La presentazione di Fabio Minchio dedicata agli esempi applicativi di impiego dell’energia termica nelle microreti

1. L'energia termica nelle microreti: opportunità per le imprese e la PA
“Esempi applicativi di impiego dell’energia termica nelle microreti ”
Ing. Fabio Minchio, EGE certificato civile ed industriale, CMVP, PMVA
2 dicembre 2022

2. PED: non solo energia elettrica..
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Fraunhofer ISE, 2021

3. PED: non solo energia elettrica..
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• Per raggiungere l’obiettivo di ottenere un bilancio
positivo (in funzione dei diversi fattori di conversione
da utilizzare), è necessario gestire i fabbisogni di
energia termica:
• Riscaldamento e climatizzazione invernale
• Raffrescamento e climatizzazione estiva
• Produzione acqua calda di processo
• Ventilazione
• Energia termica e frigorifera di processo (es. calore CED..)

4. PED: non solo energia elettrica..
4
• La riduzione del fabbisogno di energia termica utile è
di primaria importanza, ma non sempre è possibile
(es. acqua calda sanitaria e ventilazione sono
fabbisogni incompribili)
Nei PED è richiesta una produzione di energia termica
flessibile e integrata

5. PED: energia termica
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• La flessibilità per la produzione di energia termica è
ottenibile
• Utilizzando tecnologie che sfruttano l’energia elettrica per
la produzione di energia termica
• Ottimizzando le contemporaneità di carico nell’edificio ma
anche tra edifici diversi
• Sfruttando accumuli termici
Pompe di calore
elettriche
Smart Thermal Grid

6. AMBIENTE INTERNO/IMPIANTO RISC.
SORGENTE TERMICA
CONDENSATORE
EVAPORATORE
VALVOLA DI
LAMINAZIONE
COMPRESSORE
ELETTRICO
M
CALORE DA SMALTIRE
CALORE ASPORTATO
ENERGIA
ELETTRICA
T1
T2
Q2
Q1
L
Tc>T1
Te<T2
P>,V
P<,V
P<, L+V
P>,L
1
2
3
4
13/12/2022
Pompa di calore elettrica

7. Ottimizzazione per singolo edificio
7
• Dal punto di vista impiantistico è molto importante
ridurre l’impatto del singolo edificio sfruttando le
contemporaneità di carico «interne» allo stesso, ove
presenti

8. 8
Esigenze impiantistiche
• Produzione contemporanea di energia termica e
frigorifera
• Esigenza crescente di contenimento dei fabbisogni di
energia primaria per acqua calda sanitaria durante tutto
l’anno
• MACCHINA IN POMPA DI CALORE MULTIFUNZIONE (o
polivalente)

9. 9
Pompe di calore multifunzione
• Pompe di calore multifunzione (polivalenti): gruppo frigorifero in
pompa di calore con recupero totale in grado di soddisfare
contemporaneamente e in maniera indipendente a funzioni
impiantistiche differenti grazie ad idonea regolazione e specifiche
caratteristiche costruttive

10. 10
Pompe di calore multifunzione
Recupero parziale
(Mitsubishi, 2018)

11. 11
Pompe di calore multifunzione
Recupero totale
(Mitsubishi, 2018)

12. Ottimizzazione integrata
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• Pompa di calore tecnologia centrale
• Ogni edificio può utilizzare il prodotto più idoneo
(polivalente, ad alta temperatura, a bassa temperatura)
• Se si utilizza l’acqua e non l’aria come sorgente termica,
almeno parzialmente, è possibile sfruttare forme di
integrazione e di accumulo naturali o artificiali che
favoriscono l’integrazione fra sistemi, ottimizzando anche
l’utilizzo delle superfici

13. Pompa di calore elettrica multisorgente
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• L’integrazione fra sorgenti termiche consente di
massimizzare l’SPF (Seasonal Performance Factor) del
sistema
• In un contesto multi-edificio la possibilità di utilizzare
diverse sorgenti termiche «idroniche» è la chiave per
l’integrazione

14. Multi sorgente: progettazione energetica
• L’integrazione fra sorgenti costituisce una importante opzione di ottimizzazione
dell’SPF e anche di ottimizzazione economica (con particolare riferimento agli
impianti geotermici e all’obiettivo di ridurre l’incidenza del costo del campo sonde
geotermiche)
• La progettazione di impianti multi-sorgente passa tuttavia su un piano più
complesso perché si passa da una progettazione basata sulla potenza ad una
progettazione basata sull’energia e sul ciclo di funzionamento dell’impianto.
• Negli impianti geotermici il bilancio fra energia immessa ed estratta annuale ha un
impatto molto rilevante sul dimensionamento

15. Multi sorgente: energia nella
progettazione
• Al fine di progettare ed ottimizzare sistemi multi-sorgente
(ma ciò vale già di per sé per alcune sorgenti anche prese
singolarmente, come terreno o solare termico) è
indispensabile ricorrere a software di simulazione
dinamica oraria:
• per il calcolo dei fabbisogni energetici
• Per simulare il comportamento della sorgente termica
stessa al variare delle condizioni di carico

16. Acque sotterranee

17. Acque superficiali

18. Terreno

19. 13/12/2022
TIPOLOGIA DI SISTEMA
• Orizzontale
Verticale 70-100 m
Pali energetici
Verticale alternativo bassa
media profondità

20. Solare termico e PV-T
– Collettori solari termici: contributo al
riscaldamento invernale scarso a causa di
minore insolazione e basse temperature
dell’aria esterna: possibile impiego alternativo
come sorgente termica di una pompa di calore
– Al di sotto di una certa soglia di radiazione
(200-300 W/m2) è vantaggioso accoppiare il
solare termico all’evaporatore di una pompa di
calore

21. Solare termico e PV-T: SAHP
– Solar Assisted Heat Pump: sistema che
impiega il solare termico come sorgente
termica per la pompa di calore
– Sistemi dual source (o multi-source): non
essendo il collettore solare in grado di captare
energia in modo adeguato in assenza di
radiazione è necessaria una sorgente fredda
alternativa
– Sul mercato numerose configurazioni proposte

22. PV-T
– Fotovoltaico cogenerativo: accoppiamento ideale
con pompa di calore per assicurare temperatura
ottimale di funzionamento al modulo fotovoltaico

23. PV-T
Esempio di datasheet
PV-T

24. Recupero sull’aria di espulsione
– L’aria di espulsione di un sistema di
ventilazione anche a valle di recuperatori statici
presenta livello termico ottimale per
l’accoppiamento con l’evaporatore di una
pompa di calore
– Sistemi presenti sul mercato:
–Recuperatori termodinamici aria-aria
–Sistemi di produzione acqua calda sanitaria
integrati

25. Recupero termico acque reflue
– Applicazioni industriali
– Recupero termico su scarichi nel settore
residenziale:
–Scarichi fognari: temperature 12-14 °C in
inverno, 20 °C in estate ottimali per
l’applicazione in pompa di calore
–Acqua grigie: presenti sul mercato
scambiatori di calore per il preriscaldamento
dell’acqua calda sanitaria, potenzialmente
utilizzabili come sorgente termica per pdc

26. Recupero termico acque reflue:
sfruttamento reti fognarue
Fognature
Acque grigie

27. Recupero termico acque reflue

28. Sistemi dual source o multi source
Integrazione fra sorgenti termiche:
• Solare termico + terreno
• Torri evaporatorive (o dry cooler) + terreno
• Aria di esplusione + terreno
• Solare termico + aria
Gestione della scelta della sorgente effettuata
con opportuna regolazione

29. Sistemi dual source o multi source
ASPETTI POSITIVI
• Ottimizzazione livelli termici
• Superamento delle criticità specifiche di una sorgente
• Ottimizzazione economica: riduzione del tempo di
ritorno (es. grazie alla riduzione del numero di sonde
geotermiche)
ASPETTI NEGATIVI
• Impianti complessi: problematiche di manutenzione e
affidabilità
• Problematiche di regolazione
• Fondamentale progettazione accurata sistemi di
pompaggio e ventilazione ausiliari

30. Sistemi dual source o multi source

31. Definizione di teleriscaldamento
• (art. 2 D.lgs 102/14 e s.m.i)
• rete di teleriscaldamento e teleraffreddamento (o
teleraffrescamento): qualsiasi infrastruttura di
trasporto dell'energia termica da una o piu’ fonti di
produzione verso una pluralita' di edifici o siti di
utilizzazione, realizzata prevalentemente su suolo
pubblico, finalizzata a consentire a chiunque interessato,
nei limiti consentiti dall'estensione della rete, di
collegarsi alla medesima per l'approvvigionamento di
energia termica per il riscaldamento o il
raffreddamento di spazi, per processi di lavorazione e per
la copertura del fabbisogno di acqua calda sanitaria;

32. Definizione di teleriscaldamento efficiente
(Direttiva 2018/2001/CE)

33. Definizione di teleriscaldamento efficiente
Fonte:
Progetto
UPGradeDH. 2019

34. Definizione di teleriscaldamento efficiente:
verso le smart thermal grid
Fonte:
Progetto
UPGradeDH. 2019

35. Reti fredde con acqua di falda
EDIFICIO 1
PDC 1
EDIFICIO 2
PDC 2
SCHEMA DI PRINCIPIO TLR «FREDDO»
POZZA DI PRESA POZZA DI RESA
SERBATOIO PRESA SERBATOIO RESA

36. Reti fredde con acqua di falda

37. I benefici di creare rete fra edifici
• Se si ragiona su una scala
ancora superiore il beneficio
però diventa ancora maggiore
• Si sfrutta infatti la
contemporaneità di carico che
in alcuni periodi dell’anno o
durante tutto l’anno
caratterizza i diversi edifici; in
questo modo le pompe di
calore producono
contemporaneamente caldo e
freddo senza scambiare con il
terreno, riducendo di
conseguenza il campo sonde

38. Le nuove frontiere dei sistemi di
climatizzazione riguardano i progetti
di district heating/cooling.
Sistemi di “stoccaggio di calore” nel
sottosuolo attraverso campi di sonde
geotermiche che consentono di
«shiftare» nel tempo i fabbisogni
termici del sistema.
Si basano su audit energetici di
sistema (grande scala) e studi
geologici per individuare i siti
idonei allo stoccaggio di calore
Stoccaggio di calore e district heating/cooling

39. Reti geotermiche
• ETH Zurigo – Anergy Grid

40. PED

41. Considerazioni finali
• Ottimizzare la produzione di energia termica a livello di
distretto fornisce l’opportunità di andare oltre
all’impianto del singolo edificio
• La creazione dell’integrazione fisica sul fronte termico è
molto più impattante e richiede adeguata pianificazione
urbanistica: per questo tali ipotesi si possono associare
più facilmente ai progetti di rigenerazione urbana
• La realizzazione non è impossibile né antieconomica,
come dimostrano esempi realizzati
• E’ possibile sperimentare anche su scala limitata (blocks
prima di arrivare al district)
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