Foto: Geothermal Heat Pump Consortium (NREL PIX)
Corso analisi di progetti con energie puliteCorso analisi di progetti con energie pulite
Analisi di progetti con pompe Analisi di progetti con pompe
di calore geotermichedi calore geotermiche
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Philadelphia Enterprise Centre, USA – 28 pompe di calore per riscaldamento e raffreddamento
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ObiettiviObiettivi
• Rivedere le basi per i sistemi Rivedere le basi per i sistemi con pompe di calore geotermiche con pompe di calore geotermiche (PDCG)(PDCG)
• Illustrare gli aspetti chiave per Illustrare gli aspetti chiave per l’analisi di progetti con pompe l’analisi di progetti con pompe di calore geotermiche di calore geotermiche
• Presentare il modello RETScreenPresentare il modello RETScreen®® per per l’analisi di progetti con pompe di calore l’analisi di progetti con pompe di calore geotermichegeotermiche
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• RiscaldamentoRiscaldamento
• RaffreddamentoRaffreddamento
• Acqua caldaAcqua calda
• Fondamenta Fondamenta in permafrostin permafrost
…ma anche…
Efficienza Minore manutenzione Minore spazio necessario Bassi costi di funzionamento
Cosa forniscono i sistemi con Cosa forniscono i sistemi con pompa pompa di calore geotermica?di calore geotermica?
Stabile rendimento Comfort & qualità dell’aria Carichi elettrici di picco
ridotti per il condizionamento
Foto: Solar Design Associates (NREL PIX)
Casa Impact 2000, Massachusetts, USA
Pompa di calore residenziale
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1.1. Connessione a terra Connessione a terra Collegamento con il terreno Falda idrica Acqua superficiale
2.2. Pompa di calorePompa di calore
3.3. Impianto interno di Impianto interno di distribuzione calore e distribuzione calore e freddofreddo Tubazioni tradizionali
Componenti per un sistema Componenti per un sistema con p.d.c. geotermicacon p.d.c. geotermica
11
22
33
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Pompa di calore raffreddata ad Pompa di calore raffreddata ad acquaacqua
• Pompa di calor Pompa di calor Acqua-ariaAcqua-aria
• ReversibileReversibile
• Da 3,5 a 35 kW di Da 3,5 a 35 kW di potenza potenza frigoriferafrigorifera
• Unità multiple per Unità multiple per grandi edificigrandi edifici
• Il calore in esubero dopo la compressione può Il calore in esubero dopo la compressione può essere utilizzato per fornire acqua calda attraverso essere utilizzato per fornire acqua calda attraverso il desurriscaldatoreil desurriscaldatore
EvaporatoreCondensatore
Compressore
Valvola d’espansione
Liquido a bassa pressionee bassa temperatura
Liquido ad altapressione
ed alta temperatura
Vapore ad altapressione ed
alta temperatura
Vapore a bassa pressionee bassa temperatura
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Tipi di connessione a terraTipi di connessione a terra
Verticale Verticale Terreno roccioso Più costoso Minore terra usata Alta efficienza
Orizzontale Orizzontale Più terra utilizzata Meno costoso Piccoli edifici Temp. variabili
Acqua di faldaAcqua di falda Acquifero+Iniezione Il sistema meno
costoso Regolazione Sporcamento
• Anche con acqua superficiale e scambiatori a colonnaAnche con acqua superficiale e scambiatori a colonna
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Risorse p.d.c. geotermiche: Risorse p.d.c. geotermiche: Temperature del terrenoTemperature del terreno
• Il terreno assorbe circa Il terreno assorbe circa la metà dell’energia la metà dell’energia incidente del soleincidente del sole
• Il terreno riduce le Il terreno riduce le variazioni di variazioni di temperaturatemperatura P.d.c. più efficienti
• La variazione di La variazione di temperatura diminuisce temperatura diminuisce con la profonditàcon la profondità Trascurabile sotto 15 m
• Le temperature locali del terreno dipendono dal clima, Le temperature locali del terreno dipendono dal clima, dalle coperture del terreno e nevose, inclinazione, dalle coperture del terreno e nevose, inclinazione, propietà del suolo ecc.propietà del suolo ecc.
Grafico: Canadian Building Digest
INVERNO ESTATE AUTUNNOTE
MPER
ATU
RA
°F
TEM
PER
ATU
RA
°
C
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Esempi di costi di sistemi con Esempi di costi di sistemi con p.d.c. geotermichep.d.c. geotermiche
• Possibili incentivi per minori carichi Possibili incentivi per minori carichi elettrici per climatizzazioneelettrici per climatizzazione
Costi Riscald. Raffred. Totale EnergiaIniziali Anno Anno Anno Anno
Gas/AC $16.000 $600 $900 $1.500 27 MWhPDCG $20.500 $450 $600 $1.050 11 MWh
Connecticut, USA, casa da 275 m2
Costi Riscald. EnergiaIniziali Anno Anno
Elettric. $8.000 $800 20 MWhPDCG $13.000 $350 6,5 MWh
Finlandia, casa da 150 m2
Foto: Suomen Lämpöpumpputekniikka Oy
Foto GeoExchange Consortium
• Aumento dei costi energeticiAumento dei costi energetici• Maggiore rispetto ambientaleMaggiore rispetto ambientale• Bonus climatizzazione estivaBonus climatizzazione estiva
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Considerazioni sui progetti con Considerazioni sui progetti con pompe di calore geotermichepompe di calore geotermiche
• Più economiche quando: Più economiche quando: E’ richiesto sia il riscaldamento che il
raffrescamento Sussistono forti variazioni stagionali di
temperatura Sono installazioni in nuove costruzioni o retrofit
impianti di climatizzazione Per il riscaldamento: bassi costi di energia
elettrica con alti costi di gasolio e/o gas naturale Per il raffrescamento: alti costi di energia
elettrica ed alte tariffe elettriche nelle ore di punta
• Disponibilità di tecnologie di trivellazione e Disponibilità di tecnologie di trivellazione e di scavodi scavo
• Variabilità del costo del sistema di Variabilità del costo del sistema di scambio termico con il terrenoscambio termico con il terreno
• Fattibilità economica da valutare anche in Fattibilità economica da valutare anche in base all’applicazione dell’utente finalebase all’applicazione dell’utente finale
Foto: Craig Miller Productions and DOE (NREL PIX)
Installazione di p.d.c. geotermica
Scambio termico con il terreno, Edificio commerciale
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Esempi: Australia, Germania e SvizzeraEsempi: Australia, Germania e Svizzera
Installazioni in edifici Installazioni in edifici residenzialiresidenziali
• Case con grandi Case con grandi volumetrievolumetrie
Costo iniziale più elevato
Ammortamento più lungo dei sistemi tradizionali
Benefici ambientali e di comfort
• Gli incentivi delle Gli incentivi delle società elettriche di società elettriche di distribuzione distribuzione possono costituire possono costituire un fattore un fattore importanteimportante
Foto Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V.
Foto GeoExchange Consortium Foto: Eberhard & Partner AG
20 kW p.d.c. geotermica, Germania Trivella per pozzi, Svizzera
320 appartamenti, Australia del sud
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Esempi: GB e Stati UnitiEsempi: GB e Stati Uniti
Impianti in siti commercialiImpianti in siti commerciali
• Tempi corti di Tempi corti di ammortamento (< 5 anni)ammortamento (< 5 anni)
• Possibili problemi per Possibili problemi per disponibilità di terrenodisponibilità di terreno
• Minor utilizzo di spazi interniMinor utilizzo di spazi interni
• Controlli semplici e Controlli semplici e distribuitidistribuiti
• Ridotto rischio di atti Ridotto rischio di atti vandalicivandalici
• Consumi ridotti durante la Consumi ridotti durante la tariffa elettrica di piccotariffa elettrica di picco
• Riscaldamento di Riscaldamento di integrazione non necessariointegrazione non necessario
Foto: Groenholland B.V.
Foto: Marion Pinckley (NREL PIX) Foto: International Ground Source HeatPump Association
Complesso, Kentucky, USA Stazione di servizio, Kansas, USA
Edificio commerciale, Croydon, GB
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Esempi: Canada e Stati UnitiEsempi: Canada e Stati Uniti
Impianti in edifici pubbliciImpianti in edifici pubblici
• Tempi di ammortamento più Tempi di ammortamento più lunghi accettatilunghi accettati
• Più aperti a sistemi innovativiPiù aperti a sistemi innovativi
• Carichi termici e frigoriferi Carichi termici e frigoriferi simultaneisimultanei Foto: Robert R. Jones/Oklahoma State
University (NREL PIX)
Scavo per scambio term. orizzontale
Scuola, Quebec, Canada
Foto: Natural Resources Canada
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Modello RETScreenModello RETScreen® ® per progetti per progetti con pompe di calore geotermichecon pompe di calore geotermiche
• Analisi globale di produzione energetica, costi di Analisi globale di produzione energetica, costi di esercizio e riduzione emissioni gas serraesercizio e riduzione emissioni gas serra
Circuito scambiatore orizzontale e
veriticale Circuito aperto con acqua di falda Applicazioni residenziali, commerciali,
istituzionali ed industrialii
• Attualmente non compreso:Attualmente non compreso: P.D.C.G. per acqua superficiale Sbilanci termici a lungo termine
nel terreno Riscald. e raffred. simultaneo
(solo gruppi di carico) Riscaldamento acqua
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Vedi manuale elettronico
Analisi di progetti con energie pulite:RETScreen® Ingegneria e Casi Studio
Analisi di progetti con pompe di calore
geotermiche
RETScreenRETScreen®® Calcolo energetico PDCGCalcolo energetico PDCG
Input Utente: PDCGInput Utente:
edificio Inbut Utente: dati climatici
Relazione carico-
temperat.,analisi carichi e
bilanci energetici
Crea celle di temperatura e calcola la
temperatura del terreno
Calcola dimensione
scambiatore a terreno o portata
acqua di falda
Stima della potenza p.d.c. da installare
Calcola caricoEdificio per
Ciascuna cella
Valuta efficienza p.d.c. e la potenza per Ciascuna cella
Calcola le integrazionitermiche e frigorifere
necessarie ed ilconsumo di energia annuo della p.d.c.
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Esempio di convalida del Esempio di convalida del modello RETScreenmodello RETScreen®®
• Comparazione dell’uso Comparazione dell’uso energetico delle celle software energetico delle celle software con i dati monitorati con i dati monitorati
• Lunghezza per scambio Lunghezza per scambio termico al terreno comparata termico al terreno comparata con i risultati di 6 programmi con i risultati di 6 programmi di dimensionamento e di dimensionamento e simulazione dettagliatasimulazione dettagliata
-5%14124%16017%3440%14129%16029%344Comparato reale
-12%
-18%
-2%
5%
-19%
-12%
-6%
-14%
2%
9%
-11%
-4%
* Valori di progetto ad 1 anno utilizzati per la comparazione RETScreen
132127236132127236Comp. RETScreen Uso energia
121135257121135257Comp.RETScreen Descrittivo
148129293141124266Media per altriprogrammi
CommercialeNebraska
Residenziale 2Wisconsin
Residenziale 1Louisiana
CommercialeNebraska
Residenziale 2Wisconsin
Residenziale 1Louisiana
Progetto a 10 anni*Progetto ad 1 anno
Programma
Uso energia termica
kWh
RETScreen 37.202
Monitorata 36.686
RETScreen 36.138
Monitorata 35.490
RETScreen 37.158
Monitorata 36.922
RETScreen 33.243
Monitorata 32.926
RETScreen 37.888
Monitorata 39.016
1,8
0,6
1,0
-3,0
Montreal
Charlottetown
Winnipeg
Vancouver
Differenza %
Toronto 1,4
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ConclusioniConclusioni
• Le PDCG forniscono riscaldamento, raffreddamento ed acqua caldaLe PDCG forniscono riscaldamento, raffreddamento ed acqua calda
• Il terreno attenua le variazioni di temperatura e permette di Il terreno attenua le variazioni di temperatura e permette di ottenre rendimenti più elevati per le PDCGottenre rendimenti più elevati per le PDCG
• Il costo delle PDCG è più elevato ma i costi gestionali sono inferioriIl costo delle PDCG è più elevato ma i costi gestionali sono inferiori Le zone che necessitano sia di caldo che di freddo sono le più promettenti
• RETScreenRETScreen®® stima: stima: La distribuzione e la variazione della temperatura esterna
I carichi degli edifici in funzione della temperatura esterna
Il risparmio energetico annuale sia per il riscaldamento sia per il raffreddamento
• RETScreenRETScreen®® è uno strumento di calcolo su base annule che fornisce è uno strumento di calcolo su base annule che fornisce risultati accurati comparabili a quelli dei simulatori su base orariarisultati accurati comparabili a quelli dei simulatori su base oraria
• RETScreenRETScreen®® aiuta a ridurre i costi per la preparazione di studi di aiuta a ridurre i costi per la preparazione di studi di prefattibilitàprefattibilità
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Domande?Domande?
Modulo per l’analisi di progetti con pompe di calore geotermicheCorso internazionale RETScreen® per l’Analisi di Progetti con Energie
Pulite
www.retscreen.netwww.retscreen.netPer maggiori informazioni visitate il sito RETScreen:
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