IMPIANTO DI CLIMATIZZAZIONE INTEGRATO IN UN CASOLARE IN COLLINA

Il committente dell'impianto è proprietario di un casolare su tre piani in collina dove ancora non è ancora possibile l'allaccio alla rete del metano che comunque stato scartato per la scarsa convenienza economica dell'utilizzo di questo combustibile.

Ancor meno conveniente sarebbe stata, conti alla mano, l'installazione di un serbatoio di GPL.



Schema idraulico



Si è scelto quindi di installare delle pompe di calore aria acqua “Aquarea” di produzione Panasonic integrando in regime invernale con un termocamino – nei terreni annessi all'edificio c'è ampia disponibilità di legna – e in regime estivo, per la produzione di acqua calda sanitaria, con collettori solari del tipo a svuotamento.

Le necessità di climatizzazione risultano ovviamente indispensabili in regime invernale mentre, per la particolare collocazione, in regime estivo è limitata agli ambienti esposti a sud ovest.

La scelta è caduta quindi, come logico le pompe di calore, su un impianto di riscaldamento a pavimento con circuiti separati per i vari livelli.

Si è scelto anche di installare due pompe di calore di potenza unitaria pari al 60% del fabbisogno termico per la migliore efficienza delle macchine di taglia inferiore e per la continuità di funzionamento in caso di avarie.

E' anche stato predisposto l'impianto per l'installazione di una eventuale terza macchina.

In regime invernale quindi il fluido termovettore delle pompe di calore viene inviato a un “puffer” del tipo “tank in tank” dotato di serpentino di scambio.

Il serpentino è collegato al termocamino e la temperatura viene gestita con una valvola a tre vie miscelatrice con sonda nel Puffer.

Il serbatoio interno è invece collegato al circuito dell'acqua calda sanitaria.

Non è stata data priorità a nessuna delle due fonti di calore e la gestione, su richiesta del cliente, è manuale.

La temperatura nel serbatoio, dovendo provvedere anche al riscaldamento dell'acqua calda sanitaria, è necessariamente più alta di quella necessaria per l'impianto a pavimento per cui dovrà essere regolata dalle valvole a tre vie dei collettori dell'impianto a pavimento.

Il boiler ad accumulo in regime invernale è inattivo

In regime estivo il Puffer viene intercettato e viene aperto il circuito del boiler ad accumulo.

Il boiler è dotato di due serpentini di scambio, uno per le pompe di calore e uno per i collettori solari del tipo a svuotamento.

Se l'insolazione è sufficiente le pompe di calore sono escluse o provvedono alla climatizzazione degli ambienti con la peggiore esposizione; in caso contrario invertono il ciclo e provvedono al riscaldamento dell'acqua del boiler fino al raggiungimento della temperatura impostata.

Si sono scelti i collettori solari a svuotamento per la sicurezza intrinseca di questa tipologia, per evitare di “glicolare” in percentuali alte il fluido termovettore ( aumento di resa ) e per evitare di dover installare dei dissipatori di calore che rappresentano un ulteriore punto di avaria di un sistema già abbastanza complesso.

Risparmio energetico: l'involucro edilizio

Una buona progettazione è il primo passo per il contenimento del consumo energetico per gli impianti di riscaldamento.

Le dispersioni di energia di un edificio sono correlate alla resistenza termica delle sue superfici (siano esse affacciate verso l'esterno che verso l'interno) e dalla sua capacità di utilizzare gli apporti “gratuiti”.

Intendendo come gratuito in primo luogo quelli solari.

Alcune piccole regole di orientamento degli ambienti, ad esempio, possono portare a benefici non trascurabili.

Come insegnano i bioarchitetti a sud devono essere esposte le stanze che necessitano di luce e calore per tutto il giorno come cucina e soggiorno, a nord i locali di servizio e le scale, a est le camere da letto e a ovest gli ambienti relax come lo studio.

Possiamo distinguere due tipi di sistemi per il guadagno di energia solare: il sistema solare "attivo" e quello "passivo".
Un sistema solare "attivo" è formato da elementi che captano l'energia solare, come per esempio i collettori solari.

Questi permettono l'utilizzo dei raggi solari per il riscaldamento dell'acqua in parte anche per il riscaldamento degli ambienti interni.

I moderni elementi solari possono essere inseriti in modi diversi come elementi architettonici e, grazie alla loro grande flessibilità, possono essere adattati anche a strutture già esistenti. In particolare possono costituire parti di coperture, facciate, schermo parasole o balcone.
Si definisce "sistema passivo" un sistema che utilizza i componenti stessi di un edificio per captare, accumulare e distribuire il calore della radiazione solare senza l'impiego di apparecchiature.
Bisogna fare attenzione perché il concetto di riscaldamento è stato in gran parte sostituito da quello di climatizzazione per cui alcune scelte possono essere assolutamente controproducenti in regime estivo e devono essere vagliate con oculatezza.
E’ buona norma, ad esempio, disporre lungo le facciate più soleggiate degli aggetti – gronde e balconi - al di sopra delle finestre che sfruttando la diversa altezza del sole nelle varie stagioni, ombreggiano l’apertura in regime estivo e lasciano entrare i raggi del basso sole d’inverno.

Possiamo fare una valutazione percentuale esemplificativa della differenza di energia dispersa verso l’ambiente esterno da un locale isolato e uno non isolato e ombreggiato avente le stesse caratteristiche dimensionali:

Finestre = 1.5 mq
Pareti e soffitto = 16.5 mq

Siano:

S = superficie disperdente in mq
U = trasmittanza termica unitaria misurata in W/mqK
Δt = differenza tra temperatura interna e temperatura media esterna
τ = tempo in secondi
Qi = energia dispersa verso l’esterno
Qs = energia gratuita dovuta agli apporti solari
Qh = Qi-Qs è l’energia dispersa dal locale che deve essere fornita dall’impianto di climatizzazione in regime invernale per il mantenimento della temperatura di progetto.

Locale ombreggiato e non isolato					Locale isolato e ben esposto
S mq	U W/mqK	Δt °C	τ Sec.	Qn KJ	S mq	U W/mqK	Δt °C	τ Sec.	Qn KJ
16.5	1.8	12.5	3600	1337	16.5	0.6	12.5	3600	446
1.5	5	12.5	3600	338	1.5	2.3	12.5	3600	155
			Qs	0				Qs	61
			Qn	1675				Qn	540

Le dispersioni termiche del locale ombreggiato e non isolato sono più che triple rispetto a un ambiente isoalto e ben esposto.

L’attuale legislazione prevede:

Il calcolo del fabbisogno di potenza secondo UNI 7357.

Il calcolo del fabbisogno di energia utile Qn secondo UNI 10344.

Contatore unico o doppio contatore negli impianti di climatizzazione

Lo spunto viene da un articolo di Ugo Palmacci apparso su Casa&Clima n° 23 – WWW.CASAECLIMA.COM – dal titolo “ Pompe di calore elettriche, meglio il doppio contatore” che, per chi non abbia voglia di cercarlo, si riassume brevemente.

L'utilizzo per il riscaldamento residenziale delle pompe di calore viene limitato dal costo dell'energia elettrica e dal sistema di contabilizzazione dei consumi da parte dei gestori.

Traducendo in soldoni: esiste un limite minimo di consumo per gli usi domestici pari a 2640 kWh/anno; di questi 1800 kWh hanno un costo di circa 10 centesimi, da 1800 a 2640 kWh circa 14 centesimi, da 2640 a 4440 il costo sale a poco meno di 20 centesimi e oltre la soglia dei 4440 il costo è di oltre 26 centesimi.

Questi costi unitari vanno maggiorati di IVA e balzelli vari.

Il concetto di base è corretto, chi più consuma più paga proteggendo le fasce più deboli che consumano meno.

I gestori, considerando gli utenti alla stregua di limoni da spremere, contabilizzano “pro quota giorno” - come lo definisce il maggior distributore nazionale - per cui tutti i consumi “voluttuari” (cioè eccedenti i 12 kWh/giorno) come il riscaldamento con le pompe di calore, un piatto di pasta al forno o una lavatrice in più finiscono inevitabilmente per essere contabilizzati alle tariffe più alte e fino a 30 centesimi per kWh.

Tutto questo tenendo conto che la climatizzazione con le pompe di calore viene considerata “da fonte rinnovabile” come stabilito dalla Direttiva 2009/28/CE emanata il 23 Aprile 2009 dal Parlamento e dal Consiglio europeo sulla promozione dell’uso dell'energia da fonti rinnovabili.

Ovviamente nessuno delle Autorità e dei Garanti – bravissimi a garantire soprattutto se stessi – trova nulla da ridire.

Ma tant'è e bisogna cercare di porre in qualche modo rimedio.

Esiste la possibilità di installare un contatore per “usi diversi” come stabilito dalla Autorità per l'Energia e per il Gas con delibera 30/2008, comma 5.2,che modificava la delibera 348 del 2007, introduce la possibilità di un secondo contatore ” nel caso di utilizzo di un impianto in pompa di calore “In deroga a quanto previsto dal comma 5.1, per le utenze domestiche in bassa tensione, con potenza disponibile fino a 3,3 kW, può essere richiesta l’installazione, di un secondo punto di prelievo destinato esclusivamente all’alimentazione di pompe di calore per il riscaldamento degli ambienti, anche di tipo reversibile”.

Il costo è fissato in una tariffa unica di poco superiore ai 13 centesimi per kWh e però gravato da una Quota fissa tripla rispetto alle utenze domestiche e da un Costo potenza nettamente superiore.

Ugo Palmacci fa un raffronto tra un unico contatore con potenza impegnata di 7,5 kW e doppio contatore con potenza impegnata di 3kW per uso domestico e 6 kW per usi diversi.

Il risparmio raggiunge anche il 27%.

Si è voluto verificare il raffronto con l'unità abitativa considerata nell'articolo di questo blog relativo alla convenienza delle pompe di calore rispetto alla tradizionale caldaia a metano.

In pratica nella nostra unità abitativa e per i consumi ipotizzati c'è un sostanziale pareggio tra il contatore singolo e il doppio; il risparmio è del 6% circa ma bisogna considerare gli oneri di allaccio quantificabili in poco meno di 600 Euro.

Il pareggio di costo tra le due tipologie si ha per un consumo annuo di 4600-4700 kWh, il risparmio diventa invece consistente e appetibile per consumi maggiori.




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IMPIANTI DI CLIMATIZZAZIONE: Errori più comuni nei sistemi di rinnovo dell’aria.

Gli impianti di climatizzazione prevedono sempre una circolazione di aria.

L’aria è un fluido dotato di massa, calore specifico, conduttività, qualità organolettiche ecc. e si comporta secondo le leggi della fluidodinamica.

Noi viviamo immersi nell’aria, la respiriamo e quindi tendiamo a considerarla “impalpabile”.

Questa “impalpabilità” comporta troppo spesso nella pratica impiantistica errori commessi per lo più da operatori improvvisati o scarsamente preparati.

Nessun “bricoleur” si sognerebbe di modificare o manomettere un impianto idraulico mentre in troppi pensano di poterlo fare impunemente con gli impianti aeraulici.

Quella che segue è una breve casistica, sicuramente non esaustiva degli errori più comuni riscontrati sugli impianti di ventilazione e ricambio dell’aria.

• Inesistente o insufficiente reintegro dell'aria espulsa.

Quando si estrae aria da un ambiente – esempi più banali la ventolina dei bagni ciechi o la cappa della cucina quando questa espelle i fumi all'esterno -bisogna provvedere a un adeguato afflusso di aria di reintegro attraverso la realizzazione di opportune aperture o installando un ventilatore di immissione di portata pari a quello di estrazione.

A tutti sarà capitato in qualche albergo sentire un cambiamento di tono nel rumore prodotto dalla ventolina alla chiusura della porta del bagno; il cambiamento altro non è che il risultato del funzionamento “a vuoto” del ventilatore.

Nel caso, oltre ad avere una insufficiente o nulla estrazione si accorcia drasticamente la vita operativa del ventilatore.

Il reintegro dell'aria può risultare insufficiente anche per l'ostruzione totale o parziale delle prese d'aria e delle espulsioni all'esterno per il deposito nelle loro prossimità di materiali vari; molto spesso si trovano all'interno di cortili dove vengono stoccati materiali di tutti i tipi.

Un semplice pezzo di carta è sufficiente ad alterare in maniera sostanziale la dinamica di un impianto di ventilazione o climatizzazione.

• Zone morte dovute alla errata collocazione delle immissioni e delle estrazioni.

L'aria è un fluido “pigro” che risponde come tutti i fluidi alla legge del minimo sforzo per cui la collocazione degli organi di immissione e estrazione dell'aria in ambiente devono essere posti in posizioni idonee perchè il fluido effettui una scansione quanto più ampia possibile dell'ambiente medesimo.

Il fenomeno della cortocircuitazione è la causa della maggior parte dei malfunzionamenti degli impianti di ventilazione e climatizzazione.

Esistono ovviamente anche altri motivi per cui la scansione avviene in maniera insoddisfacente; tra questi il fenomeno per cui masse d'aria a temperature molto diverse - e conseguenti diverse densità ( a volte sono sufficienti 10°C ) - tendono a scivolare una sull'altra senza mescolarsi.

Una bocchetta di mandata posizionata in modo non corretto creerà delle zone in cui la circolazione d'aria sarà nulla, le condizioni termoigrometriche richieste non saranno raggiunte e per la cui eliminazione i sistemi normalmente utilizzati (aumento della velocità di lancio, aumento della temperatura di immissione) sortiscono effetti nulli.

• Immissione di aria contaminata in ambiente

L'aria di rinnovo deve essere prelevata in zone non interessate da gas di scarico o da inquinanti aerei provenienti da attività commerciali o industriali.

E' buona norma prelevare l'aria a una altezza di almeno 4 metri; gli idrocarburi incombusti e le polveri derivanti dal traffico di solito non raggiungono quella quota.

La raccomandazione può sembrare di assoluta banalità ma è sufficiente una passeggiata al centro per notare che una buona percentuale di esercizi commerciali disattende questa semplicissima regola di igiene.

• Pulizia dei filtri

Tutti o quasi gli impianti di ventilazione e climatizzazione prevedono la presenza di filtri di varie classi di efficienza a seconda della destinazione d'uso degli ambienti serviti.

I filtri sono essenziali per mantenere livelli accettabili di qualità dell'aria e vanno puliti o sostituiti con assiduità secondo le prescrizioni del costruttore.

Il filtro di un comune climatizzatore split system andrebbe pulito con cadenza settimanale; l'operazione è effettuabile da chiunque e richiede pochissimi minuti.

E' capitato più e più volte di sentir parlare gli utenti di pulizia semestrale o annuale o addirittura di asportazione dei filtri.

Tutto il materiale che si deposita sui filtri evita di depositarsi nei polmoni di chi fruisce l'ambiente e sulle superfici dell'ambiente medesimo.

Un filtro sporco rappresenta una coltura batterica soprattutto in presenza di umidità.

Un filtro sporco altera le caratteristiche di funzionamento delle apparecchiature e soprattutto è costoso dal punto di vista energetico e quindi economico.

L'asportazione dei filtri riduce drasticamente la resa delle apparecchiature fino alla loro inutilizzabilità e aumentando in maniera esponenziale i costi di gestione.

Impianti di riscaldamento: Convenienza economica dell’utilizzo delle pompe di calore di ultima generazione.

Si è voluto provare a calcolare quanto conviene utilizzare le pompe di calore con condensazione ad aria di ultima generazione - tipo “Inverter” e utilizzanti gas frigorigeno R410A – rispetto a un impianto tradizionale con caldaia a gas metano.

Si è fatto riferimento a due bollette, una del gas (metano - Gdf Suez) e una dell’elettricità (Edison) e si è brutalmente fratto il consuno – kW/h e mc – per l’importo della bolletta.

Così facendo si è tenuto conto di tutte le sovrattasse, addizionali, balzelli, e gravami vari che rendono le nostre bollette così pesanti.

Bolletta GDF Suez

Bolletta Edison Energia

Risulta così che il costo del metro cubo di gas è di € 0,702 e quello del kWh è pari ai € 0,232.

Per determinare la resa termica di un impianto di riscaldamento con caldaia a metano si è fatto riferimento a “Appunti di termotecnica in pratica” tratti da http://www.damianogolia.it/ .

Dal calcolo riportato risulta che la resa termica di un metro cubo di metano in un impianto tradizionale è pari a 9271 W.

Da cui risulta un costo pari a € 0.000076/W.

Per le pompe di calore si è fatto riferimento a prodotti Aquarea Panasonic anche se analoghe rese hanno i prodotti Daikin e Mitsubishi.

Le rese dichiarate prevedono un Coeff. COP pari a 4,7 con temperatura esterna di 7°C.

Tale coefficiente è stato ridotto a 4,2 per tener conto di condizioni eterne medie più severe.

Quindi un kWh produce 4200W termici.

Da cui risulta un costo pari a €  0.000055/W.

Se si prende in esame una abitazione di 90 mq., dotata di normale isolamento termico, le perdite energetiche totali possono essere calcolate approssimativamente come:

D= G x V x DeltaT

Dove:

D = Perdite energetiche totali (W)

V = Volume totale degli ambienti

G = Coefficiente di isolamento termico  (W/mc K °C) ipotizzabile in 1.5 per il tipo di edificio.

DeltaT = differenza tra la temperatura interna e quella minima esterna per la zona climatica.

D= 1.5 x 270mc x 20°C = 8100 W

Prevedendo che l’impianto di riscaldamento sia in funzione per 100 giorni e per otto ore al giorno il fabbisogno annuale risulta essere: W 6.480.000

Per tale fabbisogno la spesa annua per il solo riscaldamento risulta essere:

            metano:                     € 492,48

            pompe di calore:        € 356.40

La convenienza delle pompe di calore (circa il 35%) risulta evidente e tale convenienza può essere incrementata con un progetto organico dell’impianto integrato con il solare termico e con altre fonti rinnovabili.

Analisi della resa energetica degli impianti di riscaldamento domestico.

Tratto da http://www.damianogolia.it/  “Appunti di termotecnica in pratica”

IL METANO.

CH4 formula chimica . è l’ idrocarburo più leggero .
Reazione di combustione .
CH4 + 2 O2 à CO2 + 2 H2O + 871 J di energia termica.
In ragione dei pesi molecolari volendo considerare le grammomolecole avremo:
16 CH + 64 O à 44 C O + 36 HO .
1 kg di metano produce 11900 kcal di energia calorica per cui volendo esprimerlo in
ragione dei pesi atomici si può scrivere che:
16 kg di metano + 64 kg di ossigeno producono 44 kg di anidride carbonica + 36 kg di
acqua + 109400 kcal di energia calorica.
La kcal è l’unita di misura dell’energia calorica ed è definita come l’energia da fornire ad
1 kg di acqua per passare da 14 °C a 15 °C.
Le unità di misura della resa calorica fornite dell’ente fornitore di gas metano per l’addebito in
bolletta sono qui di seguito analizzate.
1 m3 in volume di metano hanno un calore specifico di 38,81 MJ .
Ma i riferimenti da fonti varie sulla resa energetica non sono omogenei pertanto occorre eseguire
delle trasformazioni tra i vari sistemi di misura dell’energia.


1 kcal è l’energia che occorre per elevare di 1 °C 1 kg di acqua.
1 J è l’energia corrispondente ad 1 W x 1 sec
1 kcal equivale anche al lavoro meccanico di 427 kgm.
1 kWh corrisponde a 860 kcal .

Quindi  avremo che  1 kWh equivale a 3,6  MJ.

Sapendo che la densità del metano è  0,7126 g/l   in 1 m3  avremo 0,7126  kg di gas  e stando

ai dati di fornitura 1 m3  produce  8481 kcal .

Verificando i dati dichiarati dovremmo avere  che 1 m3 di metano produce 38,8 MJ

sapendo che  1 kWh  equivale a  3,6 MJ  avremo che 1 m3 di metano produce 10,78 kWh.

Ma  1 kWh  equivale a  860 kcal ,  quindi  1 m3  produce  9271 kcal.

Si nota che c’è una differenza di 790,2 kcal tra l’equivalente termico dei testi tecnici  ed i dati

Forniti sulle bollette  del fornitore.

Per  facilità di analisi  ci riferiremo ai dati del fornitore.

Il rendimento calorico di una caldaia a metano è  dato dalla formula seguente:

                           ( 1,1 x 17,4 + 1 ) x 0,23 x ( 300-20 )

    h =  (  1 - 0,04 )  -   -------------------------  =  0,86

                         13000

Dove:    


0,04     è il coefficiente di dispersione

0,23     è il coefficiente calorico dei fumi

300      è la temperatura di uscita dei fumi

20        è la temperatura di ingresso dell'aria
17,4     è la quant. in peso d'aria contenente le 4 parti di ossigeno per bruciare 1 parte di metano.


Per  cui  il rendimento della combustione riduce la resa calorica per metro cubo di metano.

9271  x  0,86   =  7973   kcal  /m3

 Molti dati tecnici di caldaie di varie marche ad alta efficienza danno un rendimento di 0,92.