31.2°C
 Umidità media annua = 77%
 Radiazione media orizz. = 1480 kWh/m2
Fabbisogni mensili e annuali
70
60
50
40
MWh caldo
30
MWh freddo
20
Raffrescamento: 11
kWh/m3
10
IC
D
V
O
N
T
TT
O
SE
LU
G
AG
O
IU
G
R
G
M
A
AP
FE
B
M
A
R
EN
0
G
Riscaldamento: 8
kWh/m3
70
60
50
40
MWh caldo
30
MWh freddo
Riscaldamento: 4.5
kWh/m3
20
10
IC
D
V
O
N
TT
O
T
SE
O
AG
G
LU
IU
G
FE
B
M
A
R
AP
R
M
A
G
G
EN
0
Raffrescamento:
12.6 kWh/m3
Soluzione 1
Soluzione 2
UTA
Soluzione1
14/19 [°C]
7/12 [°C]
40/45 [°C]
Soluzione 2
7/12 [°C]
14/17 [°C]
30/35 [°C]
Soluzione 3
Soluzione 3
14/17 [°C]
30/35 [°C]
7/12 [°C]
30/35 [°C]
L’acqua è prodotta alla temperatura cui è richiesta
Prestazioni ai carichi parziali
•
Sviluppo di software dedicato
per il calcolo delle prestazioni ai
carichi parziali
•
Considera le variazioni delle
condizioni dell’aria esterna
•
Tiene conto del fattore di carico
della macchina
84
Risparmio
•
Costo fisso energia elettrica: 0.16 €/kWh
•
Costo fisso gas: 0.07 €/kWh
Costi annui
Soluzione ST
1
AE
Soluzione ST
2
AE
Soluzione ST
3
AE
VENEZIA
€ 39'322
€ 33'514
€ 33'018
€ 27'437
€ 32'850
€ 25'550
ROMA
€ 37'260
€ 31'565
€ 31'683
€ 26'055
€ 31'283
€ 23'827
Risparmio annuale
€ 16'000
€ 14'000
•
€ 12'000
€ 10'000
Venezia
€ 8'000
Roma
€ 6'000
€ 4'000
€ 2'000
€0
Sol. 1 ST
Sol. 1 AE
Sol. 2 ST
Sol. 2 AE
Sol. 3 ST
Sol. 3 AE
Pay Back:
< 4 anni
Protocollo LEED
• Punti conseguibili credito energetico: 19
• Classificazione edificio:
 Base  40  49 punti
 Argento  50  59 punti
 Oro  60  79 punti
 Platino  80  110 punti
Confronto realizzato solo intervenendo sull’impianto e sulle macchine
Potenziale risparmio energetico nel retrofit di
impianti di raffrescamento per uffici
“Efficiency and flexibility. A new cooling system solution.”
Impianto tradizionale:
Acqua fredda
7°C
La produzione dell’acqua a 7°C non è sempre richiesta:
•
•
Per le travi attive l’acqua viene normalmente richiesta a 14°C;
Nelle UTA può essere utilizzato il free cooling (soprattutto in climi miti o
freddi).
Soluzione alternativa:
Portata variabile
Set point variabile
Kit idronico
richiesta
Zone climatiche:
Stoccolma
Lisbona
Roma
Bombay
Due tipi di chiller: • Efficienza standard
• Alta efficienza
Condizioni operative:
Potenza max.
200 kW
Temperatura al di sotto della quale lavorare in
free-cooling
16°C
Temperatura mandata aria alle travi
16°C
Portata d’aria
3.6 m3/s (13 000 m3/h)
Numero di travi
241
High
Efficiency
chiller
Standard
chiller
Average
EER
(annual)
Fixed set point
Variable set
point
EER improvement
Average
EER
(annual)
Fixed set point
Variable set
point
EER improvement
High Efficiency with variable temperature
VS. Standard chiller with fixed temperature
Stockholm
Rome
Lisbon
Bombay
4.6
3.2
3.9
3.3
5.3
3.4
4.2
3.4
14%
6%
7%
3%
5.3
3.5
4.2
4.0
6.3
3.9
4.7
4.2
17%
10%
11%
4%
28%
18%
18%
20%
Consumo di energia elettrica [Mwhe]
High
Efficiency
chiller
Standard
chiller
Absorbed Fixed set point
energy
Variable set
(annual),
point
[MWh]
Consumption reduction
Absorbed Fixed set point
energy
Variable set
(annual),
point
[MWh]
Consumption reduction
High Efficiency with variable temperature
VS. Standard chiller with fixed temperature
Stockholm
Rome
Lisbon
Bombay
82
111
92
292
75
107
88
29
9%
4%
5%
3%
70
93
80
247
60
88
73
24
13%
6%
8%
4%
36%
26%
26%
25%
Conclusioni
• La normativa di prodotto permette di confrontare tra loro prodotti di
diverse aziende
• Le normative di sistema permettono di effettuare un’analisi
standardizzata per un edificio (arrivando alla certificazione dell’edificio)
• Non c’è ancora omogeneità nella normativa (UNI TS 11300 parti 3 e 4
necessitano di armonizzazione)
• Le analisi dinamiche per edifici non residenziali permettono di arrivare a
risultati più vicini a quelli reali
• L’impianto deve essere progettato per lavorare efficientemente ai carichi
parziali
• Esistono potenziali molto interessanti sul retrofit degli impianti di
raffrescamento
VI RINGRAZIAMO PER L’ATTENZIONE

η - Swegon Air Academy

Transcript

Documenti analoghi

Esempio stampa - AQE Nazionale

Dalla vite all`energia pulita

pavimento contro terra - Acs

SPLIT PORTATILE modello CF

Rifacimento di un Impianto di climatizzazione di un

SCHEDA TECNICA

SCHEDA SPECIFICHE TECNICHE RIVESTIMENTO DEL TUBO

Interventi soggetti alla detrazione fiscale

Titolo Progetto UNI 5 Losanna Descrizione progetto