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EXPOPLUS EVENTO MEIER TOBLER SA
LUGANO
21 MAGGIO 2019
APPLICAZIONI AD ALTA EFFICIENZA E CONFORMI ALLA
ORPPCHIM PER IL RECUPERO DEL CALORE E IMPIANTI
DI TELERISCALDAMENTO E TELERAFFREDDAMENTO
Walter Moggio
Moggio Engineering SA ‐ Bioggio
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 1
DEFINIZIONE DI EFFICIENZA
In ingegneria energetica il termine
efficienza energetica
indica la capacità di un sistema fisico di ottenere un dato risultato
utilizzando meno energia rispetto ad altri sistemi detti a minor efficienza,
aumentandone generalmente il rendimento e consentendo dunque un
risparmio energetico ed una riduzione dei costi di esercizio.
Efficienza energetica indica dunque la capacità di riuscire a
“fare di più con meno”
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 2
DEFINIZIONE DI EFFICIENZA
Fare di più: aumentare il benessere termico dell’utente
durante il periodo d’uso degli ambienti. Per
mantenere nei locali la temperatura
prescelta (zona d’indifferenza termica) è
necessario mettere in equilibrio il calore
erogato con quello disperso.
Con meno: con un fabbisogno d’energia finale inferiore
e con l’uso di energie rinnovabili il cui
utilizzo non intacca, né pregiudica le risorse
naturali a disposizione dell’uomo.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 3
DEFINIZIONE DI EFFICIENZA
Questo implica dunque uno sfruttamento più razionale dell'energia,
eliminando sprechi dovuti al funzionamento e alla gestione non ottimale
di sistemi complessi quali
edifici in cui viviamo o lavoriamo
e di sotto sistemi confinati all’interno degli edifici quali
motori, caldaie, gruppi frigoriferi, pompe di calore
Soluzioni a maggior efficienza energetica sono oggetto continuo di ricerca e
sviluppo nelle aziende e nei centri di ricerca specializzati di tutto il mondo.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 4
USO RAZIONALE DELL’ENERGIA
L’uso razionale dell’energia è una «fonte energetica» a disposizione
soprattutto dei paesi industrializzati.
Questa fonte energetica va considerata a tutti gli effetti come una fonte
virtuale pienamente equivalente a vere fonti energetiche pur senza
essere fisicamente dell’energia.
Usare razionalmente l’energia significa operare con sistemi più efficienti
ottenendo risultati e servizi non solo pari a quelli ottenibili nella
condizione attuale, ma addirittura migliori, con vantaggi sia ambientali
che di autonomia energetica.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 5
EDIFICIO ‐ IMPIANTO
Nei climi temperati e freddi, la
maggior parte dell’energia
utilizzata da un edificio serve al
riscaldamento.
Nei climi più caldi può essere
necessario abbassare la
temperatura interna degli edifici,
questo raffreddamento può
comportare un grande consumo di
energia.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 6
EDIFICIO – livello 1
Le caratteristiche costruttive dell’edificio
influenzano in modo importante il fabbisogno
di energia utile dell’edificio.
Per questa ragione il legislatore prima di
consentire l’uso di apparecchi efficienti per il
riscaldamento e il raffreddamento limita i
fabbisogni di potenza termica e frigorifera
dell’edificio.
Aspetti regolati dal Regolamento
sull’Utilizzazione dell’Energia RUEn
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 7
IMPIANTI – livello 2
Ridotte le esigenza dell’edificio al minimo si
può procedere con la scelta del giusto sistema
meccanico di riscaldamento e raffreddamento.
Il legislatore limita e incentiva l’uso di
apparecchiature efficienti capace di ridurre e
contenere il fabbisogno di energia finale del
sistema edificio – impianti.
Aspetti regolati dal Regolamento
sull’Utilizzazione dell’Energia RUEn
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 8
EDIFICIO INVERNO ‐ ESIGENZE PROTEZIONE TERMICA 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 9
EDIFICIO INVERNO ‐ ESIGENZE QUOTA MASSIMA ENR
ENR = energie non rinnovabili
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 10INVERNO EDIFICIO – NORME DI RIFERIEMENTO
RUEn SIA180 SIA 380/1:2009
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 11IMPIANTI INVERNO – ESIGENZE TECNICHE ‐ livello 2
Sodisfatte le esigenze dell’edificio di livello 1
si può procedere con la progettazione ed
affrontare le esigenze degli impianti di livello 2
La norma di riferimento è la SIA 384/1 «Impianti di
riscaldamento degli edifici – Basi generali ed
esigenze» che non pone particolari restrizioni dal
profilo dell’efficienza delle pompe di calore, eccetto
la limitazione della temperatura del vettore termico
alle condizioni di dimensionamento.
Generatori di calore a combustione vedi OIAt
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 12ESTATE EDIFICIO ‐ ESIGENZE PROTEZIONE TERMICA Livello 1 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 13
ESTATE EDIFICIO ‐ ESIGENZE PROTEZIONE TERMICA
Coefficiente g della
combinazione Capacità termica
vetro + protezione dei singoli locali
solare in funzione
dell’orientamento
e della superficie
vetrata
Analisi possibilità di far
uso di sistemi di
Protezione solare
ventilazione naturale,
esterna comandata
raffreddamento
per singola facciata
passivo
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 14IMPIANTI ESTATE – ESIGENZE TECNICHE ‐ livello 2
Sodisfatte le esigenze dell’edificio di livello 1
si può procedere con la progettazione ed
affrontare le esigenze degli impianti di livello 2
La norma di riferimento sono la SIA 382/1 e 2
Il legislatore non pone particolari restrizioni dal profilo
dell’efficienza se il consumo d’energia elettrica non
supera i 7 W/m2 superficie raffreddata per edifici nuovi
e i 12 W/m2 superficie raffreddata per edifici esistenti.
Se il rispetto dei limiti suindicati non è possibile il
legislatore richiede ulteriori verifiche.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 15ESTATE EDIFICIO – VERIFICA CONDIZIONI DI BENESSERE
Metodo dettagliato
Sorpasso della temperatura, curva limite
superiore, per più di 100 h all’anno,
raffreddamento necessario
Metodo semplificato
Raffreddamento raccomandato o necessario = vincoli all’efficienza dei macchinari
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 16ESTATE EDIFICIO – NORME DI RIFERIEMENTO
RUEn SIA180 SIA 382/1
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 17ESTATE IMPIANTI ‐ ESIGENZE TECNICHE
Livello 2
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 18IMPIANTI ESTATE – ESIGENZE TECNICHE ‐ livello 2
Sodisfatte le esigenze dell’edificio di livello 1
si può procedere con la progettazione ed
affrontare le esigenze degli impianti di livello 2
La norma di riferimento sono la SIA 382/1 e 2
Il legislatore pone particolari restrizioni dal profilo
dell’efficienza dei gruppi frigoriferi e pone delle
limitazione alla temperatura del vettore termico alle
condizioni di dimensionamento.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 19IMPIANTI ESTATE – REQUISITI ENERGETICI 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 20
IMPIANTI ESTATE – CONDIZIONI STANDARD
Le condizioni standard definite dalla norma SN EN 14511 vengono
riprese nell’allegato C della norma SIA382/1.
Dati standard a pieno carico 100%
Potenza calcolata dal fabbricante con fattore di sporcizia pari a 0, temperatura
dell’acqua fredda 12°C/7°C, temperatura fluido di dissipazione acqua 30°C/35°C,
temperatura esterna a bulbo secco di 35°C per le macchine condensate ad aria.
Dati standard a carico parziale 50%
Potenza calcolata dal fabbricante con fattore di sporcizia pari a 0, temperatura
dell’acqua fredda 12°C/7°C, temperatura fluido di dissipazione acqua 22°C (entrata),
temperatura esterna a bulbo secco di 18°C per le macchine condensate ad aria.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 21CICLO DI CARNOT
Il coefficiente di rendimento ideale diminuisce con l’aumentare della
differenza di temperatura tra lato caldo e lato freddo.
dove:
ε coefficiente di rendimento di Carnot
TC temperatura di condensazione in K
TE temperatura di evaporazione in K
QC Potenza del condensatore in W
Pel Potenza assorbita dal compressore in W
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 22COP COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE
COP (coefficient of performance) coefficiente di prestazione in modalità
riscaldamento. Il COP è equivalente all’EER ed è utilizzato per le pompe
di calore e include la potenza del motore della macchina. Per questo,
teoricamente con la stessa efficienza, il COP è di un’unità maggiore in
confronto all‘EER.
EER COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE
EER (Energy Efficiency Ratio) coefficiente di prestazione a pieno carico
della macchina del freddo in modalità raffreddamento
Il COP e l’EER specificano una condizione di lavoro momentanea.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 23LIMITI DEL SISTEMA 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 24
ESEER COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE STAGIONALE
ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio) coefficiente di
prestazione stagionale annuo della macchina del freddo ponderato.
l’ESEER specifica una condizione di lavoro media annua.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 25EFFICIENZA ENERGETICA TRA DIVERSI MACCHINARI 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 26
EFFICIENZA ENERGETICA DEI DIVERSI FLUIDI REFRIGERANTI 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 27
EFFICIENZA ENERGETICA DEI DIVERSI FLUIDI REFRIGERANTI 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 28
LIMITI PER LA TEMPERATURA DI ESERCIZIO 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 29
GAS REFRIGERANTI
I gas refrigeranti sono sostanze che consentono il trasferimento di calore
da D a B grazie ai suoi cambiamenti di stato grazie all’inserimento nel
sistema d’una quota parte di energia pregiata l’elettricità
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 30GAS REFRIGERANTI 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 31
GAS REFRIGERANTI NEL TEMPO
La crescente attenzione verso il problema del riscaldamento globale ha
portato alla definizione di politiche internazionali a lungo termine volte a
limitare l’aumento della temperatura media del pianeta
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 32TIPOLOGIA DI REFRIGERANTE
CFC ‐ clorofluorocarburi vietato
HCFC ‐ idroclorofluorocarburi vietato
HFC ‐ idrofluorocarburi limitazione d’uso
HFO ‐ Idro‐Fluoro‐Olefine ammesso, conformità ai requisiti di sicurezza
HC ‐ Idrocarburi ammesso, conformità ai requisiti di sicurezza
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 33CARATTERISTICHE DEL REFRIGERANTE
HFC
HFO
HC
NATURALI
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 34GWP
Una delle misure di intervento è quella di diminuire l’utilizzo di gas ad
effetto serra che una volta liberati in atmosfera contribuiscono
all’innalzamento della temperatura. L’unità di misura di riferimento è il
GWP (Global Warming Potential) in ton di CO2 equivalenti.
ODP
Il Potenziale di eliminazione dell'ozono (Ozone Depletion Potential) di un
composto chimico è il valore relativo di degrado della fascia di ozono
che esso può causare. Come standard è assunto il triclorofluorometano
(R‐11), cui viene dato il valore di ODP pari a 1,0.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 35ORRPChim – impianti raffreddati ad acqua 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 36
ORRPChim – impianti raffreddati ad aria 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 37
ORRPChim – impianti ad evaporazione diretta 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 38
ORRPChim – impianti VRV‐VRF 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 39
CLASSE DI SICUREZZA
I prodotti refrigeranti utilizzati nei sistemi di
refrigerazione e nelle pompe di calore devono
ossequiare il quadro di riferimento che è dato
dalla protezione dei lavoratori in virtù
dell’Ordinanza sulla prevenzione degli infortuni
(OPI). Tenuto conto della norma SN EN 378, parti
da 1 a 4 (sistemi di refrigerazione e pompe di
calore), della direttiva CFSL 6517 «Gas
liquefatti» e dell’opuscolo Suva 2153. Le misure
di protezione devono ridurre il rischio di
intossicazione, soffocamento, incendio,
esplosione e ustioni criogeniche.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 40DEFINIZIONE DEI SITI D’INSTALLAZIONE
I siti di installazione dei sistemi di refrigerazione si suddividono in
quattro classi:
Classe I: sistema interamente posizionato in spazi occupati da
persone
Classe II: sistema parzialmente posizionato (lato ad alta pressione)
in una sala macchine o all’aperto
Classe III: sistema interamente posizionato in una sala macchine o
all’aperto
Classe IV: vano ventilato
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 41DEFINIZIONE DEI SITI D’INSTALLAZIONE
Sala macchine
Locale o spazio completamente chiuso ed ermetico, con ventilazione
forzata, previsto per alloggiare componenti di un sistema di
refrigerazione e accessibile solo a persone autorizzate, ad es. per la
manutenzione.
All’aperto
Un’installazione è considerata all’aperto quando si trova in un spazio
in cui almeno uno dei lati lunghi è aperto verso l’esterno o presenta
fenditure con un’area di passaggio dell’aria pari almeno al 75%.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 42DEFINIZIONE DEI SITI D’INSTALLAZIONE
Sala macchine
Locale o spazio completamente chiuso ed ermetico, con ventilazione
forzata, previsto per alloggiare componenti di un sistema di
refrigerazione e accessibile solo a persone autorizzate, ad es. per la
manutenzione.
All’aperto
Un’installazione è considerata all’aperto quando si trova in un spazio
in cui almeno uno dei lati lunghi è aperto verso l’esterno o presenta
fenditure con un’area di passaggio dell’aria pari almeno al 75%.
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 43FUNZIONEMANTO IN SICUREZZA
Opuscolo SUVA ‐ Funzionamento in sicurezza dei
sistemi di refrigerazione e delle pompe di calore
EN378‐1 e EN378‐2
‐ Misure di protezione generale
‐ Costruzione dei locali
‐ Prescrizioni antincendio
‐ Evacuazione gas attraverso valvole di sicurezza
‐ Disinserimento di emergenza
‐ Misure contro le esplosioni, funzioni della classe
di sicurezza
‐ Ventilazione del locale
‐ Impianto rilevazione fughe gas
‐ Piano di emergenza
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 44FUNZIONEMANTO IN SICUREZZA – estratto opuscolo SUVA 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 45
APPLICAZIONI EFFICIENTI
Gruppi frigoriferi e pompe di calore funzionanti con
piccole differenza di temperatura tra TC e TE
‐ Inverno, temperatura del medio di riscaldamento bassa
‐ Estate, temperatura del medio di raffreddamento alta
Uso simultaneo dei flussi di calore QC e QE
‐ Aumento dell’efficienza poiché al sistema edificio‐impianto si
dispone d’energia utile «prodotta» con un quantitativo di
energia finale contenuto.
Reti di tele‐riscaldamento/raffreddamento
‐ Contenere le perdite termiche, temperatura del medio simile
alla temperatura media annua della località
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 46RETI «ANERGETICHE»
Temperatura del medio caldo
exergia
Temperatura ambiente circostante
Temperatura del medio freddo
energia
(eventuale)
anergia
0 K Temperatura assoluta
Energia = Exergia + Anergia
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 47RETI «ANERGETICHE»
‐ Recupero del calore
‐ Uso energia rinnovabile
‐ Calore e freddo utilizzati
simultaneamente
‐ Rete anergetica a bassa
temperatura
‐ Pompe di calore o gruppi
frigoriferi con basso salto
termico tra TC e TE
‐ Tecnologia applicabile pure
in piccola scala
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 48RETI «ANERGETICHE» 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 49
RETI «ANERGETICHE» 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 50
RETE «ANERGETICA IBC COIRA» 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 51
RETE «ANERGETICA IBC COIRA» 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 52
RETE «ANERGETICA RAPPERSWIL‐JONA» 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 53
RETE «ANERGETICA RAPPERSWIL‐JONA» 21.05.2019 ‐ Walter Moggio 54
CONCLUSIONE
Le conoscenze teoriche, l’esperienza, la
ricerca e lo sviluppo svolto dalle aziende
consentono già oggi di progettare sistemi
edificio‐impianto che
“fanno di più con meno”
Ringrazio per la vostra attenzione
21.05.2019 ‐ Walter Moggio 55Puoi anche leggere
