ECOABITA Il progetto pilota sulla certificazione energetica degli edifici

1. ECOABITA Il progetto pilota sulla certificazione energetica degli edifici Corso Progettista Ecoabita III° edizione Introduzione Impianti 1 Dott. Ing. Roberto Capra ACER RE – UNIVERSITA’ DI FERRARA

2. Introduzione impianti: Argomenti trattati • PREMESSE • L’approccio progettuale integrato al sistema edificio-impianto • Potenza ed energia • Temperatura operativa • Il calore sensibile e il latente: il PCS e il PCI • Le perdite di trasformazione • Cenni sulla cogenerazione • Il SISTEMA IMPIANTI MECCANICI • Impianto di riscaldamento e i suoi componenti : • Produzione fluido termovettore: caldaie e pompe di calore • Distribuzione fluido termovettore: tubazioni ed isolamenti • Corpi scaldanti • Sistemi di regolazione e contabilizzazione e taratura • La caratterizzazione energetica del sistema edificio impianto

3. Introduzione impianti: SISTEMA EDIFICIO-IMPIANTO SISTEMA EDIFICIO-IMPIANTO Involucro edilizio IMPIANTI Elettrici IMPIANTI Meccanici SI DEVE ADOTTARE LA LOGICA DEL SISTEMA EDIFICIO IMPIANTO, QUINDI PENSANDO AD UN ORGANISMO EDILIZIO UNICO COSTITUITO DALLE SINGOLE COMPONENTI CHE CONCORRONO INSIEME A GARANTIRE L’ABITABILITA’ E IL COMFORT PER GLI OCCUPANTI E A MINIMIZZARE I COSTI ENERGETICI DI GESTIONE

4. Dettagli impiantistici: La potenza misura l’attitudine di un sistema a compiere un lavoro (unità di misura kW, J/s) L’energia è la potenza nel tempo (unità di misura kWh, J) E t

5. La temperatura media radiante ed operante Introduzione impianti 2: Temperatura media radiante (TMR) E’ la temperatura media pesata delle temperature delle superfici che delimitano l’ambiente incluso l’effetto dell’irraggiamento solare incidente. Influisce sugli scambi per irraggiamento. Assieme alla temperatura dell’aria, la TMR è il fattore che influenza maggiormente la sensazione di calore perché la radiazione che cade sulla cute ne attiva gli stessi organi sensori. Se il corpo è esposto a superfici fredde, una quantità sensibile di calore è emessa sotto forma di radiazione verso queste superfici, producendo una sensazione di freddo. Si definisce temperatura operante come la media fra la temperatura dell’aria e quella media radiante proprio per valutare con un unico valore gli scambi termici per convezione e irraggiamento.

6. Dettagli impiantistici: La temperatura operante

7. Introduzione impianti: Calore latente e sensibile • Si definisce calore sensibile il calore scambiato senza cambiamento di fase, quindi con cambiamenti di temperatura. • Si definisce calore latente il calore con cambio di fase, senza cambiamenti di temperature. • Cambiamenti di fase • Evaporazione – passaggio da liquido a gas con assorbimento di calore dall’ambiente dovuto alla differenza tra la tensione di vapore e la pressione dell’ambiente • Condesanzione – passaggio da gas a liquido con cessione di calore all’ambiente

8. H2 O O Introduzione impianti: Calore latente e sensibile 10°C… 70°C… 100°C… 100°C…

9. Introduzione impianti: Pcs e Pci

10. Dettagli impiantistici: Il rendimento di trasformazione Corso Progettista, III° edizione

11. Introduzione impianti 2: la cogenerazione

12. Introduzione impianti 2: la cogenerazione [Carattere testo: Arial Narrow 24, nero]

13. Introduzione impianti 2: la cogenerazione (Dachs 5,5 kW elettrici 15 termici)

14. Introduzione impianti: L’evoluzione del quadro normativo • Legge 373/76 – (CD, Limiti sul acqua calda sanitaria (48° C), etc) • Legge 46/90 e decreto 447 – Norme UNI, UNI-CIG, UNI-CTI, CEI, etc • Legge 10/91 - (CD, PDC, rendimenti di FEN, etc) -PEN • DPR 412/93 – (Classificazione comuni, orari e periodi di accensione, isolamento etc) • CE 2002/91 – EPBD • D. lgs 192 – 2005 • D. lgs 311 – 2006 Rif 01: Normativa

15. Introduzione impianti: Climatizzazione • Climatizzare significa controllare le seguenti grandezze: • TEMPERATURA • UMIDITA’ • VELOCITA’ DELL’ARIA • QUALITA’ DELL’ARIA • Se un impianto controlla solo la temperatura si chiama impianto di riscaldamento • Se un impianto controlla la qualità dell’aria si chiama impianto di ventilazione

16. Introduzione impianti: Componenti impianti riscaldamento • Centrale di produzione del calore • Sistema di distribuzione del fluido termovettore (tubazioni e isolamento) • 3. Terminali di erogazione negli ambiente climatizzati. • Sistema regolazione • Componenti caratterizzate da un rendimento termodinamico produzione distribuzione emissione regolazione

17. Introduzione impianti: Le caldaie Rif 02 : Doc. su caldaie

18. Dettagli impiantistici Rendimento di generazione ηp: Corso Progettista, I° edizione Dett. impiantistici, R. Capra 27/10/2007

19. http://www.ilportaledelsole.it Introduzione impianti: Le caldaie • Nelle caldaie convenzionali i fumi escono ad alta temperatura, superiore ai 100°C. • Il flusso termico dei fumi ad alta temperatura, pur rappresentando una necessità tecnologica rappresenta tuttavia una consistente dissipazione energetica. • Un’altra dissipazione energetica è inoltre associata al "calore latente" del vapore d'acqua generato nel processo chimico della combustione disperso insieme agli altri fumi. • Le “vecchie caldaie” sono spesso caratterizzate da rendimenti termici poco soddisfacenti) anche perché sovradimensionate. • Nelle caldaie più recenti, ma anche nelle migliori caldaie moderne, il rendimento è al massimo di poco superiore al 90% • Atmosferiche • Premiscelate modulanti a bassa temperatura con sonda esterna

20. Introduzione impianti: Le caldaie

21. Introduzione impianti: Curva di compensazione T mandata 75 °C 40 °C 15 °C -5 °C T esterna

22. Introduzione impianti: Le caldaie

23. Introduzione impianti: Caldaie a condensazione

24. Dettagli impiantistici: Rendimento caldaia tradizionale INNOVAZIONE CALDAIA A CONDENSAZIONE: utilizzare il calore contenuto nei fumi per riscaldare acqua. Le caldaie a condensazione raffreddano i fumi fino al "punto di rugiada“ recuperando parte del calore contenuto in essi. I fumi diventano freddi e viene utilizzata una tubazione in plastica come canna fumaria anche per resistere alla condensa acida. Grazie a questo recupero termico, nelle migliori caldaie a condensazione si riescono ad ottenere rendimenti superiori al 100% (shift potere calorifico inferiore – potere calorifico superiore)

25. Introduzione impianti: Curva di compensazione T mandata 75 °C 40 °C 15 °C -5 °C T esterna

26. Introduzione impianti: Caldaie a condensazione

27. Dettagli impiantistici: Caldaie a condensazione

28. Introduzione impianti: Caldaie a condensazione

29. Introduzione impianti Caldaie in cascata

30. Introduzione impianti: Le pompe di calore Rif 03: Doc. su pompe di calore

31. Introduzione impianti Pompe di calore Le pompe di calore esistono sul mercato dagli anni 50, si tratta dunque di una tecnica affidabile e ampiamente collaudata. Possono funzionare sia in caldo che in freddo.

32. Introduzione impianti Pompe di calore Q fornito serbatoio caldo ad alta temperatura Q sottratto al serbatoio freddo a bassa temperatura (2 kW) (3 kW) Bassa pressione Alta pressione L=lavoro in kW (1 kW)

33. Introduzione impianti Pompe di calore

34. Valori da considerare sufficienti di COP (secondo EN255) di pompe di calore sono 3.0 per le pompe di calore aria-acqua (con presa d'aria a 2°C e fornitura d'acqua a 35°C), 4.0 per pompe di calore a sonda geotermica (con sonda a 0°C e fornitura d'acqua a 35°C) e 4.5 per pompe di calore acqua-acqua (con acqua di prelievo del calore a 10°C e fornitura d'acqua a 35°C). Introduzione impianti Pompe di calore L’efficienza di una pompa di calore è rappresentata dal coefficiente di prestazione C.O.P. (Coefficient of Performance), inteso come il rapporto tra l’energia termica resa al corpo da riscaldare e l’energia elettrica consumata. • C.O.P.= Qt / L • È funzione della temperatura della sorgente fredda e della sorgente calda • È funzione del gas refrigerante (R407, R410) • E’ funzione del tipo di macchina (scambiatori,compressori, ventilatori,etc) • NB = Bisogna stare attenti ai dati dichiarati dai costruttori perché danno solo l’assorbimento elettrico dei compressori

35. Introduzione impianti Pompe di calore Condensate ad aria (COP= 2-3) PDC elettriche C.O.P Geotermiche (3,5-4,5) Condensate ad acqua Pozzo o lago (5)

36. Introduzione impianti Pompe di calore La variazione del C.O.P. al variare della temperatura esterna

37. Dettagli impiantistici: Le sonde geotermiche

38. Dettagli impiantistici: La sonda geotermica Le sorgenti di calore – sonda geotermica -3°C 0°C +15°C

39. Dettagli impiantistici: La sonda geotermica La singola U si utilizza quando non è possibile infilare la guaina fino in profondità. Quindi, dopo perforazione si fa getto bentonite e poi su infula la sonda (la singola U permette di utilizzare spessori maggiori quindi offre maggiore resistenza all’infilamento) cautelativamente l’esperienza porta a 35 W/m cautelativamente l’esperienza porta a 50 W/m

40. RENDIMENTO CALDAIE A CONDENSAZIONE COP POMPE DI CALORE ELETTRICHE COP RICALCOLATO SU ENERGIA PRIMARIA Introduzione impianti: confronto rendimenti UNI 10349: Temperatura media stagione invernale periodo diurno:Roma 10°C – Bologna 8°C

41. Introduzione impianti: PDC

42. Introduzione impianti: PDC

43. Introduzione impianti: Il sistema di distribuzione (tubazioni ed isolamento) Rif 04: Doc. tubazioni

44. Introduzione impianti: Il sistema di distribuzione (tubazioni ed isolamento)

45. Introduzione impianti: ηd = Rendimento di distribuzione E’ il rapporto tra la somma del calore utile emesso dai corpi scaldanti e dal calore disperso dalla rete di distribuzione all’interno dell’involucro riscaldato dell’edificio, e il calore uscente dall’impianto di produzione immesso nella rete di distribuzione.

46. Introduzione impianti:

47. Introduzione impianti: Esempio di progetto di impianto (schema a collettore) R1,R2,R3,R4, radiatori C.1 collettore di distribuzione

48. [1] Introduzione impianti: I terminali in ambiente Rif 05: Doc. elementi terminali

49. Introduzione impianti: ηe = Rendimento di emissione E’ il rapporto tra l’energia richiesta per il riscaldamento degli ambienti con un sistema di emissione in grado di fornire una temperatura ambiente senza disuniformità ed uguale nei vari ambienti, e l’energia richiesta per il riscaldamento degli stessi ambienti con l’impianto di emissione reale.

50. [1] Introduzione impianti: Radiatori e fan coil (Sistemi convettivi) INVERNO T alimentazione media INVERNO T alimentazione elevate