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MICRO-COGENERAZIONE

per le Aziende 

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Micro-cogenerazione

 

micro-cogenerazione per le aziende

Nella maggior parte delle applicazioni energetiche, l'energia serve in più forme. Queste includono tipicamente alcune combinazioni di: riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria, energia meccanica e energia elettrica. Spesso queste forme energetiche addizionali vengono prodotte da una macchina termica funzionante su una sorgente di calore ad alta temperatura. Una macchina termica non può mai avere un'efficienza perfetta in base al secondo principio della termodinamica e produrrà quindi sempre un surplus di calore a bassa temperatura. Quest'ultimo viene comunemente definito "calore sprecato", "calore secondario" o "calore di bassa qualità". Questo calore è utile per la maggior parte delle applicazioni di riscaldamento, ma non viene tuttavia considerato pratico per trasportare calore attraverso lunghe distanze, diversamente dall'elettricità o dal carburante. Con il trasporto del carburante vi è d'altronde un trasporto anche di "calore sprecato", prima che tale spreco sia effettivamente prodotto.

Questo calore è utile per la maggior parte delle applicazioni di riscaldamento, ma non viene tuttavia considerato pratico per trasportare calore attraverso lunghe distanze, diversamente dall'elettricità o dal carburante. Con il trasporto del carburante vi è d'altronde un trasporto anche di "calore sprecato", prima che tale spreco sia effettivamente prodotto.

Per avere un uso efficiente dell'energia, il "calore secondario" deve essere usato utilmente. Siccome è facile trasportare l'elettricità, ma non lo è per quanto riguarda questo tipo di calore, un sistema efficiente in termini energetici deve generare elettricità solamente in zone dove il calore sprecato possa essere ben utilizzato. In una centrale elettrica il calore secondario offerto spesso supera quello richiesto, così da avere soltanto un piccolo valore economico. Tale calore viene solitamente dissipato in torri di raffreddamento senza neanche essere usato. Uno dei modi per fare un miglior uso di questo calore è consumare la fonte di energia primaria in loco e quindi generare l'energia in tutte le forme necessarie nel punto di utilizzo. Questo metodo è anche conosciuto come sistema a cogenerazione (CHP).

I sistemi CHP sono in grado di incrementare l'utilizzo energetico totale delle fonti energetiche primarie come i carburanti o l'energia solare termodinamica concentrata. Il CHP ha quindi guadagnato popolarità in tutti i settori di economia energetica, a causa degli aumenti nei costi dei carburanti, soprattutto quelli a base petrolifera e a causa dei problemi ambientali, in particolare il mutamento climatico.

In una centrale elettrica tradizionale che fornisce elettricità ai consumatori, soltanto il 30% circa del contenuto in calore delle fonti energetiche primarie come la biomassa, il carbone, il solare termodinamico, il gas naturale, il petrolio o l'uranio raggiunge il consumatore, anche se l'efficienza può essere del 20% per le vecchie centrali e del 50% per quelle più nuove. Per contrasto un sistema CHP converte solitamente il 10%-20% del calore primario in elettricità e la maggior parte di quello rimanente viene catturato per il riscaldamento dell'acqua o delle stanze. Di solito il 10%-30% del calore viene dissipato senza essere usato. In totale almeno il 65%, ma spesso si arriva sino al 90%, del calore generato dalla fonte primaria viene usato per scopi utili.

Climatizzazione

 

climatizzazione per le aziende

Condizionatori ad alta efficienza per climatizzare e trattare gli ambienti, abbinabili ad impianto fotovoltaico per azzerarne i costi gestionali.

Il funzionamento di un condizionatore d'aria si basa sull'utilizzo di un ciclo termodinamico che viene svolto su un fluido termovettore.

Il condizionatore è in genere costituito da seguenti elementi essenziali:

  • compressore: ha lo scopo di comprimere il fluido, cioè aumentarne la pressione; nel compressore il fluido si trova allo stato gassoso; in accordo con le equazioni di stato dei gas (nel caso più semplice l'equazione di stato dei gas perfetti aumentando la pressione di un gas aumenta anche la sua temperatura, per cui il gas all'uscita dal compressore ha una temperatura e una pressione maggiore rispetto all'entrata;
  • condensatore: ha lo scopo di condensare il gas, cioè portarlo allo stato liquido; tale passaggio di stato avviene sottraendo calore al gas; tale calore viene disperso nell'ambiente;
  • organo di laminazione: corrisponde ad una strozzatura della condotta; durante il passaggio da tale strozzatura, il liquido viene sottoposto a perdite di carico localizzate, per cui diminuisce la sua pressione e di conseguenza la sua temperatura;
  • evaporatore: ha lo scopo di vaporizzare il liquido, assorbendo calore dall'esterno.

I fluidi termovettori più utilizzati nei condizionatori d'aria sono R410a: condizionatori civili e terziario

Vi sono poi una serie di componenti ed accessori che servono a completare e gestire il funzionamento del sistema, come ad esempio: valvole, pressostati, ventilatori, telecomando, sonde, schede elettroniche.

Negli impieghi civili è comune la configurazione che presenta due unità separate:

  • un'unità esterna, ospitante il motore del condizionatore e solitamente caratterizzata dalla ventola radiale;
  • un'unità interna (lo split), che provvede a mettere in circolo l'aria (condizionata o meno), distribuendola nei locali attraverso un'apposita feritoia.

Riscaldamento radiante

 

p pannelli radianti

SISTEMA RADIANTE A PAVIMENTO

Il principio si basa sulla circolazione di acqua calda a bassa temperatura (in genere tra i 30 e i 35 °C) in un circuito chiuso, che si sviluppa coprendo una superficie radiante molto elevata. Vi sono attualmente sistemi che utilizzano l'energia elettrica, sistemi composti da cavi scaldanti o strisce di vario genere, anche se il principio è quello tecnico/scientifico dell'effetto joule (sinteticamente: un conduttore attraversato da una corrente elettrica dissipa energia sotto forma di calore).

Vi sono diversi tipi di struttura di pavimenti radianti:

  • Tipo A: Impianti con tubi annegati nello strato di supporto
  • Tipo B: Impianti con tubi sotto lo strato di supporto
  • Tipo C: impianti annegati in uno strato livellante, in cui lo strato aderisce ad un doppio strato di separazione.

Nella versione più semplice (tipo A), il sistema viene realizzato inserendo un isolante sopra la soletta portante del pavimento; il materiale più diffuso è il polistirene espanso in lastre, lisce o con sagomature particolari, ma sono presenti sul mercato anche la fibra di legno, il sughero, il poliuretano e altri. Al di sopra dell'isolante vengono posate le tubazioni o i conduttori scaldanti, che vengono annegate completamente nello strato di supporto (il "massetto"), generalmente costituito da calcestruzzo. Infine, si ricopre il massetto con il rivestimento finale: solitamente piastrelle, ma anche parquet, linoleum, moquette, ecc.

Le tubazioni previste dalla norma per impianti ad acqua, sono di polietilene reticolato (PE-X), polibutilene (PB), polipropilene (PP), rame; Il passo di posa è variabile, perfino all’interno dello stesso locale: il progettista può scegliere di infittire i passi laddove è necessaria una maggiore emissione termica, cioè vicino alle pareti esterne. Per impianti realizzati con conduttori elettrici specifici, il sistema di installazione non varia, ma essendo essi di più facile lavorabilità, la realizzazione di un impianto risulta più semplice e veloce.

Per gli impianti ad acqua, le tubazioni in materiale plastico, in particolare quelle in PE-X, sono le più comuni: essendo flessibili e leggere, hanno una maggiore facilità di posa; esse devono essere dotate di uno strato barriera all’ossigeno, per proteggere l’impianto dalla corrosione. Seppure meno diffuse sul mercato, vengono installate anche tubazioni in rame. Il vantaggio di queste consiste nella loro altissima conduttività termica (390 W/(m*K)), che permette una efficienza altrimenti non raggiungibile; il rame ha passi più ampi (in genere 20–25 cm), è impermeabile all’ossigeno e presenta una dilatazione termica più vicina a quella del massetto in cui è immerso.

Rispetto ai tradizionali corpi scaldanti, cioè i radiatori, il pavimento radiante ha i seguenti vantaggi:

  • Minori costi di esercizio sul funzionamento 24h su 24h se paragonato ai tradizionali corpi scaldanti, questo perché è un sistema a bassa temperatura, con tubazioni o conduttori elettrici che lavorano a circa 30-40 °C (nei comuni caloriferi: 60-75 °C). È stato calcolato che un riscaldamento a pavimento consente una diminuzione delle spese energetiche del 30 % rispetto ad un normale e tradizionale riscaldamento.
  • Una nota per quanto riguarda i vantaggi degli impianti elettrici di riscaldamento, è che oltre a sfruttare il solito concetto di quelli ad acqua, non necessitano né di caldaia, né di canna fumaria né di tubazioni di distribuzione e non hanno bisogno di nessun tipo di manutenzione. Sul fronte economico il riscaldamento elettrico ha dei costi elevati, pertanto è interessante solo dove l'energia elettrica è abbondante ed economica. In Francia, ad esempio, questo sistema è reso conveniente dal massiccio impiego di energia nucleare e dall'esigenza di smaltire l'energia prodotta in eccesso durante le ore notturne.

 

SISTEMA RADIANTE A PARETE

Questi pannelli radianti vengono installati nelle pareti del locale rivolte verso l’esterno: con questo accorgimento si limitano le dispersioni termiche, dal momento che sotto le tubazioni vengono inseriti gli isolanti, e vengono annullate o ridotte le differenze di temperatura tra pareti calde e pareti fredde. La superficie occupata dalla parte radiante delle pareti dipende dalla temperatura di progetto (più alta rispetto ai sistemi a pavimento), ma in genere varia da 1/3 a 1/2 della superficie calpestabile. Le tubazioni non si estendono oltre i 2 metri d’altezza.

Un sistema di riscaldamento simile è quello a battiscopa. All’interno di uno speciale battiscopa circolano piccole tubazioni (spesso di rame con alettature in alluminio) in cui scorre acqua calda. L’aria che entra in contatto con il tubo si surriscalda, esce da una fessura superiore del battiscopa e sale lambendo la parete; quest’ultima a sua volta si scalda e irraggia calore verso l'interno della stanza.

La posa dei pannelli radianti a parete è più semplice rispetto a quelli a pavimento, anche se ne ricalca i principi fondamentali. Sopra la parete viene posato l'isolante su cui vengono fissati i tubi; su questi vengono stesi strati di intonaco cementizio, che li ricoprono completamente. Una rete portaintonaco e la realizzazione della finitura superficiale completano l’opera.

Il riscaldamento a parete presenta alcuni vantaggi rispetto a quello a pavimento:

  • Installazione più semplice: sono addirittura disponibili sul mercato moduli pre-assemblati o pre-piegati.
  • Inerzia termica minore: una volta messe in funzione, le pareti radianti cominciano a riscaldare prima, essendoci meno spazio tra tubo e parete, e circolando acqua a temperatura più alta.
  • Benessere più elevato: il corpo umano si sviluppa in verticale e riceve meglio il calore da una parete.
  • Possibilità di raffrescamento: i pannelli a parete, con opportune modifiche possono essere predisposti per il raffrescamento estivo, facendo scorrere acqua fredda all’interno delle tubazioni. Per evitare fenomeni di condensa, è necessario tenere sotto controllo l’umidità del locale.

Bisogna tenere conto anche di alcuni svantaggi:

  • Limiti nell’arredamento: ovviamente non si possono mettere mobili voluminosi contro le pareti radianti.
  • Bisogna conoscere il percorso delle tubazioni quando si effettuano interventi sulle pareti (es. nel fissaggio di un chiodo per quadri), ma esistono strisce rilevatrici sensibili al calore che individuano ad impianto funzionante perfettamente il passaggio delle tubazioni.
  • Insufficienza negli ampi spazi: se il locale è relativamente grande, lontano dalle pareti radianti il calore percepito può risultare insufficiente.

 

SISTEMA RADIANTE A SOFFITTO

pannelli radianti a soffitto sono in genere costituiti da moduli metallici o in cartongesso di varia forma appesi al soffitto: si tratta di pannelli a vista al di sopra (o all'interno) dei quali è installato il tubo. Molto più raro è il caso delle tubazioni annegate direttamente nella struttura del solaio. Sono per lo più usati per il raffrescamento (si parla in questo caso di soffitti freddi): infatti le condizioni di benessere ottimale prevedono che la temperatura a livello dei piedi sia lievemente superiore rispetto alla testa. Per questo motivo, nel caso del riscaldamento, le temperature massime ammissibili dipendono fortemente dalla altezza di installazione.

I pannelli radianti a soffitto più comuni sono composti da moduli dentro cui sono attaccate le tubazioni. I tubi vengono collegati tra loro oppure a dei collettori e sono separati dal soffitto da uno strato isolante; i moduli sono dotati di clips di fissaggio e possono avere una superficie liscia o corrugata.

Pompe di calore

 

a pompe di calore

POMPE DI CALORE AD ALTA EFFICIENZA: riscaldare e raffrescare con una unica macchina uffici, luoghi pubblici o produttivi non è mai stato tanto vantaggioso, grazie agli elevatissimi rendimenti ed alla detrazione fiscale del 65% in 10 anni.

Le pompe di calore funzionano grazie a diversi principi fisici, ma sono classificate in base alla loro applicazione (trasmissione di calore, fonte di calore, dispersore di calore o macchina refrigeratrice).

Immaginiamo 100 unità di energia termica all'interno di un pallone; questo viene compresso fino a raggiungere le dimensioni di una pallina da ping pong: questa pallina contiene le stesse unità di energia, ma l'energia termica per unità di volume è maggiore e la temperatura dell'aria all'interno della palla è aumentata. Le pareti della pallina si riscaldano e quindi il calore inizia a trasferirsi all'esterno. Per portare questo calore in un altro luogo, si può immaginare di muovere la pallina in una zona fredda, dove essa gradualmente aggiusterà la sua temperatura fino a uguagliare la temperatura dell'ambiente: in questo processo si ipotizza che essa trasferisca 50 unità di energia termica. Dopo che la pallina si è raffreddata, la si può riportare nella zona iniziale e lasciarla espandere. Dato che ha perso calore, nel momento in cui torna alle dimensioni di un pallone la sua temperatura è troppo bassa e quindi inizia ad assorbire energia termica, raffreddando l'aria circostante.

Il compressore di una pompa di calore crea proprio la differenza di pressione che permette il ciclo (similmente alla palla che si espande e si contrae): esso aspira il fluido refrigerante attraverso l'evaporatore, dove il fluido stesso evapora a bassa pressione assorbendo calore, lo comprime e lo spinge all'interno del condensatore dove il fluido condensa ad alta pressione rilasciando il calore assorbito. Dopo il condensatore, il fluido attraversa la Valvola di laminazione che lo porta in condizione liquido/vapore (riduce la pressione del fluido), successivamente rientra nell'evaporatore ricominciando il ciclo. Il fluido refrigerante cambia di stato all'interno dei due scambiatori: passa nell'evaporatore da liquido a gassoso, nel condensatore da gassoso a liquido.

Tipologie:

POMPA DI CALORE ARIA-ARIA: le pompe di calore aria-aria, o a espansione diretta (condizionatori), utilizzano lo stesso fluido per scaldare o raffreddare gli ambienti.

POMPA DI CALORE ARIA-ACQUAle pompe di calore aria-acqua utilizzano una fonte di energia sostenibile estraendo il calore presente nell’aria esterna a bassa temperatura. La successione dei processi di evaporazione, condensazione, compressione ed espansione dà luogo al ciclo frigorifero che permette di portare il calore estratto ad una temperatura più alta. Attraverso poi uno scambiatore di calore l’energia ottenuta viene trasferita all’impianto di distribuzione, che può essere di tipo riscaldamento a pavimento, radiatori a bassa temperatura e/o fan-coil.

Valida alternativa al riscaldamento tradizionale

  • L’aria esterna, una risorsa sempre disponibile e gratuita
  • Sistema semplice, minimo impatto architettonico
  • Notevoli risparmi energetici
  • Abbassamento significativo delle emissioni di CO2
  • Riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria con un solo sistema

SCALDAACQUA IN POMPA DI CALORE: un sistema compatto per la preparazione dell'acqua calda sanitaria è rappresentato dai boiler con pompa di calore ad ariaIl calore sottratto all'aria, valorizzato dalla pompa di calore, viene direttamente ceduto all’accumulo di acqua calda sottostante.  L'aria richiesta può essere aspirata dal locale d'installazione, da un locale vicino oppure direttamente dall'esterno attraverso una canalizzazione: in fase di progettazione ci si deve accertare che l'aria impiegata rientri nel campo di funzionamento della pompa di calore (-10 °C-43 °C) e che non sia aspirata da ambienti troppo polverosi o inquinati.  Il passaggio dell’aria attraverso l’evaporatore ne produce il raffreddamento e la condensazione dell'umidità contenuta: si verifica dunque una deumidificazione che può essere sfruttata vantaggiosamente in ambienti umidi.

Si prestano alla collocazione di queste pompe di calore, locali come:

  • lavanderie/locali asciugatura;
  • cantine/dispense;
  • locali non riscaldati;
  • locali tecnici,

purchè sia garantito un volume minimo di almeno 30 m3.

L'apporto frigorifero dato dal funzionamento della pompa di calore all’ambiente non riscaldato va opportunamente considerato affinché la sottrazione di calore non si propaghi agli ambienti confinanti: una valida indicazione è quella di isolare le pareti di confine tra il locale di installazione ed il locale di consumo. Il raffreddamento, dell’ambiente di installazione, si evita canalizzando le pompe di calore e quindi lavorando direttamente sull’aria esterna.

Per il dimensionamento di queste unità, essendo esse caratterizzate da una potenza e da un accumulo prefissati, si può seguire come criterio quello della copertura del fabbisogno giornaliero stimato. In base ai modelli disponibli, è riportata una tabella indicativa di dimensionamento, per il settore residenziale: 

POMPA DI CALORE TERRA-ACQUAdetta anche Geotermica  è una specie di frigorifero alla rovescia: è una macchina capace di trasferire calore da un ambiente freddo, il sottosuolo o l'acqua di falda, ad un ambiente caldo, l'ambiente da riscaldare; utilizzando un processo inverso a quello che avviene spontaneamente in natura.
L'energia geotermica è l'energia che si trova nel sottosuolo sotto forma di calore. Vicino alla superficie terrestre il flusso geotermico è molto piccolo di conseguenza la temperatura del terreno a 20 metri di profondità risulta essere di 14°C e costante.
La pompa di calore è una macchina termodinamica che opera tra due sorgenti: quella fredda, il sottosuolo, dalla quale il calore viene prelevato a bassa temperatura e quella calda, l'abitazione da scaldare, verso la quale il calore viene ceduto a temperatura più alta.

 

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