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Le pompe di calore nella certificazione energetica degli edifici (SCOP, SEER)_Rel 06 2014

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European and National (Italy) regulations on the application of electric heat pumps in the energy certification of buildings: Renewable Energy directive 2009/28/EC, D.Lgs. 28/2011, UNI TS11300, UNI EN 14825. Seasonal performance indices SCOP & SEER. (ITALIAN LANGUAGE)
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  • 1. LE POMPE DI CALORE NELLA CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI: QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO Release 06_2014 Ing. Luca Zordan
  • 2. 16/07/20142 Indice argomenti: 1. DIRETTIVA 2009/28/CE 2. Decreto Legge Nr.28/2011 3. UNI EN 14825 – UNI TS 11300/4 4. Indice di prestazione stagionale SCOP 5. Indice di prestazione stagionale SEER Release 06_2014 LE POMPE DI CALORE NELLA CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI: QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO Ing. Luca Zordan
  • 3. 16/07/20143 Legge 373/76 Legge 10/91 DPR 412/93 EPBD 2002/91/CE Recast EPBD 2010/31/UE Direttiva 2009/28/CE D.Lgs. 28/2011 D.Lgs. 192/2005 D.Lgs. 311/2006 D.P.R. 2 aprile 2009 n. 59 D.M. 26 giugno 2009 Comunità Europea Legge Nazionale LE LEGGI RELATIVE AGLI EDIFICI DIRETTIVA 2009/28/CE Ing. Luca Zordan
  • 4. 16/07/20144 La commissione dell'UE ha pubblicato in data 23 aprile 2009 la DIRETTIVA 2009/28/CE, nota anche come Direttiva RES (Renewable Energy Sources e parte dell’attuazione del cosiddetto obiettivo 20-20-20) sulla promozione dell'uso dell'energia proveniente dalle fonti rinnovabili. Tale Direttiva: Fissa obiettivi nazionali obbligatori per la quota complessiva di energia da fonti rinnovabili sul consumo finale lordo di energia e per la quota rinnovabile nei trasporti; Impone agli Stati membri di definire un Piano di Azione Nazionale per le energie rinnovabili e individua le tecnologie che sono considerate parte dei sistemi alimentati da fonte rinnovabile per la contabilizzazione e la verifica del raggiungimento degli obiettivi; Introduce l’obbligatorietà della certificazione degli installatori che operano nel settore delle rinnovabili. DIRETTIVA 2009/28/CE Ing. Luca Zordan
  • 5. 16/07/20145 DIRETTIVA 2009/28/CE ENERGIA PRIMARIA ηT ηG ηA ηD ηE DEFINIZIONI Una fonte di energia viene definita ENERGIA PRIMARIA quando è presente in natura e quindi non deriva dalla trasformazione di nessuna altra forma di energia. L'energia primaria non è immediatamente disponibile per l’utilizzo ma deve essere trasformata. Se la trasformazione è avvenuta si parla di ENERGIA SECONDARIA. Se l'energia resa disponibile oltre che essere stata trasformata, è stata trasportata presso l'utenza finale, si parla di ENERGIA FINALE. Il processo di utilizzo dell'energia finale comporta delle perdite tali per cui l‘ENERGIA UTILE resa disponibile al sistema di nostro interesse è inferiore di quella finale. ENERGIA SECONDARIA Generazione Accumulo Distribuzione Emissione ENERGIA UTILE ENERGIA FINALE Ing. Luca Zordan
  • 6. 16/07/20146 Generazione Accumulo Distribuzione Emissione ENERGIA UTILE ENERGIA UTILE Carichi interni FABBISOGNO ENERGETICO NETTO Energia Solare e/o altre fonti non fossili ηT ηG ηA ηD ηE DISPERSIONI DIRETTIVA 2009/28/CE ENERGIA FINALE DIRETTIVA 2009/28/CE UNI TS 11300-4 Ing. Luca Zordan
  • 7. 16/07/20147 Nella Direttiva «RES» sono state incluse le pompe di calore come tecnologia che usa l'energia rinnovabile proveniente da aria, da acqua e da terra. Esse costituiscono una tecnologia che ha un potenziale significativo di contributo verso il risparmio di energia. Le pompe di calore sono una delle poche tecnologie che possono coprire gli interi fabbisogni di riscaldamento, raffreddamento e produzione dell'acqua calda sanitaria. ENERGIA TERMICA CEDUTA AL FLUIDO ENERGIA ASSORBITA DALLA SORGENTE LAVORO MECCANICO Schematizzazione del Flusso Energetico di una pompa di calore a compressione DIRETTIVA 2009/28/CE Ing. Luca Zordan
  • 8. 16/07/20148 L’Italia si è impegnata nei confronti della UE a raggiungere, entro il 2020, un livello di consumo finale di energia «rinnovabile» (elettricità, calore, trasporti) pari al 17% dei consumi finali totali di energia primaria, oltre a promuovere virtuose strategie di consumo finalizzate all’efficienza energetica, per arrivare ad un risparmio di energia primaria pari al 13,4%. Consumi Finali Lordi di energia e obiettivi per le energie rinnovabili 2005 2008 2020 Consumi da FER Consumi Finali Lordi FER/Consumi Consumi da FER Consumi Finali Lordi FER/Consumi Consumi da FER Consumi Finali Lordi FER/Consumi (Mtep) (Mtep) % (Mtep) (Mtep) % (Mtep) (Mtep) % 6,941 141,226 4,91% 9,001 131,553 6,84% 22,306 131,214 17,00% FONTE: Ministero dello Sviluppo Economico «Sintesi Piano di Azione Nazionale per le Energie Rinnovabili – Giugno 2010». Estratto) DIRETTIVA 2009/28/CE Ing. Luca Zordan
  • 9. 16/07/20149 La Direttiva Comunitaria in oggetto è stata recepita a livello nazionale con il DECRETO LEGISLATIVO Nr.28 DEL 03 MARZO 2011 (il cosiddetto «Decreto Romani») pubblicato in Gazzetta ufficiale il 28 Marzo 2011. Tale Decreto ha una portata decisamente molto rilevante poiché incide in modo determinante sul futuro dello sviluppo delle «rinnovabili» in Italia; oltre ad introdurre rilevanti modifiche nel settore (in particolare in tema autorizzativo e relativamente agli incentivi da assegnare alle stesse) modifica il D.P.R. 59/09 e il Dlgs 192-311 in alcuni punti. DECRETO LEGGE Nr.28/2011 Ing. Luca Zordan
  • 10. 16/07/201410 “edificio di nuova costruzione”. Edificio per il quale la richiesta del pertinente titolo edilizio, comunque denominato, sia stata presentata successivamente la data di entrata in vigore del decreto; “edificio sottoposto a ristrutturazione rilevante”: edificio che ricade in una delle seguenti categorie: I. Edificio esistente avente superficie utile superiore a 1000m2, soggetto a ristrutturazione integrale degli elementi edilizi costituenti l’involucro II. Edificio esistente soggetto a demolizione e ricostruzione anche in manutenzione ordinaria L’art.11 prevede per queste due categorie di edifici l’imposizione di una QUOTA D’OBBLIGO di copertura da fonte rinnovabile TERMICA ed ELETTRICA (SEPARANDOLE NETTAMENTE) DOVE SI APPLICA: DECRETO LEGGE Nr.28/2011 Ing. Luca Zordan
  • 11. 16/07/201411 Nel caso di edifici nuovi o edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti, gli impianti di produzione di energia TERMICA devono essere progettati e realizzati in modo da garantire il contemporaneo rispetto della copertura - tramite il ricorso ad energia prodotta da impianti alimentati da fonti rinnovabili - del 50% dei consumi previsti per l’acqua calda sanitaria e delle seguenti percentuali della somma dei consumi previsti per l’acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento: . A) 20% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 31/05/2012 B) 35% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 01/01/2014 C) 50% quando la richiesta del pertinente titolo edilizio è presentata dal 01/01/2017 CONTENUTI: DECRETO LEGGE Nr.28/2011 Ing. Luca Zordan
  • 12. 16/07/201412 POMPE DI CALORE: quota rinnovabile DECRETO LEGGE Nr.28/2011 Ing. Luca Zordan
  • 13. 16/07/201413 Il valore 1,15 è un coefficiente stabilito dalla Direttiva Europea. Il rendimento η è definito annualmente da Eurostat, attualmente vale 0,455 (45,5%) Ne risulta un valore minimo dell’SPF che, con gli attuali valori di η, risulta: SPFmin = 2,5 per pompe di calore elettriche SPFmin = 1,15 per pompe di calore a gas POMPE DI CALORE: condizione di ammissibilità L’SPF per le pompe di calore elettriche deve essere determinato in base al coefficiente di rendimento stagionale (SCOPnet) secondo la norma EN 14825:2012 (Cfr. Gazzetta Ufficiale dell’Unione Europea 06.03.2013) DECRETO LEGGE Nr.28/2011 Ing. Luca Zordan
  • 14. 16/07/201414 Le Norme UNI TS 11300, in quanto strumenti applicativi del Decreto Legge n°28, sono a tutti gli effetti da considerarsi LEGGI nazionali e si dividono in nr. 4 specificazioni: UNI TS 11300-1/2008 (in revisione): Determinazione del fabbisogno di energia termica dell’edificio per la climatizzazione estiva ed invernale; UNI TS 11300-2/2008 (in revisione, scaduta nel 2012): Energia primaria e rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria per usi sanitari; UNI TS 11300-3/2010 (in revisione): Energia primaria e rendimenti per la climatizzazione estiva; UNI TS 11300-4/2012: Prestazioni Energetiche degli edifici: utilizzo di energie rinnovabili e altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e la produzione di ACS. UNI TS 11300-5: in preparazione UNI TS 11300 LA NORMA QUALE STUMENTO TECNICO… Ing. Luca Zordan
  • 15. 16/07/201415 Per quanto concerne le Pompe di Calore (aerauliche, geotermiche e idrauliche) è indispensabile considerare, all’interno della 11300-4, il paragrafo 9.4.4 «Prestazioni a fattore di carico CR ridotto» e il richiamo alla UNI EN 14825 (Maggio 2012) UNI TS 11300 RIASSUMENDO: Norme di sistema: UNI-TS 11300-3 UNI-TS 11300-4 Norme di prodotto: EN 14825 : 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 Ing. Luca Zordan
  • 16. 16/07/201416 La normativa prevede che l’indice di prestazione stagionale (SCOP) venga calcolato con il “bin method” (metodo delle frequenze di accadimento della temperatura), ripartito per l'intera stagione di riscaldamento Deve essere utilizzata una delle tre condizioni climatiche di riferimento riportate nella norma stessa: A (Average - media): Strasburgo (Francia), C (Colder – più fredda): Helsinki (Finlandia) W (Warmer – più calda): Atene (Grecia), Queste condizioni di clima vengono ritenute sufficientemente rappresentative del clima di tutta Europa. EN 14825:2012 L’INDICE DI PRESTAZIONE STAGIONALE “SCOP” IN RISCALDAMENTO Ing. Luca Zordan
  • 17. 16/07/201417 EN 14825:2012 Distribuzione oraria delle temperature medie nelle tre città diriferimento Ing. Luca Zordan
  • 18. 16/07/201418 Temperatura esterna di progetto (θdesign) secondo UNI EN 12831: per A (Average) = – 10 °C per C (colder) = – 22 °C per W (Warmer) = + 2 °C Temperatura interna di progetto pari a 20 °C. Quando la temperatura esterna supera i 15 °C cessa il funzionamento dell'impianto di riscaldamento (quindi si assume che il carico Φh si annulli quando la temperatura esterna è pari a θH,off = 16°C temperatura di bilanciamento). Si assume che il carico Φh vari linearmente dal 100%, in corrispondenza della temperatura di progetto (θdesign), fino a 0% alla temperatura di annullamento. EN 14825:2012 Ing. Luca Zordan
  • 19. 16/07/201419 EN 14825:2012 Si definisce Fattore di Carico Climatico «PLR» (Part Load Ratio) il rapporto tra il carico parziale (o carico totale) diviso il pieno carico. Dove: θe = temperatura aria esterna T(j); θdes = temperatura di progetto Ing. Luca Zordan
  • 20. 16/07/201420 Tutte le norme in materia ed, in particolare UNI EN 14825 ed UNI/TS 11300-4, richiedono che il costruttore delle pompe di calore a fornisca i dati relativi almeno alle condizioni di funzionamento indicate nella seguente Tabella. EN 14825:2012 Ing. Luca Zordan
  • 21. 16/07/201421 Con i valori di temperatura esterna delle tre zone climatiche di riferimento A (-7°C), B (2°C), C (7°C), D 12°C), otteniamo i seguenti valori % dell’indice PLR: 88% 54% 35% 64% 100% 29% 61% 37% 24% 15% 11% EN 14825:2012 Ing. Luca Zordan
  • 22. 16/07/201422 37 24 64 EN 14825:2012 Quindi nel caso di PdC aria-acqua:: Ing. Luca Zordan
  • 23. 23 EN 14825:2012 In un sistema bivalente a pompa di calore, nel quale la richiesta termica dell’utenza non viene esclusivamente soddisfatta dalla pompa di calore ma intervengono sistemi ausiliari di generazione, la temperatura bivalente θbival viene definita come la temperatura della sorgente fredda alla quale la pompa di calore funziona con fattore di carico CR = 1, cioè quando le condizioni termiche della sorgente fredda consentono di coprire la richiesta esclusivamente con la pompa di calore. TEMPERATURA BIVALENTE (sorgente Aria) Ing. Luca Zordan
  • 24. 16/07/201424 PUBBLICAZIONE: 10 maggio 2012 (IN FASE DI REVISIONE) TITOLO: «Prestazioni Energetiche degli edifici: utilizzo di energie rinnovabili e altri metodi di generazione per la climatizzazione invernale e la produzione di ACS» SCOPO E CAMPO DI APPLICAZIONE solare termico, il teleriscaldamento, le biomasse la cogenerazione ed il fotovoltaico con priorità come da tabella a fianco: UNI TS 11300-4 La specifica tecnica UNI TS 11300–4 si applica ai sottosistemi di generazione che forniscono energia termica utile da energie rinnovabili o con metodi di generazione diversi dalla combustione a fiamma di combustibili fossili trattata nella UNI TS 11300-2 , ivi comprese le PdC (siano esse aerauliche, geotermiche o idrauliche). Sono considerati anche il Ing. Luca Zordan
  • 25. 16/07/201425 Definizione del confine del sistema edificio-impianto UNI TS 11300-4 La specifica tecnica UNI TS 11300-4 considera quale confine dell’edificio quello che delimita tutte le aree nelle quali viene utilizzata o prodotta energia termica utile o energia elettrica (confine energetico), in accordo con la UNI EN 15603. Ing. Luca Zordan
  • 26. 16/07/201426 - COP’ (Coefficient of performance at declared capacity): rapporto tra la potenza termica erogata dalla PdC a pieno carico e la potenza elettrica assorbita, alle specifiche condizioni di temperatura dell’aria esterna indicate; - COPPL (Coefficient of performance at part load): rapporto tra la potenza termica erogata dalla PdC a carico parziale e la potenza elettrica assorbita, a specifiche condizioni di temperatura dell’aria esterna indicate; - TOL (Operating Temperature Limit): temperatura limite di funzionamento della PdC (riferita alla sorgente fredda) dichiarato dal costruttore – temperatura limite di blocco. - P (potenza richiesta dall’impianto) [kW] - φφφφ (potenza termica richiesta dall’impianto) [kW] - φφφφ’H, prog (carico termico di progetto dell’impianto) [kW] - (Temperatura del pozzo caldo: mandata della PdC) - (Temperatura della sorgente fredda) PRINCIPALI DEFINIZIONI UNI TS 11300-4 θc θf Ing. Luca Zordan
  • 27. 16/07/201427 - DC (Declared Capacity): Potenza termica massima della pompa di calore nelle condizioni di funzionamento specificate dal costruttore; - 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, 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. PRINCIPALI DEFINIZIONI (Cfr. EN 14825) UNI TS 11300-4 Ing. Luca Zordan
  • 28. 16/07/201428 PRINCIPALI DEFINIZIONI (Cfr. EN 14825) UNI TS 11300-4 Elbu (Tj) = potenza delle resistenze elettriche integative [kW] Ing. Luca Zordan
  • 29. 16/07/201429 NOTA: CR è in generale diverso dal fattore climatico PLR poiché la potenza termica nominale della pompa può essere diversa da quella di progetto e, comunque, essa varia al variare delle temperature delle sorgenti. - CR (Capacity Ratio - Fattore di Carico della Pompa di Calore). E il rapporto tra la potenza termica richiesta dall'utenza alla PdC «Φ» (carico) nelle specifiche condizioni di esercizio e la potenza termica nominale della PdC dichiarata dal costruttore «DC» nelle medesime condizioni di temperatura. Temperatura Temperatura PLR Potenza Richiesta Potenza termica max CR Esterna Mandata (QDESIGN=-10°C) dall'Impianto (Φ) erogabile dalla PdC (DC) (°C) (°C) % kW kW ϑDESIGN -10 35 100% 5,00 4,50 1,11 A -7 35 88% 4,40 4,80 0,92 B 2 35 54% 2,70 6,24 0,43 C 7 35 35% 1,77 7,18 0,24 D 12 35 15% 0,75 8,11 0,09 CR = DC ΦΦΦΦ Esempio (temperatura bivalente = -8°C) Ing. Luca Zordan PRINCIPALI DEFINIZIONI UNI TS 11300-4
  • 30. 16/07/201430 Per la determinazione delle prestazioni a pieno carico in condizioni di temperatura diverse da quelle dichiarate, nel caso di PdC a compressione di vapore e ad assorbimento elettrico è possibile : 1) effettuare l'interpolazione lineare tra i valori dichiarati, oppure: Dipendenza del COP a pieno carico dalla temperatura COP nelle condizioni intermedie: Il rendimento di secondo principio è definito dal rapporto: 2) fare ricorso al rendimento di secondo principio; il COP massimo teorico tra due sorgenti infatti (ciclo ideale di Carnot) è dato dalla seguente relazione: Ing. Luca Zordan UNI TS 11300-4
  • 31. 16/07/201431 UNI TS 11300-4 αηΙΙ,1 ηΙΙ,2 ηΙΙ,X θc,1 ηΙΙ,2−ηΙΙ,1 θc,x θc,2 Tg α = ηΙΙ,2−ηΙΙ,1 θc,2 - θc,1 = ηΙΙ,X-ηΙΙ,1 θc,x - θc,1 Da cui: ηΙΙ,X = ηΙΙ,1+(ηΙΙ,2−ηΙΙ,1)(θc,x - θc,1) (θc,2 - θc,1) Dimostrazione: Dove il rendimento di secondo principio interpolato è: Ing. Luca Zordan Dipendenza del COP a pieno carico dalla temperatura
  • 32. 16/07/201432 ESEMPIO 1: interpolazione tra due diverse temperature di sorgente calda, a parità di sorgente fredda θf -7 2 7 12 COP1 3,6 4,5 5,4 6,5 DC1 [kW] 8,8 10,2 12 13,6 ηΙΙ,1 0,491 0,482 0,491 0,485 COP2 3,0 3,6 4,1 4,8 DC2 [kW] 7,8 9,3 11,2 13,2 ηΙΙ,2 0,490 0,486 0,490 0,498 ηΙΙ,X 0,490 0,483 0,490 0,489 COPX 3,4 4,2 4,9 5,9 θc,1 = 35°C θc,2 = 45°C θc,X = 38°C ESEMPIO 2: interpolazione tra due diverse temperature di sorgente fredda, a parità di sorgente calda θf -7 -3 0 2 COP1 3,6 3,95 4,26 4,5 DC1 [kW] 8,8 10,2 ηΙΙ,1 0,491 0,487 0,484 0,482 θc = 35°C Ing. Luca Zordan UNI TS 11300-4 Dipendenza del COP a pieno carico dalla temperatura
  • 33. 16/07/201433 Quando, per fissate condizioni di lavoro, il carico applicato è minore della potenza massima che la PdC può fornire, il COP varia e per determinare le prestazioni della macchina deve essere usato un fattore correttivo: UNI TS 11300-4 Dipendenza del COP dal fattore di carico (CR<1) Ing. Luca Zordan il valore del fattore correttivo può essere stabilito: a) in base ai dati forniti dal costruttore; b) in base a modelli di calcolo di default quando tali dati non siano forniti. COPPL = f * COP dove: COPPL = valore del COP a carico parziale COP = valore del COP a pieno carico
  • 34. 16/07/201434 Ing. Luca Zordan a) Calcolo di CR a carico ridotto (CR < 1) a partire dai dati forniti dal costruttore Per il calcolo sono richiesti (Cfr. UNI EN14825, condizioni climatiche A ”Average”) i seguenti dati: Temperatura di progetto: - 10 °C ; PLR per le temperature di riferimento -7 (A), 2 (B), +7(C), +12 (D); Temperatura bivalente considerata (riferita a -7°C) e potenza a pieno carico alla temperatura bivalente ; Potenza dichiarata (DC) e COP alle 4 temperature (A), (B), (C), (D). Il fattore di correzione del COP determinato in funzione del fattore di carico CR con il metodo qui descritto è indipendente dalla temperatura di annullamento del carico, qui assunta pari a 16 °C, in quanto dipende solo dal fattore di carico CR e quindi può essere applicato in tutte le condizioni di funzionamento nel calcolo secondo UNI/TS 11300. UNI TS 11300-4
  • 35. 16/07/201435 Ing. Luca Zordan a) Calcolo di CR a carico ridotto (CR < 1) a partire dai dati forniti dal costruttore PROCEDURA DI CALCOLO θdes A θbival B C D Temperatura di riferimento [°C] -10 -7 2 7 12 PLR (qdes= -10 °C) [%] 100 88 54 35 15 DC DCA=DCbival DCB DCC DCD CR >1 1 (0,54·Pdes)/DCB (0,35·Pdes)/DCC (0,15·Pdes)/DCD COP’ a pieno carico COP’A COP’B COP’C COP’D COP a carico parziale COPA COPB COPC COPD fp fattore correttivo 1 COPA/COP’A COPB/COP’B COPC/COP’C COPD/COP’D UNI TS 11300-4
  • 36. 16/07/201436 Per pompe di calore aria/acqua, antigelo/acqua, acqua/acqua UNI TS 11300-4 b) Calcolo di CR a carico ridotto (CR < 1) in base a modelli di calcolo di default quando non si dispone dei dati forniti dal costruttore Ing. Luca Zordan In questo caso si procede come segue: Fattore Correttivo NOTA: Per le pompe di calore a potenza variabile in mancanza dei dati previsti dalla UNI EN 14825 si assume un coefficiente correttivo pari a 1 sino al fattore di carico CR = 0,5 (o sino al valore minimo di modulazione se questo è diverso da 0,5). Al di sotto di tale valore di CR si procede come al punto 1.
  • 37. 16/07/201437 Ing. Luca Zordan θdes A θbival B C D Temperatura di riferimento [°C] -10 -7 2 7 12 PLR (qdes= -10 °C) [%] 100 88 54 35 15 Potenza DC a pieno carico 8,75 10,2 12,0 13,6 Pdesign,h 9,95 CR >1 1 (0,54·Pdes)/DCB = 0,526 (0,35·Pdes)/DCC = 0,290 (0,15·Pdes)/DCD = 0,109 COP’ a pieno carico 3,6 4,5 5,4 6,5 fp fattore correttivo (STD ASHRAE116 e UNI EN 14825 ) 1 1 0,92 0,80 0,56 COP a carico parziale (STD ASHRAE116 e UNI EN 14825 ) 3,6 4,14 4,32 3,64 UNI TS 11300-4 b) Calcolo di CR a carico ridotto (CR < 1) in base a modelli di calcolo di default quando non si dispone dei dati forniti dal costruttore
  • 38. 16/07/201438 Esempio: Temperature medie orarie mensili (distribuzione gaussiana normale) relative alla città d Padova. UNI TS 11300-4 La norma UNI/TS 11300-4 è finalizzata al calcolo delle prestazioni della PdC nelle condizioni climatiche di riferimento della località (Italiana) in cui si trova l'edificio. Temperatura interna di progetto pari a 20 °C. Temperatura esterna di progetto θdesign secondo UNI EN 12831. Per poter costruire i “bin”, si assume che le temperature medie orarie mensili abbiano una distribuzione gaussiana normale. Ing. Luca Zordan
  • 39. 16/07/201439 Calcolo della prestazione stagionale (SCOP) delle Pompe di calore elettriche a compressione di valore nelle condizioni di riferimento secondo EN 14825 . Ing. Luca Zordan UNI TS 11300-4
  • 40. 16/07/201440 Calcolo della prestazione stagionale (SCOP) nelle condizioni di riferimento secondo EN 14825 . Condizioni Climatiche della città di riferimento Prestazioni dichiarate dal costruttore INPUT SCOP OUTPUT Ing. Luca Zordan UNI TS 11300-4
  • 41. 16/07/201441 A titolo di esempio viene presentato il risultato del calcolo di SCOPnet per una pompa di calore aria-acqua (a gradini) utilizzata per riscaldamento a pavimento con pannelli radianti. Condizioni climatiche di riferimento A (Average / Strasbourg); Potenza di progetto pari a Φdesign = 5 kW alla temperatura θdesignA = – 10 °C; Temperatura Bivalente = -8°C; Temperatura di mandata dell'acqua fissa pari a 35 °C; Temperatura limite operativa (TOL): -20°C. Calcolo della prestazione stagionale (SCOP) nelle condizioni di riferimento secondo EN 14825 - ESEMPIO AVERAGE Temperatura Esterna Temperatura Mandata PLR Potenza Richiesta dall'Impianto Potenza termica max erogabile dalla PdC COP dichiarato CR fCOP* COP carico parziale (QDESIGN=-10°C) (COPDC) (COPPL) (°C) (°C) % kW kW TOL -20 35 ϑDESIGN -10 35 100% 5,00 4,50 2,92 1,11 1,01 2,95 A -7 35 88% 4,40 4,80 3,09 0,92 0,99 3,06 B 2 35 54% 2,70 6,24 3,99 0,43 0,88 3,52 C 7 35 35% 1,75 7,18 4,54 0,24 0,76 3,45 D 12 35 15% 0,75 8,11 5,19 0,09 0,51 2,66 ϑBIVALENTE -8 35 92% 4,60 4,65 3,03 0,99 1,00 3,03 Tabella dei dati di input e dei principali coefficienti ricavati per il calcolo dell’SCOP secondo EN14825 Ing. Luca Zordan UNI TS 11300-4
  • 42. 16/07/201442 T design -10 °C T bivalent -8 °C T OL -20,00 °C Pdesign 5,0 kW Temp Acqua 35,0 °C CC=0,9 CAPACITY COP* Phol 3,52 kW 2,34 Phbiv 4,70 kW 3,03 PhA 4,80 kW 3,09 PhB 6,24 kW 3,99 PhC 7,18 kW 4,54 PhD 8,11 kW 5,19 *COP values already integrate degradation for on/off cycling Ing. Luca Zordan Calcolo della prestazione stagionale (SCOP) nelle condizioni di riferimento secondo EN 14825 - ESEMPIO UNI TS 11300-4
  • 43. 16/07/201443 Bin Outdoor temperature (dry bulb) hours PLR Heating demand of the building Heating Capacity of Heat Pump CR Capacity of electrical heater Annual Capacity of electrical heater COP fCORR, COP COPPL Annual Heating demand of the building Annual Heating demand of the building Witout h.e. Annual power input with electrical heater Annual power input without electrical heater (Tj-16)/ (Tdesign-16) PLR*Pdesign j Tj hj (%) Ph(Tj) elbu(Tj) hj * elbu(Tj) hj*Ph(Tj) - °C hr kW kW kW kWh kWh kWh kWh kWh 9 -22 0 146% 7,31 3,32 2,20 7,31 0,0 0,00 1,00 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 10 -21 0 142% 7,12 3,42 2,08 7,12 0,0 0,00 1,00 0,00 0,0 0,0 0,0 0,0 11 -20 0 138% 6,92 3,52 1,97 3,40 0,0 2,34 1,00 2,34 0,0 0,0 0,0 0,0 12 -19 0 135% 6,73 3,62 1,86 3,11 0,0 2,40 1,00 2,40 0,0 0,0 0,0 0,0 13 -18 0 131% 6,54 3,72 1,76 2,82 0,0 2,46 1,00 2,46 0,0 0,0 0,0 0,0 14 -17 0 127% 6,35 3,82 1,66 2,53 0,0 2,51 1,00 2,51 0,0 0,0 0,0 0,0 15 -16 0 123% 6,15 3,91 1,57 2,24 0,0 2,57 1,00 2,57 0,0 0,0 0,0 0,0 16 -15 0 119% 5,96 4,01 1,49 1,95 0,0 2,63 1,00 2,63 0,0 0,0 0,0 0,0 17 -14 0 115% 5,77 4,11 1,40 1,66 0,0 2,69 1,00 2,69 0,0 0,0 0,0 0,0 18 -13 0 112% 5,58 4,21 1,33 1,37 0,0 2,74 1,00 2,74 0,0 0,0 0,0 0,0 19 -12 0 108% 5,38 4,31 1,25 1,08 0,0 2,80 1,00 2,80 0,0 0,0 0,0 0,0 20 -11 0 104% 5,19 4,41 1,18 0,79 0,0 2,86 1,00 2,86 0,0 0,0 0,0 0,0 21 -10 1 100% 5,00 4,50 1,11 0,50 0,5 2,92 1,00 2,92 5,0 4,5 2,0 1,5 22 -9 25 96% 4,81 4,60 1,04 0,21 5,2 2,97 1,00 2,97 120,2 115,0 43,8 38,7 23 -8 23 92% 4,62 4,70 0,98 0,00 0,0 3,03 1,00 3,03 106,2 106,2 35,1 35,1 24 -7 24 88% 4,42 4,80 0,92 0,00 0,00 3,09 0,99 3,06 106,2 106,2 34,6 34,6 25 -6 27 85% 4,23 4,96 0,85 0,00 0,0 3,19 0,98 3,14 114,2 114,2 36,4 36,4 26 -5 68 81% 4,04 5,12 0,79 0,00 0,0 3,29 0,97 3,20 274,6 274,6 85,7 85,7 27 -4 91 77% 3,85 5,28 0,73 0,00 0,0 3,39 0,96 3,27 350,0 350,0 107,1 107,1 28 -3 89 73% 3,65 5,44 0,67 0,00 0,0 3,49 0,95 3,33 325,2 325,2 97,7 97,7 29 -2 165 69% 3,46 5,60 0,62 0,00 0,0 3,59 0,94 3,38 571,2 571,2 168,9 168,9 30 -1 173 65% 3,27 5,76 0,57 0,00 0,0 3,69 0,93 3,43 565,6 565,6 165,0 165,0 31 0 240 62% 3,08 5,92 0,52 0,00 0,0 3,79 0,92 3,47 738,5 738,5 212,8 212,8 32 1 280 58% 2,88 6,08 0,47 0,00 0,0 3,89 0,90 3,50 807,7 807,7 230,6 230,6 33 2 320 54% 2,69 6,24 0,43 0,00 0,00 3,99 0,88 3,53 861,5 861,5 244,4 244,4 34 3 357 50% 2,50 6,43 0,39 0,00 0,0 4,10 0,86 3,54 892,5 892,5 251,9 251,9 35 4 356 46% 2,31 6,62 0,35 0,00 0,0 4,21 0,84 3,55 821,5 821,5 231,6 231,6 36 5 303 42% 2,12 6,80 0,31 0,00 0,0 4,32 0,82 3,54 641,0 641,0 181,3 181,3 37 6 330 38% 1,92 6,99 0,28 0,00 0,0 4,43 0,79 3,51 634,6 634,6 181,0 181,0 38 7 326 35% 1,73 7,18 0,24 0,00 0,00 4,54 0,76 3,45 564,2 564,2 163,4 163,4 39 8 348 31% 1,54 7,37 0,21 0,00 0,0 4,67 0,73 3,39 535,4 535,4 158,1 158,1 40 9 335 27% 1,35 7,55 0,18 0,00 0,0 4,80 0,68 3,29 451,0 451,0 137,3 137,3 41 10 315 23% 1,15 7,74 0,15 0,00 0,0 4,93 0,64 3,14 363,5 363,5 115,8 115,8 42 11 215 19% 0,96 7,92 0,12 0,00 0,0 5,06 0,58 2,93 206,7 206,7 70,4 70,4 43 12 169 15% 0,77 8,11 0,09 0,00 0,00 5,19 0,51 2,66 130,0 130,0 49,0 49,0 44 13 151 12% 0,58 8,30 0,07 0,00 0,0 5,32 0,43 2,28 87,1 87,1 38,3 38,3 45 14 105 8% 0,38 8,48 0,05 0,00 0,0 5,45 0,32 1,76 40,4 40,4 23,0 23,0 46 15 74 4% 0,19 8,67 0,02 0,00 0,0 5,58 0,18 1,03 14,2 14,2 13,8 13,8 Σ ==> 10.328 10.322 3.079 3.073 SCOPon SCOPnet 3,35 3,36 Ing. Luca Zordan Calcolo della prestazione stagionale (SCOP) nelle condizioni di riferimento secondo EN 14825 - ESEMPIO UNI TS 11300-4
  • 44. 16/07/201444 Calcolo della prestazione stagionale (SEER) delle macchine frigorifere nelle condizioni di riferimento secondo EN 14825 . SEER - INDICE DI PRESTAZIONE STAGIONALE DELLE MACCHINE FRIGORIFERE Ing. Luca Zordan
  • 45. 16/07/201445 SPECIFICA TECNICA DI REFERIMENTO: UNI TS 11300-3 CAMPO DI APPLICAZIONE - Affronta in modo strutturato e sistematico il comportamento estivo dell’edificio e in particolare dell’impianto ivi installato per il mantenimento delle condizioni ambientali ottimali; - Fornisce dati e metodi per la determinazione: dei rendimenti e dei fabbisogni di energia dei sistemi di climatizzazione estiva; dei fabbisogni di energia primaria per la climatizzazione estiva; Energia primaria e rendimenti per la climatizzazione estiva; Si applica unicamente agli impianti di tipo fisso di climatizzazione estiva con macchine frigorifere azionate elettricamente o ad assorbimento. Tali sistemi possono essere alternativamente: di nuova progettazione; ristrutturati; esistenti. Ing. Luca Zordan SEER - INDICE DI PRESTAZIONE STAGIONALE DELLE MACCHINE FRIGORIFERE
  • 46. 16/07/201446 COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE ENERGETICA STAGIONALE (SEER) Le macchine frigorifere sono normalmente dimensionate per il carico di picco e quindi durante la stagione funzionano quasi sempre a potenza ridotta. La variazione prestazionale della macchina è funzione: Dei parametrici termici operativi (legati alle condizioni di ciclo di condensazione ed evaporazione) ; della configurazione impiantistica; Della variazione nel tempo del fabbisogno dell’edificio. Per tener conto della variazione degli assorbimenti elettrici in funzione delle variazioni climatiche (e/o delle condizioni al contorno) e del grado di parzializzazione della macchina, viene valutato l’indice SEER, Seasonal Energy Efficiency Ratio, (Cfr. alla prEN 14825) come media pesata dei valori dei singoli EER a diverse condizioni operative, utilizzando pesi e tempi di funzionamento definiti su base convenzionale (bin-method) , in funzione della tipologia della macchina. Ing. Luca Zordan SEER - INDICE DI PRESTAZIONE STAGIONALE DELLE MACCHINE FRIGORIFERE
  • 47. 16/07/201447 La Specifica Tecnica individua il rendimento di impianto e il relativo fabbisogno energetico procedendo analogamente a quanto già avviene per l’analisi degli impianti di riscaldamento, suddividendo il sistema nei diversi sottosistemi di impianto, con particolare attenzione a quello di generazione. Al calcolo basilare di energia necessaria per il raffrescamento viene aggiunto il valore di fabbisogno energetico specifico per il trattamento dell’aria. Il fabbisogno di energia primaria per la climatizzazione estiva viene determinato come somma dei contributi (corretti per il fattore di conversione ad energia elettrica da energia primaria) dei fabbisogni di energia elettrica degli ausiliari di quelli di energia effettiva per raffrescamento e per trattamenti dell’aria. METODO DI CALCOLO Fabbisogno frigorifero Fornito (kWh) Energia elettrica consumata (kWh) Ing. Luca Zordan SEER - INDICE DI PRESTAZIONE STAGIONALE DELLE MACCHINE FRIGORIFERE
  • 48. 16/07/201448 METODO DI CALCOLO - Procedura Potenza nominale della macchina (Aria 35°C, Acqua 7°C, DT=5K) ; EER a pieno carico alle condizioni di temperatura esterna 35-30-25-20°C (EERDC) Calcolare il «Partial Load Ratio (X)» ed il «Capacity Ratio (Y)» Calcolare la potenza frigorifera richiesta Pc(Tj)=Pdesignc * Pl(Tj); Calcolare il rendimento massimo previsto nel ciclo ideale di Carnot EERMAX= (θf+273,16)/(θc-θf); Calcolare il rendimento di secondo principio ηΙΙηΙΙηΙΙηΙΙ = EERDC / EERMAX nei quattro Bin in cui EERDC è fornito dal costruttore; poi interpolare per trovare il rendimento in tutti gli altri Bin - EERDC(Tj). Calcolare i valori EERDC_T(j): EERDC_T(j) = hII * EERMAX_T(j); Calcolare gli indici puntuali EERbin_(Tj) = Y * EERDC_(Tj); Inserire distribuzione oraria delle temperature (Bin) • L’energia frigorifera richiesta dall’involucro Qc(Tj)=hj * Pc(Tj) [kWh] • L’energia elettrica assorbita dalla macchina Qe(Tj)=hj * (Pc(Tj)/EERbin) [kWh]; SEER = ΣΣΣΣQc(Tj) / ΣΣΣΣQe(Tj) NB: sotto i 20°C e sopra i 35°C i valori si assumono costanti INPUT Ing. Luca Zordan SEER - INDICE DI PRESTAZIONE STAGIONALE DELLE MACCHINE FRIGORIFERE
  • 49. 16/07/201449 ESEMPIO: Calcolo dell’indice SEER secondo prEN14825 per un edificio a schiera a Venezia Pdesignc = 6,20kW / Tdesignc = 35°C / Wtemp=7°C, DT=5K EERDC,20°C = 5,46, EERDC,25°C = 4,67, EERDC,30°C = 3,88, EERDC,35°C = 3,26) Bin Outdoor temperature (dry bulb) hours Partial Load Ratio (X) Capacity Ratio (Y) Cooling Demand of the Building Cooling Capacity of the Chiller EERMAX (Carnot cycle) ηΙΙ EERDC EERbin Annual Cooling Demand of the building Annual Power Input of chiller (Tj-16)/ (Tdesignc-16) Pl/(CC*Pl + (1-CC)) Pdesignc * Pl(Tj) (θf+273,16)/(θc-θf) ηΙΙ = EERDC/EERMAX Y * EERDC j Tj hj Pl(Tj) Pc(Tj) hj*Pc(Tj) hj*(Pc(Tj)/EERbin) - °C hr (%) kW kW kWh kWh 5 17 163 5% 0,36 0,33 7,40 28,02 0,25 7,00 2,50 53,19 21,26 6 18 230 11% 0,54 0,65 7,35 25,47 0,25 6,37 3,44 150,11 43,61 7 19 277 16% 0,65 0,98 7,30 23,35 0,25 5,84 3,81 271,17 71,24 8 20 283 21% 0,73 1,31 7,25 21,55 0,25 5,46 3,97 369,39 93,02 9 21 283 26% 0,78 1,63 7,20 20,01 0,26 5,26 4,11 461,74 112,43 10 22 276 32% 0,82 1,96 7,15 18,68 0,27 5,08 4,18 540,38 129,40 11 23 264 37% 0,85 2,28 7,10 17,51 0,28 4,93 4,21 603,03 143,38 12 24 260 42% 0,88 2,61 7,05 16,48 0,29 4,79 4,21 678,74 161,15 17 25 218 47% 0,90 2,94 7,00 15,56 0,30 4,67 4,20 640,23 152,33 18 26 177 53% 0,92 3,26 6,92 14,75 0,30 4,48 4,11 577,58 140,57 19 27 114 58% 0,93 3,59 6,84 14,01 0,31 4,31 4,01 409,20 101,93 36 28 105 63% 0,94 3,92 6,76 13,34 0,31 4,15 3,92 411,16 104,83 37 29 66 68% 0,96 4,24 6,68 12,73 0,31 4,01 3,83 279,98 73,06 38 30 60 74% 0,97 4,57 6,60 12,18 0,32 3,88 3,75 274,11 73,17 39 31 38 79% 0,97 4,89 6,53 11,67 0,32 3,74 3,64 186,00 51,12 40 32 7 84% 0,98 5,22 6,46 11,21 0,32 3,60 3,54 36,55 10,34 41 33 4 89% 0,99 5,55 6,39 10,78 0,32 3,48 3,44 22,19 6,45 42 34 2 95% 0,99 5,87 6,32 10,38 0,32 3,37 3,35 11,75 3,51 43 35 0 100% 1,00 6,20 6,25 10,01 0,33 3,26 3,26 0,00 0,00 44 36 0 105% 1,01 6,53 6,18 9,66 0,33 3,19 3,20 0,00 0,00 45 37 0 111% 1,01 6,85 6,11 9,34 0,33 3,08 3,11 0,00 0,00 46 38 0 116% 1,01 7,18 6,04 9,04 0,33 2,98 3,02 0,00 0,00 Σ ==> 5.976,47 1.492,80 SEERON 4,01 Ing. Luca Zordan SEER - INDICE DI PRESTAZIONE STAGIONALE DELLE MACCHINE FRIGORIFERE
  • 50. 16/07/201450 LE POMPE DI CALORE NELLA CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI: QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO Release 05_2014 CONSIDERAZIONI: Importante passaggio dalla logica di prestazione/efficienza «puntuale» (poco significativa) a una logica «media ponderata stagionale»; L’impianto deve essere progettato per lavorare efficientemente anche ai carichi parziali; La normativa di prodotto consente il confronto non solo tra prodotti analoghi di diverse aziende ma anche come diverse tecnologie si comportano in regime di parzializzazione (ad es: cps VS cps, idronic a VS espansione diretta, ecc). Nelle PdC è molto importante definire in maniera ottimale la temperatura bivalente al fine di ottimizzare i consumi: SCOPon è per questo un valido strumento di aiuto. Ing. Luca Zordan
  • 51. 16/07/201451 LE POMPE DI CALORE NELLA CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI: QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO BIBLIOGRAFIA: DIRETTIVA 2009/28/CE del Parlamento europeo e del Consiglio, del 23 Aprile 2009, sulla promozione dell'uso dell'energia proveniente dalle fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle Direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE. DECRETO LEGISLATIVO 3 marzo 2011, n. 28. Attuazione della direttiva 2009/28/CE sulla promozione dell'uso dell'energia da fonti rinnovabili, recante modifica e successiva abrogazione delle direttive 2001/77/CE e 2003/30/CE. UNI/TS 11300-3/2010. Prestazioni energetiche degli edifici. Parte 3. Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione estiva. UNI/TS 11300-4/2012. Prestazioni energetiche degli edifici. Parte 4. Utilizzo di energie rinnovabili e di altri metodi di generazione per il riscaldamento di ambienti e preparazione acqua calda sanitaria. prEN 14825. Air conditioner, 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. UNI EN 12831. Impianti di riscaldamento negli edifici - Metodo di calcolo del carico termico di progetto. «Il quadro normativo per l’efficienza energetica e la variabilità dei carichi negli impianti di climatizzazione» - M. De Carli, Università degli studi di Padova, 27 Novembre 2013 Gazzetta Ufficiale dell’Unione europea 06.03.2013 – Decisione della Commissione del 01 Marzo 2013. Ing. Luca Zordan
  • 52. 16/07/201452 GRAZIE DELL’ATTENZIONE Ing. Luca Zordan luca.zordan@swegon.it LE POMPE DI CALORE NELLA CERTIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI EDIFICI: QUADRO NORMATIVO DI RIFERIMENTO Release 06_2014 Ing. Luca Zordan
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