DESCRIZIONE IMPIANTO DI TRIGENERAZIONE

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DESCRIZIONE IMPIANTO DI TRIGENERAZIONE
DESCRIZIONE IMPIANTO DI TRIGENERAZIONE
Il termine cogenerazione si riferisce alla produzione combinata di calore ed energia elettrica (CHP è
l’acronimo di Combined Heat and Power) ottenuta impiegando energia primaria. L’energia primaria può
essere quella potenziale del gas o del gasolio utilizzata in un motore a combustione interna, che aziona un
generatore elettrico. Una gran parte del calore generato dal motore viene recuperata ed impiegata per altri
scopi.
Gli attuali costi dell’energia primaria, quelli dell’energia elettrica e l’efficienza globale ottenibile con il
recupero del calore da un gruppo elettrogeno hanno cambiato completamente l’intero concetto
impiantistico adottato negli anni addietro, portando alla scelta di soluzioni miranti alla drastica riduzione
dei costi.
Il rendimento ricavabile su motori, che convertono l’energia meccanica in energia elettrica, è dell’ordine del
32%; ciò in altri termini significa che l’acqua di raffreddamento del motore e i gas prodotti disperdono quasi
il 70% dell’energia potenziale contenuta nel combustibile di alimentazione impiegato. Peraltro,
normalmente la possibilità di recupero del calore generato dal motore può risultare dell’ordine del 90%.
L’efficienza del sistema di cogenerazione può essere così espressa:
dove:
Te = efficienza totale
Ep = energia elettrica
Pe = energia primaria
er = efficienza del recupero
Figura 1: Rendimento di un generatore operante senza alcun recupero termico
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Figura 2: Rendimento di un impianto CHP
Come si evince dal seguente grafico deve comunque esistere un uso continuo del calore disponibile durante
tutto il periodo di produzione dell’energia elettrica.
Figura 3: Variazione del rendimento di un impianto CHP in funzione della percentuale del calore utilizzato
Se dovesse verificarsi un utilizzo solo parziale, il rendimento complessivo risulterebbe penalizzato. Affinché
quindi il sistema di cogenerazione risulti valido, scontata la produzione di energia elettrica, deve verificarsi
una contemporanea possibilità di utilizzo del calore disponibile; può altrimenti essere detto che, assodato
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un conveniente impiego del calore, deve essere opportunamente utilizzata l’energia elettrica prodotta. La
concomitanza degli impieghi rappresenta quindi il fattore critico del sistema.
La possibilità di riversare in rete l’eccedenza elettrica disponibile, ovverosia non utilizzabile direttamente,
risolve immediatamente il problema della contemporaneità dell’utilizzo. In altri termini, in questo caso
l’impianto di cogenerazione risulta sempre completamente e continuamente impegnato a pieno carico. Nel
settore terziario (uffici, centri commerciali, alberghi, ospedali, eccetera) mentre i mesi invernali offrono
buone opportunità di impiego del calore per il riscaldamento ambientale e per l’acqua calda sanitaria, non
altrettanto può dirsi per quelli estivi. Il calore disponibile andrebbe per la massima parte irrimediabilmente
perso (a discapito dell’efficienza complessiva del sistema), se non fosse possibile un suo proficuo impiego in
un gruppo frigorifero ad assorbimento. In questo caso, più che di cogenerazione si può parlare di
trigenerazione (CCHP è l’acronimo di Combined Cool Heat and Power).
Le macchine ad assorbimento disponibili sul mercato utilizzano soluzioni di bromuro di litio-acqua ed
acqua-ammoniaca. Sono caratterizzate da un COP (Coefficient Of Performance) attorno allo 0,7 e
funzionano seguendo un ciclo ad assorbimento a singolo effetto.
La temperatura dell’acqua calda richiesta dal ciclo ad assorbimento è compresa fra i 70 °C e 95 °C. L’acqua
refrigerata, prodotta a 7 °C, è idonea all’impiego in processi di raffreddamento tecnologico e di
condizionamento dell’aria. Lo smaltimento del calore nel processo ad assorbimento è ottenuto con la
circolazione di acqua nello scambiatore dell’assorbitore/condensatore.
Considerato tale COP, con l’assunzione che, ad esempio, tutto il calore recuperato dal motore sia impiegato
nell’assorbitore, la figura 4 evidenzia il rendimento complessivo del sistema, che risulta nell’ordine del 70%.
L’utilizzo del calore per il raffrescamento oltre che per il riscaldamento ambientale e la produzione di acqua
calda sanitaria migliora quindi sostanzialmente l’economicità del sistema.
Figura 4: Rendimento di un impianto CCHP
Poiché il calore disponibile può essere così definito:
dove:
Hr = calore di recupero utilizzabile
Pe = energia primaria
Ep = energia elettrica
er = efficienza del recupero
segue che l’efficienza totale del sistema potrà essere rappresentata dalla seguente espressione:
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dove:
Te = efficienza totale
qH = frazione di calore assorbita dal riscaldamento (valore percentuale)
qc = frazione di calore assorbita dal raffrescamento (valore percentuale)
Ae = COP del processo ad assorbimento
DESCRIZIONE IMPIANTO DI CONDIZIONAMENTO CON POMPA DI CALORE
GEOTERMICA
Le pompe di calore sono macchine che lavorano tra due sorgenti a differente temperatura (l’ambiente da
climatizzare e l’ambiente esterno) e, mediante l’utilizzo di un compressore e di una valvola a tre vie che
permette l’inversione di ciclo, possono essere utilizzate sia per il condizionamento sia invernale che estivo.
Il COP massimo teorico di una pompa di calore è:
Dove T2 e T1 sono le temperature tra cui lavora la macchina.
Dalla formula è evidente come il COP della macchina aumenti al diminuire della differenza di temperatura
tra i due pozzi termici.
Le pompe di calore geotermiche utilizzano il terreno come mezzo di dispersione di calore per i cicli
frigoriferi e come sorgente di calore per i cicli di riscaldamento attraverso l’immissione nel terreno di una
sonda geotermica realizzata in materiale plastico e inserita in un pozzo con un diametro di pochi centimetri.
Tali pompe di calore sono caratterizzate da un rendimento più elevato rispetto a quelle tradizionali (che
utilizzano l’aria esterna come pozzo termico) in quanto la temperatura del sottosuolo tende a rimanere
pressoché costante e quindi la differenza di temperatura T2-T1 assume valori inferiori rispetto ad una
pompa di calore tradizionale.
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