Rame e risparmio energetico

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La presentazione mostra alcune applicazioni del rame per le energie rinnovabili e per il risparmio energetico. Il rame è indispensabile per un efficiente trasporto di elettricità e di calore, pertanto …

La presentazione mostra alcune applicazioni del rame per le energie rinnovabili e per il risparmio energetico. Il rame è indispensabile per un efficiente trasporto di elettricità e di calore, pertanto lo si impiega in campo civile ed industriale. (ultimo aggiornamento: agosto 2012).

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  • Sarei interessata al sistema di solare termico applicato in facciata rivestita in rame.. Ci sono ulteriori esempi o esplicitazioni a riguardo?

    Giulia
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  • 1. Rame, risparmio energeticoed energie rinnovabiliIstituto Italiano del Rame
  • 2. Indice1. Il rame: proprietà tecnologiche2. Il rame per le energie rinnovabili3. Il rame per l’energia eolica4. Il rame per l’energia solare termica5. Il rame per l’elettricità6. Il rame e i pannelli radianti7. Il rame e la geotermia8. La pista di pattinaggio a Katrineholm9. Rame e risparmio energetico: approfondimenti e bibliografia
  • 3. 1. Il rame: proprietà tecnologiche
  • 4. Principali caratteristiche del rame Ottima conduzione di elettricità e calore Lavorabilità a freddo e a caldo Resistenza meccanica Resistenza alla corrosione Resistenza alle alte e basse temperature Facilità di formare leghe Attitudine alla giunzione Possibilità di trattamenti superficiali Riciclabilità
  • 5. Conduttività termica del rameMetallo Conduttività Conduttività in W/(m*K) in %Argento 418 107Rame 390 100Oro 300 77Alluminio 210 54Zinco 110 28Nickel 90 23Ferro 80 20Titanio 22 6Acciaio inox (304) 16,2 4
  • 6. Conducibilità elettrica del rameMetallo Resistività Conducibilità in Ω*mm2/m in %Argento 0,0159 105Rame 0,0167 100Oro 0,0235 72Alluminio 0,0267 62Zinco 0,059 28Nickel 0,068 24Ferro 0,095 17Titanio 0,234 7Acciaio inox (304) 0,689 2,5
  • 7. 2. Il rame per le energie rinnovabili
  • 8. Il rame e il risparmio energetico Alta conducibilità Impianti Risparmio elettrica e alta conduttività termica efficienti energetico
  • 9. Fonti di energia rinnovabileTecnologia Dov’è il rame?Eolico Generatori, motori, cavi trasformatoriSolare termico Scambiatori di calore, tubazioniSolare fotovoltaico Convertitori, trasformatori, caviGeotermia Captatori nel terrenoBiomasse e Generatori, cavibiocombustibiliIdroelettrica Generatori, trasformatori,Maree cavi generatori, cavi per raccolta e trasmissione di energia
  • 10. 3. Il rame per l’energia eolica
  • 11. Energia eolicaIn una turbina da 1MW: da 3 a 4 tonnellatedi rame
  • 12. Energia eolica Generatore: avvolgimenti di rame Stazione di trasmissione: avvolgimenti di Trasformatore: rame avvolgimenti di rame Cavi di potenza in rame
  • 13. 4. Il rame per l’energia solare termica
  • 14. Il rame negli impianti del solare termicoCircuiti dicollegamentoCollettoriAccumuli Immagine da: AmbienteItalia: “Impianti solari termici - Manuale per la progettazione e costruzione”
  • 15. Il rame negli impianti del solare termico:i collettoriConduttività Resistenza alle alte temperatureTrattamenti chimici di annerimento Giunzioni con le piastre sottili
  • 16. Il rame negli impianti del solare termico:i circuiti di collegamentoResistenza alle alte TSuperficie interna lisciaDiametri minori Tubi WICU® Solar Duo, da KME
  • 17. Il rame negli impianti del solare termico:i serpentini degli accumuli Immagine da presentazione SolarPraxis: “Impianti solari termici - Corso per installatori”
  • 18. Tetto energetico:la struttura (Tecu® Solar Roof) TUBO DI RITORNOSUPERFICIE CAPTANTE IN LAMIERA DI RAME TUBO DI MANDATA MODULO CAPTANTE IN LAMIERA DI RAME SERPENTINA DI RAME A SEZIONE OVOIDALE
  • 19. Tetto energeticoSistema in moduliVarie finitureIntegrazione con la copertura
  • 20. Tetto energetico:residenza “I fenicotteri” (Cagliari)
  • 21. Tetto energetico:Dynamo Camp (Limestre, PT)
  • 22. Tetto energetico:villa privata (Arona, NO)
  • 23. Facciata energetica:piscina a Pori (Finlandia)
  • 24. Facciata energetica:piscina a Pori (Finlandia)In facciata 80 m2 di collettori in facciataSul tetto 360 m2 di pannelli PV e 200 m2 di collettori
  • 25. Facciata energetica:la piscina a Pori (Finlandia)• Collettori solari: 5% del fabbisogno di calore (120.000 kWh)• In estate: riscaldamento sufficiente per piscina all’aperto
  • 26. 5. Il rame per l’elettricità
  • 27. Motori elettrici:efficienza = risparmioEsempio:motore da 15kWcosto di 520 €3500 h/anno10 anni,En.el. 0,07€/kWh da: S.Vignati, E.Ferrero, “I motori elettrici ad alta efficienza”
  • 28. Motori elettrici ad alta efficienza (H.E.M.)• In genere, nei motoristandard fino a 10 kWc’è 1 kg di rame per kW;• gli HEM contengono il20% di rame in più.
  • 29. Motori elettrici ad alta efficienza (H.E.M.)Attrito meccanico, effetto Joule e correnti parassite:negli HEM queste perdite sono ridotte attraverso la scelta dei materiali, deldesign e dell’assemblaggio degli elementi.Rame, sezione maggiorata dei conduttori: meno perdite di energia esurriscaldamentiT più basse: il motore dura di più e necessita di ventole di raffreddamento piùpiccole.Meno attriti meccanici, meno volume e meno rumore.
  • 30. Motori elettrici ad alta efficienza (H.E.M.) da: H. De Keulenaer, R.Belmans, E. Blaustein, D. Chapman, A. De Almeida, B. De Wachter, P. Radgen: „Energy Efficient Motor Driven Systems”
  • 31. Motori elettrici ad alta efficienza (H.E.M.)Gli investimenti necessari (rame inpiù e le apparecchiature) sonocompensati dai risparmi ottenuti.Ritorno dell’investimento (payback) Da 3 mesi a 3 anniImportazioni combustibili fossili - 6%
  • 32. Motori elettrici ad alta efficienza (H.E.M.):impatto ambientaleLCA (produzione, utilizzo, fine vita) di 3 motori ad induzione da 22 kW(pompaggio di acqua, aria compressa o ventilazione)Vita utile: 20 anni, carico 50%,Efficienza: 89,5% / 91,8% / 92,6%“Each additional kg of copper use saves well over 3 tonnes of CO2e emissionsin this particular application.Given that one kg of copper takes 3 kg of CO2eq emissions in production (forelectrical applications, [Copper, 2006]), the environmental payback is more thana factor 1000, while at the end of life, the kg copper can be recycled for thenext application.” H. De Keulenaer, C. Herrmann, F. Parasiliti: “Ecosheet - 22 kW induction motors with increasing efficiency”
  • 33. Trasformatori ad alta efficienza (H.E.M.)impatto ambientaleLCA di 3 trasformatori industriali da 1,6 MVAVita utile: 30 anni, carico 50%Classe (secondo CENELEC HD 428) : AA’ / CC’ / C-Amorphous Classe Rame (kg) CO2 (t) AA’ 505 897 CC’ 725 683 C-Amorphous 1225 522 “Each additional kg of copper use saves over 500 kg of CO2 eq emissions in this particular application.” H. De Keulenaer: “Ecosheet – 1,6 MVA industrial transformer design with increasing efficiency”
  • 34. 6. Il rame e i pannelli radianti
  • 35. I pannelli radiantiIl calore viene fornitoper irraggiamento dalpavimento o dallaparete Immagine da: KME Solar
  • 36. Pannelli radianti:la UNI EN 1264-2 Per un materiale, il dato più importante è la conduttività termica Materiale Conduttività termica W/(m*K) Tubo di rame 390 Tubo PE-X 0,35 Tubo PB 0,22 Tubo PP 0,22 Tubo in PVC senza scanalatura 0,2 Tubo in PVC con scanalatura 0,15 Conduttori in alluminio 200 Tubo di acciaio 52 UNI EN 1264-2, prospetto A.15
  • 37. Pannelli radianti, l’influenza della tubazione:resa termica del pavimentoPasso (cm) Rame (W/m2) Pex ( W/m2) differenza Pavimento: parquet 5 127 118 + 7% T ambiente: 20°C 10 122 108 + 12% T media acqua: 12 120 104 + 15% 40°C 15 116 98 + 18% Si considera la soletta classica, 20 108 88 + 22% con 3 cm di 25 100 79 + 26% isolante 30 92 71 + 29% Tabella tratta da: “Impianti termici di benessere”, di S. Gioria. pagg. 30-32.
  • 38. Pannelli radianti Vantaggi del tubo di rame Passo maggiore  meno metri di tubo Meno curve  meno perdite di caricoNo additivi per il cementoDilatazione termica minore Sistema ModulRadiant®
  • 39. Pannelli radiantiDurata del tubo di rameCattedrale di LodiImpianto a pannelli a pavimentoinstallato nel 1964.Oltre 5.800 metri di tubo di rame.
  • 40. Pannelli radiantiImpianti a pareteSede Naturalia-BAU s.r.l.,Merano (BZ)Arch. Dietmar Dejori, 2008E’ il primo edificio commercialea emissioni zeroFabbisogno energetico:7,44 kWh/m² (CasaClima ORO)• Impianto geotermico• Impianto fotovoltaico• Pareti e tetti coibentate• Finestre a tre strati
  • 41. 7. Il rame e la geotermia
  • 42. La geotermiaSerpentine interrate“prelevano” il caloredel terreno perriscaldare la casa.In estate l’impiantopuò essere usato peril raffrescamento. Immagine da: www.sofath.com
  • 43. Il tubo di rame per la geotermiaTubi di rame per icaptatori nel terreno:• Fluido refrigeranteR410• Resistenza alle alte P• Basse perdite di carico• Minore occupazione dispazi Tecnologia Sofath, gamma Caliane dex
  • 44. GeotermiaConfronto tra sistemi con rame e con plasticaSono stati presi in considerazioni due sistemi geotermici di potenza simile, per confrontarela loro resa attraverso la superficie di terreno occupata dai captatori. Confronto: tecnologia DEX/acqua glicolata Modello Caliane 15.10: Termeo 14 Cap.: Descrizione Pompa di calore, tubo Acqua glicolata, tubo in in rame plastica Potenza 15.100 Wterm 14.050 Wterm Potenza assorbita 3.660 Wel 3.510 Wel Potenza prelevata 11.440 W 10.540 W Superficie di terreno 270 m2 450m2 occupata Resa 42,37 W/m2 23,42 W/m2 Dati tratti da presentazione tecnica Sofath
  • 45. 8. La pista di pattinaggio a Katrineholm
  • 46. Pista di pattinaggio a KatrineholmUna pista di ghiaccio per pattinaggioconsuma in media 1.000-1.500 MWh/anno.Per minimizzare i costi di gestione, aKatrineholm (Svezia) hanno scelto unimpianto di raffreddamento con CO2 comefluido refrigerante e tubi di rame
  • 47. Pista di pattinaggio a KatrineholmIl fluido refrigeranteFluido refrigerante: CO2 al posto di acqua+CaCl2• La CO2 riduce del 90% l’energia da dare alle pompe di circolazione.• La CO2 è un sottoprodotto di altri processi industriali. Pressione di lavoro: 40 bar. Scelta tra tubi di rame e acciaio
  • 48. Pista di pattinaggio a KatrineholmIl tubo Tubi di rame e non di acciaio: • Eccezionale conduttività termica • Più semplici da giuntare (brasatura) • Più semplici da installare • Disponibilità di rotoli fino a 60 m • Riciclabilità totale Tubo di rame: ½’ x 0,85 mm pellicola in PE (spessore, 0,45 mm) pulizia interna a norma EN 12735 Sviluppo complessivo: 18 km
  • 49. Pista di pattinaggio a Katrineholmcalcoli numerici (tubi, passo, portata)T di evaporazione della CO2 (in °C), necessaria per ottenere una T superficialedel ghiaccio di –4°C, al variare del trasferimento di calore (passo di 100 mm)Tubo Trasferimento di calore, in W/m2 50 100 150 200 250 300Rame ½’ con -6,03 -7,77 -9,50 -11,24 -12,97 -14,71rivestimento PERame ½’ senza -5,87 -7,46 -9,04 -10,62 -12,20 -13,79rivestimento PEAcciaio 21,3 mm -5,89 -7,34 -8,78 -10,22 -11,67 -13,11Plastica 25 mm -7,83 -9,65 -11,47 -13,29 -15,11 -16,93
  • 50. Pista di pattinaggio a Katrineholmcaduta di temperatura nei materiali del tubo 100 W/m2, 100 mm Dentro la parete in rame (spessore 0,85 mm) 0,001°C Dentro la pellicola PE (spessore 0,45 mm) 0,31°C
  • 51. Pista di pattinaggio a Katrineholmrisparmi energetici ottenutiPompa per circolazione CO2 Impianto tradizionale (fluido: acqua e CaCl2): 12-15 kW (media: 13,5 kW) 13,5 kW x 8000 h/anno circa = 108.000 kWh/anno la pompa per la CO2 consuma il 90% in meno: circa 97.200 kWh/annoTemperatura della CO2 e conduttività termica del rame Circa 50.000 kWh/annoTotale risparmio del sistema rame+CO2 Circa 150.000 kWh/anno (Al costo dell’elettricità svedese: 15.000 €)
  • 52. Pista di pattinaggio a Katrineholmrisparmi ottenutiRitorno dell’investimentoCosto supplementare per il “sistema” rame+CO2 : +75.000 €Ritorno dell’investimento: poco più di 5 anniInoltre:• Impianto per il recupero del calore generato dal sistema di refrigerazione ealtre ottimizzazioni dell’impianto: 400.000 kWh/anno• Alla fine del ciclo di vita dell’impianto: tubo facilmente riciclabile• Premio dalla Agenzia di Protezione Ambientale svedese
  • 53. 9. Rame e risparmio energetico: approfondimenti e bibliografia
  • 54. Bibliografia e approfondimentiRisparmio energetico, energia solare, geotermiaIIR: “Il tubo di rame e il risparmo energetico” (brochure:www.iir.it/newslett/Newsletter%20risparmio%20energetico.pdf)ECI-CEDIC: “Copper: solar Energy’s perfect partner”(www.eurocopper.org/doc/uploaded/File/PK%20Copper%20Solar%20Energy%20EN%20171006.pdf)Sito IIR: “Solare e Geotermia” (www.iir.it/applicazioni/solare.asp)ECI: “Copper at the core of Renewable energies”(www.eurocopper.org/doc/uploaded/File/Press%20Kit%20Copper%20in%20Renewables%20Final%2029%2010%202008.pdf)ECI, Solarapraxis: “Impianti solari termici, corso per installatori” (presentazione)IIR: “Il rame per una casa più sostenibile” (brochure: www.il-rame-nobilita-la-casa.it/media/63946/il_rame_per_una_casa_pi__sostenibile.pdf)KME: “Tecu® Solar System”Documentazione tecnica Sofath
  • 55. Bibliografia e approfondimentiMotori elettriciH. De Keulenaer, C. Herrmann, F. Parasiliti: “Ecosheet - 22 kW induction motorswith increasing efficiency”, May 2006 (www.leonardo-energy.org/webfm_send/359)A.Baggini, F.Bua: “Motori elettrici ad alta efficienza e risparmio energetico”(U&C, lug./ago 2008)H. De Keulenaer: “Ecosheet – 1,6 MVA industrial transformer design withincreasing efficiency” (www.leonardo-energy.org/files/root/pdf/2006/Case6-trafo-1600-50.pdf )S.Vignati, E.Ferrero: “I motori elettrici ad alta efficienza” (Gestione energia,n.4/2004, http://motorchallenge.casaccia.enea.it/motori_elettrici.pdf)H. De Keulenaer, R.Belmans, E. Blaustein, D. Chapman, A. De Almeida, B. DeWachter, P. Radgen: “Energy Efficient Motor Driven Systems” (www.leonardo-energy.org/webfm_send/2631)Leonardo Energy (www.leonardo-energy.org/high-efficiency-motor-systems)
  • 56. Bibliografia e approfondimentiPannelli radianti e pista di pattinaggioIIR: “Rame. Il materiale ideale per il riscaldamento radiante” (brochure:www.iir.it/newslett/prof_11_1.htm)M. Crespi: “Il rame scalda la cattedrale da oltre 40 anni” (GT, ott. 2006www.iir.it/attivita/pdf/articoli/GT%20cattedrale%20Lodi%2010-2006.pdf)S. Gioria: “Impianti termici di benessere”K. Shahzad: “An Ice Rink Refrigeration System based on CO2 as SecondaryFluid in Copper Tubes” (Dottorato di ricerca; Royal Institute of Technology,Stoccolma, 2006)(www.vintersportarenor.se/media/1121/ice%20rink%20co2+cu_tube%20thesis%20feb06.pdf)J. Rogstam, S. Sawalha, P.O. Nilsson: “Ice Rink Refrigeration System with CO2as Secondary Fluid” (ScanRef 5-2005) (www.iuc-sek.se/upload/Media/Artikel%20Ice%20rink%20Scanref%20sep05.pdf)M. Crespi: “Una pista di pattinaggio con impianto a CO2” (Costruire Impianti 3-2008: www.iir.it/attivita/pdf/articoli/Costruire%20Impianti%203-2008%20-%20Una%20pista%20di%20pattinaggio%20con%20impianto%20a%20CO2.pdf)
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