Rame e risparmio energetico

ISTITUTO ITALIANO DEL RAME RAME,RISPARMIO ENERGETICOED ENERGIE RINNOVABILI

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

CONDUTTIVITA’ TERMICA Metallo o lega Conduttività % W/(m*K)Argento 420 115Rame 364 100Oro 299 82Alluminio 210 58Ottone (CuZn40Pb2) 117 32Zinco 110 30Nickel 90 24Stagno 64 17Bronzo (CuSn8) 62 17Acciaio 29105 829Titanio 16 5

CONDUCIBILITA’ ELETTRICAMetallo o lega Resistività Conducibilità *mm2/m %Argento 0,0159 107Rame 0,0167 100Oro 0,023 75Alluminio 0,0267 58Zinco 0,059 27Ottone (CuZn40Pb2) 0,0618 25Nickel 0,068 19Stagno 0,115 15Bronzo (CuSn8) 0,126 13Acciaio 0,10  0,25 10

RAME E RISPARMIO ENERGETICOConduttività elettrica & Impianti RisparmioConducibilità termica efficienti energetico

FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE Tecnologia Dov’è il rame? EOLICA Generatori, motori, cavi, trasformatori SOLARE TERMICO Scambiatori di calore, tubazioni SOLARE Convertitori, trasformatori, cavi FOTOVOLTAICO GEOTERMIA Captatori nel terreno BIOMASSE E Generatori, cavi BIOCOMBUSTIBILI IDROELETTRICA Generatori, trasformatori, cavi MAREE Generatori, cavi per raccolta e trasmissione di energia

ENERGIA EOLICAIn una turbina eolica da 1 MW: 3-4 tonnellate di rame

ENERGIA EOLICAGeneratore:avvolgimenti di rame Stazione di trasmissione: avvolgimenti Trasformatore: di rame avvolgimenti di rame Cavi di potenza in rame

SOLARE TERMICO • Nei collettori • Nei circuiti di collegamento • Negli accumuliImmagine da: AmbienteItalia: “Impianti solari termici- Manuale per la progettazione e costruzione”

RAME NEI COLLETTORI • Conduttività • Trattamenti chimici di annerimento • Resistenza alle alte T • Possibilità di giunzioni con le piastre sottiliImmagine da presentazione SolarPraxis: “Impianti solari termici - Corso per installatori”

TUBI DI RAME NEI CIRCUITI• Resistenza alle alte T• Minori perdite di caricorispetto ai tubi corrugatid’acciaio• Diametri minori Tubi WICU® Solar Duo, da KME

TUBI DI RAME NEGLI ACCUMULIImmagine da presentazione SolarPraxis: “Impianti solari termici - Corso per installatori”

TETTO ENERGETICO TUBO DI RITORNOSUPERFICIE CAPTANTE IN LAMIERA DI RAME TUBO DI MANDATA MODULO CAPTANTE IN LAMIERA DI RAME SERPENTINA DI RAME A SEZIONE OVOIDALE TECU® Solar Roof: la struttura

TETTO ENERGETICODynamo Camp – Limestre (PT)TECU® Solar Roof

TETTO ENERGETICO• Sistema in moduli• Varie finiture• Integrazione con la copertura TECU® Solar Roof

GEOTERMIA Immagine da: www.sofath.com

TUBO DI RAME E GEOTERMIA Tubi di rame per i captatori nel terreno• Fluido refrigerante: R410• Resistenza alle alte P• Basse perdite di carico• Minore occupazione dispazi tecnologia Sofath, gamma Caliane dex

TUBO DI RAME E GEOTERMIAConfronto: tecnologia DEX/acqua glicolataCaliane 15.10: Potenza: 11.440W/270m215.100 Wterm; 11.440 W =3.660 Wel; prelevati 42,37 W/m2 270 m2Termeo 14 Cap.: Potenza: 10.540W/450m214.050 Wterm; 10.540 W =3.510 Wel; prelevati 23,42 W/m2 450m2 Dati tratti da presentazione tecnica Sofath

RAME ED ELETTRICITA’ 3-4 tonnellate di rame 3-4 tonnellate di rame 1 km di cavi in rame 190 km di cavi in rameDuttilità, robustezza, resistenza al creep e alla corrosione

MOTORI ELETTRICI Motori elettrici: EFFICIENZA=RISPARMIO Esempio:• motore da 15kW• costo di 520 €• 3500 h/anno• 10 anni,• En.el. 0,07€/kWh da: S.Vignati, E.Ferrero, “I motori elettrici ad alta efficienza”

MOTORI ELETTRICI AD ALTA EFFICIENZA (H.E.M.)In genere, nei motori standard fino a 10 KW c’è 1 kg di rame per kW;gli HEM contengono il 20% di rame in più.

MOTORI ELETTRICI AD ALTA EFFICIENZA (H.E.M.)Attrito meccanico, effetto Joule e correnti parassite:negli HEM queste perdite sono ridotte attraverso la scelta deimateriali, del design e dell’assemblaggio degli elementi. Rame, sezione maggiorata dei conduttori: meno perdite di energia e surriscaldamenti T più basse: il motore dura di più e necessita di ventole di raffreddamento più piccole. Meno attriti meccanici, meno volume e meno rumore.

MOTORI ELETTRICI AD ALTA EFFICIENZA (H.E.M.)Gli investimenti necessari(rame in più e leapparecchiature) sonocompensati dai risparmiottenuti. Da 3 mesi Ritorno dell’investimento (payback) a 3 anni Importazioni combustibili fossili - 6%

MOTORI ELETTRICI AD ALTA EFFICIENZA (H.E.M.)Consumo di energia 2574 TWhelettrica in UE-15 (2000)Consumo da parte delle 951 TWhindustrieConsumo da parte di 614 TWh (65%)motori elettrici (Fonte: www.eurocopper.org) da: H. De Keulenaer, R.Belmans, E. Blaustein, D. Chapman, A. De Almeida, B. De Wachter, P. Radgen: „Energy Efficient Motor Driven Systems”

MOTORI ELETTRICIAD ALTA EFFICIENZA (H.E.M.)

MOTORI ELETTRICI AD ALTA EFFICIENZA (H.E.M.)Risparmio con i motori ad alto 24 TWhrendimento (HEM)Risparmio con i variatori di velocita 45 TWh(VSD)Risparmio con altre parti del sistema 112 TWhmotore (compressori, ecc..)Risparmio totale (EU-15) 181 TWh

MOTORI ELETTRICI AD ALTA EFFICIENZA (H.E.M.)Risparmio totale (EU-15) 181 TWh - 79 Mt eq. di CO2 (24% del raggiungimento dei parametri di Kyoto)Risparmio totale (EU-25) 202 TWh - 100 Mt eq. di CO2 CO2 eq. (in kg/KWh)Risparmio totale in Italia 28 TWh EU-15 Germania 0,435 0,638 Italia 0,495 Francia 0,083Emissione corrispondente di CO2 14 Mt UK 0,510% rispetto al raggiungimento dei 26 %parametri del protocollo di Kyoto.

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 emissions in this particular application. Given that one kg of copper takes 3 kg of CO2eq emissions in production (for electrical applications, [Copper, 2006]), the environmental payback is more than a factor 1000, while at the end of life, the kg copper can be recycled for the next application.” H. De Keulenaer, C. Herrmann, F. Parasiliti: “Ecosheet - 22 kW induction motors with increasing efficiency”

TRASFORMATORI AD ALTAEFFICIENZA: IMPATTO AMBIENTALE LCA di 3 trasformatori industriali da 1,6 MVA Vita utile: 30 anni, carico 50%, Classe (secondo CENELEC HD 428) : AA’ / CC’ / C-Amorphous Classe Rame CO2 (kg) (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”

PANNELLI RADIANTIIl calore viene fornito per irraggiamento dal pavimento o dalla parete Immagine da: Sunradiant

PANNELLI RADIANTIMAGGIORE BENESSERE: il calore arriva perirraggiamento, non per convezioneRISPARMIO ENERGETICO: è un sistema a bassatemperatura, con l’acqua che entra tra i 30° e 45°CSi evitano: i gradienti verticali e asimmetria di temperatura correnti convettive e ricircolo di polveri

PANNELLI RADIANTI 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 0.22Tubo 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

PANNELLI RADIANTI: INFLUENZA DEL TUBOPasso (cm) Rame Pex differenza • T ambiente: 20°C • T media acqua: 40°C 5 127 118 + 7% • Parquet 10 122 108 + 12% 12 120 104 + 15% 15 116 98 + 18% 20 108 88 + 22% Tabella tratta da: “Impianti termici di 25 100 79 + 26% benessere”, di S. Gioria. pagg. 30-32. Si considera la soletta classica, con 3 cm di isolante 30 92 71 + 29% Resa termica al pavimento in W/m2

VANTAGGI DEL TUBO DI RAME Passo maggiore  meno metri di tubo Meno curve  meno perdite di caricoNo additivi per ilcementoDilatazione termica Sistema ModulRadiant®minore

DURATA DEL TUBO DI RAMECattedrale di LodiImpianto a pannelli a pavimentoinstallato nel 1964.Oltre 5800 metri di tubo di rame.

PANNELLI RADIANTI A PARETESede Naturalia-BAU s.r.l., Merano (BZ)Arch. Dietmar Dejori, 2008 Primo edificio commerciale a emissioni zero Fabbisogno energetico: 7,44 kWh/m² - CasaClima ORO• Impianto geotermico• Impianto fotovoltaico• Pareti e tetti coibentate• Finestre a tre strati

PISTA DI PATTINAGGIOUna pista di ghiaccio perpattinaggio consuma inmedia 1000-1500 MWh/anno.Come minimizzare i costi?

PISTA DI PATTINAGGIO 1) CO2 come fluido refrigerante• La CO2 riduce del90% l’energia dadare alle pompe di Pressione di lavoro:circolazione. 40 bar. Scelta tra tubi di• La CO2 è un rame e acciaiosottoprodotto di altriprocessi industriali.

PISTA DI PATTINAGGIO 2) Tubi di rame• Eccezionale conduttivitàtermica• Più semplici da giuntare(brasatura)• Più semplici da installare• Disponibilità di rotoli finoa 60 m• Riciclabilità totale

PISTA DI PATTINAGGIO Compromesso tra perdite di carico e trasferimento di calore Superficie del ghiaccio: -4°CCalcolinumerici• tipologia di tubi• passo tra i tubi• portata

PISTA DI PATTINAGGIO Calcoli numericiT di evaporazione della CO2 (in °C), necessaria per ottenere una T superficiale del 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

PISTA DI PATTINAGGIO Caduta di temperatura nei materiali 100 W/m2, 100 mmDentro il tubo di rame (spessore 0,85 mm): 0,001°CDentro la pellicola PE (spessore 0,45 mm): 0,31°C

PISTA DI PATTINAGGIOTubo di rame:• ½’ x 0,85 mm• pellicola in PE• pulizia interna anorma EN 12735

PISTA DI PATTINAGGIORisparmi ottenuti: Pompa per circolazione CO2 impianto tradizionale (fluido: acqua e cloruro di calcio): da 12 a 15 kW 13,5 kW x 8000 h/anno circa = 108.000 kWh/anno La pompa per la CO2 consuma il 90% in meno Cioè circa 97.200 kWh/anno Temperatura della CO2 e conduttività termica del rame Circa 50.000 kWh/anno Totale risparmio del sistema rame+CO2 circa 150.000 kWh/anno (Al costo dell’elettricità svedese: 15.000 €)

PISTA DI PATTINAGGIORitorno 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 riciclabile• Premio dalla Agenzia di Protezione Ambientale svedese

PISTA DI PATTINAGGIO

APPROFONDIMENTIRisparmio energeticoECI: “Copper at the core of Renewable energies”(http://www.eurocopper.org/doc/uploaded/File/Press%20Kit%20Copper%20in%20Renewables%20Final%2029%2010%202008.pdf)ECI-CEDIC: “Copper: solar Energy’s pertfect partner(www.eurocopper.org/doc/uploaded/File/PK%20Copper%20Solar%20Energy%20EN%20171006.pdf)IIR: “Il tubo di rame e il risparmo energetico” (brochure:http://www.iir.it/newslett/Newsletter%20risparmio%20energetico.pdf)Sito IIR: Solare e Geotermia(http://www.iir.it/applicazioni/solare.asp)

APPROFONDIMENTIMotori ad alta efficienzaLeonardo Energy (www.leonardo-energy.org/high-efficiency-motor-systems)H. De Keulenaer, C. Herrmann, F. Parasiliti: “ Ecosheet - 22 kW induction motors withincreasing effciency”, 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)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. De Wachter, P. Radgen: „Energy EfficientMotor Driven Systems”(www.leonardo-energy.org/webfm_send/2631)

APPROFONDIMENTIPannelli radianti e pista di pattinaggioJ. Rogstam, S. Sawalha, and P.O. Nilsson: “Ice Rink Refrigeration System with CO2 asSecondary Fluid” (ScanRef 5-2005) (www.iuc-sek.se/upload/Media/Artikel%20Ice%20rink%20Scanref%20sep05.pdf)K.Shahzad: “An Ice Rink Refrigeration System based on CO2 as Secondary Fluid inCopper Tubes” (Dottorato di ricerca; Royal Institute of Technology, Stoccolma, 2006)(www.vintersportarenor.se/media/1121/ice%20rink%20co2+cu_tube%20thesis%20feb06.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)IIR: “Rame. Il materiale ideale per il riscaldamentoradiante (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)

ISTITUTO ITALIANO DEL RAME Via Corradino d’Ascanio 4 20142 Milano Tel. 02-89301330 Fax 02-89301513 info@iir.it www.iir.it

Rame e risparmio energetico

by IstitutoRame on Feb 03, 2011

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