OCHSNER - Pompe di calore - laltraenergia.biz · La pompa di calore funziona come unico generatore fino al punto di bivalenza. Oltre il punto di bivalenza la pompa di calore riscalda

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8 Maggio 2014 Pagina 1 di 78

POMPE DI CALORE

Criteri di scelta,

accessori e regolazione,

esempi di applicazione

Relatore: Ing. Raffaele Vavalà

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Principi generali – il diagramma P-h

Linea del liquido saturo Linea del vapore

saturo

Entropia

Temperature

Pressioni

Volume specifico

Entalpia specifica

Titolo liquido/vapore

Zona del liquido

Zona del vapore surriscaldato

Zona liquido e vapore

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Diagramma P - h

pressione P

Entalpia specifica h

1 4

2 3

1 - 2: compressione

2 - 3: condensazione

3 - 4: espansione

4 - 1: evaporazione

X = 0

X = 1

Vapore surriscaldato

Liquido + vapore

liquido

sottoraffreddamento 4 – 5 K

Surriscaldamento 7- 8 K

sottoraffreddamento: garanzia di condensazione completa del refrigerante

surriscaldamento: garantisce che non entri liquido nel compressore

Principi generali – Il ciclo frigorifero sul diagramma P - h

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Principi generali – Il ciclo frigorifero sul diagramma P - h

pressione P


X = 0

X = 1


Liquido + vapore

Liquido „freddo“

Liquido + Gas = T costante Gas „in aspirazione“

Gas, aumento di P e T

Gas „allo scarico“

Surriscaldamento

Desurriscaldamento Gas + Liquido = T costante

Sottoraffreddamento

Liquido „caldo“

Liquido, diminuzione

di P e T

CONDENSATORE

EVAPORATORE

COMPRESSORE

Valvola di

ESPANSIONE

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Diagramma P - h

pressione P


1 4

2 3

1 - 2: compressione


3 - 4: espansione

4 - 1: evaporazione

X = 0

X = 1


Liquido + vapore

liquido

sottoraffreddamento 4 – 5 K

Surriscaldamento 7- 8 K

sottoraffreddamento: garanzia di condensazione completa del refrigerante

surriscaldamento: garantisce che non entri liquido nel compressore

Principi generali – I componenti delle macchine

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Diagramma P - h

pressione P


1 4

2 3

1 - 2: compressione


3 - 4: espansione

4 - 1: evaporazione

X = 0

X = 1

Liquido + vapore

liquido

Principi generali – Il rendimento COP

COP =

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Fattori da considerare nella scelta della tecnologia del compressore

-Rapporto di compressione (dipende anche dal fluido refrigerante)

-Variazione del rendimento globale in funzione dei parametri di esercizio

-Lubrificazione

-Temperature massime di esercizio (T max gas di scarico)

-Ore di vita

-Influenza delle condizioni di esercizio sulle ore di vita

-Influenza del numero di cicli di avviamento sulle ore di vita

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Caratteristiche del compressore On-Off

- Velocità di rotazione fissa -> La potenza resa dipende dalle condizioni di esercizio

- Rendimento ottimizzato per uno specifico regime di funzionamento

- Regolazione del ciclo frigorifero basata sul controllo del surriscaldamento -> temperatura di mandata dipendente dalla temperatura di ritorno

- Componenti del circuito frigorifero ottimizzati per uno specifico regime di funzionamento (diametri tubi e velocità del gas, lubrificazione)

- Evaporatore e condensatore ottimizzati in un intervallo ristretto di prestazioni

- Alimentazione elettrica diretta senza necessità di conversione

- Necessità di utilizzare un accumulo inerziale per minimizzare i cicli di avviamento (riduce i consumi di sbrinamento per le PdC Aria/Acqua)

- Minor numero di ore di esercizio -> vita tecnica lunga

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Caratteristiche del compressore a Inverter

- Velocità di rotazione variabile -> Potenza resa modulabile

- Rendimento variabile in un intervallo di regimi di funzionamento (migliore in una parte dell’intervallo di funzionamento)

- Regolazione del ciclo frigorifero basata sulla temperatura di mandata richiesta e sul controllo del surriscaldamento

- Componenti del circuito frigorifero scelti per il regime di funzionamento più critico (diametri tubi e velocità del gas, lubrificazione)

- Evaporatore e condensatore ottimizzati per il regime di potenza più utilizzato

- Alimentazione elettrica necessita di convertitore di frequenza (inverter) -> fino al 5% di perdite di energia aggiuntive

- Possibilità di non utilizzare un accumulo inerziale (a certe condizioni)

- Maggior numero di ore di esercizio -> vita tecnica minore della tecnologia On-Off

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Caratteristiche degli evaporatori delle pompe di calore Aria/Acqua

Compito dell’evaporatore è trasferire calore dall’aria al fluido refrigerante.

Gli evaporatori sono normalmente scambiatori alettati, in cui il refrigerante circola dentro tubi in rame su cui sono montate alette in alluminio (solitamente fissate per mandrinatura).

Il fluido refrigerante attraversa la prima parte di evaporatore in forma liquida, successivamente passa ad un flusso in cambio di fase (ebollizione), e nell’ultima parte di evaporatore si trova in forma gassosa. I coefficienti di scambio termico con il tubo sono molto variabili, influenzati anche dal comportamento del lubrificante mescolato al fluido refrigerante.

Dal lato aria, la capacità di scambio termico dipende dalla forma delle alette (distanza, superficie) e dalla velocità dell’aria.

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Caratteristiche degli evaporatori delle pompe di calore Aria/Acqua

In certe condizioni di esercizio (U.R., T aria) la capacità di scambio termico dal lato aria viene influenzata dalla formazione di condensa e brina sulle alette .

La capacità di sciogliere brina e ghiaccio, e di eliminare l’acqua di condensa e di scioglimento in modo efficace, può influenzare molto il rendimento stagionale delle pompe di calore Aria/Acqua.

La gamma di pompe di calore Aria/Acqua OCHSNER con compressori On-Off utilizza un evaporatore con scambiatore orizzontale e flusso d’aria verticale, superfici di scambio grandi (basso carico termico), distanza fra le alette maggiorata, ventilatore reversibile per eliminare l’acqua di condensa e di sbrinamento.

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Evaporatore verticale con flusso d’aria orizzontale

Il trattamento idrofilo fa aderire le gocce d’acqua alle alette, ma scorrendo verso il basso le gocce possono unirsi e creare problemi di drenaggio -> rischio di formazione di accumuli di ghiaccio

Distanza standard 2-2,5 mm

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Evaporatore verticale con flusso d’aria orizzontale

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Evaporatore orizzontale con flusso d’aria verticale

Il trattamento idrofilo fa aderire le gocce d’acqua alle alette, ma scorrendo verso il basso le gocce possono unirsi e creare problemi di drenaggio. Aumentare la distanza fra le alette e “soffiare” via l’acqua elimina il fenomeno e il rischio di formazione di accumuli di ghiaccio

Distanza 3,5 mm

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Evaporatore orizzontale con flusso d’aria verticale

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Costo energetico dello sbrinamento con accumulo inerziale

In riscaldamento viene caricata energia termica nell’accumulo inerziale, con COP di circa 3,5. Una certa quantità di questa energia è quella dovuta alla formazione di brina.

Nello sbrinamento ottimale viene ripresa la stessa quantità di energia termica dall’accumulo inerziale, con COP > 12.

Uno sbrinamento non iniziato al momento giusto comporta un maggior costo energetico. Ochsner utilizza più parametri per gestire lo sbrinamento.

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Modi di esercizio

DIMENSIONAMENTO E MODI DI ESERCIZIO

Esercizio monovalente, bivalente, misto

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Modi di esercizio

MONOVALENTE

La pompa di calore è l’unico generatore di calore, e soddisfa il 100% del carico termico per tutta la stagione. Questo modo di esercizio è utilizzato con pompe di calore geotermiche o ad acqua di falda.

T esterna

Potenza

20°C -10°C

100%

PdC

Potenza PdC = potenza di progetto

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Modi di esercizio

BIVALENTE PARALLELO

La pompa di calore funziona come unico generatore fino al punto di bivalenza. Oltre il punto di bivalenza la pompa di calore riscalda insieme ad una caldaia o ad una resistenza elettrica. Utilizzato principalmente per macchine aria/acqua.

T esterna

Potenza

20°C -10°C

100%

PdC

A

usi

l.

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Potenza PdC < potenza di progetto

Potenza Ausil. < potenza di progetto

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Modi di esercizio

BIVALENTE PARALLELO/ALTERNATIVO

La pompa di calore funziona come unico generatore fino al punto di bivalenza. Oltre il punto di bivalenza la pompa di calore riscalda insieme ad un generatore di calore ausiliario. Oltre il punto di spegnimento della pompa di calore, il generatore ausiliario funziona da solo. Il generatore ausiliario deve avere una potenza pari al 100% del fabbisogno di progetto.

T esterna

Potenza

20°C -10°C

100%

PdC

BV

Potenza PdC < potenza di progetto

Potenza Ausil. = potenza di progetto

Au

sil.

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Modi di esercizio

PRODUZIONE ACQUA CALDA

Si consiglia un accumulo di volume minimo 300 litri per 4-5 persone.

Volumi maggiori in presenza di vasche idromassaggio ed usi intensivi.

Sconsigliati impianti di ricircolo, se indispensabili ridurne l’utilizzo al minimo indispensabile (timer).

Verificare i tempi di ripristino della temperatura dell’accumulo in funzione del tipo di applicazione e dei tempi di reazione dell’insieme impianto-edificio.

Consigliato sistema misto, cosiddetto «semirapido» per i casi in cui la portata di punta è elevata (ad es. per i condomini; vantaggi: potenza installata minore, volume accumulo acqua calda sanitaria minore).

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Requisiti delle fonti di calore

Per ogni fonte di calore le variabili da considerare sono fondamentalmente tutte quelle necessarie a garantire la disponibilità di energia termica in quantità e qualità (temperatura) adeguate a rispondere alle caratteristiche del progetto:

- Temperatura e variabilità stagionale

- Portate termiche minime sufficienti:

- Portata minimadi acqua

- Portata d’aria

- Conducibilità del terreno

- Temperature minime e massime

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Quantità, qualità, disponibilità inadeguate di energia termica dalla fonte di calore comportano:

- Malfunzionamenti e potenziali danni alle pompe di calore (necessità di dispositivi di sicurezza)

- Rendimenti e prestazioni non corrispondenti al progetto (requisiti prestazionali non soddisfatti, consumi eccessivi, riflessi negativi sulle valutazioni economiche delle attività e di altri impianti)

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POMPE DI CALORE ARIA/ACQUA

Sono da considerare:

- Posizionamento dell’unità esterna, tenendo conto di:

- Spazi adeguati per la circolazione dell’aria

- Accesso e spazio adeguati per l’installazione e la manutenzione

- Supporti strutturali adeguati al peso

- Criticità legate alle emissioni sonore e alle vibrazioni

- Necessità di smaltimento di acqua di condensa e sbrinamento

- Distanze e dislivelli rispetto all’unità interna

- Passaggi per le linee elettriche e le linee frigorifere

- Disponibilità di una fonte di calore per l’integrazione alle basse temperature

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POMPE DI CALORE ACQUA/ACQUA


- Disponibilità dell’acqua in quantità adeguata (portata minima garantita, richiesti circa 175 litri/ora di portata per ogni kW di potenza nominale della pompa di calore)

- Qualità dell’acqua adeguata (neutra, corrosiva, incrostante, richiesta analisi di vari parametri)

- Temperatura della fonte (minima 8°C)

- Profondità della falda (se > di 30 m convenienza dell’uso da verificare)

- Possibilità di realizzare il pozzo (spazi per la trivellazione, distanza dalla CT)

- Permessi e burocrazia (tempi da 1 a 2 anni, competenza delle Province e leggi regionali)

- Scarico in falda o in superficie

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POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici orizzontali


- Tipo di terreno (composizione, umidità, conducibilità termica, presenza di acqua fissa o variabile nel corso dell’anno)

- Superficie disponibile (da calcolare in funzione della densità superficiale di potenza, della potenza lineare per m di sonda, del fabbisogno energetico totale). Da considerare circa 30 m2 per ogni kW di potenza nominale della pompa di calore.

- Vincolo di utilizzo della superficie (non asfaltabile, non utilizzabile per piante con radici profonde, non utilizzabile per strutture che facciano ombra e impediscano l’assorbimento delle precipitazioni)

- Spazio disponibile per gli scavi e il movimento del terreno (stoccaggio temporaneo)

- Accessi per i mezzi di movimento terra

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Suolo Estrazione specifica

massima

a 1800 h/a

Estrazione specifica

massima

a 2400 h/a

Secco, non

compatto, sabbioso

10 W/m2 e 5 W/m di

tubazione

8 W/m2 e

4 W/m di tubazione

Compatto, umido 20–30 W/m2 e 15 W/m

di tubazione

16-24 W/m2 e

12 W/m di tubazione

Sabbioso/ghiaioso

saturo di acqua

40 W/m2 e 20 W/m di

tubazione

32 W/m2 e

16 W/m di tubazione

POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici orizzontali

min. 60 cm

15 cm

50 cm

Nastro di segnalazione

Sabbia o terreno vagliato

20

– 3

0 m

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POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici verticali


- Studio geologico per il dimensionamento delle sonde (per condizioni medie considerare circa 15 m di sonda finita per ogni kW di potenza nominale della pompa di calore)

- Superficie disponibile per l’esecuzione dei lavori

- Disposizione delle sonde a distanze adeguate tra loro e da eventuali vincoli (confini dei terreni, fondamenta di edifici, fognature, linee di collegamento e pozzetti di raccolta, etc.)

- Opportunità di eseguire il Response Test

- Accessibilità e spazi per i mezzi di trivellazione e manovra

- Permessi e burocrazia (variabili a livello regionale e provinciale)

- Tempistica di esecuzione anche in relazione ad altri lavori in cantiere

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POMPE DI CALORE GEOTERMICHE – Campi geotermici verticali

a 1800 h/a a 2400 h/a

Standard comuni:

Terreno non buono (sedimenti asciutti) (λ<1,5 W/mK) 25 W/m 20 W/m

Solido roccioso medio con sedimenti saturi d'acqua (λ=1,5 -

3,0 W/mK) 60 W/m 50 W/m

Roccia solida con alta conducibilità (λ > 3,0 W/mK) 84 W/m 70 W/m

Strati singoli:

Ghiaia, sabbia asciutti <25 W/m <20 W/m

Ghiaia, sabbia, saturi d'acqua, acquiferi 65-80 W/m 55-65 W/m

In ghiaia e sabbia con alto flusso di acqua in movimento, per

singola sonda 80-100 W/m 80-100 W/m

Argilla, melma, umido 35-50 W/m 30-40 W/m

Calcare massiccio 55-70 W/m 45-60 W/m

Arenaria 65-80W/m 55-65 W/m

Migmatiti acide (ad es. granito) 65-85 W/m 55-70 W/m

Migmatiti alcaline (ad es. basalto) 40-65 W/m 35-55 W/m

Gneiss

Questi valori possono variare significativamente a causa di fenditure, fessurazioni e alterazioni.

TerrenoEstrazione specifica per m lineare

Sezione

max. 100m min.

5 - 6m

OC

HS

NER

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Accumuli inerziali

L’accumulo inerziale ha diverse funzioni:

• Funziona come un separatore idraulico tra la pompa di calore e le utenze impianto

• Garantisce i tempi minimi di funzionamento e spegnimento prescritti per il funzionamento ottimale del compressore

• Permette di integrare facilmente più fonti di energia termica nell’impianto

• Volume consigliato: 30 l per ogni kW di potenza nominale

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Regolazione OTE 3

Configurazione standard (1) (2) (3) (4) (5) (6)

3

Circuito ACS

4

Resist. Ausiliaria ACS

2

Resist. Ausiliaria

5

Circuito diretto

6

Circuito miscelato

1

Pompa di calore

1

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Regolazione OTE 3

8 generatori di calore in cascata

(pompe di calore o altri generatori)

16 circuiti di carico RISCALDAMENTO e RAFFRESCAMENTO

8 circuiti di carico ACQUA CALDA SANITARIA

Comunicazione via eBUS

+ = OTE plus ©

Il Sistema è composto da un controller ed una unità di interfaccia

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Regolazione OTE 3

TM/TAI[°C]

ØTE/TE [°C]

03-43

07-08

20°C

RISCALDAMENTO RAFFRESC.

03-56

03-12

03-13

07-02*

03-21*

03-01

03-47

03-48

03-45*

03-44*

03-54

03-36*

03-51

03-53

03-00

Limitazione punto di rugiada

Curva Riscaldamento – Curva Raffrescamento TM: Temperatura Mandata TA: Temperatura Ambiente

Impostazioni temperatura ambiente:

03-00: Temperatura ambiente antigelo

03-51: Temperatura ambiente giorno – modo risc.

03-53: Temperatura ambiente notte – modo risc.

03-54: Temperatura ambiente giorno – modo raffr.

03-56: Temperatura ambiente notte – modo raffr.

03-44: Punto iniziale compensazione estiva

03-45: Pendenza compensazione estiva

Parametri curva climatica riscaldamento:

03-01: Temperatura di mandata a 20°C TE

03-12: Temp. esterna di progetto RISCALD.

03-13: Temp. mandata di progetto RISCALD.

03-21: Limite funzione riscaldamento

07-02: Temperatura minima di mandata

07-08: Temperatura massima di mandata

03-58 Variazione Comfort

Parametri curva climatica raffrescamento:

03-36: Limite funzione raffrescamento

03-43: Temp. mandata a 20°C TE

03-47: Temp. esterna di progetto RAFFR.

03-48: Temp. mandata di progetto RAFFR.

TE: temperatura esterna * ØTE: temperatura esterna media

Temp. ambiente impostata

03-58

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Scelta della macchina

Per la scelta della pompa di calore occorre stabilire:

• Modo di esercizio (mono o bivalente)

• Potenza di progetto (invernale ed eventualmente estiva)

• Temperatura di mandata di progetto

• Temperatura della fonte di calore in condizioni di progetto

o Temperatura esterna di progetto per Aria/Acqua

o 10°C per pompe di calore Acqua/Acqua (o la minima temperatura della falda se nota)

o 0°C per pompe di calore geotermiche

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Scelta della macchina – Esempio 1

Esempio 1: abitazione nuova di 130 m2 in località Tolmezzo (UD) con potenza di progetto 3.6 kW, pavimento radiante con temperatura di mandata di 35°C alla temperatura esterna di -5°C. Solo riscaldamento. Acqua calda per 4 persone (200 litri/gg a 40°C). Fabb. energia risc. 5.850 kWh/anno (Epi,invd 45 kWh/m2/aa)

Pompa di calore Aria/Acqua o Geotermica con accumulo combinato

• Modo di esercizio: monovalente (bivalente in casi particolari)

• Potenza di progetto invernale: 3.6 kW

• Temperatura di mandata di progetto: 35°C

• Temperatura aria esterna in condizioni di progetto: -5°C

• Fabbisogno giornaliero per ACS = 8 kWh (incluse dispersioni, 2.920 kWh/aa)

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Schema impianto di principio

Riscaldamento

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Produzione ACS

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Scelta della macchina – Esempio 1a

Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio, modello GMLW 5 plus

Punto di esercizio in prod. ACS

35°C -5°C

Punto di esercizio in riscaldamento

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Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto soddisfatto

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Verifica: tempo massimo di ricarica bollitore acs in condizione di progetto rispetto al tempo di variazione della temperatura ambiente.

Visto il tipo di edificio e considerato che si tratta di una condizione limite, si considera accettabile un tempo massimo di ricarica fino a 3 ore.

Potenza resa con T di mandata 55°C in condizione di progetto = 3,4 kW

Tempo massimo di ricarica:

t max acs = 8 kWh / 3,4 kW = 2,35 h

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rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.

Scelta della macchina – Esempio 1b

Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio, modello ELW 8


35°C

-5°C


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.



Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.






t max acs = 8 kWh / 5,1 kW = 1,6 h

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.

Scelta della macchina – Esempio 1c


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Schema impianto di principio lato geotermico

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.



Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.






t max acs = 8 kWh / 4,7 kW = 1,7 h

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Calcolo di massima campo geotermico:

- potenza frigorifera in condizioni S0/W35 = 4,0 kW

- assumendo una resa sonde verticali di 50 W/m si ottiene una lunghezza totale di 80 m

- è sufficiente una sola sonda verticale da 80 m

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.

Scelta della macchina – Esempio 1d


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Schema impianto di principio, lato pozzo

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.



Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.






t max acs = 8 kWh / 6,5 kW = 1,2 h

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Esempio 2: abitazione nuova di 180 m2 in località Cervignano (UD) con potenza di progetto 3.8 kW, pavimento radiante con temperatura di mandata di 35°C alla temperatura esterna di -5°C. Riscaldamento e raffrescamento. Acqua calda per 4 persone (200 litri/gg a 40°C). Fabb. energia risc. 3.240 kWh/anno (Epi,invd 18 kWh/m2/aa). Fabb. energia raffr. 486 kWh sensibile, 1.314 kWh latente.

Pompa di calore Aria/Acqua o Geotermica con inerziale e accumulo acs

• Modo di esercizio: monovalente (bivalente in casi particolari)

• Potenza di progetto invernale: 3.8 kW

• Temperatura di mandata di progetto: 35°C

• Temperatura aria esterna in condizioni di progetto: -5°C

• Fabbisogno giornaliero per ACS = 8 kWh (incluse dispersioni, 2.920 kWh/aa)

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Esempio 2

La potenza di progetto estiva non è stata determinata con calcolo. Dall’esperienza pratica, per abitazioni residenziali ben coibentate con impianto radiante a pavimento, la potenza estiva massima è compresa tra 25 e 40 W/m2 (inclusa la deumidificazione).

In questo caso si assume un valore di 30 W/m2, corrispondenti ad una potenza di progetto di 5,4 kW.

E’ da verificare la capacità di deumidificazione del sistema di ventilazione con batteria dedicata da alimentare a 10°C, eventualmente da integrare con deumidificatori locali.

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Esempio 2

La potenza di progetto estiva in questo caso è più vincolante della potenza di progetto invernale.

Pur presentandosi una potenza di progetto invernale molto simile all’esempio 1, i modelli esaminati in precedenza non sono tutti idonei a soddisfare le condizioni estive.

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.



Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Verifiche: modo di esercizio, fabbisogno di potenza di progetto invernale soddisfatto

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Verifica: fabbisogno di potenza di progetto estiva soddisfatto

Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te = 30°C) = 9,0 kW (> dei 5,4 kW richiesti)





t max acs = 8 kWh / 6,5 kW = 1,2 h

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Verifica: condizione di progetto entro i limiti di esercizio, modello ELW 8


35°C

-5°C


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.



Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.



Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te = 30°C) = max 9,1 kW (> dei 5,4 kW richiesti)





t max acs = 8 kWh / 5,1 kW = 1,6 h

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Schema impianto di principio lato geotermico

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.



Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.



Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te = 30°C) = max 6,0 kW (> dei 5,4 kW richiesti)





t max acs = 8 kWh / 6,1 kW = 1,3 h

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Calcolo di massima campo geotermico:

- potenza frigorifera in condizioni S0/W35 = 5,4 kW

- assumendo una resa sonde verticali di 50 W/m si ottiene una lunghezza totale di 110 m

- è sufficiente una sola sonda verticale da 110 m

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Schema impianto di principio come esempio 1d, con aggiunta collegamento per raffrescamento passivo

Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

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: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.



Au

tore

: In

g. R

affa

ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

età

inte

llett

ual

e ri

serv

ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Au

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g. R

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Vav

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pri

età

inte

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E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

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nza

au

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zzaz

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e sc

ritt

a.



Potenza resa con T di mandata 10°C in condizione di progetto estiva (Te = 30°C) = min 5,6 kW (> dei 5,4 kW richiesti)





t max acs = 8 kWh / 6,5 kW = 1,2 h

Au

tore

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g. R

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Vav

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ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

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ritt

a.

SCOP e consumi indicativi degli esempi

La normativa di riferimento valida per la misura dei COP delle pompe di calore e dei condizionatori è la EN14511.

In mancanza di dati intermedi è possibile interpolare linearmente i dati disponibili, per quanto sia sempre preferibile rivolgersi direttamente alle case produttrici per richiedere i dati di prestazione secondo la normativa europea di riferimento.

Il COP Stagionale (SCOP) è quello che determina i consumi reali (le bollette pagate dagli utenti).

Au

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g. R

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– D

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pri

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rip

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a.


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rip

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au

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ritt

a.

SCOP (COP Stagionale)

Il calcolo si effettua secondo la normativa EN14825 (cui fa riferimento la UNI TS 11300/4).

Il metodo di calcolo determina il valore di SCOP di una determinata pompa di calore per un determinato profilo di fabbisogno di potenza.

In sintesi:

• la stagione di riscaldamento viene suddivisa in quantità di ore (bins) con differenti temperature esterne e di mandata, e per ogni temperatura esterna viene determinato il fabbisogno di potenza.

Au

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: In

g. R

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ele

Vav

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pri

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llett

ual

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ritt

a.


Au

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au

tori

zzaz

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e sc

ritt

a.


0

2

4

6

8

10

12

0

50

100

150

200

250

300

350

400

-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

He

at d

em

and

[kW

]

Nu

mb

er

of

ho

urs

Outdoor temperature [˚C]

Number of hours Heat demand

Fonte: Calculation of SCOP for heat pumps according to EN 14825 – Pia Rasmussen – Danish Technological Institute

Au

tore

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a.


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ati.

E’ v

ieta

ta la

rip

rod

uzi

on

e se

nza

au

tori

zzaz

ion

e sc

ritt

a.


Per permettere il confronto fra macchine diverse, vengono definiti tre profili climatici standard (Medio, Caldo, Freddo) con cui calcolare il valore di SCOP da riportare nelle etichette energetiche obbligatorie per generatori di calore dal settembre 2015.

0

100

200

300

400

500

600

-25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

Nu

mb

er

of

ho

urs

Outdoor temperature [˚C]

Average (A)

Warmer (W)

Colder (C)

Fonte: Calculation of SCOP for heat pumps according to EN 14825 – Pia Rasmussen – Danish Technological Institute

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a.


Esempio di etichetta energetica

OCHSNER l’ha introdotta già da quest’anno su tutta la gamma di pompe di calore, tutte in classe A++ con mandata a 35°C nella fascia climatica media.

Le migliori caldaie a condensazione non superano la classe B.

CALDAIE A CONDENSAZIONE

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Per ogni fascia di condizioni di esercizio viene determinato il COP medio corrispondente della pompa di calore, partendo dai dati di prestazione forniti dal produttore. I dati vengono corretti secondo alcuni coefficienti, dipendenti dal rapporto di carico termico ed interpolati per ricavare i valori intermedi.

Il metodo di calcolo tiene conto anche degli organi ausiliari non compresi nei valori di COP misurati secondo EN14511 (ad esempio le resistenze elettriche che riscaldano compressori e olio lubrificante, consumi in stand-by, etc.).

Per le macchine a inverter si tiene conto della modulazione del compressore, e fino alla potenza minima non ci sono diminuzioni di rendimento dovute al funzionamento a carico parziale.

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a.


Il metodo di calcolo prevede l’utilizzo di coefficienti di riduzione delle prestazioni a carico parziale forniti dai produttori. In mancanza, fornisce una formula per il calcolo del coefficiente di riduzione, che porta ai risultati riportati come esempio nei grafici seguenti, per una pompa di calore con COP 3,5 a potenza nominale, con controllo On-Off o ad Inverter:

Fonte: sito web Masterclima

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a.


Per il profilo climatico medio, applicabile con buona approssimazione alle zone del Nord Italia, un calcolo indicativo per impianti con accumulo inerziale si può fare facendo una media pesata dei COP in tre condizioni medie:

- 10% nelle condizioni di progetto

- 40% nelle condizioni corrispondenti a 0°C di Te

- 50% nelle condizioni corrispondenti a 10°C di Te

Per il calcolo del COP annuo in produzione ACS si può utilizzare lo stesso metodo per i 6 mesi invernali, e considerare le prestazioni corrispondenti a Tm 55°C e Te 20°C per gli altri 6 mesi.

Au

tore

: In

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a.

COP per pompe di calore per acs

Con il metodo indicato applicato ai casi di esempio precedenti si possono ottenere questi valori:

Riscald. Sbrinam. ACS Raffr. Riscald. ACS Raffr. Totale

1aAria/Acqua

On-OffGMLW5plus

PdC + accumulo

combinato 500 l4,6 3,3 - 5.850 117 2.920 0 1.302 890 0 2.192 4,1 1.480 34

1bAria/Acqua

InverterELW 8

PdC + accumulo

combinato 500 l4,1 2,5 - 5.850 293 2.920 0 1.503 1.160 0 2.664 3,4 4.820 12

1c Geotermico GMSW5plusPdC + accumulo

combinato 500 l5,8 3,3 - 5.850 0 2.920 0 1.061 913 0 1.974 4,4 1.320 38

1d Acqua/Acqua GMWW7plusPdC + accumulo

combinato 500 l6,6 3,4 - 5.850 0 2.920 0 1.037 941 0 1.978 4,4 1.200 42

2aAria/Acqua

On-OffGMLW9plus

PdC +

inerziale 300l +

accumulo acs 350 l

4,8 3,3 3,0 3.240 65 2.920 1.800 689 895 600 2.184 3,7 850 59

2bAria/Acqua

InverterELW8

PdC +

inerziale 200l +

accumulo acs 350 l

4,1 2,5 2,6 3.240 162 2.920 1.800 833 1.160 692 2.685 3,0 4.050 15

2cGeotermico

raffr. attivo

GMSW7plus

HK

PdC +

inerziale 300l +

accumulo acs 350 l

5,9 3,2 3,5 3.240 0 2.920 1.800 567 929 535 2.032 3,9 1.080 46

2dAcqua/Acqua

raffr. passivo

***

GMWW7plus

PdC + accumulo

combinato 500 l +

scambiatore

6,6 3,4 - 3.240 0 2.920 1.800 491 851 438 1.781 4,5 865 58

* = escluso circolatore campo geotermico

** = incluso circolatore campo geotermico (60W) o pompa pozzo (200W) *** = pozzo artesiano senza pompa

SCOP

annuo

Ore

annue

esercizio

Vita attesa

compressore

(50-60.000h)

[ anni ]

Esempio Consumo elettrico annuo **

[ kWhe ]

Tipo Modello Configurazione

impianto

SCOP

risc.*

SCOP

ACS

Fabbisogno energia annuo

[ kWht ]

EERLocalità

To

lme

zzo

Ce

rvig

na

no

Au

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g. R

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Vav

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ion

e sc

ritt

a.

COP per pompe di calore per acs

Riepilogo dati con costi indicativi degli impianti:

Riscald. ACS Raffr. Totale

1aAria/Acqua

On-OffGMLW5plus

PdC + accumulo

combinato 500 l1.302 890 0 2.192 4,1 1.480 34 13.000,00€ 3.500,00€ 16.500,00€

1bAria/Acqua

InverterELW 8

PdC + accumulo

combinato 500 l1.503 1.160 0 2.664 3,4 4.820 12 10.000,00€ 3.200,00€ 13.200,00€

1c Geotermico GMSW5plusPdC + accumulo

combinato 500 l1.061 913 0 1.974 4,4 1.320 38 11.300,00€ 8.300,00€ 19.600,00€

1d Acqua/Acqua GMWW7plusPdC + accumulo

combinato 500 l1.037 941 0 1.978 4,4 1.200 42 10.000,00€ 4.200,00€ 14.200,00€

2aAria/Acqua

On-OffGMLW9plus

PdC +

inerziale 300l +

accumulo acs 350 l

689 895 600 2.184 3,7 850 59 16.500,00€ 4.000,00€ 20.500,00€

2bAria/Acqua

InverterELW8

PdC +

inerziale 200l +

accumulo acs 350 l

833 1.160 692 2.685 3,0 4.050 15 10.000,00€ 3.500,00€ 13.500,00€

2cGeotermico

raffr. attivo

GMSW7plus

HK

PdC +

inerziale 300l +

accumulo acs 350 l

567 929 535 2.032 3,9 1.080 46 12.300,00€ 10.100,00€ 22.400,00€

2d

Acqua/Acqua

raffr. passivo

***

GMWW7plus

PdC + accumulo

combinato 500 l +

scambiatore

491 851 438 1.781 4,5 865 58 10.000,00€ 4.500,00€ 14.500,00€

* = incluso circolatore campo geotermico (60W) NOTA: i costi materiali e installazione sono stimati

** = incluso campo geotermico o pozzo dove applicabili *** = pozzo artesiano senza pompa

Costo

installaz.**

Costo totaleLocalità Esempio Tipo Modello Configurazione

impianto

Vita attesa

compressore

(50-60.000h)

[ anni ]

To

lme

zzo

Ce

rvig

na

no

Costo

materiali

Consumo elettrico annuo *

[ kWhe ]

SCOP

annuo

Ore

annue

esercizio

Au

tore

: In

g. R

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ele

Vav

alà

– D

irit

ti d

i pro

pri

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inte

llett

ual

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serv

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E’ v

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nza

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ritt

a.


GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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OCHSNER - Pompe di calore - laltraenergia.biz · La pompa di calore funziona come unico generatore fino al punto di bivalenza. Oltre il punto di bivalenza la pompa di calore riscalda