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Calcolo dell'energia rinnovabile per le pompe di calore

Energia rinnovabile da Pompe di Calore
Abbiamo già  avuto modo di parlare della Direttiva 28/2009/CE ("RES") e del relativo decreto di recepimento da parte dell'Italia (DL 28/2011). Essi definiscono come rinnovabile, tra le altre, l'energia aerotermica, geotermica ed idrotermica.
Ovviamente perchè lo sfruttamento di queste fonti energetiche sia conveniente è necessario che il bilancio energetico tra il consumo di energia primaria e l'energia effettivamente resa disponibile all'impianto sia superiore a un valore minimo. Tale valore è stato individuato con chiarezza nella normativa, secondo la formula seguente:

Calcolo dell'energia rinnovabile per le pompe di calore

Il termine SPF nella presente formula, come anche nelle successive, identifica il coefficiente di prestazione medio stagionale della pompa di calore, di fatto un GUE o un COP medio stagionale. Il termine η identifica invece il rendimento di trasformazione da energia primaria a energia elettrica. Ne risulta un valore minimo dell'SPF che, con gli attuali valori di η risulta:

 Calcolo dell'energia rinnovabile per le pompe di calore per pompe di calore a gas

Calcolo dell'energia rinnovabile per le pompe di calore per pompe di calore elettriche

Da notare che il valore di SPF pari a 2,875 può essere agevole da raggiungere per unità geotermiche o idrotermiche, ma risulta molto più arduo da ottenere per unità aerotermiche, specie se applicate in regimi rigidi o con richiesta di alte temperature.
Per il calcolo dell'SPF la normativa citata propone la seguente relazione:

Calcolo dell'energia rinnovabile per le pompe di calore

dove SPFPdC è il coefficiente di prestazione medio stagionale della pompa di calore; EPdC è l'energia termica resa disponibile dalla pompa di calore durante una stagione; Eass è in generale l'energia spesa per consentire il funzionamento della pompa di calore durante una stagione.
In generale per il calcolo di Eass vale la seguente relazione:

Calcolo dell'energia rinnovabile per le pompe di calore

dove Egas è l'energia dovuta al consumo di gas combustibile mentre Eelet è l'energia elettrica consumata dall'unità e dai suoi ausiliari.

Si può ulteriormente definire il rapporto di energia primaria stagionale REPs definito come il rapporto tra l'energia termica resa dalla pompa di calore e l'energia primaria complessivamente spesa dalla stessa per il suo funzionamento. In generale per il calcolo del REPS vale la seguente relazione:

Calcolo dell'energia rinnovabile per le pompe di calore

Per il calcolo effettivo dell'energia rinnovabile utilizzata dalle pompe di calore si presentano ora due scenari, uno più convenzionale, legato a un'interpretazione strettamente legale delle normative, e un secondo più reale, legato ad un'interpretazione più legata all'approccio energetico.

Calcolo dell'energia rinnovabile (convenzionale) a fini legislativi
Come abbiamo già  visto in questo articolo sul blog è fuorviante considerare solo l'energia finale (come fa la Direttiva 28/2009) prescindendo dalla fonte energetica utilizzata (che invece è correttamente valutata nella legislazione italiana). Per evitare tali errori l'associazione AICARR ha pubblicato un documento ("Position Paper") in cui evidenzia quelle che sono, a suo avviso, le corrette procedure di calcolo per determinare la quota di energia rinnovabile.
In particolare viene definita energia rinnovabile convenzionale ERES:

Calcolo dell'energia rinnovabile per le pompe di calore

che, per gli scopi governativi legati al rispetto della Direttiva 28/2009/CE ("RES"), si dichiara essere prelevata dalla sorgente fredda da parte della pompa di calore. ETot è l'energia totale trasferita dall'intero sistema di generazione. SPFC, Sist è il SPF convenzionale dell'intero sistema di generazione dell'energia, mentre REPS, Sist è il rapporto di energia primaria calcolato a livello stagionale per l'intero sistema di generazione dell'energia.
Nella fattispecie per le pompe di calore elettriche si applicherà  la prima, mentre per le pompe di calore a gas verrà utilizzata la seconda.
Interessante valutare un esempio.

Calcolo dell'energia rinnovabile (reale) a fini di valutazione energetica
Lo scopo finale dell'utilizzo delle energie rinnovabili è la riduzione del consumo globale di combustibili fossili, pertanto è necessaria una relazione univoca che, indipendentemente dalla tecnologia usata, permetta di valutare correttamente la quota di energia rinnovabile utilizzata. In luogo del coefficiente di prestazione stagionale SPF è quindi opportuno utilizzare in tutte le situazioni il rapporto di energia primaria REP.
L'energia rinnovabile realmente prelevata dall'ambiente dovrebbe essere quindi calcolata con questa relazione:

Calcolo dell'energia rinnovabile per le pompe di calore

Tale relazione è applicabile a qualunque tecnologia in pompa di calore, ed offre risultati che tengono conto dei consumi di energia primaria reali dei sistemi, sia che questi siano alimentati con fonti di energie primarie che secondarie.
Anche per questo caso è interessante valutare un esempio.

Per ulteriori approfondimenti:
http://www.roburperte.it/2010/06/22/energia-rinnovabile-aerotermica-aria-calda-o-aria-fritta/
http://www.roburperte.it/2011/03/21/energia-rinnovabile-meglio-con-lelettricita-o-il-gas/
http://www.roburperte.it/2011/10/20/edifici-ad-alta-efficienza-come-adempiere-il-dl-28/

NOTE:
- Attenersi sempre alle normative locali o nazionali in vigore per lo specifico caso in esame.
- Nell’ottica del miglioramento continuo che da sempre guida la filosofia aziendale ogni contributo o suggerimento volto al miglioramento di questo documento è benvenuto e può essere indirizzato ai nostri specialisti.
- Tutte le parole che figurano sottolineate sono collegamenti ad altri contenuti, che non saranno quindi disponibili qualora il documento venga stampato.
- I presenti contenuti hanno carattere di indicazione tecnica. Non sono quindi da intendersi quali indicazioni esecutive e in nessun caso Robur S.p.A. potrà essere responsabile qualora queste indicazioni siano adottate senza il previo parere favorevole di un progettista abilitato, su cui ricade per legge la responsabilità delle scelte progettuali.
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