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#22 riscaldamentoenergia ISSN:2038-2723

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La rivista PER i professionisti DEGLI IMPIANTI HVAC&R

ANNO 4 - ottobre 2013

QUANTO E’ SOSTENIBILE L’R422D? IL RISCHIO TERMICO IN AMBIENTI SEVERI FREDDI Adottare la ISO 50001:2011 AZIENDE E SPRECHI, come recuperare REQUISITI SISMICI DELLE RETI AERAULICHE QUALITÀ DELL’ARIA nell’industria FOCUS TECNOLOGIA E INNOVAZIONE ACCUMULO LATENTE PER IL SOLARE “SORPTION TECHNOLOGY”, A CHE PUNTO SIAMO? I VANTAGGI DELLE POMPE DI CALORE MODULARI

Caldo e freddo nell'industria FOCUS POMPE DI CALORE

POSTE ITALIANE SPA – Posta target magazine - LO/CONV/020/2010.

EURO15

Organo Ufficiale AiCARR

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Innovazione e competenza made in Italy

SagiCofim da sempre mette a disposizione degli operatori del settore la propria competenza ed esperienza, maturate in oltre 35 anni di attività. L’ampia gamma di serrande per l’intercettazione ed il controllo del fumo e del fuoco, fin dalle fasi iniziali dell’incendio, permette di progettare ed installare in totale sicurezza gli impianti per la protezione dagli incendi ed il controllo della propagazione dei fumi. A garanzia delle scelte progettuali SagiCofim è in grado di fornire, oltre alla certificazione CE, anche la Dichiarazione di Prestazione (DoP), ottemperando a quanto disposto dal Regolamento Europeo 305 sui Prodotti da Costruzione.

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Le occasioni perdute e il ruolo dei progettisti

Ogni tanto una rilettura del passato aiuterebbe a limitare errori futuri. Ad un convegno sul risparmio energetico ho sentito un relatore scagliarsi contro la legge 10, colpevole, a suo dire, di essere stata troppo timida nei confronti dell’isolamento termico degli edifici. In realtà la legge 10 fu, per l’epoca, una legge lungimirante, tanto da imporre l’obbligo di sistemi in grado di sfruttare le fonti energetiche rinnovabili negli edifici ad uso pubblico. La legge li indicava chiaramente, dall’eolico al solare termico, dalla cogenerazione alle pompe di calore. Mancava solo il fotovoltaico perché all’epoca la sua tecnologia era una chimera limitata alle missioni spaziali o a qualche film di James Bond. Purtroppo la legge 10 prevedeva anche una scappatoia, “l’impedimento tecnico”, effettivamente usato a piene mani dai più, spesso senza neppure giustificarlo con i numeri, per continuare a proporre sistemi tradizionali di generazione dell’energia. Di innovazione se ne è fatta pochissima, malgrado la chiara volontà dei legislatori e a discapito degli interessi del paese, perdendo così uno dei tanti treni che avrebbero impedito l’oggettivo declino dell’Italia nell’ultimo scellerato ventennio. La legge 10 imponeva anche il calcolo estivo dei consumi energetici, peccato che poi non sia mai seguito il decreto attuativo con il metodo per farlo. Probabilmente per questo era timida nei confronti dell’isolamento: nel clima italiano, in presenza di carichi endogeni medio alti e trasmittanze termiche troppo basse rischiano di aumentare i consumi energetici su base annua, a causa del loro effetto negativo nelle mezze stagioni. Tale effetto si palesa a chi abbia un minimo di dimestichezza con le simulazioni dinamiche, mentre rimane colpevolmente oscurato dai modelli di calcolo semplificati imposti dalla legislazione vigente, basata sui soli consumi invernali.

L’esempio è emblematico perché spesso in Italia non sono le leggi ad essere sbagliate, ma la loro applicazione. Se nel caso della legge 10 era inutilmente farraginoso il calcolo invernale, definito da un decreto attuativo posteriore, in tempi più recenti si deve stigmatizzare la mancanza di una chiara procedura di calcolo per la quota di energia rinnovabile richiesta dal Dlgs 28 del 2011, ancora adesso, alla vigilia dell’aumento del limite al 35%, previsto a gennaio 2014. Anche il Dlgs 28/11 prevede un impedimento tecnico che, allo stato dei fatti scatterà inevitabilmente in molti casi, come ha dimostrato Aicarr nel suo position paper consultabile da tutti nel sito. Chi deve proporre e poi progettare gli impianti si trova in imbarazzo, perché spesso non sa come muoversi. La situazione è molto gattopardesca, quindi molto italiana: a grandi proclami segue inevitabilmente il nulla di fatto, soprattutto se si usa l’impedimento tecnico di turno, o qualche altra via di fuga prevista dalla legge, come una sorta di ”tana: liberi tutti”. Visto che i valori minimi sono irraggiungibili si continua a proporre i sistemi tradizionali, tanto la legge lo consente. I progettisti hanno il potere, e il dovere morale, di modificare questa deriva. Le leggi vanno prima di tutto rispettate nel loro spirito e non si deve cercare tra le righe l’inghippo per aggirarle. Vale lo stesso per le norme che devono essere sempre tenute presenti anche se a volte sono troppe e non sempre valide, come alcune a carattere prescrittivo che tendono troppo ad insegnare al progettista il proprio mestiere piuttosto che limitarsi ad indicare le prestazioni da raggiungere e lasciare libere le capacità individuali. Alzare la qualità della progettazione, avere il coraggio di innovare è l’unico modo per sopravvivere e dominare il mercato globale. La ricerca e sviluppo non riguarda solo l’industria, ma anche e soprattutto il mondo della libera professione. Se non si seguirà il prima possibile questa strada, il declino diventerà irreversibile. Michele Vio, Presidente AiCARR


L’EFFICIENZA OLTRE LE VOSTRE ASPETTATIVE PERCHÈ SPRECARE ENERGIA CON UN NORMALE VRF?

Scambiatore di calore a circuito variabile MULTI V IV introduce il primo scambiatore di calore a circuito variabile, che permette di determinare il percorso ottimale del refrigerante in funzione della modalità operativa, aumentando l’efficienza energetica.

Controllo attivo del refrigerante MULTI V IV gestisce attivamente la quantità di refrigerante che circola nel sistema in base alle condizioni operative, per fornire prestazioni sempre ottimali.

Compressore con tecnologia HiPOR™ MULTI V IV aumenta l’efficienza con la tecnologia brevettata HiPOR™, (High Pressure Oil Return). L’olio raccolto dal separatore viene immesso ad alta pressione direttamente nel compressore, senza perdite di energia.

Smart Oil Return MULTI V IV avvia il recupero dell’olio in funzione delle segnalazioni fornite da un sensore di livello. In questo modo il recupero dell’olio viene eseguito solo quando necessario, evitando improvvise interruzioni dell’operatività.


Editoriale 2

Novità prodotti 6

AiCARR Informa 76

TESTARE L’EFFICIENZA

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Aziende e sprechi energetici: quanto conta la disinformazione? Uno studio condotto da Aba Impianti rileva fra tutte le aziende analizzate sei fattori comuni che portano a sprechi facilmente eliminabili a cura della Redazione

Direttore responsabile ed editoriale Marco Zani Direttore scientifico Michele Vio Consulente scientifico Renato Lazzarin

EFFICIENZA E BENEFICI

Comitato scientifico Paolo Cervio, Sergio Croce, Francesca Romana d’Ambrosio Alfano, Livio de Santoli, Renato Lazzarin, Luca Alberto Piterà, Mara Portoso, Michele Vio, Marco Zani

Adottando le best available technologies risparmio di 5,7 miliardi di euro annui, circa il 10% della bolletta energetica nazionale

Redazione Alessandro Giraudi, Silvia Martellosio, Marzia Nicolini, Erika Seghetti redazione@aicarrjournal.org

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Confindustria, dall’efficienza energetica potenziale di crescita di 65 miliardi di euro l’anno a cura della Redazione

ISO 50001:2011

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Il Sistema di Gestione dell’Energia secondo la ISO 50001:2011

A più di due anni dall’entrata in vigore delo Standard Internazionale ISO 50001:2011 “Energy management systems – Requirements with guidance for use” il punto su definizioni, obiettivi, strumenti operativi e campi di applicazione di Tiziano Terlizzese, Andrea Caponi e Cristina Ricci

SISTEMI FILTRANTI

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Art Director Marco Nigris Grafica e Impaginazione Fuori Orario - MN Hanno collaborato a questo numero Michele Acerenza, Michele Albieri, Ciro Aprea, Aroldo Bargone, Andreja Burkeljca, Vincent Butala, Andrea Caponi, Gerardo Cardillo, Francesca R. d’Ambrosio Alfano, Pio Faldelli, Adriana Greco, Giovanni Antonio Longo, Angelo Maiorino, Attilio Masoch, Silvia Morassutti, Boris I. Palella, Cristina Ricci, Giuseppe Riccio, Uros Stritih, Tiziano Terlizzese, Gloria Tulino

Qualità dell’aria anche nell’industria

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di Gloria Tulino e Michele Acerenza

Traffico, Abbonamenti, Diffusione Rosaria Maiocchi

Una corretta scelta del sistema filtrante consente di risparmiare notevolmente sui costi energetici del funzionamento di un impianto

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Periodico Organo ufficiale AiCARR

AMBIENTI DI LAVORO

Il rischio termico in ambienti severi freddi Nella progettazione dei cosiddetti “ambienti freddi” generalmente si dà gran peso alla progettazione degli impianti tecnologici trascurando gli aspetti ergonomici. Un approccio del genere può portare a dei rischi anche per la salute dell’uomo di Francesca R. d’Ambrosio Alfano, Giuseppe Riccio, Boris I. Palella

SORPTION TECHNOLOGY

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Sviluppi nelle tecnologie ad assorbimento e adsorbimento

Editore: Quine srl www.quine.it Presidente Andrea Notarbartolo Amministratore Delegato Marco Zani Direzione, Redazione e Amministrazione 20122 Milano – Via Santa Tecla, 4 – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 72016740 e-mail: redazione@aicarrjournal.org

di Giovanni Antonio Longo

Servizio abbonamenti Quine srl, 20122 Milano – Via Santa Tecla, 4 – Italy Tel. +39 02 864105 – Fax +39 02 70057190 e-mail: abbonamenti@quine.it

FLUIDI FRIGORIGENI

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Stato dell’arte e sviluppi futuri della “Sorption Technology”: i sistemi a sostanze assorbenti liquide (assorbimento) e solide (adsorbimento) sia a circuito chiuso che a circuito aperto

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Quanto è sostenibile l’R422D?

La sostituzione dell’R22 con l’ R422D: analisi di impatto ambientale in termini di effetto serra di Ciro Aprea, Gerardo Cardillo, Adriana Greco, Angelo Maiorino

SISTEMI MODULARI

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Pompe di calore modulari: prestazioni energetiche

La diffusione delle pompe di calore negli impianti di riscaldamento è appena cominciata, ma potrà avere successo se i prodotti proposti dai costruttori saranno in grado di adattarsi anche agli impianti tradizionali a radiatori di Michele Albieri, Pio Faldelli, Attilio Masoch e Silvia Morassutti

PROGETTARE CONSAPEVOLMENTE

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Requisiti sismici delle reti aerauliche Al fine di soddisfare i requisiti sismici delle reti aerauliche imposti dalle attuali disposizioni legislative, nella progettazione si deve procedere alla valutazione, dimensionamento, calcolo e verifica degli elementi che compongono gli staffaggi e dei sistemi di ancoraggio alla struttura dell’edificio di Aroldo Bargone

MATERIALI A CAMBIAMENTO DI FASE

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Accumulo latente per il solare

L’energia solare, in combinazione con una pompa di calore e un dispositivo di accumulo di calore latente, può soddisfare circa il 50% del fabbisogno annuale di calore per un’abitazione a basso consumo energetico di Uros Stritih, Andreja Burkeljca e Vincent Butala

Gli abbonamenti decorrono dal primo fascicolo raggiungibile.

AiCARR journal è una testata di proprietà di AICARR – Associazione Italiana Condizionamento dell’Aria, Riscaldamento e Refrigerazione Via Melchiorre Gioia 168 – 20125 Milano Tel. +39 02 67479270 – Fax. +39 02 67479262 www.aicarr.org Posta target magazine - LO/CONV/020/2010. Iscrizione al Registro degli Operatori di Comunicazione n. 12191 Responsabilità Tutto il materiale pubblicato dalla rivista (articoli e loro traduzioni, nonché immagini e illustrazioni) non può essere riprodotto da terzi senza espressa autorizzazione dell’Editore. Manoscritti, testi, foto e altri materiali inviati alla redazione, anche se non pubblicati, non verranno restituiti. Tutti i marchi sono registrati. INFORMATIVA AI SENSI DEL D.LEGS.196/2003 Si rende noto che i dati in nostro possesso liberamente ottenuti per poter effettuare i servizi relativi a spedizioni, abbonamenti e similari, sono utilizzati secondo quanto previsto dal D.Legs.196/2003. Titolare del trattamento è Quine srl, via Santa Tecla 4, 20122 Milano (info@quine.it). Si comunica inoltre che i dati personali sono contenuti presso la nostra sede in apposita banca dati di cui è responsabile Quine srl e cui è possibile rivolgersi per l’eventuale esercizio dei diritti previsti dal D.Legs 196/2003.

© Quine srl - Milano Associato

Aderente

Testata volontariamente sottoposta a certificazione di tiratura e diffusione in conformità al Regolamento C.S.S.T. Certificazione Editoria Specializzata e Tecnica Per il periodo 01/01/2012 - 31/12/2012 Tiratura media n. 10.000 copie Diffusione media 9.774 copie Certificato CSST n. 2012-2338 del 27/02/2013 – Società di Revisione Metodo s.r.l.

Tiratura del presente numero: 10.000 copie


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Novità Prodotti ESSENZIALE, MA COMPLETO Si chiama Elios Basic il nuovo regolatore Seitron, centralina analogica, semplice ed essenziale per il controllo di impianti a pannelli solari termici. Grazie a tre ingressi per sonde di temperatura NTC e 2 uscite a relé, può gestire sia la pompa di circolazione dell’impianto principale che una fonte integrativa, in caso l’apporto solare sia insufficiente. L’utilizzo è intuitivo: una grande manopola permette di selezionare il punto d’intervento della sorgente integrativa; con uno dei due selettori si setta il Delta T desiderato fra collettore e accumulo (da 5°C a 20°C), mentre con l’altro si imposta lo spegnimento e l’accensione, con e senza integrazione. Sul pannello è presente anche un tasto Test, per verificare in ogni momento il funzionamento della pompa di circolazione. La funzione antigelo si può impostare su 3 livelli tramite un selettore interno. Infine, attraverso i due LED posti sul lato destro della centralina, è possibile visualizzare l’accensione del regolatore e l’attivazione/disattivazione della pompa di circolazione. Alimentato a 230 Vac, Elios Basic è alloggiato in un robusto contenitore in ABS autoestinguente di colore bianco (182x87x37 mm). www.seitron.it

DUE COMPRESSORI PER LA MASSIMA EFFICIENZA i-FX (1+i) di Climaveneta è il primo chiller che abbina un compressore vite a velocità fissa (1) con un compressore vite inverter (+i) per migliorare le prestazioni in termini di efficienza energetica EER e ESEER sia a pieno carico che ai carichi parziali. I compressori montati su queste macchine sono frutto di una stretta collaborazione con Bitzer, che li realizza su progetto e specifiche Climaveneta. Gestiti da logiche di controllo evolute che ne esaltano peculiarità e benefici, i due compressori lavorano in sintonia privilegiando l’efficienza della macchina in ogni condizione, per superare i limiti tradizionalmente imposti a pieno carico da sistemi full inverter e ai carichi parziali da compressori vite a velocità fissa. Il risultato — spiega la società — è un’unità che lavora sempre

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alla massima efficienza possibile, in ogni situazione operativa e in qualsiasi periodo dell’anno, con una riduzione della spesa di energia elettrica pari al 21% e un abbattimento delle emissioni indirette di CO2 del 15% rispetto ad altre proposte chiller in classe A. Risparmi che consentirebbero di raggiungere in soli due anni il ritorno sull’investimento (payback). Disponibili con un range di potenza da 567 a 1.273 kW, tutte le unità sono certificate Eurovent e rispondono agli standard imposti dal protocollo internazionale di sostenibilità ambientale LEED. www.climaveneta.it


VRF DI ULTIMA GENERAZIONE LG Electronics ha introdotto la nuova generazione di sistemi a portata di refrigerante variabile (VRF) Multi IV, concentrato di quattro tecnologie esclusive: un compressore ad alta efficienza, lo scambiatore di calore con percorsi differenziati a seconda della modalità operativa (riscaldamento o raffreddamento), il controllo sul recupero dell’olio e il controllo sul refrigerante in circolo, che insieme concorrono ad aumentare l’efficienza energetica. L’indice di efficienza energetica (EER) dichiarato è 5,2 (modello da 10 hp), uno dei più elevati della categoria; inoltre, il sistema di recupero dell’olio ad alta pressione (HiPOR) incrementa l’efficienza del compressore preservandone nel tempo il corretto funzionamento. Riducendo al minimo le perdite in condizioni di carico parziale — nota il costruttore — Multi V IV è in grado di offrire prestazioni migliori del 30% rispetto al suo predecessore in termini di efficienza energetica integrata; implementando la tecnologia HiPOR, le prestazioni dell’apparecchio in modalità di riscaldamento (COP) sono aumentate del 6,7%, e in modalità di raffreddamento (EER) del 5,4%. I nuovi percorsi differenziati del refrigerante per Per applicazioni di sicurezza in zone il riscaldamento e il raffreddamena rischio di esplosione per polveri e gas to contribuiscono ad un incremento del 15% dell’efficienza energetica Manometri Digitali integrata. Inoltre, il controllo attivo Manometri digitali a sicurezza intrinseca del refrigerante di LG regola automaticamente la quantità di refrigeTrasmettitori di Pressione rante in circolo aumentando ulteriorTrasmettitori di pressione a sicurezza mente l’efficienza del 3%. Multi V IV antideflagrante è anche più flessibile: il range operativo in modalità di raffreddamento è Trasmettitori di pressione a sicurezza intrinseca per applicazioni industriali stato esteso da -5°C a -10°C, così da fornire una soluzione per ambienti che necessitano di essere raffredwww.keller-druck.com dati tutto l’anno, come le sale CED. Inoltre, lo sbrinamento differenziato della batteria dell’unità esterna aumenta il comfort interno e permette di aumentare la capacità del sistema del 27% nei climi più rigidi. Un’altra tecnologia per il risparmio energetico intelligente consiste nel sensore presenza neve, che attiva i ventilatori per rimuovere la neve accumulata solo quando necessario. www.lgnewsroom.it


Novità Prodotti A VOLTE BASTA UN SOLO COMPRESSORE È destinato ad applicazioni residenziali per riscaldamento, raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria il nuovo sistema Yutaki S80 proposto da Hitachi Air Conditioning Europe. La pompa di calore aria/acqua con unità esterna e modulo interno a doppio ciclo frigorifero, può produrre acqua calda fino a 80°C per il riscaldamento anche quando la temperatura esterna è molto bassa (fino a -20°). Il rendimento è ottimizzato in modo intelligente grazie alla tecnologia “Smart Cascade”: in funzione della temperatura esterna, l’unità di controllo attiva solo uno o entrambi i compressori, riducendo gli sprechi energetici. Durante i periodi meno freddi, o quando la temperatura esterna è più mite, viene bypassato il secondo stadio frigorifero, mentre la produzione di acqua calda è comunque garantita attraverso il primo stadio. Nella stagione più fredda, il sistema attiva automaticamente il secondo stadio frigorifero, assicurando una produzione di acqua calda ad elevata temperatura. www.hitachiaircon.com

POMPA DI CALORE PER IL RESIDENZIALE CON TECNOLOGIA DC INVERTER Nella gamma di pompe di calore, Emmeti introduce Mirai Split, sistema versatile e compatto per il riscaldamento e il raffreddamento di ambienti residenziali. L’apparecchio è composto di due sezioni: l’unità interna, con gruppo idronico, e l’unità esterna con circuito frigorifero a R410A.

Range di impostazione della temperatura fino a 55° Il controllo elettronico è predisposto per l’integrazione con fonti energetiche alternative e si adatta a diverse tipologie di impianto, come ventilconvettori, pannelli radianti e produzione di ACS, con un range di impostazione della temperatura di mandata dell’acqua che può raggiungere i 55°C. Facile da installare e dalle dimensioni ridotte, Mirai Split si adatta anche ai piccoli spazi. Inoltre, i componenti dell’impianto termico, come il vaso di espansione, gli strumenti per il controllo della temperatura e il sistema circolatore, sono già presenti all’interno della macchina.

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Fino a -20° non serve l’antigelo

DC Inverter

Il sistema opera anche a temperature esterne molto basse e fino a -20°C, riferisce l’azienda, non è necessario utilizzare antigelo nell’acqua dell’impianto termico, poiché nell’unità esterna viene fatto circolare solamente gas refrigerante.

Essendo progettata per uso residenziale, la tipologia di alimentazione la rende compatibile agli standard di fornitura elettrica previsti. Questo grazie anche alla tecnologia DC Inverter, che permette la modulazione della potenza erogata dalla macchina, in maniera proporzionale all’effettiva richiesta di “freddo” o “caldo” dell’ambiente. www.emmeti.com

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NUOVO SISTEMA TOSHIBA A POMPA DI CALORE ARIA/ACQUA Toshiba presenta al mercato il nuovo sistema a pompa di calore aria-acqua Estìa 4, disponibile in sei modelli, tre in monofase e tre in trifase, da 8 a 16 kW. Adattabile anche in fabbricati già dotati di caldaia tradizionale, a gas o a combustibile, Estía 4 offre una nuova tecnologia con componenti innovativi quali il compressore rotativo TwinRotary e l’inverter con controllo vettoriale. I valori di COP e EER, rispetto alle gamme precedenti, raggiungono il valore di 4,88 per l’efficienza in riscaldamento nella taglia da 11 kW e la temperatura dell’acqua nella funzione freddo arriva a 7°c.

Impostazione della temperatura automatica o in base a un valore prefissato Grazie al sistema Inverter di Toshiba viene erogata solo la potenza termica necessaria e di conseguenza viene regolata anche la temperatura dell’acqua, adattando i livelli di riscaldamento all’effettiva esigenza degli ambienti nei quali la corretta distribuzione dell’acqua nel circuito è assicurata dall’impiego di una pompa in classe energetica A. Il tecnico installatore può scegliere se impostare un valore prefissato di temperatura per l’acqua calda oppure impostare la funzione di controllo in modo automatico di regolazione della temperatura dell’acqua in funzione della temperatura esterna. Anche l’ultimo sistema Estía 4 è composto da un’unità esterna a pompa di calore, un’unità idronica e un serbatoio dell’acqua calda sanitaria. È rapido da installare e non necessita di canne fumarie che richiederebbero un ulteriore intervento edilizio. www.toshibaclima.it

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Novità Prodotti Nuovo condensatore ad aria compatto ed efficiente Ridurre i costi complessivi, diminuire l’impatto ambientale e andare incontro alle esigenze di minore spazio. Con questi obiettivi, Heatcraft Europe ha lanciato una nuova gamma di condensatori ad aria, commercializzate con il marchio Friga-bohn.

Costi ridotti di installazione e manutenzione I costi di installazione sono ridotti grazie all’utilizzo di scambiatori a microcanali, che permettono di ridurre l’uso di refrigerante (fino al 75% in meno), e all’impianto modulare, che prevede la possibilità di utilizzare un solo condensatore ad aria. Oltre ad essere prodotti utilizzando un unico materiale, l’alluminio, gli scambiatori di calore sono brasati attraverso un processo in grado di minimizzare il rischio di perdite. Inoltre ogni modulo “a forma di V” comprende due scambiatori che possono essere facilmente rimossi e sostituiti. Un altro vantaggio nell’utilizzo della tecnologia a microcanali è l’elevata resistenza meccanica dello scambiatore di calore che agevola le operazioni di manutenzione, consentendo l’impiego di idropulitrici.

Impatto ambientale La riduzione dell fluido refrigerante e l’efficienza del sistema influiscono anche sui valori TEWI (Total Equivalent Warming Impact) che risultano piuttosto bassi. Inoltre, i

condensatori a microcanali sono completamente riciclabili ed hanno quindi un impatto positivo sul costo finale del ciclo di vita del sistema.

Integrazione Le problematiche della carenza di spazio e del rumore sono state affrontate offrendo la possibilità di combinare l’originale forma a “V” del sistema con soluzioni di ventilazione diverse, che ne consentono l’installazione in spazi ristretti, offrendo al contempo una significativa riduzione dei livelli di rumore fino a 19 dB (A) a 10 m per modulo. www.heatcrafteurope.com

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La termocamera per l’installatore FLIR Systems lancia la nuova gamma di termocamere Serie Ex, capaci di rilevare guasti incipienti e individuare problemi di isolamento.

Di facile utilizzo Grazie all’obiettivo fisso che non richiede messa a fuoco, le termocamere della nuova serie sono in grado di misurare temperature fino a +250°C. Inoltre, producono istantaneamente immagini termografiche in formato JPEG con tutti i dati necessari alla misura della temperatura.

Funzioni Le termocamere sono dotate di una fotocamera integrata e della tecnologia MSX, che produce immagini di alta qualità in tempo reale; in questo modo sarà possibile aggiungere maggiori dettagli alle immagini termografiche, consentendo così una maggiore rapidità nell’inquadratura del soggetto e anche nella produzione di rapporti più ordinati e comprensibili. Inoltre, il software FLIR Tools, scaricabile gratuitamente per tutti gli utenti della Serie Ex, consente di importare immagini termiche in un PC. Per disporre di funzioni di analisi avanzate è possibile utilizzare il software opzionale FLIR Tools+. www.flir.com

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Testare l’efficienza

Aziende e sprechi energetici, quanto conta la disinformazione? Uno studio condotto da Aba Impianti rileva fra tutte le aziende analizzate sei fattori comuni che portano a sprechi facilmente eliminabili a cura della Redazione

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pesare sull’inefficienza energeticadegli edifici

aziendali italiani è l’alto livello di disinformazione del proprietario o gestore. Sono in pochi a conoscere le cause degli sprechi energetici così come i benefici, anche economici, ricavabili da semplici interventi riqualicativi. È questa la conclusione a cui è arrivato uno studio condotto da Aba Impianti srl, con il patrocinio di Kyoto Club e la collaborazione di Gemco (piattaforma dedicata all’efficienza energetica e alla mobilità sostenibile) che, dopo aver portato avanti nel corso dell’ultimo anno una serie di audit energetici su un campione di imprese italiane, ha raccolto i risultati ottenuti e li ha elaborati in un report.

I costi energetici sono considerati intangibili e inabbattibili Dallo studio è innanzitutto emerso come la maggiorparte delle imprese, di diverse tipologie e dimensioni, facciano maggiore attenzione, per abbattere i propri costi d’impresa, agli aspetti infrastrutturali e al costo della manodopera interna e delle materie prime per lo sviluppo del prodotto. Mentre i costi energetici vengono raramente considerati come fattori di spreco, in parte perché, riferiscono gli analisti, sono considerati “costi impossibili da abbattere” in parte perché vengono visti come “elementi non tangibili”.

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I risultati del report in dettaglio Sono stati rilevati sei fattori comuni fra tutte le aziende analizzate che portano ai sopracitati sprechi: • l’assenza di sistemi efficienti di regolazione delle centrali termiche; • la presenza di involucri edilizi datati e non propriamente isolati che comportano una conseguente dispersione di calore; • la mancanza di sistemi di gestione dei carichi elettrici, con riferimento particolare ai sistemi di illuminazione; • l’utilizzo di corpi illuminanti obsoleti a scarsa efficienza energetica; • la presenza di sistemi di monitoraggio dei carichi elettrici inefficienti; • la presenza di generatori di calore obsoleti, quali centrali termiche a gasolio o bollitori elettrici AUDIT ENERGETICI. I risultati dello studio, condotto da Aba Impianti srl con il patrocinio di Kyoto Club e la collaborazione di Gemco, sono il frutto di una campagna di diagnosi energetica svolta su un campione di imprese italiane

Inoltre, sono emersi ulteriori elementi dai quali si evince che: • in molti casi la conoscenza delle aziende in merito al discorso “efficienza energetica e abbattimento dei consumi” è strettamente limitata alla parola “fotovoltaico”; • c’è una scarsa conoscenza relativa ai meccanismi finanziari e fiscali che non solo permettono ma agevolano le aziende per questa tipologia di interventi; • è insufficiente la conoscenza relativa alle reali possibilità di risparmio sui consumi ottenibili con semplici interventi di efficienza energetica.

Campagna informativa A fronte di tali risultati, Aba Impianti ha deciso di dare avvio ad una campagna informativa dal titolo “Risparmio sostenibile come risorsa per l’impresa”, che prevede anche la possibilità di usufruire della consulenza tecnica gratuita di un consulente energetico con il quale poter visionare i propri consumi aziendali. L’iniziativa, lanciata ufficialmente il 21 e il 28 maggio, sarà per il momento limitata alle sole aziende di Lombardia, Piemonte, Valle d’Aosta, Veneto, Emilia Romagna e Toscana. n


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Efficienza e benefici

Confindustria: dall’efficienza energetica potenziale di crescita di 65 miliardi di euro l’anno Adottando le best available technologies si può ottenere un risparmio di 5,7 miliardi di euro annui, circa il 10% della bolletta energetica nazionale a cura della Redazione

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ttraverso efficaci politiche per lo sviluppodell’ef-

ficienza energetica, nel solo periodo 20142020 si potrebbe ottenere una crescita della produzione industriale italiana di oltre 65 miliardi di euro in media all’anno, rispetto allo scenario base, con un incremento del numero di occupati di circa 500.000 unità. Queste le potenzialità del settore dell’energia efficiente illustrate dal vice presidente di Confindustria, Aurelio Regina, in occasione della presentazione lo scorso 1 ottobre a Roma della terza edizione del rapporto “Smart Energy project”.

Miliardi di euro di risparmi in bolletta e taglio CO2 «Particolarmente significativo risulta il contributo al tasso di crescita medio annuo dell’economia che potrebbe raggiungere un valore del 0,5% attraverso l’adozione delle best available technologies», ha dichiarato Regina. Sul fronte dell’impatto positivo sulla bolletta energetica, «l’adozione dello scenario Best Available Technologies potrebbe determinare un risparmio di oltre 5,7 miliardi di euro annui, circa il 10% della bolletta

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energetica nazionale. I potenziali benefici in termini del costo della CO2 evitata ammontano ad oltre 270 milioni di euro all’anno», ha precisato il vice presidente di Confindustria.

Costi-efficacia Il Rapporto degli industriali stima che sul bilancio dello Stato l’effetto netto delle eventuali politiche volte ad incentivare l’efficienza energetica «è di circa 10,5 miliardi di euro in 7 anni, ovvero l’impatto annuo sarebbe di 1,5 miliardi di euro. Tuttavia in termini di una valutazione costi-efficacia, a fronte di questo investimento pubblico, il beneficio collettivo lordo sarebbe di circa 42,2 miliardi di euro, ovvero un beneficio netto di oltre 31 miliardi di euro. In altri termini significa che ogni euro di investimento pubblico ne produce oltre 4 di beneficio collettivo in termini di risparmio energetico ed esternalità ambientali evitate», ha sottolineato Regina.

Le misure da adottare Quali sono le aree prioritarie sulle quali intervenire nei prossimi anni? Secondo Confindustria le

politiche ambientali di sostenibilità vanno integrate di più con le politiche sull’efficienza e sulle rinnovabili; serve la capacità di sviluppare accordi di filiera integrati per il mercato nazionale e soprattutto internazionale; occorre intervenire in sede europea sui vincoli di spesa che bloccano molti investimenti ad alto potenziale, e adottare un approccio strutturale, coraggioso e coerente sulle politiche per l’efficienza energetica, abbandonando l’impostazione congiunturale. Negli ultimi anni, osserva Confindustria, gli investitori istituzionali si sono mostrati molto interessati al tema della green economy, ma hanno manifestato più difficoltà nell’affidamento dei progetti di riqualificazione energetica. È necessario quindi un confronto continuo con tali investitori, da perseguire attraverso una precisa scelta in sede UE. n


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ISO 50001:2011

Il Sistema di Gestione dell’Energia secondo la ISO 50001:2011 A più di due anni dall’entrata in vigore dello Standard Internazionale ISO 50001:2011 “Energy management systems – Requirements with guidance for use” il punto su definizioni, obiettivi, strumenti operativi e campi di applicazione di Tiziano Terlizzese, Andrea Caponi e Cristina Ricci *

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a diversi anni a questa partele organizzazioni commerciali, industriali e istituzionali sono costrette ad affrontare la questione della gestione energetica. Ma non sempre lo fanno con la dovuta attenzione e consapevolezza. La presenza di macchinari e componenti energeticamente efficienti è condizione necessaria ma non sufficiente a garantire l’efficienza dell’intero sistema; i produttori di motori, pompe e compressori hanno significativamente aumentato le performance dei loro prodotti, ma questi ultimi si trovano ad essere

parte di un sistema più complesso, sottoposto a scenari di produzione variabili che potrebbero cambiarne le condizioni di utilizzo. Si sottolinea inoltre come la diffusione attuale di componenti energeticamente efficienti non supportati da una loro corretta gestione generi spesso risultati inferiori alle aspettative, causando, come effetto collaterale aggiuntivo, quello di scoraggiare ulteriori investimenti per l’efficienza energetica. Il ricorso saltuario ai processi di gestione dell’energia può generare esclusivamente miglioramenti temporanei

e parziali delle prestazioni energetiche, mentre miglioramenti duraturi e sostenibili sono possibili solo attraverso un approccio integrato e sistemico al problema dell’approvvigionamento e trasformazione dell’energia all’interno di una generica organizzazione o azienda. L’aspetto energia deve essere considerato in ogni fase della dinamiche gestionali di una organizzazione:

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Dai primi standard ad oggi

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Figura 1 – Energy Management (DANISH DS 2403:2001)

Tabella I – Principali standard nazionali sui Sistemi di Gestione dell’Energia >?@:"A@B"CDDD J8> K@"CLDM!CDDN"+"K@O:?P"NMQ!CDDN @@"QCSSGD!CDDM ?@>:":@"MTM!CDDG VK:"LQDC E?B"CNQMDN!CDDS R>8@"R@>"LDDD!CDDS B?"NQDDN YZO8"CMMMNHCDDT :@W"GDDDN

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sottolinea inoltre che, per incentivare le organizzazioni all’adozione di un Sistema Numerose iniziative nazionali ed internazionali sono andate nella direzione di fordi Gestione dell’Energia, molte nazioni hanno sviluppato programmi aggiuntivi, mulare standard per l’implementazione di Sistemi di Gestione dell’Energia. Tali quali accordi volontari e politiche fiscali incentivanti, in molti casi determinanti standard, definiti a partire dal 2000, hanno costituito la base per la predisposinella diffusione delle buone pratiche. L’ultima colonna della Tabella II, che riporta zione della ISO 50001, pubblicata il 15 giugno 2011 a seguito di un lavoro di cooril grado di penetrazione in ambito industriale degli standard analizzati, offre una dinamento ed integrazione fra le varie proposte esistenti, operato del Comitato prospettiva chiara sull’efficacia di tali politiche di supporto: le percentuali più alte di Progetto ISO/PC 242. In Tabella I si elencano i più importanti standard finora sono registrate dal Giappone, in cui l’adozione del Sistema di Gestione dell’Enerpubblicati. Un’analisi comparata consente in primo luogo di evidenziarne quatgia è cogente, e in Danimarca, che dal 1992 adotta una politica fiscale legata alle tro principali elementi comuni: emissioni di CO2. Viceversa, la penetrazione negli USA è inferiore al 5%, perché • elaborazione di un piano strategico e opportunamente documentato che comnonostante la precoce pubblicazione dello standard, il governo non lo ha mai proprenda gestione e periodico monitoraggio; mosso esplicitamente; attualmente è in fase di implementazione un programma• predisposizione di politiche e procedure relative ad ogni attività legata ai conpilota, il Superior Energy Performance, per coinvolgere maggiormente le imprese sumi energetici, dall’acquisto all’utilizzo vero e proprio; con una formazione completa in ambito energetico. • identificazione di opportuni indicatori di performance, tipici dell’organizzazione, che consentano di misurare gli effettivi progressi; • adozione dell’approccio plan-do-check-act per il miglioTabella II – Confronto tra i principali standard energetici (Mckane et al., 2007) ramento continuo. In generale, come esemplificato in Figura 1, schema tratto dallo standard danese DS 2403:2001, tutte le norme nazionali concepiscono un Sistema di Gestione dell’Energia come un processo costituito da diversi stadi, ciascuno dei quali a sua volta richiede diversi steps (Figura 1A); inoltre, l’intero processo può e deve essere ripetuto cicli+&&R$ camente, per realizzare la tendenza al miglioramento j7o$U:V$ /Y$ /Y$ &1$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ Q+01@-R$U8V$ HAC!EA@KA# /Y$ /Y$ /=((#'3-1$ continuo (Figura 1B). :6o$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ &1$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ 2+$2#Q3&3'#$ /Y$ Q+01@-R$U8V$ !@QACHA# In Tabella II si presenta un confronto tra nove diversi ,!ANN4C0# /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y>$+&&=+@#$ /Y$ /Y$ k7o$ TRW# standard. Risulta evidente come essi trattino in maniera &R2R$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y>$+&&=+@#$ Q+01@-R$ Q+01@-R$UfV$ K4@0A# parallela e simile le medesime tematiche: lo standard NA0$!#JA$$!# /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ &1$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ Q+01@-R$U8V$ :7Nk7o$UjV$ T5W# statunitense è stato ad esempio sviluppato seguendo 67o$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ &1$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$U8V$ /Y$ Q+01@-R$U8V$ $M0I!A# i principi di gestione ISO, lo standard danese fa espli&R2R$UaV$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ &1$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ 2+$2#Q3&3'#$ /Y$ <3+&1$ DA!QACH!A# citi riferimenti alla ISO 14001, gli Standard irlandese e +&&R$ /Y$ &1$UhV$ r$6o$$UhV$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ B$A# svedese sono formalmente legati a quello danese, e lo '+001,+&2+-1 &1',R$ &1',R$ &R2R$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ &1$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ 2+$2#Q3&3'#$ B0# standard cinese è stato sviluppato assumendo quello &+LR$ &+LR$ ?1@1&-+N statunitense quale modello. Tutto ciò ha senza dubbio &R2R$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ &1$ /Y$ /Y$ /Y$ /Y$ 2+$2#Q3&3'#$ &R2R$ K!CA# '3+$ favorito lo sviluppo di uno standard internazionale. Si

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B BACKGROUND NORMATIVO

The Energy management systems according to ISO 50001:2011

The International Standard ISO 50001:2011 “Energy management systems: requirements with guidance for use” was issued on the 15th of June 2011. The Standard establishes a framework for any kind of organization to implement an Energy Management System. The main objectives of the present paper are as follows: showing the opportunities for organizations due to the application of the Standard as well as providing operative tools for its implementation. After a brief introduction, the normative international background is presented. Then, terms and definitions of the Standard, goals and field of application, are presented, together with an analysis of its diffusion, both in an Italian and International context. Finally, the analysis of a case study has been exemplified and innovative methods and operative tools applied to a complex organization with several production sites have been demonstrated. Keywords: energy consumption saving, energy policies, legislation

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acquisti di beni e servizi, manutenzione impiantistica e formazione del personale, solo per citarne alcune. A tal fine sono stati sviluppati diversi standard normativi per l’implementazione di Sistemi di Gestione dell’Energia. Tali standard, tra cui il recente standard internazionale ISO 50001:2011, rappresentano un importante strumento gestionale a disposizione delle organizzazioni che vogliono puntare ad una efficienza energetica aziendale di tipo sistemico e non solo legata all’efficacia del singolo intervento.


L’approccio della ISO 50001:2011 La necessità di uno standard internazionale è emersa dal mondo industriale e in particolare dall’UNIDO (United Nations Industrial Development Organization), per formulare una risposta comune alla proliferazione di standard nazionali e regionali. La norma ISO 50001, pubblicata il 15 giugno 2011, si articola in 4 capitoli: 1. Scopo e campo di applicazione 2. Riferimenti normativi 3. Termini e definizioni 4. Requisiti del Sistema di Gestione dell’Energia Lo standard si applica su base volontaria e fornisce alle organizzazioni uno strumento per implementare un Sistema di Gestione volto al continuo miglioramento delle prestazioni energetiche complessive. La stessa ISO 50001 al Capitolo 3 definisce organizzazione una “compagnia, società per azioni, azienda, impresa, autorità o istituzione, o parte o combinazione di queste, regolarmente costituita oppure no, pubblica o privata, dotata di proprie funzioni e amministrazione, e avente potere di controllo sul proprio uso energetico e sul proprio consumo”. Come tutti gli standard analoghi, anche la ISO 50001 è applicabile a organizzazioni di qualsiasi tipologia e dimensione e può essere perfettamente integrata con gli altri Sistemi di Gestione. Lo standard consente altresì di definire l’ambito di applicazione dello standard stesso, o scopo, ossia di specificare “l’estensione delle attività, attrezzature e decisioni che l’organizzazione intende includere nel Sistema di Gestione dell’Energia”. È importante evidenziare come lo standard non fissi specifici criteri di prestazione energetica: qualsiasi organizzazione può stabilire un Sistema di base e poi migliorarsi seguendo un ritmo adeguato alle proprie capacità. Citando l’introduzione alla norma liberamente tradotta: “Lo scopo della norma internazionale è quello di consentire alle organizzazioni di stabilire i sistemi ed i processi necessari per migliorare le prestazioni energetiche, compresa l’efficienza energetica, l’utilizzo e il consumo. L’implementazione di questo standard ha lo scopo di portare una riduzione delle emissioni di gas a effetto serra, dei costi energetici e di altri impatti ambientali correlati al consumo energetico, attraverso una gestione sistematica dell’energia”. In aggiunta alle già citate definizioni di organizzazione e scopo, il Capitolo 3 della norma introduce altre importanti definizioni, di cui si evidenziano in particolare le seguenti, cui si farà riferimento nei prossimi paragrafi: • energia: elettricità, combustibili, vapore, calore, aria compressa e altre fonti (la definizione quindi fa riferimento a tutte le forme di energia commercialmente disponibili, incluse le fonti rinnovabili); • consumo energetico: quantità di energia utilizzata; • efficienza energetica: rapporto o altra relazione quantitativa tra un output in termini di

Figura 2 – Modello di SGE per lo standard ISO 50001

performance, servizi, beni o energia, e un input in termini di energia; • Sistema di Gestione dell’Energia: insieme di elementi correlati o interagenti per stabilire una politica energetica e obiettivi energetici, nonché i processi e le procedure per raggiungere tali obiettivi; • politica energetica: definizione da parte dell’organizzazione della direzione che intende intraprendere in riferimento alle sue prestazioni energetiche, formalmente espressa dall’Alta Direzione; • uso energetico: modalità o tipologia di applicazione dell’energia; • uso energetico significativo: uso energetico che comporta un rilevante consumo energetico e/o offre un elevato potenziale di miglioramento delle prestazioni energetiche. Ciclo PDCA

La norma si basa sul ciclo di Deming o ciclo PDCA (Plan–Do–Check–Act) per il miglioramento continuo, come illustrato in Figura 2. Nello specifico contesto della Gestione dell’Energia, l’approccio PDCA si declina come segue: PLAN: è la fase di pianificazione, che inizia con la definizione del campo di applicazione e della politica energetica dell’organizzazione. In questa fase è prevista l’effettuazione di una diagnosi energetica finalizzata ad individuare gli usi energetici dell’organizzazione e ad identificare possibili interventi di efficientamento. Tale analisi è propedeutica alla predisposizione di uno scenario di riferimento dei consumi energetici (baseline o benchmark energetico), che deve considerare un orizzonte temporale adeguato e che servirà come parametro di confronto per la valutazione

delle prestazioni energetiche. Il secondo output della diagnosi energetica è la definizione di opportuni indicatori di prestazione energetica (energy performance indicators), che consistono in valori quantitativi definiti secondo una metodologia ben specificata e documentata, necessari al monitoraggio e alla misurazione delle effettive prestazioni energetiche. A valle della definizione di energy baseline e energy performance indicators, l’organizzazione deve determinare obiettivi e traguardi: per obiettivi si intendono precisi traguardi di prestazione energetica coerenti con la politica scelta; i traguardi sono invece obiettivi di dettaglio, specifici e quantificabili. Gli elementi precedentemente descritti costituiscono i dati in ingresso per l’elaborazione di piani d’azione mirati, ciascuno dei quali con precise responsabilità, tempistiche e metodologie per la verifica dei relativi risultati; DO: è la fase di implementazione vera e propria. Presupposto fondamentale per la piena operatività del Sistema di Gestione dell’Energia è un’adeguata competenza di tutti i soggetti coinvolti negli usi energetici significativi.

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L’organizzazione deve identificare e soddisfare le esigenze formative presenti. Inoltre, tutte le persone coinvolte nell’organizzazione devono essere consapevoli della politica energetica, dei ruoli e delle responsabilità legate al Sistema di Gestione dell’Energia, e di come le attività individuali possano avere impatti importanti sulle prestazioni energetiche complessive; l’organizzazione deve dunque garantire una comunicazione interna esaustiva.

L’implementazione del Sistema richiede che venga garantito il funzionamento di tutte le attrezzature, processi e sistemi coerentemente con quanto previsto dalla politica energetica e dalla definizione di obiettivi e traguardi. La fase di implementazione deve infine prevedere necessariamente una documentazione completa del Sistema di Gestione dell’Energia; CHECK: è la fase più caratteristica prevista dalla ISO 50001, che consiste in monitoraggio, misura e documentazione dell’efficacia e dell’efficienza del Sistema di Gestione dell’Energia, tramite l’analisi delle prestazioni energetiche complessive. Tale monitoraggio, opportunamente documentato,

non consiste semplicemente in una registrazione di dati, bensì richiede un periodico confronto tra consumi effettivamente registrati e consumi attesi, in modo tale da individuare eventuali scostamenti significativi ed intervenire tempestivamente per correggerli. Lo standard prevede inoltre che l’organizzazione pianifichi e conduca audit interni a intervalli di tempo regolari, per assicurare che il Sistema di Gestione dell’Energia sia coerente con obiettivi e target, e che effettivamente stia migliorando le prestazioni energetiche complessive. Output della fase di monitoraggio e degli audit interni è l’individuazione di CASO APPLICATIVO NELLA GDO

L’approccio PDCA in un’organizzazione complessa e multisito

Nel presente box è descritto il caso applicativo di un’organizzazione appartenente al settore della Grande Distribuzione Organizzata, che ha deciso volontariamente di implementare un Sistema di Gestione dell’Energia conforme alla ISO 50001:2011. L’organizzazione nel suo complesso è costituita da punti vendita di ampia metratura e di metratura ridotta, oltre ad alcune sedi adibite ai servizi generali. Come già illustrato, il primo passo per l’implementazione di un SGE all’interno di un organizzazione consiste nel definirne il campo di applicazione. Nel presente caso, trattandosi di un’organizzazione multisito, è stato scelto di sviluppare il SGE in modo graduale. La metodologia su cui si è basata la pianificazione dell’intero processo e la definizione delle priorità tra i siti disponibili è stata concordata con l’Alta Direzione. Fase PLAN In fase di pianificazione tutti i siti facenti parte del campo di applicazione del Sistema di Gestione dell’Energia sono oggetto di diagnosi energetica iniziale, ossia: • raccolta dati preliminare: dati generali descrittivi del sito, andamento dei consumi energetici negli ultimi tre anni per ogni vettore energetico utilizzato, layout degli impianti e schede tecniche delle attrezzature; • sopralluogo tecnico: analisi delle modalità operative, raccolta dati mancanti (dati di targa delle attrezzature); • elaborazione dati: individuazione degli usi energetici significativi, degli indici di prestazione energetica e valutazione degli interventi per il miglioramento della prestazione energetica. Nel caso in oggetto sono stati individuati i seguenti vettori energetici: gas metano, energia elettrica e combustibili per autotrazione. I dati di consumo energetico erano disponibili in forma aggregata, privi cioè di una scomposizione per singolo uso energetico. Tale scomposizione è stata ottenuta attraverso l’analisi dei dati di targa degli impianti e delle attrezzature e valutando i tempi di utilizzo. I risultati ottenuti sono compatibili con i dati di letteratura disponibili (Calise, et al. 2010). In Figura 5 è riportata la disaggregazione dei consumi elettrici riferiti ad un generico punto vendita. Si può notare come oltre la metà dei consumi sia Figura 5 – Disaggregazione dei consumi di energia elettrica di un punto vendita generico

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riconducibile agli impianti di refrigerazione alimentare, includendo sia la refrigerazione dei prodotti freschi (impianto denominato a temperatura normale o TN) sia prodotti surgelati (impianto denominato a bassa temperatura o BT). Inoltre, per ogni uso energetico sono stati individuati i corrispondenti fattori energetici, ossia parametri misurabili che influenzano lo specifico uso energetico. A titolo di esempio, la lunghezza dei banchi frigoriferi si configura come fattore energetico per l’uso energetico refrigerazione alimentare. Il rapporto tra i consumi rilevati per uno specifico uso energetico ed i corrispondenti fattori energetici, riferiti allo stesso orizzonte temporale, forniscono i valori degli indici di prestazione energetica che verranno utilizzati per valutare le prestazioni energetiche del sito in esame e per confrontarlo con gli altri siti paragonabili. Il confronto fra indicatori di prestazione energetica del medesimo sito per periodi temporali differenti, consente una valutazione dell’andamento dell’efficienza energetica con cui si soddisfa il fabbisogno energetico dello specifico uso energetico in esame. Altrettanto importante è il confronto degli indici di prestazione energetica di siti differenti per il medesimo orizzonte temporale, che consente di individuare potenziali inefficienze, impiantistiche o gestionali. Oltre all’analisi del singolo uso energetico, è stato definito altresì un indicatore di prestazione energetica complessivo del generico punto vendita, definito come segue: EnPI = (CE + CH) / (S · GG) [kWh/(m² · GG)] (4) dove: CE: consumi di energia elettrica [kWh/anno]; CH: consumi di gas naturale [kWh/anno]; Figura 6 – Punti vendita analizzati nel primo anno di applicazione


eventuali non conformità, ossia mancati soddisfacimenti di requisiti della norma. Alle non conformità, reali o potenziali, l’organizzazione deve far fronte predisponendo opportune azioni, siano esse correzioni (tese ad eliminare le non conformità), azioni correttive (tese a rimuovere le cause di non conformità) o azioni preventive (tese ad eliminare la causa di potenziali non conformità); ACT: d  efinizione delle azioni necessarie a migliorare ulteriormente il Sistema di Gestione e le prestazioni energetiche. Nella fase di Azione è previsto un riesame della Direzione, che

deve svolgersi ad intervalli di tempo predefiniti con l’obiettivo di rivedere il Sistema di Gestione dell’Energia ed assicurarne l’adeguatezza e l’efficacia: più nel dettaglio, il riesame della Direzione si occupa di rivedere la politica energetica, le prestazioni energetiche, gli indicatori di prestazione energetica, il grado di raggiungimento di obiettivi e target e lo stato delle azioni correttive e preventive, formulando previsioni per le prestazioni energetiche future e raccomandazioni per il miglioramento. Il riesame della Direzione può portare a modifiche alla politica energetica, a obiettivi e target e/o ad

altri elementi del Sistema di Gestione dell’Energia, eventualmente riallocando le risorse ad esso dedicate. Analogamente al Sistema di Gestione della Qualità secondo lo standard ISO 9001:2008 e al Sistema di Gestione dell’Ambiente secondo lo standard ISO 14001:2004, anche l’implementazione di un Sistema dell’Energia può essere certificato da un organismo di terza parte.

CASO APPLICATIVO NELLA GDO S: superficie complessiva del sito in esame [m²]; GG: numero di Gradi Giorno effettivi registrati [GG/anno]. In Figura 6 sono stati riportati i valori di EnPI di 7 punti vendita. La retta di regressione lineare di tali valori è stata considerata come riferimento per la prestazione energetica dell’organizzazione rispetto al quale valutare eventuali scostamenti. A titolo di esempio, è possibile osservare come il punto vendita chiamato PV1 abbia un consumo destagionalizzato e per unità di superficie, maggiore del valore di riferimento rappresentato dalla retta; un’analisi puntuale ha rivelato infatti un impianto di refrigerazione non particolarmente performante. Ulteriore obiettivo della fase di pianificazione è l’individuazione di interventi di miglioramento della prestazione energetica dell’organizzazione. Oltre ad una preliminare valutazione di fattibilità tecnica, gli interventi devono essere verificati anche da un punto di vista di fattibilità economica, per poterne definire la priorità di esecuzione. Una presentazione grafica degli interventi individuati può rappresentare uno strumento particolarmente efficace in fase decisionale. Si riportano, in Figura 7, gli interventi individuati per uno specifico punto vendita in funzione dell’investimento iniziale richiesto (in ordinata) e del beneficio economico annuo conseguibile (in ascissa). L’elenco degli interventi è riportato in Tabella III. Fase DO La predisposizione delle procedure e delle istruzioni operative che integrassero i criteri imposti dallo standard senza tuttavia modificare nella sostanza il modus operandi in essere, è stata affrontata attraverso incontri specifici con i responsabili dei diversi servizi aziendali, quali, a titolo di esempio, il servizio acquisti, manutenzione, progettazione, ufficio legale, ITC e naturalmente il servizio energy manager. La condivisione dei risultati ottenuti con l’Alta Direzione ha successivamente reso possibile la diffusione delle nuove procedure operative a tutti i livelli dell’organizzazione. Incontri formativi specifici sono stati organizzati sia per il personale Figura 7 – Valutazione economica dei possibili interventi di miglioramento energetico

presente nelle sedi amministrative sia per il personale presente nei diversi punti vendita. La sensibilizzazione del personale sul tema energia e la consapevolezza del potenziale impatto che il proprio lavoro può avere sui consumi energetici aziendali, risulta di per sé un importante intervento di riduzione dei consumi energetici. Fase CHECK Come già precedentemente illustrato, la raccolta dei dati di consumo energetico è stata effettuata per ogni vettore energetico con valori aggregati. La disaggregazione del dato di consumo per singolo uso energetico attraverso dati di targa, è consentita dallo standard solo per il primo anno di applicazione del Sistema di Gestione dell’Energia. Successivamente, per tutti gli usi energetici considerati significativi, è richiesta la misura diretta attraverso appositi contatori. Nel caso studio in esame, l’organizzazione ha deciso di installare, in tutti i punti vendita inseriti nell’ambito di applicazione, appositi sistemi di monitoraggio da remoto per tutti gli usi energetici rappresentati in Figura 5 e per il consumo di gas metano per il riscaldamento degli ambienti, quando presente. Tale sistema di monitoraggio sarà altresì dotato di segnalazione per le anomalie, ossia i discostamenti dai consumi attesi. Oltre al monitoraggio dei consumi energetici e degli indici di prestazione energetica, è altresì richiesta la verifica del funzionamento e della coerenza del Sistema di Gestione implementato dall’organizzazione con quanto richiesto dallo standard. Fase ACT Al riesame dell’Alta Direzione dell’organizzazione sono stati presentati i risultati ottenuti durante gli audit interni e gli accorgimenti adottati per risolvere le non conformità rilevate. Inoltre è stato valutato il raggiungimento degli obiettivi prefissati attraverso l’analisi dei consumi energetici e degli indici di prestazione energetica registrati nell’anno di applicazione del SGE. In funzione degli interventi previsti per l’anno successivo sono stati indicati i nuovi obiettivi aziendali in tema di risparmio energetico e sono stati integrati nella politica aziendale. Tabella III – Elenco degli interventi proposti in un punto vendita C`#

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Panoramica sull’attuale applicazione della norma Il processo di certificazione, che come già sottolineato può essere relativo all’intera organizzazione o solo a parte di essa, è volontario e serve a validare lo scopo del Sistema di Gestione dell’Energia; si compone di due fasi o stage: la fase di “initial” audit e la fase di “main” audit. L’“initial” audit può essere considerato come una sorta di preparazione a quello principale, coprendo tutti i requisiti della norma e consentendo pertanto all’organizzazione di familiarizzare con le prassi tipiche di un audit di certificazione. Dopo un adeguato periodo di tempo necessario a risolvere le criticità rilevate, si procede con l’audit principale per valutare l’applicazione dei requisiti richiesti dalla norma. Una volta ottenuta la certificazione sono poi previste delle Verifiche Ispettive Periodiche annuali, meno complete rispetto agli audit precedentemente descritti. Tutto l’iter ricomincia a partire dal terzo anno, con una Verifica Ispettiva di Rinnovo. Attualmente ACCREDIA, l’Ente unico nazionale di accreditamento che ha il compito di valutare la competenza tecnica e l’idoneità professionale degli operatori della certificazione, ha definito due settori per lo schema di accreditamento alla ISO 50001: civile ed industriale. ACCREDIA ha ufficialmente riconosciuto 8 enti, laboratori o organismi, idonei per il processo di certificazione alla ISO 50001. In Italia, la FIRE (Federazione Italiana per il Risparmio Energetico) pubblica sul proprio sito una lista delle aziende italiane che possiedono un Sistema di Gestione dell’Energia certificato secondo la norma UNI CEI EN 16001/ISO 50001, dove la UNI CEI EN 16001 è il precedente standard europeo per i Sistemi di Gestione dell’Energia.

Figura 4 – Processo di individuazione degli usi energetici, degli indicatori di performance e della loro relativa variazione Un elenco completo a livello mondiale delle aziende attualmente certificate ISO 50001 è disponibile con aggiornamenti a cadenza semestrale sul sito dell’Agenzia Federale Tedesca per l’Ambiente (Umweltbundesamt), fondata nel 1974 e Autorità di riferimento centrale in Germania per tutte le tematiche ambientali. In base ai dati disponibili riferiti ad Agosto 2013, sono attualmente 2130 le certificazioni ottenute, 1761 relative a singoli siti e 369 ad aziende che hanno deciso di certificare più siti contemporaneamente. A livello di distribuzione geografica, il Paese che registra il maggior numero di aziende certificate è la Germania, seguita a significativa distanza da Italia, Spagna, Corea e Taiwan. Aggregando i dati su scala continentale, risulta che l'82% delle organizzazioni certificate ha sede in Europa ed il 16% in Asia; questo fenomeno è senza dubbio legato anche al carattere di continuità che lega lo standard ISO 50001 alla precedente EN 16001, pubblicata a Luglio 2009 e ritirata il 24 Aprile 2012, e da cui la ISO 50001 ha espressamente ripreso numerosi elementi. Una suddivisione tipologica delle organizzazioni certificate in Italia, come riportata in Figura 3, sottolinea la netta prevalenza del settore manifatturiero, nonché un significativo numero di aziende operanti nel settore dell'energia e del terziario. Da notare anche la presenza delle Pubbliche Amministrazioni. L’analisi conferma quindi come il settore industriale continui ad essere quello tradizionalmente più attento alle problematiche energetiche: tuttavia, negli ultimi anni le aziende di tutti i settori hanno visto crescere considerevolmente le voci di costo legate all’energia, pertanto l’obiettivo di contenere i consumi e ridurre l’impatto delle proprie attività sull’ambiente è ormai prioritario anche nel terziario.

Criteri di significatività degli usi energetici: processo analitico di valutazione Come precedentemente introdotto, un uso energetico viene definito significativo (punto 3.27 dello standard) quando rappresenta una quota

Figura 3 – Distribuzione per settore delle aziende certificate ISO 50001 (elaborazione dati UBA 2013)

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parte sostanziale degli usi energetici complessivi dell’organizzazione e/o quando offre la possibilità di ottenere importanti miglioramenti della prestazione energetica. Lo standard contiene riferimenti specifici agli usi energetici significativi e, con una nota nella definizione di uso energetico significativo, indica che i criteri per stabilire la significatività di un uso energetico devono essere individuati dall’organizzazione. Scopo del presente paragrafo è quello di illustrare una possibile metodologia, sufficientemente flessibile ed applicabile da ogni organizzazione, per definire univocamente i criteri di significatività di un generico uso energetico. Attraverso la diagnosi energetica iniziale, così come previsto dal requisito 4.4.3 Energy review, l’organizzazione deve identificare gli usi energetici ed i relativi fattori che possono influenzarne i consumi, deve determinare gli indici di prestazione energetica associati agli usi energetici identificati ed infine, valutare le opportunità di intervento per il miglioramento delle prestazioni energetiche. Per ognuna delle opportunità di intervento è possibile stimare il potenziale risparmio energetico conseguibile e quindi la rispettiva variazione dell’indice di prestazione energetica. Tale processo è di seguito esemplificato in Figura 4. Sia D la riduzione percentuale dell’indice di prestazione energetica associato all’i-esimo uso energetico, dovuta alla potenziale implementazione degli interventi di recupero energetico individuati. Sia C il rapporto fra il consumo relativo all’uso energetico i-esimo ed il consumo energetico complessivo del campo di applicazione dello standard. Si definisce significatività, S, dell’i-esimo uso energetico il valore Si = (fDD + fcC)i (1) dove con fD e fc sono stati indicati i pesi, che dovranno essere scelti dall’organizzazione, da assegnare ai rispettivi contributi al fine di privilegiare usi energetici per i quali è stato possibile individuare interventi particolarmente efficaci (fD), oppure usi energetici la cui quota parte dei consumi è rilevante rispetto ai consumi complessivi (fc). Inoltre, come indicato nel capitolo introduttivo dello standard, uno degli obiettivi dell’implementazione di un Sistema dell’Energia è quello di ridurre l’emissione di gas ad effetto serra. È possibile tenere in considerazione tale aspetto anche nella valutazione della significatività degli usi energetici, aggiungendo un ulteriore addendo nella definizione proposta in Equazione 1, ossia: Si = (fDD + fcC + fRR)i (2) dove con R si indica la quota parte del fabbisogno energetico dell’i-esimo uso energetico coperta da fonte energetica rinnovabile potenzialmente


producibile da impianti non ancora installati, ma previsti nel piano degli interventi; con fR si indica il relativo peso da assegnare a scelta dell’organizzazione. Un valore di fR elevato indica la propensione dell’organizzazione a considerare usi energetici maggiormente significativi quelli per i quali è possibile soddisfare il fabbisogno energetico aziendale attraverso sistemi di produzione di energia da fonti rinnovabili. Una volta individuato un valore di significatività per ogni uso energetico, è possibile definire uso energetico significativo, l’uso energetico per cui vale Si ≥ Slim (3) dove con Slim è stato indicato il valore limite di significatività degli usi energetici. Tale valore dovrà essere scelto dall’organizzazione in funzione della propria politica energetica. Infine è possibile definire una graduatoria di priorità degli usi energetici, in funzione dei valori di significatività così calcolati. Tale procedura di calcolo della significatività di un uso energetico, consente da un lato di soddisfare la definizione di uso energetico significativo data dallo standard, dall’altro di avere a disposizione uno strumento analitico per valutare la priorità degli usi energetici e quindi la priorità di intervento.

CONCLUSIONI L’opportunità di implementare un Sistema di Gestione dell’Energia da parte di una organizzazione è stata analizzata ed è stata illustrata l’efficacia di un approccio sistemico al contenimento dei consumi energetici, in alternativa alla realizzazione di singoli interventi di recupero energetico. Sono state poi presentate alcune tipologie di standard nazionali sui Sistemi di Gestione dell’Energia, con un approfondimento specifico sullo standard internazionale ISO 50001:2011. Tale standard, seppur di recente pubblicazione, ha riscontrato una rapida diffusione a livello globale. Si è proceduto poi all’illustrazione di una panoramica in merito alla distribuzione geografica ed alla tipologia delle organizzazioni che hanno implementato la ISO 50001 e gli aspetti più operativi legati all’implementazione

BIBLIOGRAFIA

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dello standard sono stati trattati, sia fornendo uno strumento analitico per la valutazione della significatività degli usi energetici, sia descrivendo le modalità di applicazione della norma in un caso studio di una organizzazione operante nel settore della grande distribuzione organizzata. Attraverso questo esempio sono stati altresì illustrate le opportunità offerte dall’implementazione di un Sistema di Gestione dell’Energia in una organizzazione multisito. n * Tiziano Terlizzese, Andrea Caponi e Cristina Ricci,NIER Ingegneria S.p.A. – Castel Maggiore, BO

• UNE 216301:2007. Sistemas de gestiòn energética. España: Una Norma Española. • KATS KSA 4000:2007. Korean Energy Management Standards. Korea: Korean Agency for Technology and Standards. UNI CEI EN 16001:2009. Sistemi di gestione dell’energia – Requisiti e linee guida per l’uso. Milano: Ente Italiano di Unificazione. • GB/T 23331-2009. Management system for energy – Requirements. China: China and National Association of Standardization Administration. • ISO 50001: 2011. Energy management systems – Requirements with guidance for use. Milano: Ente Italiano di Unificazione. • McKane A., Williams R., Perry W., Tienan L. 2007. Setting the Standard for Industrial Energy Efficiency Heidelberg (D): EEMODS Editore. • Calise F., Dentice d’Accadia M., Restuccia G., Vanoli L., 2010. Interventi di razionalizzazione energetica nei supermercati. Roma: ARACNE Editrice S.r.l.

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Sistemi filtranti

Qualità dell’aria anche nell’industria Una corretta scelta del sistema filtrante consente di risparmiare notevolmente sui costi energetici del funzionamento di un impianto. Alla luce della recente normativa EN779 e della classificazione Eurovent vediamo come e in base a quali caratteristiche scegliere i filtri più efficienti di Gloria Tulino e Michele Acerenza

I

n uno scenario di costante aumentodei costi rela-

tivi alla produzione di energia e in risposta alla stringente necessità di ridurre le emissioni di CO2, il consumo energetico derivante dal trattamento dell’aria ha assunto un ruolo fondamentale. Acquisiscono, quindi, sempre maggiore importanza la ricerca e la definizione di nuove norme tecniche per indicare a quali specifiche debbano sottostare gli impianti di trattamento dell’aria nell’ambito industriale e in quello del comfort al fine di garantire una qualità dell’aria idonea sia per la sicurezza dei processi produttivi che per la salute delle persone. Se si considera che gli impianti di ventilazione, riscaldamento e condizionamento fanno la parte del leone nei consumi energetici degli edifici e che il contributo sul consumo energetico causato dagli

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stadi di filtrazione rappresenta il 30% del totale costo dell’energia per l’intero sistema, è evidente che sia necessario un intervento in tal senso. Se poi si considera il fatto che i filtri sono gli elementi meno costosi e che non richiedono voci d’investimento per le aziende, diventa allora ancor più chiara la strategia di focalizzare le attenzioni sulla corretta scelta del sistema di filtrazione che, oltre a garantire le specifiche richieste, consenta di risparmiare sui costi energetici totali (minimizzare le perdite di carico), risparmiare sulla manodopera (aumentando la durata si risparmia sia in fase di installazione che di smaltimento) e non ultimo di contribuire alla riduzione del livello di emissioni di CO2. Per concorrere al raggiungimento di uno sviluppo sostenibile sia in termini di programmazione

ambientale che industriale risulta quindi fondamentale l’integrazione e la presenza di competenze che a 360° affrontino le problematiche inerenti la qualità dell’aria ed il risparmio energetico negli ambiti di progettazione fino all’installazione finale.

La Sick Building Syndrome Rispetto a 50 anni fa, il mondo industrializzato ha subito un incredibile cambiamento. Una delle principali differenze è che la nostra aria è ormai fortemente contaminata da diversi agenti inquinanti, a cui si è


Figura1 – CLASSIFICAZIONE ENERGETICA ED EFFICIENZA. Lo schema dimostra come un filtro F7 standard con una classificazione energetica A e un’efficienza minima del 35% non fornsce lo stesso elevato livello di IAQ fornito da un filtro con classificazione energetica A e un’efficienza minima del 54% necessariamente esposti anche (e sopratutto) se si trascorre il tempo in ambienti chiusi. L’esposizione all’inquinamento implica notevoli conseguenze per gli esseri umani e i sintomi più comuni, quali mal di testa, irritazione oculare, riduzione della produttività lavorativa e così via, sono stati riuniti sotto la definizione di sindrome dell’edificio malato (SBS, Sick Building Syndrome) o termini simili. Fino a questo momento, sono pochi, se non inesistenti, gli studi in grado di individuare con precisione i rischi tossicologici associati all’inquinamento da molecole o particelle di varie dimensioni. È tuttavia innegabile

che l’inquinamento dell’aria sia direttamente collegato all’aumento di disturbi respiratori, interventi medici d’urgenza, asma e ostruzioni polmonari croniche che richiedono cure di emergenza, oltre che a una riduzione della crescita polmonare nei bambini. In risposta a queste preoccupazioni, continua a crescere l’attenzione verso le conseguenze dell’inquinamento per la nostra salute.

Lo standard EN13779 Il nuovo standard europeo EN13779 relativo alla ventilazione degli edifici, identifica varie categorie di qualità dell’aria esterna e di qualità dell’aria interna auspicabile e suggerisce inoltre le tipologie di filtri da utilizzare per passare da un livello qualitativo ad un altro superiore. Dopo aver suddiviso in categorie la qualità dell’aria esterna, lo standard EN13779 specifica

Tabella 1 – CLASSI DI FILTRO NECESSARIE PER OTTENERE UN IAQ OTTIMALE secondo lo standard EN13779

Air quality in industry

The costs of energy production are increasing and air treatment system are playing a key role in reducing it. The air handling units are, therefore, subject to certain specific matters required by law, in order to ensure a quality suitable both for the safety of production processes for the health of people. The use of more efficient filters helps to save energy (and money) only if the products used are able to offer a minimum resistance to the passage of air combined with high filtration capacity; this allows to reduce energy consumption while improving air quality . The address of modern technology is therefore to develop filter systems able to offer the least possible resistance. Keywords: air quality, efficient filters

chiaramente la classe di filtro necessaria per ottenere un’IAQ ottimale. Le classi di filtro vengono determinate secondo quanto stabilito dalla normativa EN779:2012. Lo standard EN13779 non lascia dubbi: se si desidera un buon livello di IAQ in un ambiente urbano, come filtro finale sarà necessario utilizzare non solo la classe F9, ma anche un filtro per contaminazione molecolare, in modo da garantire la protezione dagli agenti inquinanti gassosi. Entrando nel dettaglio, il nuovo standard EN779:2012, che classifica i filtri in base al livello minimo di efficienza di filtrazione, detto anche efficienza minima o ME, favorisce la risoluzione di una serie di problemi, uno dei quali riguarda i filtri in materiale sintetico caricato elettrostaticamente, che tendono a mostrare una buona efficienza iniziale di filtrazione per poi scaricarsi rapidamente, perdendo nel tempo molta della originale efficacia. Basando la classificazione sul valore ME, il nuovo standard comporta la progressiva eliminazione di questi filtri dal mercato, incoraggiando lo sviluppo di nuovi materiali filtranti in grado di assicurare un trattenimento del particolato molto più elevata. Esaminiamo un altro punto focale del nuovo standard EN779:2012, anch’esso legato alla classificazione dei filtri e al valore ME: non tutti i filtri sono uguali, anche quando appartengono alla stessa classe. Ecco un esempio che illustra questo concetto. Il filtro Camfil Hi-Flo XLT7 (classe F7) ha un valore ME decisamente elevato, pari al 54%. Tuttavia, il nuovo standard indica che per l’appartenenza alla classe F7 è sufficiente che un filtro abbia un valore ME del 35%. Pertanto la qualità dell’aria assicurata da due filtri classificati F7, realizzati da due diversi produttori, può variare in modo notevole con un impatto altrettanto considerevole sulla IAQ. Le cifre parlano da sole: un filtro F7 standard con una classificazione energetica A e un’efficienza minima del 35% non fornirà lo stesso elevato livello di IAQ fornito da un filtro con classificazione energetica A e un’efficienza minima del 54% (Figura1).

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UNA CAMPAGNA DI SENSIBILIZZAZIONE ITINERANTE

Roadshow Laboratorio Mobile nel Centro di Napoli, aprile 2013

Da sempre in prima linea nella campagna di sensibilizzazione verso l’importanza della qualità dell’aria come diritto di tutti e del rispetto dell’ambiente attraverso la riduzione della CO2, AICARR insieme a Camfil promuove la “cultura green” attraverso seminari, incontri, convegni, training e tramite la pubblicazione di articoli su riviste di settore. Camfil ha inoltre dato vita ad una campagna divulgativa per promuovere il concetto di “aria pulita sostenibile” come diritto di tutti. Il progetto prevede che il Laboratorio Mobile Camfil giri l’Europa per “parlare” di inquinamento dell’aria e di come si possa ottenere aria più pulita attraverso l’impiego di filtri di nuova generazione specifici per le diverse applicazioni.

La classificazione energetica secondo Eurovent

filtro che le perdite di carico come una funzione del carico di contaminante. Sulla base di questi aspetti, le performance energetiche di un filtro in un determinato periodo sono simulate in un laboratorio. Questo valore energetico viene utilizzato per la classificazione del filtro stesso all’interno di una classe energetica come riportato in Tabella 2.

Le numerose innovazioni che hanno recentemente interessato il settore europeo della ventilazione e del condizionamento dell’aria (HVAC) stanno producendo effetti positivi nell’industria della filtrazione. Fino ad oggi i filtri venivano classificati soltanto secondo la loro efficienza media, oggi, invece, la nuova classificazione energetica è di gran lunga più precisa. I consumi energetici dei filtri per l’aria possono essere determinati come funzione della portata dell’aria stessa, dell’efficienza dei ventilatori, del tempo di funzionamento e della perdita di carico media. La formula matematica qui sotto riportata esprime il calcolo utilizzato nella nuova classificazione energetica da Eurovent:

Molto più di un’etichetta

Nel nuovo sistema di classificazione dell’efficienza energetica, viene assegnata ai filtri una lettera da A a G, dove “A” rappresenta il consumo energetico più basso e “G” quello più elevato. Si tratta di un sistema simile a quello utilizzato per gli elettrodomestici (frigoriferi, congelatori, lavatrici e

così via). Tale classificazione, basata sullo standard EN779:2012, offre ai consumatori un’idea più chiara del consumo energetico annuo, dell’efficienza iniziale e dell’efficienza minima di un filtro. Informazioni più complete consentono ai clienti di migliorare il controllo dei consumi, e quindi dei costi, dei loro sistemi di ventilazione. Quali sono allora le informazioni fornite in un’etichetta Eurovent? C’è più di quanto sembri. Ecco un esempio dell’etichetta del filtro Hi-flo XLT7_A50+: • Nuovo nome del prodotto, di facile

Figura 2 – PERDITA DI CARICO. Il consumo energetico durante un determinato periodo di tempo può essere calcolato dall’integrale medio della perdita di carico misurato in uno specifico intervallo di accumulo polvere

A causa del carico di contaminante accumulato durante la vita operativa, la perdita di carico del filtro aumenta continuamente: il consumo energetico durante un determinato periodo di tempo può essere calcolato dall’integrale medio della perdita di carico misurato in uno specifico intervallo di accumulo polvere (Figura 2). Il nuovo standard misura sia l’efficienza del

Tabella 2 – CLASSIFICAZIONE DEL FILTRO ALL’INTERNO DELLA CLASSE ENERGETICA Classe energetica Efficienza minima A

-

MG=350 g ASHRAE 0-600 kW

M5 -

M6

0-650 kW

>600-700 kW

>650-780 kW

D

>800-900 kW

>700-800 kW

E F

G

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Em ≥ 35%

0-800 kW

0-1200 kW

F8

F9

Em ≥55%

Em ≥ 70%

0-1650 kW

0-2000 kW

MG=100 g ASHRAE

>800-950 kW

>1200-1450 kW

>1600-1950 kW

>2000-2500 kW

>910-1040 kW

>1100-1250 kW

>1700-1950 kW

>2300-2650 kW

>3000-3500 kW

>1170-1300 kW

>1400-1550 kW

>780-910 kW

>900-1000 kW

>1040-1170 kW

>1100 kW

>1300 kW

>1000-1100 kW

F7

-

MG=250 g ASHRAE

B

C

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G4

>950-1100 kW

>1250-1400 kW >1550 kW

>1450-1700 kW >1950-2200 kW

>2200-2450 kW >2450 kW

>1950-2300 kW >1650-3000 kW >3000-3550 kW >3550 kW

>2500-3000 kW >3500-4000 kW >4000-4500 kW >4500 kW


comprensione. In questo caso, XLT7 indica che il filtro appartiene alla classe F7, mentre A50+ indica la classe energetica “A” con un’efficienza minima superiore al 50% • Il valore 3400 m3/h che indica il valore della portata d’aria al quale il filtro viene testato •  L’efficienza iniziale (initial efficiency), intesa come l’efficienza di un filtro appena prodotto. •   L’efficienza minima (minimum efficiency), intesa come il valore minimo registrato tra: efficienza dopo lo scarico elettrostatico, efficienza iniziale e minima efficienza durante la procedura di test. •  Il consumo energetico (energy consumption), inteso come la quantità di energia utilizzata dal filtro nel corso di un anno. Il sistema di classificazione energetica è importante anche in

considerazione del fatto che l’Unione Europea sta valutando l’attuazione di nuove misure per l’efficienza energetica in tutti gli ambiti economici che, si prevede, avranno un forte impatto sui settori HVAC e sulla filtrazione dell’aria.

Progettare la qualità dell’aria risparmiando energia Risparmiare con filtri più efficienti è possibile a condizione che si usino prodotti in grado di offrire una minima resistenza al passaggio dell’aria unitamente a un’elevata capacità di filtrazione; ciò permette di ridurre i consumi energetici aumentando al tempo stesso la qualità dell’aria. L’indirizzo della moderna tecnologia è quindi quello di sviluppare media filtranti in grado di offrire la minore resistenza possibile. Per un’immediata comprensione possiamo sintetizzare che 1 Pa di perdita di carico del filtro equivale a circa 1 Euro di costo energetico su base annua per filtro. In una prospettiva a lungo termine, è evidente quindi che il consumo energetico rappresenti il principale costo generale dei filtri.  n

ETICHETTA EUROVENT del filtro Hi-flo XLT7_A50+

UN SOFTWARE CHE STABILISCE I COSTI DI GESTIONE

Camfil ha sviluppato un software per stabilire in maniera precisa i costi di gestione per ciascun tipo di sistema filtrante sia in ambito comfort (LCC, Life Cycle Cost) che in ambito di clean room (CREO, Clean Room Energy Optimization). I calcoli mostrano che l’energia consumata dagli stadi di filtrazione rappresenta circa il 70% del costo totale del sistema. Il risparmio energetico è direttamente proporzionale alla perdita di carico media del filtro; di conseguenza la scelta del filtro più adeguato consente di risparmiare energia. Il programma, aggiornato nel corso degli anni, si basa su numerose misurazioni effettuate in condizioni di reale funzionamento. Questo consente di prevedere la perdita di carico e la durata dei filtri in installazioni reali, anziché affidarci a calcoli puramente teorici. Dopo avere selezionato la classe di efficienza necessaria, è possibile calcolare il costo LCC per filtrazioni a 1, 2 o 3 stadi, in base alle sostituzioni programmate nel tempo oppure in base al raggiungimento di una prefissata perdita di carico finale. Il programma può essere regolato in funzione delle

caratteristiche dell’aria esterna e dei costi specifici per filtri, manodopera, smaltimento, pulizia ed energia. Il software riepiloga le scelte effettuate e le suddivide in categorie, tra cui il costo di acquisto dei filtri e quello per il consumo energetico, lo smaltimento e la manodopera. Dai risultati finali si evince che, mediamente, il 70% del costo LCC di un filtro è rappresentato dall’energia consumata, mentre il costo effettivo del filtro ammonta a solo il 15-20%, e le spese di smaltimento e manodopera si dividono la parte restante. Il filtro giusto per una determinata applicazione si otterrà quindi attraverso la lettura dell’etichetta e l’utilizzo di un software di progettazione (Clean Room Energy Optimization e Life Cycle Cost). L’etichetta chiarisce la classe di efficienza secondo la EN779:2012 e la classe energetica secondo Eurovent, mentre il software determina e chiarisce la configurazione della migliore soluzione filtrante in termini di risparmio energetico e qualità dell’aria.

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Ambienti di lavoro

Il rischio termico in ambienti severi freddi

Nella progettazione dei cosiddetti “ambienti freddi” generalmente si dà gran peso alla progettazione degli impianti tecnologici trascurando gli aspetti ergonomici. Un approccio del genere può portare a dei rischi anche per la salute dell’uomo di Francesca R. d’Ambrosio Alfano, Giuseppe Riccio e Boris I. Palella *

G

2011 è comparso su questa rivista un articolo sull’ambiente termico nell’industria (d’Ambrosio Alfano, 2011), in cui è stata presentata in termini generali la valutazione del comfort e del rischio legato al caldo e al freddo. In questa sede saranno affrontati con maggior dettaglio gli aspetti legati all’industria del freddo, con particolare riferimento alla risposta dei soggetti esposti ad ambienti freddi. Il tema è forse un po’ atipico, nel senso che quando il termotecnico pensa alla refrigerazione nell’industria si concentra essenzialmente sulla progettazione, la gestione e la manutenzione degli impianti, trascurando generalmente la considerazione che molti di quegli impianti sono destinati ad essere utilizzati in ambienti in cui le persone dovranno

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ià nel

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trascorrere del tempo e che quindi può intervenire un problema di salvaguardia della salute. D’altra parte, le occasioni in cui l’uomo si trova a lavorare al freddo sono sempre più frequenti, basti pensare ad alcuni processi dell’industria alimentare, e le conseguenze di questo tipo di esposizione possono andare dal semplice discomfort a seri rischi per la salute. Non va poi trascurato il fatto che lavorare in condizioni di freddo può anche aumentare i rischi legati a caduta di attenzione oltre che diminuire la produttività. Qui di seguito sono esposti i criteri previsti dalla normativa vigente affinché negli ambienti non ci sia rischio per le persone, che possono rappresentare da una parte criteri di progettazione, dall’altra criteri di collaudo.

LA VALUTAZIONE DEL RISCHIO NEGLI AMBIENTI FREDDI Per la valutazione degli ambienti freddi si utilizza l’indice IREQ, isolamento termico richiesto (Holmér, 1988a), che è oggetto della norma UNI EN ISO 11079 (UNI, 2008a). Il protocollo di valutazione degli ambienti freddi è invece oggetto della norma UNI EN ISO 15743 (UNI, 2008b), che affronta il problema con un approccio basato sulla logica del ciclo PDCA (Plan Do Check Act) come mostrato in Figura 1. Infine, la norma UNI EN ISO 15265 (UNI, 2005a) definisce


PLAN

ESIGENZE ESPRESSE

una metodologia di valutazione del rischio per gli ambienti di lavoro in generale, siano essi modeESIGENZE rati o severi, basata sul modello SOBANE (Malchaire, INDIVIDUATE AZIONI DI MIGLIORAMENTO RIESAME DEL SITUAZIONE RISORSE SUL SISTEMA 2010), ampiamente descritto nell’articolo pubbliDEFINIZIONE POLITICHE SISTEMA SITUAZIONE ACT SCAMBIO DI GENERALI AZIONI INFORMAZIONI cato nel 2011 (d’Ambrosio Alfano 2011). I rischi RISULTATI GESTIONE RISORSE POLITICHE MONITORAGGIO legati al freddo sono di vario tipo, come mostrato - aggiornamento del personale sul lavoro al freddo PROGETTAZIONE/ - addestramento del personale al lavoro al freddo in figura 2, nella quale per ogni tipo di stress sono MODIFICA PROCESSO - addestramento del personale sugli interventi di priMONITORAGGIO E DI GESTIONE DEL mo soccorso VALUTAZIONE DEL RISCHIO RISCHIO riportati i fattori che lo determinano. Secondo il GESTIONE AZIONI CORREZIONE, CHECK PREVENZIONE E MIGLIORAMENTO tipo di stress, i rischi legati all’esposizione al freddo GESTIONE DEL DISPONIBILITA’ SCAMBIO DI RISULTATI RISCHIO PIANIFICATA vanno dal discomfort alle difficoltà respiratorie, dal RISORSE INFORMAZIONI VALUTAZIONE dolore all’ipotermia, senza contare che il freddo GESTIONE DEL RISCHIO RISCHIO RESIDUO RISCHIO INIZIALE può provocare anche incidenti legati all’intorpiDO dimento muscolare. In particolare va fatta distinFigura 1 – Flusso dei processi nella valutazione del rischio negli ambienti freddi zione tra il lavoro svolto in ambienti esterni, nei Figura 1 – Flusso dei processi nella valutazione del rischio negli ambienti freddi. quali le condizioni ambientali possono variare nel tempo ed ambienti interni, nei quali le condizioni Figura 2 – Relazione tra i diversi tipi di stress da freddo e i ambientali si mantengono generalmente costanti cause di1988b), stress modificata fattori che li determinano. Da (Holmér, tipofisici di stress e possono essere più facilmente controllate. È cause di stress tipo di stress ormai opinione comune che nei posti di lavoro temperatura dell'aria vada applicata un’attenta politica di prevenzione temperatura media radiante temperatura velocità dell'aria dell'aria del rischio, a monte della quale, evidentemente, grado igrometricomedia radiante temperatura va prevista un’accurata valutazione dell’analisi e raffreddamento globale metabolismo velocità dell'aria abbigliamento dell’interpretazione delle cause di rischio. grado igrometrico raffreddamento delle raffreddamento globale metabolismo Il modello di valutazione del rischio previsto estremità abbigliamento temperatura dell'aria dalla norma 15743, che è basato sulla strategia raffreddamento delle conraffreddamento velocità dell'aria SOBANE (Malchaire, 2010), prevede 3 fasi: vettivo estremità temperatura dell'aria 1. osservazione; raffreddamento conper temperatura superficiale raffreddamento velocità dell'aria 2. analisi; contatto abbigliamento vettivo 3. expertise; raffreddamento respiraraffreddamento per temperatura superficiale temperatura dell'aria a loro volta composte da una serie di attività come torio contatto abbigliamento metabolismo risulta dalla Figura 3. Questo modello è stato già ampiamente discusso nel precedente articolo, raffreddamento respiraFigura 2- Relazione tra i diversi tipi di stress da freddo e i fattori fisici che li determinano. Da (Holmér, temperatura dell'aria torio per1988b), cui nonmodificata. viene qui nuovamente illustrato; ci metabolismo si limita a riportare nelle tabelle 1 e 2 un estratto della checklist utilizzata nella fase di osservazione Figura 2- Relazione tra i diversi tipi di stress da freddo e i fattori fisici che li determinano. Da 1988b), per(Holmér, identificare i rischimodificata. da freddo e il modulo in cui devono essere riportati i risultati della fase Figura 3 – Modello di FASE 3 valutazione del rischio di osservazione, ambedue previsti dalla norma. M Misure specialistiche secondo la norma I  misurazioni 15743. Da (UNI, 2008b) S LA SORVEGLIANZA SANITARIA  casi complessi U INDIVIDUAZIONE DELLE ESIGENZE DELLE PI

LINEE GUIDA,

PARTI INTERESSATE

LEGISLAZIONE NORMATIVA REGOLAMENTI

personale dell’impresa, FASE FASE 2 ergonomi ed esperti3 Quantificazione Misure specialistiche necessità di ultedegli effetti del freddo  misurazioni riori analisi  misure  casi complessi  analisi personale dell’impresa, personale dell’impresa FASE 2 ergonomi ed esperti ed ergonomi

R E

NEGLI AMBIENTI FREDDI

La norma 15743 prevede una fase di valutazione dello stato di salute dei lavoratori, anch’essa P riconducibile al modello SOBANE, che è affidata R al medico del lavoro e che ha lo scopo di defiE nirne l’attitudine del singolo soggetto al lavoro al V FASE 1 freddo. Anche questo aspetto è ben descritto in E Identificazione Quantificazione N (d’Ambrosio Alfano, 2011). Qui ci si limita a ricordei rischi da freddo:degli effetti del necessità di ulte- T necessità freddodi ulteP dare che la procedura prevede nella prima fase la riori analisi  osservazioni riori analisi I  misure R somministrazione di un questionario, per eviden risposte dei lavoratori V  analisi E personale ziare eventuali patologie che potrebbero comE personale dell’impresa V FASE 1 portare rischi in caso di esposizione al freddo, ed ergonomi E Identificazione N mentre le successive due fasi consistono nell’anadei rischi3 da freddo: di valutazione necessità ulte- la norma 15743. Da (UNI, 2008b).lisi e nella expertise in cui gli eventuali problemi Figura - Modello del rischiodisecondo T riori analisi  osservazioni rilevati nella prima fase vengono analizzati per I  risposte dei lavoratori V trovarne la soluzione. Thermal stress in cold environments personale Generally the cold environment design takes into the account only the technical aspects. The aspects related to E La norma UNI EN ISO 12894 (2002) affronta nel ergonomy are neglected inducing health risks. dettaglio gli aspetti sanitari del lavoro al freddo, con riferimento anche all’adattamento fisioloKeywords: Cold environments, cold stress, IREQ alle risposte psicologiche e alle reazioni Figura 3 - Modello di valutazione del rischio secondo la norma 15743. Da (UNI, gico, 2008b). comportamentali.

M I S U R E

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La norma 15743 si occupa anche della gestione del rischio, che va integrata nel sistema di gestione della sicurezza sui luoghi di lavoro. In particolare, la norma prevede corsi di formazione sui rischi collegati al lavoro al freddo per tutti coloro che sono coinvolti nel processo produttivo, per i responsabili della sicurezza e per i medici competenti. In figura 4 è riportato il modello per la gestione del rischio da freddo.

IL RUOLO DELL’ABBIGLIAMENTO NELLA PROTEZIONE CONTRO IL FREDDO Dal punto di vista dell’adattamento dell’uomo agli ambienti termici freddi, i dati e le ricerche disponibili in letteratura (Fanger, 1973) non permettono di trarre conclusioni definitive sull’esistenza di un fenomeno di acclimatazione generale del soggetto, fenomeno riconosciuto e sperimentato invece negli ambienti caldi. Alcuni autori (Le Blanc, 1975) comunque, concordano sull’esistenza di un tipo di adattamento locale di singole parti del corpo, avendo dimostrato che i soggetti abitualmente impegnati in attività al freddo con le mani nude possono meglio conservare doti di destrezza e capacità tattili rispetto agli individui non acclimatati. In ogni caso, l’uomo ha approntato una serie di tecniche per proteggersi dal freddo, tra le quali rientra l’abbigliamento protettivo che gioca il ruolo di unico elemento di protezione in situazioni nelle quali risulta impossibile variare i parametri microclimatici, per esempio durante le esposizioni ad ambienti industriali freddi. In particolare, l’abbigliamento svolge il compito di isolare termicamente il soggetto, regolando gli scambi convettivi e radiativi tra l’individuo e l’ambiente (d’Ambrosio Alfano et al., 2014).

LA DETERMINAZIONE DELLO STRESS DA FREDDO Da quanto detto, emerge la necessità di fissare opportune procedure non solo per quantificare il rischio legato al freddo, ma anche per verificare che i provvedimenti che si intende attuare siano corretti. A questo scopo, si utilizza suddividere il rischio in due categorie, il raffreddamento globale e quello locale.

Il raffreddamento globale Questo tipo di raffreddamento, come si evince dalla definizione, si riferisce al corpo nel suo complesso. Partendo dalla considerazione che con un’opportuna resistenza termica dell’abbigliamento l’uomo si può proteggere dal freddo, negli anni ’80 (Holmér, 1984, 1988a) è stato proposto un indice di stress da freddo per il corpo nel suo complesso, IREQ (da “I”, simbolo della resistenza termica dell’abbigliamento e “REQ” di required,

Nome impresa: …...………………....… Tipo di lavoro: ……………...…………

Data:……………...…….. Temperatura:…………..°C Velocità dell’aria:…..….m/s

Punteggio: 0 Nessuna 1 sono raccomandate 2 sono necessarie necessità di azioni preventive azioni correttive azioni correttive 1. Aria fredda 0 La temperatura dell’aria non comporta problemi 1 La temperatura dell’aria comporta alcuni problemi 2 La temperatura dell’aria comporta seri problemi Note:_________________________________________________________ ============================================================== 3.Contatto con superfici fredde quando si maneggiano strumenti o materiali o quando si sta seduti, in ginocchio o stesi su superfici fredde 0 Nessuno 1 Lavoro per brevi periodi con guanti sottili , stando seduti o in ginocchio o stesi su superfici fredde 2 Lavoro a mani nude o stando seduti o in ginocchio o stesi su superfici fredde per lunghi periodi Note:______________________________________________________________ ============================================================== 5. Abbigliamento protettivo contro il freddo (esclusi testa, mani e piedi) 0 Sufficiente 1 Parzialmente insufficiente (p.e. sono utilizzati solo alcuni capi invernali) 2 Insufficiente (p.e. non è utilizzato, anche se sarebbe necessario) Note:_________________________________________________________ ============================================================== 8. ALTRI PROBLEMI LEGATI ALL’ESPOSIZIONE AL FREDDO 0 1 2 Esposizione al freddo o lavoro al freddo per lungo tempo (p.e. continuativamente per più di 2 h) ============= Carico di lavoro fortemente variabile (leggero/pesante) Ambiente termico variabile (p.e. spostamenti frequenti tra interno ed esterno) Illuminazione insufficiente Altri problemi:________________________________________________

Tabella 1 – Esempio di voci riportate nella checklist per l’identificazione dei problemi negli ambienti freddi. Da (UNI, 2008b), modificata Tabella 2 – Modulo per la sintesi dei risultati ottenuti con la checklist e della pianificazione delle azioni future. I punteggi sono quelli attribuiti nella checklist. Da (UNI, 2008b), modificata Punteggio

LA GESTIONE DEL RISCHIO NEGLI AMBIENTI FREDDI

1 Aria fredda 2 Ventilazione 3 Contatto con superfici fredde 4 Acqua/liquidi/ vapori 5 Abbigliamento protettivo contro il freddo 6 Protezione contro il freddo per viso, mani e piedi 7 Uso di DPI 8 Altri problemi

Misure preventive

Miglioramenti

si

no

Necessità di ulteriori analisi

Data del controllo successivo

Figura 4 – Modello di gestione del rischio da freddo secondo la norma 15743. Da (UNI, 2008b), modificata Documenti normativi e legislativi Politica di gestione aziendale - Prevenzione e sicurezza - Qualità e ambiente Piano di gestione del rischio da freddo sul posto di lavoro - valutazione dello stress da freddo - misure preventive contro il rischio da freddo -  pianificazione del lavoro -  misure tecniche di prevenzione -  abbigliamento protettivo e dispositivi di protezione individuale -  informazione e formazione -  medicina del lavoro

Definizione della valutazione del rischio da freddo e  delle misure di prevenzione Figura 4 - Modello di gestione del rischio da freddo secondo la norma 15743. Da (UNI, 2008b), modificata.

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Il calcolo di IREQ

Per calcolare IREQ, si parte dalla nota equazione generale del bilancio di energia termica sul corpo umano valutato in ambiente freddo. I passi da seguire sono i seguenti: 1. misurare i quattro parametri ambientali da cui dipendono i termini che compaiono nel bilancio; 2. valutare il valore del metabolismo energetico e quello della resistenza termica dell’abbigliamento utilizzando le norme UNI EN ISO 8996 e UNI EN ISO 9920 (UNI, 2005b; 2009a). Per quanto riguarda la resistenza termica dell’abbigliamento, si deve considerare che i valori riportati dalla norma non tengono conto degli effetti legati al movimento dell’aria presente tra la pelle e i diversi strati dell’abbigliamento, per cui i valori ricavati dalla norma vanno poi corretti secondo il modello riportato nel Box A; 3. calcolare IREQ, secondo la procedura riportata in seguito. Le formule Per il calcolo di IREQ si parte dal bilancio di energia sul corpo umano, che in ambiente freddo è espresso come: S = M – W – Eres – Cres – E – K – R – C (1) dalla quale: • trascurando il termine conduttivo K se, come accade spesso, esso risulta piccolo rispetto ad altri che compaiono nella (1), • imponendo S = 0, cioé che vi siano condizioni di regime permanente per il corpo umano, • ricordando la definizione di resistenza termica dell’abbigliamento: R + C = (tsk – tcl)/Icl (2) • imponendo Icl = IREQ, espresso in m²K/W, si ricavano due equazioni nelle incognite IREQ e tcl: t -t IREQ = M - W - skE -clC - E (3) res res  M – W – Eres – Cres – E = R + C 

Il sistema delle due equazioni (3) e (4) va risolto per iterazione, sia perché tcl compare alla quarta potenza in R sia perché in R e in C compare il coefficiente di area dell’abbigliamento, fcl, (Fanger, 1970) che è funzione di Icl. Le equazioni da utilizzare per il calcolo dei singoli termini del bilancio non sempre coincidono con quelle normalmente usate nel calcolo degli indici di comfort (PMV) e di stress da caldo (PHS) e sono riportate nel Box B. IREQ è un indice sperimentale e quindi il suo uso va limitato alle seguenti condizioni: ta ≤ 10°C; 0,4 m/s ≤ va ≤ 18 ms; Icl > 0,078 m²·K/W (0,5 clo). Le condizioni di regime permanente alla base del calcolo di IREQ possono essere raggiunte in corrispondenza di livelli diversi di attivazione del sistema termoregolatorio, quindi è possibile individuare due condizioni estreme che sono quella di neutralità termica, che si può vedere anche come la condizione limite di inizio di attivazione del sistema termoregolatorio vasomotorio e che è detta di strain basso, e quella limite di inizio di attivazione del sistema comportamentale, anche detta di strain elevato (Holmér, 1988b, 1992). I corrispondenti valori dell’indice IREQ vengono detti, rispettivamente, IREQneutral ed IREQmin. In altre parole, i valori minimo e di neutralità di IREQ possono essere visti come estremi di un intervallo all’interno del quale ciascun soggetto può gestire la propria sensazione termica scegliendo autonomamente di variare l’abbigliamento e, ovviamente, il valore di IREQmin è sempre minore di quello di IREQneutral. A questo proposito va sottolineato che tra le variabili indipendenti del problema risultano, tra le altre, due grandezze fisiologiche: tsk, temperatura media della pelle, e w, percentuale di pelle bagnata, che assumono valori diversi a seconda che si voglia calcolare IREQneutral o IREQmin: per IREQmin tsk = (33,34 – 0,0354 · M)  ; w = 0,060 (5) per IREQneutral tsk = 35,7 - 0,0285 · M  ; w = 0,0010 M (6)

(4)

L’interpretazione di IREQ

Una volta calcolati i valori di IREQneutral e IREQmin li si confronta con quelli dell’isolamento termico risultante, ricavato con l’equazione (3); si possono verificare i seguenti tre casi: a) IREQneutral < Iclr ð il soggetto avverte una sensazione di caldo b) IREQmin < Iclr < IREQneutral ð il soggetto è in neutralità termica

c) IREQmin > Iclr

ð il soggetto avverte una sensazione di freddo e c’è rischio di progressivo raffreddamento del corpo nel caso c), va aumentato l’isolamento termico dell’abbigliamento, cambiando o aggiungendo capi di vestiario, e va calcolato il tempo limite di esposizione, Dlim, che rappresenta il tempo massimo di esposizione compatibile con l’abbigliamento effettivamente indossato dal soggetto.

Il calcolo del tempo limite di esposizione e del tempo di recupero

Il tempo limite di esposizione per un soggetto che indossa un certo tipo di abbigliamento, Dlim, e che è necessario per limitare il progressivo raffreddamento del corpo è dato dalla relazione: Dlim = Qlim ∕ S (9) con: Dlim = tempo limite di esposizione, h Qlim = diminuzione accettabile di energia interna per il corpo umano per un’esposizione di qualche ora, Wh/m²; S = variazione dell’energia interna del corpo umano nell’unità di tempo, W/m²; e va calcolato (UNI, 2009a) in corrispondenza di IREQneutral; in ogni caso, sia si consideri il criterio di strain basso che quello di strain elevato, il valore di Qlim è sempre pari a 144 kJ/m². Una volta raggiunto il tempo limite, l’esposizione deve essere interrotta ed alla persona va concesso di riposarsi in un ambiente riscaldato per tutto il tempo necessario a ristabilire le condizioni di neutralità termica. L’accumulo negativo di energia termica corporea, S, si ricava ovviamente ancora dalle equazioni (1) e (2) che possono essere riscritte come:

S = M – W – Cres – Eres – E – R – C (10) tcl = tsk – Icl,r · (M – W – Cres – Eres – E – S) (11) le equazioni (10) e (11) si risolvono per iterazione nelle variabili S e tcl, considerando le condizioni di esposizione reali. Dopo l’esposizione al freddo, il soggetto deve essere sottoposto a un periodo di recupero, Drec, la cui durata va calcolata con la relazione: Drec = Qlim ∕ S* (12) con: Drec = tempo di recupero, h; Qlim = diminuzione accettabile di energia interna per il corpo umano, = 144 kJ/m²; S* = variazione dell’energia interna del corpo umano nell’unità di tempo, calcolata nelle effettive condizioni di esposizione durante il tempo di recupero, W/m². Evidentemente, se durante il tempo di recupero il soggetto cambia abbigliamento, l’indice IREQ va ricalcolato.

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richiesto). L’indice IREQ è definito come la resistenza termica dell’abbigliamento che, nell’ambiente in esame, sarebbe capace di mantenere indefinitamente il corpo umano a livelli accettabili di temperatura corporea e di temperatura della pelle; si tratta quindi di un riferimento con il quale va confrontata la resistenza termica dell’abbigliamento effettivamente indossato dal soggetto in esame: se quest’ultima risulta minore di quella richiesta, evidentemente l’abbigliamento indossato non è adeguato. Può essere utilizzato per esposizioni continue o intermittenti, all’interno o all’esterno. L’indice IREQ può essere utilizzato: • come indice di stress da freddo: all’aumentare del valore di IREQ per un assegnato livello di attività aumenta il rischio di stress; • come metodo per la determinazione dei requisiti di isolamento termico dell’abbigliamento e la conseguente scelta de i capi di vestiario da indossare per evitare stress da freddo. In questo senso, IREQ può essere utilizzato sia per scegliere l’abbigliamento adatto a fronteggiare le condizioni ambientali, sia quando si voglia valutare il grado di protezione offerto dall’abbigliamento disponibile nelle condizioni ambientali effettive; • come metodo per l’analisi degli effetti dei singoli parametri termoigrometrici e dell’attività sulle condizioni di stress da freddo; • come metodo di valutazione di misure migliorative per lavori esercitati in condizioni di freddo. IREQ è stato sperimentato negli anni da diversi ricercatori (Holmér, 1989; Gavhed e Holmér; 1991, Griefhan, 2000; Gavhed et al., 1988, Oliveira et al., 2008) che ne hanno dato complessivamente un giudizio positivo, motivo per cui l’indice è stato adottato dalla norma UNI EN ISO 11079 (UNI, 2008a). Il mondo scientifico però ritiene necessario procedere con ulteriori sperimentazioni che facciano luce sugli aspetti che sembrano non ancora chiari, quali l’influenza del sesso (sembra che il modello sia più adatto agli uomini che non alle donne), del metabolismo (sembra che il modello non risponda bene per attività particolarmente leggere o particolarmente pesanti), dell’età (sulla quale si hanno pareri contrastanti). Ciò che al momento è certo è che la valutazione del metabolismo e della resistenza termica dell’abbigliamento a partire dalle tabelle fornite dalle norme (UNI, 2005b; 2009a), può portare ad errori di valutazione dell’isolamento termico richiesto, tanto più che, nel caso in cui il soggetto dovesse sudare e il sudore inumidisse i vestiti, le proprietà termoigrometriche dell’abbigliamento potrebbero cambiare (d’Ambrosio Alfano et al., 2013).

Il raffreddamento locale Il raffreddamento locale si manifesta in più forme, essenzialmente quella convettiva e quella conduttiva, quella alle estremità e quella respiratoria.

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ta, °C 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 v10 m/s km/h m/s 5 1,4 -2 -7 -13 -19 -24 -30 -36 -41 -47 -53 -58 10 2,8 -3 -9 -15 -21 -27 -33 -39 -45 -51 -57 -63 15 4,2 -4 -11 -17 -23 -29 -35 -41 -48 -54 -60 -66 20 5,6 -5 -12 -18 -24 -31 -37 -43 -49 -56 -62 -68 25 6,9 -6 -12 -19 -25 -32 -38 -45 -51 -57 -64 -70 30 8,3 -7 -13 -20 -26 -33 -39 -46 -52 -59 -65 -72 35 9,7 -7 -14 -20 -27 -33 -40 -47 -53 -60 -66 -73 40 11,1 -7 -14 -21 -27 -34 -41 -48 -54 -61 -68 -74 45 12,5 -8 -15 -21 -28 -35 -42 -48 -55 -62 -69 -75 50 13,9 -8 -15 -22 -29 -35 -42 -49 -56 -63 -70 -76 55 15,3 -9 -15 -22 -29 -36 -43 -50 -57 -63 -70 -77 60 16,7 -9 -16 -23 -30 -37 -43 -50 -57 -64 -71 -78 65 18,1 -9 -16 -23 -30 -37 -44 -51 -58 -65 -72 -79 70 19,4 -9 -16 -23 -30 -37 -44 -51 -59 -66 -73 -80 75 20,8 -10 -17 -24 -31 -38 -45 -52 -59 -66 -73 -80 80 22,2 -10 -17 -24 -31 -38 -45 -52 -60 -67 -74 -81 Tabella 3 – Valori della temperatura di raffreddamento convettivo in riferimento alle classi di rischio riportate in tabella 5. Da (UNI, 2008a). Tabella 4 – Classi di rischio per il raffreddamento convettivo Classificazione tWC Effetto del rischio [°C] 1

-10 ÷ -24

Discomfort da freddo

2

-25 ÷ -34

Freddo con rischio di congelamento della pelle

3

-35 ÷ -59

Molto freddo, con rischio di congelamento della pelle dopo 10 minuti di esposizione

4

< -60

Estremo freddo, con rischio di congelamento della pelle dopo 2 minuti di esposizione

ll raffreddamento convettivo

Allo scopo di determinare il danno provocato dall’esposizione al freddo di singole parti scoperte del corpo, tipicamente il viso, il metodo classico ormai in disuso, è quello del Wind Chill Index, definito per la prima volta nel 1945 (Siple e Passel, 1945). Il WCI è un indice empirico proposto per esposizioni all’aperto, che rappresenta il flusso termico che si disperde nell’ambiente reale da un cilindro tenuto con la superficie esterna a 33°C e che vuole simulare le dispersioni che si hanno da parti del corpo umano non protette. Il WCI non è più utilizzato essenzialmente perché (Alfano et al., 1997): • fu ricavato per un cilindro di plastica di 57 mm di diametro, quindi con caratteristiche radianti, di curvatu­ra e di rugosità molto diverse da quelle delle parti del corpo umano che si vuole simulare; • non tiene conto del carico radiante e di quello solare né degli scambi evaporativi;

• non dipende dalla temperatura superficiale, che può essere diversa da 33°C; • la funzione che lega WCI al valore della velocità relativa dell’aria ha un massimo in corrispondenza di circa 25 m/s (90 km/h) per poi diminuire, laddove evidentemente il flusso termico non può diminuire all’aumentare della velocità relativa dell’aria. Oggi si utilizza la temperatura di raffreddamento convettivo (wind chill temperature), tWC, che rappresenta la temperatura alla quale, con una velocità dell’aria di 4,2 km/h, l’effetto di raffreddamento del copro umano è lo stesso che si ha nell’ambiente reale (UNI, 2008a): t WC = 13, 12 + 0, 6215 t a - 11, 37 v 010,16 + 0, 3965 t a v 010,16 (16) In Tabella 3 sono riportati i valori di tWC in funzione della velocità dell’aria a 10 m dal terreno e della temperatura dell’aria (UNI, 2008a) per le 4 classi di rischio di cui in Tabella 4. In ogni caso, i valori di riferimento sono -15°C per lo strain basso e -30°C per quello elevato. Va sottolineato (Alfano et al., 1997) che nella realtà un raffreddamento convettivo può influire sulla valutazione soggettiva dell’ambiente e quindi sul valore di IREQ. Infatti, in presenza di un raffreddamento convettivo, per esempio al viso, il soggetto spesso è portato a richiedere un valore


il pumping effect

Negli ultimi anni la ricerca ha evidenziato (Havenith et al., 1990a, 1990b, 2000) che il valore dell’isolamento termico dell’abbigliamento ricavato da tabelle (UNI, 2004) non tiene conto di parametri che riducono l’isolamento termico, quali il movimento del corpo, la postura, la velocità dell’aria, la permeabilità all’aria dei tessuti, l’aderenza dell’abito al corpo. Nel settore degli ambienti termici freddi si può scrivere: Iclr = Icl · f(va, vw, ap) (a) con: Iclr = isolamento termico risultante dell’abbigliamento, clo; Icl = isolamento termico intrinseco dell’abbigliamento, clo; va = velocità dell’aria, m/s; vw = velocità alla quale si cammina, m/s; ap = permeabilità all’aria dei tessuti, l/m²s; e la relazione di calcolo di Iclr risulta la seguente: Icl,r = IT,r – Ia,r ∕ fcl (b) Per quanto riguarda poi l’effetto della permeabilità al vapore dell’abbigliamento, im (Woodcock, 1962), sull’indice IREQ, considerato che im varia tra 0 (per un abbigliamento completamente impermeabile al vapore) e 1 (per un soggetto nudo) e che la resistenza evaporativa (Alfano et al., 1989) è funzione del reciproco di im, si ha che all’aumentare di im e a parità di va, M, ta e tr, la resistenza evaporativa decresce e una maggior quantità di energia termica può essere scambiata con l’ambiente per evaporazione dalla pelle. Ne consegue che, dovendosi verificare il bilancio di energia, la quantità scambiabile con l’ambiente per convezione e irraggiamento sarà minore e quindi IREQ aumenterà. BOX A

le formule C = fcl $ h c $ ^ t cl - t a h C res = 0, 0014 $ M $ ^ t ex - t a h E res = 0, 0173 $ M $ ^ p ex - p a h E=

w $ ^ p sx - p a h R e, T

fcl = 1, 00 + 1, 97 I cl f h c = I cl - h r a, r

m m per v a = 0, 4 ' 18 s e w a = 0 ' 1, 2 s

4 4 A 6^t cl + 273 h - ^ t r + 273 h @ h r = v $ f cl $ A r $ t cl - t r Du

I a, r = 0, 092 $ exp ^ - 0, 15 $ v a - 0, 22 $ v w h - 0, 045

I clr + 60, 092 $ exp ^ - 0, 15 $ v a - 0, 22 $ v w h - 0, 0045@ 0, 085 fcl I cl = - f cl 60, 54 $ exp ^ 0, 075 ln ^ap h - 0, 15 $ v a - 0, 22 $ v w h@ - 0, 06 ln (ap) + 0, 5

I a, r I cl, r = I Tr - f cl

I T, r = I T $ 60, 54 $ exp ^ 0, 075 ln ^ap h - 0, 15 $ v a - 0, 22 $ v w h@ - 0, 06 ln (ap) + 0, 5 p a = z $ p vs

4030, 183 p ex = 0, 133 $ exp a 18, 6686 - t ex + 235 k 17, 27 $ t sk p sk, s = 610, 78 $ exp a t sk + 273, 3 k 4030, 183 p vs = 0, 1333 $ exp a 18, 6686 - t a + 235 k R = fcl $ h r $ ^t cl - t r h 0, 06 I a, r R e, T = i $ a f + I cl, r k m cl

di Iclr maggiore di quello ricavabile da IREQ. È quindi necessario pervenire ad un metodo razionale di valutazione del raffreddamento localizzato che sia basato, come IREQ, su criteri fisiologici.

Il raffreddamento per contatto La ricerca nel settore del raffreddamento per contatto è ancora in grande evoluzione, anche perché per definire i valori limite si dovrebbe tener conto di grandezze non facilmente e non univocamente determinabili, quali la temperatura e la conducibilità termica della superficie di contatto, la pressione di contatto e l’area della superficie di contatto, oltre che delle proprietà termofisiche dei tessuti umani. La norma 13732-3 (UNI, 2009b) contiene una serie di diagrammi dai quali, per diversi materiali e a seconda che il contatto avvenga attraverso le dita o attraverso la mano, è possibile ricavare la temperatura limite della superficie del materiale in funzione del tempo limite di contatto. Evidentemente, se la temperatura

t ex = 29, 0 + 0, 20 $ t a w w = 0, 0052 $ ^ M - 58 h BOX B

della superficie risulta minore di quella limite bisogna intervenire con misure di tipo tecnologico (per esempio isolando termicamente la superficie), organizzativo (per esempio pianificando il lavoro in maniera adeguata) o con dispositivi di protezione individuale (per esempio guanti).

Il raffreddamento delle estremità In condizioni di freddo, soprattutto quando l’abbigliamento indossato non è adeguato, l’attivazione della vasocostrizione può portare a un raffreddamento non desiderato delle estremità, in particolare delle mani. La norma 11079 (UNI, 2008a) prevede una temperatura superficiale del dito di 24°C come criterio di strain basso e di 15°C come criterio di strain elevato, con comparsa del dolore e riduzione della funzionalità. A questo proposito, uno studio condotto in Scandinavia (Gavhed et al., 1988) suggerisce di verificare tali valori, per esempio misurando la temperatura della pelle, e di tener conto anche del tipo di lavoro svolto. Al raffreddamento delle estremità si può evidentemente ovviare utilizzando un adeguato

dispositivo di protezione, per esempio dei guanti (Cfr. la norma UNI EN 511:2006 Guanti di protezione contro il freddo).

Il raffreddamento respiratorio Il raffreddamento respiratorio è legato allo scambio termico convettivo tra l’aria inspirata, che si trova a temperatura molto bassa, e le mucose dell’apparato respiratorio; va anche considerato che la potenza termica scambiata aumenta non solo all’aumentare della differenza di temperatura aria-mucose, ma anche all’aumentare della portata di ventilazione e quindi dell’attività. I criteri di strain per il raffreddamento respiratorio sono riportati in Tabella 5.

Tabella 5 – Criteri di strain per il raffreddamento respiratorio. Da (UNI, 2008a) Attività Basso strain Strain elevato M ≤ 115 W/m²

ta = -40°C

ta = -20°C

M > 115 W/m²

ta = -30°C

ta = -15°C

#22

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CONCLUSIONI Nella progettazione dei cosiddetti “ambienti freddi” generalmente si dà gran peso alla progettazione degli impianti tecnologici trascurando gli aspetti ergonomici, privilegiando quindi gli aspetti legati al processo rispetto a quelli legati all’ergonomia; un approccio del genere può portare a rischi per la salute in quanto l’esposizione dell’uomo ad ambienti freddi può provocare diversi problemi, che vanno dal semplice discomfort all’ipotermia. Sarebbe quindi buona norma che nella progettazione degli impianti in ambienti freddi si fornissero anche indicazioni sulle misure di prevenzione e sicurezza da adottare, per esempio indicando chiaramente quali sono i valori di IREQneutral e IREQmin in funzione dei valori di progetto. n * Francesca R. d’Ambrosio Alfano,  DIIN, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Salerno Giuseppe Riccio e Boris I. Palella, DII, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università degli Studi di Napoli Federico II

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SIMBOLOGIA

ap C Cres Dlim Drec Eres E

= permeabilità all’aria dei tessuti, l/m²s; = potenza termica scambiata dal corpo per convezione, W/m²; = potenza termica scambiata per convezione nella respirazione, W/m²; = tempo limite di esposizione, h; = tempo di recupero, h; = potenza termica scambiata per evaporazione nella respirazione, W/m²; = potenza termica scambiata per evaporazione dalla superficie della pelle, W/m²; fcl = rapporto tra l’area della superficie del corpo umano vestito e l’area della superficie del corpo umano nudo, adim.; hc = conduttanza termica convettiva, W/m² °C; hr = conduttanza termica radiativa, W/m² °C; Ia = resistenza termica superficiale unitaria soggetto-ambiente, clo; Icl = resistenza termica intrinseca dell’abbigliamento, clo; im = indice di permeabilità, adim; IT = resistenza termica dell’abbigliamento e dello strato limite, clo; IREQ = resistenza termica dell’abbigliamento richiesta per avere condizioni di regime permanente, clo; IREQmin = valore di IREQ valutato con il sistema termoregolatorio vasomotorio attivato al massimo ma con il sistema termoregolatorio comportamentale non attivato, clo; IREQneutral = valore di IREQ valutato in condizioni di neutralità termica, clo; K = potenza termica dispersa dal corpo per conduzione, W/m²; M = metabolismo energetico, W/m²; pa = pressione parziale del vapor d’acqua nell’aria alla temperatura dell’aria ambiente, kPa; pex = tensione di vapore dell’acqua alla temperatura dell’aria espirata, kPa; pvs = tensione di vapore dell’acqua alla temperatura dell’aria, kPa; psk,s = tensione di vapore dell’acqua alla temperatura della pelle, kPa; Qlim = valore limite della perdita di energia termica corporea, Wh/m²; = potenza termica dispersa dal corpo per irraggiamento, W/m²; R Re,T = resistenza evaporativa risultante dell’abbigliamento e dello strato limite, m²kPa/W; = variazione dell’energia termica del corpo umano nell’unità di tempo, S W/m²; = variazione dell’energia interna del corpo umano nell’unità di tempo, S* calcolata con le equazioni (10) e (11) e riferita alle condizioni di esposizione durante il tempo di recupero, W/m²; ta = temperatura dell’aria ambiente, °C; tcl = temperatura media della superficie esterna del corpo umano vestito, °C; tex = temperatura dell’aria espirata, °C; tr = temperatura media radiante, °C; tsk = temperatura media della pelle, °C; tWC = temperatura di raffreddamento convettivo, °C; va = velocità dell’aria, m/s; vw = velocità alla quale si cammina, m/s; v10 = valore standard della velocità dell’aria misurato a 10 m dal livello del terreno, ricavabile dalle stazioni meteorologiche, m/s; W = potenza meccanica scambiata tra il corpo e l’ambiente, W/m²; w = percentuale di pelle bagnata, adim. Simboli greci φ = grado igrometrico, adim.; = calore latente di vaporizzazione dell’acqua alla temperatura del nucleo, λ J/kgacqua; σ = costante di Stefan-Boltzmann, W/m²K4. Pedici r = risultante


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Sorption Technology

Sviluppi nelle tecnologie ad as e ad

sorbimento

Stato dell’arte e sviluppi futuri della “Sorption Technology”: i sistemi a sostanze assorbenti liquide (assorbimento) e solide (adsorbimento) sia a circuito chiuso che a circuito aperto di Giovanni Antonio Longo*

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ur rappresentando la più antica tecnologiaappli-

cata nel campo della refrigerazione in quanto la prima macchina frigorifera a ciclo continuo efficace ed efficiente è stata la macchina ad assorbimento ad acqua-ammoniaca sviluppata nel 1859 da Fernand Carré per la produzione di ghiaccio, la “Sorption Technology” attualmente si presenta come una tecnologia di nicchia; può risultare competitiva rispetto alla tradizionale tecnologia a compressione di vapore solo in condizioni particolari come ad esempio la disponibilità di calore di scarto o calore proveniente da fonte rinnovabile, la indisponibilità di linee di potenza elettrica, oppure specifiche normative sull’impatto ambientale. A dimostrazione di quanto detto basta considerare la stima del costo specifico (€ per kW di potenza frigorifera) delle diverse tecnologie di raffreddamento (Tabella I).

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#22

A conferma si possono inoltre considerare i dati statistici sulla produzione e sul mercato delle macchine ad assorbimento rispetto a quelle a compressione di vapore. Secondo BSRIA (tabella 2) il mercato mondiale dei grandi chiller nel 2011 è costituito da 5,5 miliardi di US$ in unità con compressore alternativo, a vite e scroll (65,5%), 2,1 miliardi di US$ in unità con compressore centrifugo (25,0%) e 0,8 miliardi di US$ di unità ad assorbimento (9,5%) per un totale di 8,4 miliardi di US$. Secondo CRAA (tabella 3) nel 2011 in Cina sono stati prodotti 3578 grandi chiller ad assorbimento a fronte di 6049 grandi chiller con compressore centrifugo e 136521 grandi chiller con compressore alternativo, a vite e scroll. Secondo METI (tabella 4) nel 2011 sono stati consegnati grandi chiller con compressore alternativo, rotativo, a vite e scroll per 30,9 miliardi di

¥ (60,4%), con compressore centrifugo per 11,0 miliardi di ¥ (21,7%) e ad assorbimento per 9,1 miliardi di ¥ (17,9%) per un totale di 51 miliardi di ¥. Da questi dati, seppur parziali, si vede come i grandi chiller ad assorbimento, che rappresentano per certi aspetti l’apice della “Sorption Technology”, abbiano un indice di penetrazione del mercato intorno al 10%. Nonostante questo la “Sorption Tecnology” è stata comunque soggetta negli ultimi anni a notevoli innovazioni e progressi che hanno consentito un considerevole miglioramento delle prestazioni ed una generale riduzione dei costi.


Tabella 1 – STIMA DEL COSTO SPECIFICO (€ / kWF) DELLE DIVERSE TECNOLOGIE DI RAFFREDDAMENTO. A seconda della fonte di stima il costo specifico delle macchine ad assorbimento varia da 1,2 a 2,6 volte quello delle macchine a compressione di vapore, il costo delle macchine ad adsorbimento varia da 2,5 a 2,9 volte quello delle macchine a compressione e quello dei sistemi assorbenti a circuito aperto (desiccant) è intorno a 1,21,5 volte quello dei sistemi a compressione di vapore &

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Tabella 3 – PRODUZIONE 2011 DI CHILLER IN CINA (DA CRAA)

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SISTEMI AD ASSORBIMENTO L’assorbimento comprende sia le tradizionali macchine ad assorbimento a ciclo chiuso che gli innovativi sistemi ad assorbimento a ciclo aperto basati su soluzioni igroscopiche.

Macchine ad assorbimento Le macchine ad assorbimento sfruttano la proprietà di alcune sostanze di assorbire i vapori di altre e di rilasciarli per riscaldamento per creare una differenza di pressione tra evaporatore e condensatore, e quindi tra la temperatura alla quale viene assorbito e quella cui viene ceduto il calore. Questa differenza di pressione si ottiene tramite un gruppo generatore-assorbitore-pompa che sostituisce il compressore dei tradizionali

sistemi a compressione di vapore ed ha il vantaggio di richiedere praticamente solo energia termica, a parte la modesta energia meccanica assorbita dalla pompa. Il fluido operativo è una miscela in fase liquida nella quale la componente più volatile (più alta tensione di vapore) è il fluido frigorigeno, mentre la componente meno volatile (più bassa tensione di vapore) è la sostanza assorbente. Il più semplice schema meccanico per una macchina ad assorbimento prevede un gruppo generatore-assorbitore-pompa collegati in anello chiuso con un condensatore, una valvola di laminazione ed un evaporatore come illustrato in Figura 1. Un impianto ad assorbimento ha in comune con un gruppo a compressione di vapore il sistema condensatore-valvola di laminazioneevaporatore, mentre differisce nelle modalità di compressione. Invece di attuare una compressione diretta del vapore in un compressore con un notevole dispendio di lavoro, il vapore viene assorbito da un liquido e quindi si pressurizza il

Sorption technology development

This article presents the state of the art and the future development of “Sorption Technology” that includes liquid sorbent (absorption) and solid sorbent (adsoprtion) systems both in close and open cycle. The presentation is complemented with the analysis of two relevant case studies. Keywords: sorption, absorption, adsorption, open cycle, close cycle

Figura 1 – RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DI UN CICLO AD ASSORBIMENTO A SEMPLICE EFFETTO. Il generatore sfrutta il flusso termico esterno per distillare la soluzione ricca (in fluido frigorigeno) separando i vapori di fluido frigorigeno dalla soluzione povera assorbente. La soluzione povera dopo uno scambio rigenerativo ed una laminazione viene inviata nell’assorbitore, mentre il fluido frigorigeno attraversa il condensatore, dove condensa cedendo il calore all’ambiente, viene laminato e quindi passa nell’evaporatore, dove evaporando sviluppa l’effetto utile frigorifero. Il vapore all’uscita dall’evaporatore passa nell’assorbitore dove viene assorbito dalla soluzione povera: questo processo è esotermico per cui l’assorbitore deve cedere calore all’ambiente. La soluzione ricca che si forma a seguito del processo di assorbimento viene pompata nel generatore dove si chiude il ciclo.

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liquido mediante una pompa con un fabbisogno di lavoro molto modesto. Una volta raggiunta la pressione superiore di ciclo è richiesta energia termica per liberare i vapori di fluido frigorigeno dalla soluzione liquida. Si tratta però di energia termica a bassa temperatura e quindi potenzialmente derivabile da processi di recupero termico o da fonti rinnovabili. Si può agevolmente dimostrare che il coefficiente di effetto utile frigorifero di una macchina ad assorbimento funzionante secondo questo ciclo risulta inferiore ad uno in quanto per ogni kg di vapore distillato mediante somministrazione di calore dall’esterno si ha un solo kg di fluido frigorigeno in ciclo. Per incrementare le prestazioni delle macchine ad assorbimento è allora necessario ricorrere a cicli a effetto multiplo nei quali ad ogni kg di vapore distillato mediante apporto termico esterno si sommano uno o più kg di vapore sviluppato per scambio termico rigenerativo interno in modo da avere due o più kg di fluido frigorigeno in ciclo.

Figura 2 – RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DI UNA MACCHINA A TRIPLO EFFETTO

Figura 3 – CHILLER/HEATER AD ASSORBIMENTO A TRIPLO EFFETTO A FIAMMA DIRETTA KAWASAKI

Le Figure mostrano rispettivamente lo schema concettuale di una macchina a triplo effetto e la rappresentazione fotografica della unità a triplo effetto Kawasaki. Il vapore sviluppato nel generatore ad alta temperatura grazie al calore di combustione viene fatto condensare nel generatore a media temperatura dove sviluppa vapore che a sua volta condensa nel generatore a bassa temperatura dove si sviluppa altro vapore in modo che ad ogni unità di vapore prodotto grazie ad apporto termico esterno si sommano due altre unità di vapore sviluppate per effetto rigenerativo: questo in linea teorica consente quasi la triplicazione del coefficiente di effetto utile.

Sviluppi

Lo sviluppo storico delle macchine ad assorbimento a bromuro di litio / acqua iniziato nel 1950 con le unità a singolo effetto, ha visto negli anni 60-70 l’introduzione delle macchine a doppio effetto e quindi lo studio e l’ottimizzazione delle macchine a triplo effetto che si è concretizzato nel 2005 con la commercializzazione da parte della Kawasaki della prima unità ad assorbimento a triplo effetto a fiamma diretta. La prima unità commerciale a triplo effetto è stata realizzata combinando una macchina a doppio effetto alimentata a vapore con un generatore di vapore a fiamma diretta. I problemi tecnologici nello sviluppo di questa macchina sono stati legati principalmente alle temperature di lavoro (180220°C) nel generatore ad alta temperatura che comportano una elevata aggressività chimica della miscela operativa bromuro di litio/acqua. Infatti la miscela bromuro di litio / acqua, nonostante l’aggiunta di inibitori della corrosione, risulta estremamente corrosiva per temperature superiori a 140°C richiedendo l’impiego di materiali metallici molto resistenti all’aggressione chimica come ad esempio le leghe cupro-nickel, le superleghe a base di nickel e gli acciai inox duplex e superduplex che però sono molto costosi. Altro problema legato all’innalzamento della temperatura massima al generatore è l’aumento della concentrazione in sale della soluzione con il conseguente pericolo di cristallizzazione. Nel 2013 la Kawasaki ha inoltre presentato una macchina ad assorbimento a doppio effetto a fiamma diretta con un COP massimo di 1,51. Questo importante incremento di efficienza è stato possibile grazie all’utilizzo di scambiatori compatti a piastre, scambiatori tubolari ad alta efficienza e ad una originale struttura a doppio stadio per evaporatore ed assorbitore. L’innovazione dei cicli per le macchine ad

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assorbimento acqua / ammoniaca, non potendo sfruttare per problemi di pressione e stabilità della soluzione gli effetti multipli, è stata invece legata allo sviluppo dei cicli GAX (Generator Absorber Exchange) che grazie ad un ampio intervallo di concentrazioni tra soluzione povera e soluzione

ricca realizzano un incrocio termico tra assorbitore e generatore creando la possibilità di un efficace scambio termico rigenerativo. In questo modo al vapore sviluppato grazie all’apporto termico esterno si somma altro vapore prodotto dallo scambio rigenerativo con un consistente aumento del coefficiente di effetto utile. La figura 4 mostra la rappresentazione schematica del ciclo GAX, mentre la Tabella 5 riporta le caratteristiche e le prestazioni dei diversi tipi di unità ad assorbimento commerciali disponibili sul mercato.

Figura 4 – RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DI UN CICLO GAX

Tabella 5 – CARATTERISTICHE E PRESTAZIONI DELLE MACCHINE AD ASSORBIMENTO COMMERCIALI !,02%26,"&

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Fluidi operativi, superfici di scambio e sorgenti termiche

L’innovazione nelle macchine ad assorbimento non ha riguardato solo i cicli termodinamici di riferimento, ma anche i fluidi operativi, le superfici di scambio e la integrazione di diverse sorgenti termiche. Fluidi operativi Per quanto riguarda i fluidi operativi, pur essendo stato studiato negli ultimi 30-40 anni un numero enorme di nuove coppie fluido frigorigeno / assorbente, la tecnologia è ancora totalmente dominata da due soluzione: acqua / ammoniaca e bromuro di litio / acqua. (Sun e al., 2012). La soluzione bromuro di litio / acqua domina le applicazioni del condizionamento dell’aria al di sopra del punto di congelamento e viene applicata sia nelle piccole macchine (alcune decine di kW di potenza frigorifera) a circolazione naturale che nei grandi chiller (centinaia di kW fino a MW di potenza frigorifera) a circolazione forzata. Questa soluzione garantisce elevata efficienza termodinamica dovuta al basso rapporto tra il calore di diluizione della soluzione ed il calore latente di evaporazione del fluido frigorigeno (acqua), mentre comporta problemi tecnologici legati alla aggressività chimica della soluzione, al pericolo di cristallizzazione della soluzione ed alla bassissima pressione del fluido frigorigeno (acqua) all’evaporatore ed all’assorbitore. La soluzione acqua / ammoniaca rappresenta il fluido con il quale sono state costruite le prime macchine efficienti ed affidabili e a tutt’oggi trova applicazione in unità di piccola e media potenza sia come macchina frigorifera che pompa di calore. L’utilizzo dell’ammoniaca come fluido frigorigeno consente di lavorare all’evaporatore a temperature molto inferiori al punto di congelamento, mentre, per contro, non consente temperature troppo elevate al generatore per problemi di pressione troppo alta e stabilità termica della molecola. Questo ultimo aspetto, unito alla necessità di rettifica e all’elevato rapporto tra calore di diluizione della soluzione e calore latente di vaporizzazione del fluido frigorigeno, comporta in generale

una efficienza termodinamica inferiore rispetto alla soluzione bromuro di litio / acqua. Al momento non si intravedono nuovi fluidi operativi in grado di sostituire validamente queste due miscele tradizionali. Interessanti innovazioni hanno invece riguardato gli additivi per i fluidi operativi, precisamente: • Surfactants, in generale alcol, come ad esempio 2-ethyl-1-hexanol, che vengono introdotti in piccole quantità nella soluzione bromuro di litio / acqua e danno luogo all’effetto Marangoni migliorando considerevolmente il processo di assorbimento che rappresenta l’elemento critico dell’intero sistema (Kulankara e Herold, 2000). REC_AicarJournal_160x228_ Set_T 1-10-2013 9:45 Pagina 1

• Nanoparticelle, in generale particelle nanometriche di Cu, CuO e Al2O3 aggiunte alla soluzione acqua / ammoniaca che hanno dimostrato un considerevole miglioramento del processo di assorbimento (Kim e al., 2006). • Inibitori della corrosione, come Lithium Nitrate, Lithium Chromate e Lithium Molybdate, che vengono aggiunti alla soluzione bromuro di litio / acqua per ridurre l’aggressività chimica nei confronti dei materiali metallici, consentendo la costruzione delle macchine in normale acciaio al carbonio con un considerevole contenimento dei costi di produzione, specialmente nelle macchine a effetto multiplo di grandi dimensioni.


Case study dell’accoppiamento tra una macchina a doppio effetto a bromuro di litio / acqua ed una cella a combustibile ad alta temperatura di tipo SOFC di grandi dimensioni

In questo case study viene studiato l’accoppiamento tra una macchina ad assorbimento a doppio effetto ed una cella a combustibile ad alta temperatura del tipo Solid Oxide Fuel Cell (SOFC). La cella a combustibile considerata in questa analisi è l’unità SOFC pre-commerciale Siemens-Westinghouse SFC-200. Si tratta di una unità a pressione atmosferica alimentata direttamente a gas naturale in grado di sviluppare 125 kW di potenza elettrica e fino a 100 kW di potenza termica con una efficienza elettrica del 44-47% ed una efficienza globale massima dell’80%. Il gas naturale desolforato entra nell’unità SOFC ed attraversa il pre-reformer, dove gli idrocarburi complessi sono convertiti in metano, idrogeno e monossido di carbonio, ed il reformer, dove il metano viene completamente convertito in idrogeno e monossido di carbonio, prima di raggiungere la base dello stack dove viene distribuito sulla superficie esterna delle celle. L’aria entra nella unità SOFC ed attraversa un recuperatore dove si riscalda prima di raggiungere la base dello stack dove viene distribuita sulla superficie interna delle celle. La reazione elettrochimica tra combustibile ed aria interessa l’intera lunghezza delle celle e consuma circa l’85% del combustibile. Nella parte alta del modulo una frazione del combustibile viene ricircolata nel reformer mentre una piccola quantità brucia nel recuperatore per pre-riscaldare l’aria. I gas esausti all’uscita dall’unità SOFC vengono utilizzati per l’azionamento del chiller ad assorbimento a doppio effetto a bromuro di litio / acqua illustrato in Figura A. Precisamente i gas esausti dell’unità SOFC alimentano il generatore di alta pressione GHP, mentre il vapore sviluppato in questo generatore condensando nel condensatore di alta temperatura CHP alimenta il generatore di bassa temperatura GLP. L’assorbitore A è collegato in parallelo con i due generatori e viene raffreddato in serie con il condensatore di bassa temperatura CBP da una torre evaporativa, mentre l’evaporatore E produce acqua refrigerata. La soluzione ricca e quella povera realizzano due scambi termici rigenerativi nel loro percorso tra assorbitore e generatori. L’intero sistema è stato simulato mediante uno specifico modello di calcolo. L’unità SOFC SFC-200 è stata simulata considerando le sue prestazioni nominali, mentre il chiller ad assorbimento è stato Figura A – RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELLA MACCHINA AD ASSORBIMENTO

simulato mediante un apposito codice di calcolo che riproduce i processi di scambio termico e di massa dei diversi organi considerando le loro effettive superfici di scambio e le proprietà termodinamiche, termofisiche e di trasporto della soluzione operativa. Le Figure B e C mostrano l’andamento del COP e della potenza frigorifera in funzione della temperatura di ingresso dell’acqua RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELLA UNITÀ SFC-200 di raffreddamento per tre diversi valori della temperatura di uscita dell’acqua refrigerata (4, 7 e 10°C). Le figure presentano anche l’andamento della temperatura massima al generatore. Nei campi operativi analizzati il COP della macchina ad assorbimento varia da 0,95 a 1,05, un range di valori molto vicino a quelli delle migliori macchine ad assorbimento commerciali a doppio effetto alimentate a vapore oppure a fiamma diretta. Negli stessi campi operativi la macchina ad assorbimento può lavorare solo con temperature di ingresso dell’acqua di raffreddamento inferiori a 35-36°C e temperature di uscita dell’acqua refrigerata superiori a 3°C. L’accoppiamento tra la macchina ad assorbimento a doppio effetto e la unità SOFC SFC200 consente il recupero di 90-100 kW di potenza termica dai fumi di scarico incrementando la efficienza globale del sistema cogenerativo fino al 78-80%. CARATTERISTICHE NOMINALI DELLA UNITÀ SFC-200 85$%&/0$3-/"%&<2=$+&-1<5,&>?*'@& A%$/,+-/"%&<2=$+&25,<5,& B$",&+$/2C$+D&21&$E0"5.,& ?",5+"%&F".&3"..&G%2=&+",$& AE0"5.,&3"..&G%2=&+",$& AE0"5.,&-1H25,&,$3<$+",5+$& A%$/,+-/"%&$GG-/-$1/D& IC$+"%%&$1$+FD&$GG-/-$1/D&

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CARATTERISTICHE GEOMETRICHE DELL’ASSORBITORE

Figura B – COP IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA DI INGRESSO DELL’ACQUA DI RAFFREDDAMENTO PER DIVERSI VALORI DELLA TEMPERATURA DI USCITA DELL’ACQUA REFRIGERATA

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Figura C – POTENZA FRIGORIFERA IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA DI INGRESSO DELL’ACQUA DI RAFFREDDAMENTO PER DIVERSI VALORI DELLA TEMPERATURA DI USCITA DELL’ACQUA REFRIGERATA


Superfici di scambio Per quanto riguarda la tipologia delle superfici di scambio, la tecnologia delle macchine ad assorbimento è ancora dominata dagli scambiatori tubolari, sia a fascio tubiero che a serpentina. Questa tipologia di scambiatori comporta notevoli ingombri e non garantisce un’elevata efficienza anche se l’introduzione di tubi con superficie di tipo enhanced ha in parte consentito un miglioramento delle prestazioni ed una riduzione degli ingombri. Recentemente è stata proposta una nuova tipologia di assorbitori a piastre per macchine ad acqua / ammoniaca (Cerezo e al., 2009) che consente una drastica riduzione dei volumi interni, anche se non sono stati ancora completamente risolti i problemi riguardanti le perdite di carico sul lato vapore e la uniforme distribuzione della soluzione. Sorgenti termiche Per quanto riguarda le sorgenti termiche le unità commerciali a bromuro di litio / acqua a singolo e doppio effetto vengono commercializzate nelle versioni

a vapore, ad acqua calda, a fiamma diretta e a gas di scarico. L’unità a triplo effetto è invece solo a fiamma diretta. Per quanto riguarda le macchine ad acqua / ammoniaca normalmente sono a fiamma diretta, anche se nulla vieta di azionarle ad acqua calda. In generale le macchine ad assorbimento risultano economicamente interessanti e concorrenziali quando è disponibile calore da recupero termico oppure da sorgente rinnovabile. A tale scopo le unità ad assorbimento possono essere azionate mediante energia solare oppure mediante recupero termico su gas esausti o fluidi di raffreddamento. Per quanto riguarda le macchine ad assorbimento elio-assistite le unità a singolo effetto possono essere azionate mediante normali collettori solari piani, mentre quelle a doppio effetto richiedono collettori solari evacuati oppure collettori solari con concentratore parabolico: in entrambi i casi si ha comunque una riduzione del COP delle macchine rispetto all’azionamento con normali sorgenti termiche (fiamma diretta, acqua calda, vapore). La soluzione che sembra essere economicamente più favorevole è rappresentata dall’accoppiamento tra macchine a doppio effetto e collettori con concentratore parabolico. Purtroppo anche le soluzioni più promettenti di macchine ad assorbimento elio-assistite non sembrano concorrenziali da un punto di vista economico, né rispetto ai sistemi combinati a concentratori

solari, motore a ciclo Rankine e gruppo frigorifero a compressione di vapore, né rispetto ai sistemi ad assorbimento a ciclo aperto alimentati da collettori solari piani (Infante Ferreira, 2011). Per quanto riguarda le macchine ad assorbimento azionate mediante il recupero termico su gas esausti è ormai consolidata l’applicazione di macchine a bromuro di litio / acqua a singolo effetto azionate dal recupero su motori alternativi a combustione interna oppure a doppio effetto azionate dai gas di scarico di una turbina, mentre risulta molto interessante l’accoppiamento tra macchine ad assorbimento e celle a combustibile.

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Sistemi ad assorbimento a ciclo aperto I sistemi ad assorbimento a ciclo aperto sono basati sulla deumidificazione chimica dell’aria mediante soluzioni igroscopiche. La deumidificazione chimica dell’aria può rappresentare un’interessante alternativa alla tradizionale tecnologia di deumidificazione per raffreddamento al di sotto del punto di rugiada, particolarmente in presenza di carichi termici latenti molto elevati, oppure quando sono richieste condizioni di immissione con valori molto bassi di umidità specifica (temperature di rugiada inferiori a 5°C), oppure quando è disponibile calore di recupero o da fonte rinnovabile per la rigenerazione della soluzione igroscopica (Grossman, 2011). La tecnologia tradizionale di deumidificazione per raffreddamento richiede la somministrazione sia di potenza frigorifera a bassa temperatura che di potenza termica per il post-riscaldamento dell’aria fino alle condizioni di immissione. Questa tecnologia può comportare inoltre problemi di contaminazione batterica dell’aria dovuta ad una non corretta gestione della condensa, mentre il trattamento con soluzioni igroscopiche ha invece un efficace effetto battericida e di rimozione delle polveri dall’aria (Kovac e al., 1997). I sistemi ad assorbimento a ciclo aperto operano a pressione atmosferica e non comportano quindi la costosa realizzazione di recipienti con tenuta in vuoto e pressione come le tradizionali macchine ad assorbimento a ciclo chiuso. La rigenerazione di soluzioni igroscopiche in fase liquida richiede temperature abbastanza ridotte (40-80°C) compatibili con l’utilizzo di semplici collettori solari oppure recuperi termici a bassa temperatura. Soluzioni utilizzate

Le sostanze utilizzate sono in generale o soluzioni di sali igroscopici oppure soluzioni di glicole. Le soluzioni di glicole lavorano molto bene come sostanze deumidificanti e risultano molto meno corrosive delle soluzioni di sali igroscopici. Purtroppo i glicoli hanno una tensione di vapore elevata e possono vaporizzare contaminando sia l’aria di processo che quella di rigenerazione, mentre i sali igroscopici hanno tensione di vapore praticamente nulla e quindi non contaminano i flussi d’aria. Per questo motivo le soluzioni di sali igroscopici dominano attualmente le applicazioni commerciali. La soluzione più utilizzata nella tecnica è quella cloruro di litio / acqua, anche se si conoscono applicazioni con bromuro di litio / acqua e formiato di potassio / acqua. La soluzione cloruro di litio / acqua ha notevoli capacità deumidificanti ed un costo abbastanza contenuto, a fronte però di una elevata aggressività chimica. La soluzione bromuro di litio / acqua è molto efficace come sostanza igroscopica, ma per contro è molto costosa e chimicamente meno stabile. La soluzione formiato di potassio / acqua

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Figura 5 – TIPICO SISTEMA DI DEUMIDIFICAZIONE CHIMICA E RAFFREDDAMENTO DELL’ARIA MEDIANTE SOLUZIONI IGROSCOPICHE. È costituito da una colonna di deumidificazione nella quale l’aria condizionata viene deumidificata dalla soluzione concentrata e da una colonna di rigenerazione nella quale la soluzione diluita viene riscaldata e rigenerata mediante aria ambiente. Scambiatori rigenerativi tra soluzione concentrata e soluzione diluita e scambiatori di riscaldamento/ raffreddamento sensibile dell’aria e della soluzione completano il sistema presenta una minore capacità deumidicante, ma può essere rigenerata a bassa temperatura e risulta molto economica e facile da smaltire in quanto biodegradabile. Tipologie di colonne deumidificazione/assorbimento

Le colonne di deumidificazione / assorbimento possono essere del tipo packed tower, oppure del tipo spray chamber, oppure del tipo sprayed coil come illustrato in figura 6 (Lowenstein, 2008). In una packed tower la soluzione igroscopica viene distribuita uniformemente sulla estremità superiore di un pacco di riempimento e percola verso il basso per gravità irrorando tutta la superficie di scambio mentre l’aria si muove in direzione opposta dal basso verso l’alto realizzando un efficace scambio termico e di massa in controcorrente. Il pacco di riempimento può essere di tipo random o ordinato costituito da elementi di plastica, ceramica, vetro o metallo. Una packed tower garantisce una superficie di scambio molto elevata, ma presenta perdite di carico sul lato aria considerevoli che comportano notevoli costi di pompaggio. L’uso di pacchi di riempimento ordinato costituiti da fogli corrugati offrono un buon compromesso tra perdite di carico e prestazioni di scambio, a fronte però di un costo piuttosto elevato (Longo e Gasparella, 2006 e 2009). In una spray chamber

la soluzione igroscopica viene nebulizzata nel flusso di aria realizzando buone condizioni di scambio termico e di massa con basse perdite di carico sul lato aria. L’aspetto più critico di questo componente è il trascinamento di gocce di soluzione igroscopica nel flusso d’aria (carry over) che richiede la installazione di un sistema di abbattimento delle gocce molto efficiente. Il carry over, oltre a produrre una perdita di sostanza igroscopica, può determinare la contaminazione degli ambienti condizionati e va quindi assolutamente evitato. In una sprayed coil la soluzione igroscopica viene nebulizzata sopra uno scambiatore alettato attraversato sul lato esterno dal flusso dell’aria e raffreddato / riscaldato internamente mediante circolazione di fluido termovettore. Mentre la packed tower e la spray chamber sono adiabatiche e quindi al loro interno si hanno forti riscaldamenti / raffreddamenti dei flussi di aria / soluzione per effetto del calore di assorbimento / desorbimento, la sprayed coil è diabatica e realizza

Figura 6 – DIFFERENTI TIPI DI COLONNE DI DEUMIDIFICAZIONE / RIGENERAZIONE


Case study di una unità ad assorbimento a ciclo aperto utilizzata per il condizionamento invernale di una serra da fiori

Figura D – RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELLA UNITÀ AGAM 1020 In questo “case study” viene condotta l’analisi comparativa tra un sistema tradizionale di condizionamento invernale di una serra per fiori ed un sistema innovativo basato su una unita ad assorbimento a ciclo aperto. L’analisi comparativa è stata condotta nell’inverno del 2010 su due serre identiche da 1500 m² con struttura in acciaio, pareti verticali in Plexiglass da 5 mm e copertura da 0,2 mm in Polietilene utilizzate presso Bergamo per la coltivazione di fiori. Entrambe le serre sono dotate di un sistema di riscaldamento sensibile ad aria calda e di un sistema a ventilazione naturale con aria esterna attraverso aperture controllate sulla copertura. In una delle due serre è installato anche un sistema innovativo basato su una unità ad assorbimento a ciclo aperto AGAM 1020 che lavora con la miscela cloruro di lito / acqua (Assaf e Zieslin, 2003). Questa unità, illustrata in Figura D, è costituita da un pacco di assorbimento nel quale l’aria di processo proveniente dalla serra viene deumidificata dalla soluzione igroscopica e da una sezione di desorbimento nella quale la soluzioni igroscopica riscaldata mediante acqua calda proveniente da una caldaia viene rigenerata. Il sistema prevede il recupero termico sul processo di rigenerazione mediante la condensazione del vapore rilasciato dalla soluzione che serve a riscaldare l’aria di processo deumidificata prima di reimmeterla nella serra (conversione del contenuto latente in riscaldamento sensibile). Si tratta quindi di un sistema che controlla l’umidità dell’aria nella serra e lavora a tutti gli effetti come una pompa di calore che utilizza l’aria di processo da deumidificare come sorgente fredda. Il sistema tratta una portata di circa 10000 m³/h di aria ed è in grado di rimuovere da 13 a 20 kg/h di umidità a seconda che l’acqua calda della caldaia per la rigenerazione della soluzione sia a 70 oppure 85°C. Il fabbisogno energetico del sistema varia da 4200 a 4700 kJ per kg di umidità assorbita e consente di recuperare da 6700 a 7100 kJ di calore sensibile per kg di umidità assorbita. Nella serra tradizionale il controllo della temperatura avviene azionando, mediante un termostato, con logica ON/OFF, il sistema di riscaldamento sensibile ad aria e

trasformazioni molto vicine ad una isoterma. La sprayed coil presenta problematiche di carry over simili alla spray chamber e perdite di carico sul lato aria simili alle packed tower. Al momento le packed tower rappresentano certamente il tipo di soluzione più utilizzata nei sistemi ad assorbimento a ciclo aperto.

quello dell’umidità regolando, mediante un igrostato, il grado di apertura della copertura e quindi la ventilazione con aria esterna. Nella serra innovativa a questo tipo di controllo si aggiunge l’azione della unità di deumidificazione e recupero termico che è controllata con logica ON-OFF da un igrostato ambiente. È stato predisposto un sistema di monitoraggio della temperatura e dell’umidità relativa interna in ciascuna serra ed un sistema di monitoraggio dei fabbisogni energetici dei sistemi di riscaldamento sensibile ad aria calda e della caldaia dedicata alla rigenerazione della soluzione. Le condizioni termoigrometriche dell’aria sono state monitorate disponendo in ciascuna serra otto misuratori di temperatura ed umidità che hanno la capacità di raccogliere e memorizzare fino ad una coppia di misure al secondo. I fabbisogni energetici della serra tradizionale e di quella innovativa sono stati monitorati rilevando il consumo di combustibile della caldaia dedicata alla rigenerazione della soluzione ed il fabbisogno termico dei sistemi di riscaldamento sensibile ad aria calda. Le rilevazioni sperimentali sono state condotte nel periodo dal 20 ottobre al 10 dicembre 2010 quando le serre erano riempite con Stelle di Natale (Euphorbia Pulcherrima). Il sistema innovativo consente un risparmio energetico rispetto a quello tradizionale nell’intero periodo di monitoraggio di circa il 10%. Tenuto conto del fatto che l’unità ad assorbimento è in grado di far fronte a circa un terzo del fabbisogno energetico della serra, in linea di principio sarebbe possibile incrementare il potenziale risparmio energetico fino a circa il 30% aumentando la potenzialità del sistema ad assorbimento fino a coprire il totale fabbisogno della serra. L’analisi fisica delle Stelle di Natale ha mostrato una consistente riduzione della butrite nella serra innovativa rispetto a quella tradizionale a conferma dell’effetto antibatterico del trattamento dell’aria con soluzioni igroscopiche. Questo ha consentito di ridurre drasticamente l’impiego di pesticidi nella serra innovativa rispetto a quella tradizionale con consistenti benefici economici ed ambientali. Figura E – FABBISOGNO ENERGETICO MEDIO GIORNALIERO DELLE SERRE NEL PERIODO DI MONITORAGGIO ASSIEME ALLA MEDIA GIORNALIERA DELLA DIFFERENZA DI TEMPERATURA INTERNO-ESTERNO. Come si può osservare l’andamento dei fabbisogni segue fedelmente l’andamento della differenza di temperatura interno-esterno e, in generale, la serra con impianto di condizionamento innovativo (rosso) presenta fabbisogni inferiori rispetto a quella tradizionale (blu)

Problematiche più diffuse

I principali problemi tecnologici dei sistemi ad assorbimento a ciclo aperto sono legati a: • corrosione dovuta all’aggressività chimica delle soluzioni di sali igroscopici: si può contenere utilizzando scambiatori di calore, macchinari e canalizzazioni in materiale plastico. • carry over della soluzione igroscopica nei flussi di aria con conseguente perdita di carica e

contaminazione degli ambienti condizionati e dell’ambiente esterno: si può evitare con un attento dimensionamento delle colonne di deumidificazione / rigenerazione e la disposizione di efficaci sistemi di abbattimento delle gocce. • degrado della soluzione igroscopica per inquinamento in polveri: si può contenere mediante una accurata filtrazione dell’aria e la periodica sostituzione della carica igroscopica.

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SISTEMI AD ADSORBIMENTO L’adsorbimento comprende sia le macchine ad adsorbimento a ciclo chiuso che i sistemi di deumidificazione a ciclo aperto basati su ruote di deumidificazione.

Macchine ad adsorbimento Le macchine ad adsorbimento sfruttano la proprietà di alcune sostanze in fase solida di assorbire i vapori di altre e di rilasciarli mediante riscaldamento per creare un effetto utile frigorifero. Il più semplice schema di funzionamento di una macchina frigorifera ad adsorbimento è quello illustrato in Figura 7. Chiaramente qui si ha una macchina frigorifera a funzionamento intermittente. Per realizzare una macchina a funzionamento continuo è necessario adottare uno schema con

Figura 7 – RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DI UNA MACCHINA FRIGORIFERA AD ADSORBIMENTO A FUNZIONAMENTO INTERMITTENTE. Durante la fase di assorbimento la valvola 1 è ON, la valvola 2 è OFF ed il fluido frigorigeno evapora nell’evaporatore creando l’effetto utile e viene assorbito dalle sostanze igroscopiche solide presenti nell’assorbitore raffreddato per scambio termico con l’ambiente esterno. Nella fase di rigenerazione la valvola 1 è OFF, la valvola 2 è ON e le sostanze igroscopiche presenti nell’assorbitore vengono riscaldate mediante l’apporto di calore esterno rilasciando i vapori di fluido frigorigeno che vanno a condensare nel condensatore raffreddato per scambio termico con l’ambiente

Tabella 6 – Caratteristiche delle sostanze operative nellE macchine ad adsorbimento 8..2+#$3,$& F/0/,%)7"0) O"'0/&") 3%(.'#/)%&&/>/) 30'(5('),%0,/')

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due assorbitori come quello illustrato in Figura 8 in modo che mentre uno lavora in assorbimento l’altro si sta rigenerando. Per migliorare l’efficienza termodinamica della macchina è poi necessario attuare una scambio termico e di massa rigenerativo tra i due assorbitori (Wang, 2001). Lo sviluppo di queste macchine è iniziato negli anni ’20 con le prime unità a silica gel / acqua ed ha quindi visto l’introduzione di nuove sostanze assorbenti e nuovi fluidi frigorigeni, come illustrato in Tabella 6 (Srivastava e Eames, 1998). A partire dagli anni ’80 sono state presentate diverse unità commerciali ad adsorbimento che vanno dalle unità di piccola potenza per la produzione di ghiaccio a quelle di di media e grande potenza per il condizionamento dell’aria e la refrigerazione. Le macchine ad adsorbimento presentano il vantaggio di richiedere in generale calore di rigenerazione a bassa temperatura che si può ottenere da recupero termico, come ad esempio dall’acqua Figura 10 – RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DI UNA UTA CON RUOTA DI DEUMIDIFICAZIONE

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della camicia di raffreddamento dei motori a combustione interna, oppure da sorgenti rinnovabili come ad esempio semplici collettori solari piani. Per contro sono ingombranti e costose ed hanno efficienza modesta. Infatti sulla base dei dati riportati in Tabella I il costo specifico del kW frigorifero ad adsorbimento varia da da 2,5 a 3 volte il costo delle macchine a compressione di vapore e da 1,25 a 2 volte il costo delle macchine ad assorbimento. Il COP delle macchine a silica gel varia da 0,3 a 0,5 per le versioni ad acqua calda e da 0,1 a 0,2 per le versioni elio-assistite. Le linee di ricerca sulle macchine ad adsorbimento sono rivolte allo sviluppo di nuove sostanze operative, di letti di assorbimento compatti, ad elevata conduttività termica e con un efficace sistema di raffreddamento / riscaldamento, all’integrazione tra la macchina ad adsorbimento, le torri di raffreddamento e gli accumuli termici.

Sistemi a ruota di deumidificazione I sistemi ad adsorbimento a ciclo aperto sono basati sulla deumidificazione chimica dell’aria mediante Figura 9 – RUOTA DI DEUMIDIFICAZIONE

Figura 8 – RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DI UNA MACCHINA FRIGORIFERA AD ADSORBIMENTO A FUNZIONAMENTO CONTINUO

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ruote di deumidificazione. Una ruota di deumidificazione (Figura 9) è un reattore rotante che contiene materiale igroscopico impaccato oppure impregnato su una matrice che durante la rotazione attraversa la sezione di deumidificazione, dove passa l’aria di processo da deumidificare, e la sezione di rigenerazione dove passa aria calda che serve a rigenerare la matrice igroscopica. Tra la sezione di rigenerazione e quella di deumidificazione è posizionata una sezione di purga nell’attraversamento della quale la matrice si raffredda e depura dopo il processo di rigenerazione. La rigenerazione può essere condotta con aria riscaldata a mediabassa temperatura mediante calore di recupero oppure da fonte rinnovabile (solare) oppure ad alta temperatura utilizzando i prodotti della combustione provenienti da un bruciatore a gas. La matrice igroscopica è di solito costituita da fogli corrugati di carta, oppure materiale

BIBLIOGRAFIA

plastico, oppure metallico impregnati o ricoperti di sostante igroscopiche disposti secondo una struttura honeycomb in modo da realizzare un elevato rapporto superficie / volume. Le sostanze igroscopiche utilizzate sono il silica gel, il cloruro di litio, il cloruro di calcio, la zeolite, i setacci molecolari. Le ruote di deumidificazione vengono inserire in Unità di Trattamento Aria (UTA) come quella illustrata in Figura 10 in modo da realizzare un vero e proprio ciclo di condizionamento. L’aria di rinnovo attraversa la ruota di deumidificazione dalla quale, per effetto del processo di adsorbimento, esce deumidificata e riscaldata. Passa quindi uno scambiatore rigenerativo dove subisce un raffreddamento sensibile pre-riscaldando l’aria di rigenerazione. L’aria subisce infine un raffreddamento per saturazione adiabatica raggiungendo i livelli di temperatura ed umidità di immissione nell’ambiente condizionato. Sull’altro lato l’aria di espulsione subisce un raffreddamento per saturazione adiabatica, quindi si riscalda nell’attraversamento dello scambiatore rigenerativo e poi subisce il riscaldamento finale fino alle condizioni di rigenerazione mediante apporto di calore esterno da recupero termico, oppure da sorgente rinnovabile (solare), oppure da un processo di combustione.

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I sistemi ad adsorbimento a ciclo aperto basati su ruote di deumidificazione sono affidabili e presentano COP che possono arrivare a valori di 0,8–1,0 per sistemi con azionamento mediante processi di combustione, mente il COP scende a valori di 0,4-0,6 per sistemi elio-assistiti. Inoltre questi sistemi possono essere economicamente concorrenziali rispetto ai tradizionali sistemi di condizionamento dell’aria basati su macchine frigorifere a compressione di vapore, in particolare quando si opera con elevati carichi termici latenti e quindi sono richiesti valori di umidità di immissione dell’aria particolarmente bassi (temperature di rugiada di immissione inferiori a 5°C). Anche il trattamento dell’aria con ruote di deumidificazione produce un efficace effetto battericida e di rimozione delle polveri (Kovac e al., 1997). Le linee di ricerca sui sistemi a ruote di deumidificazione sono rivolte allo sviluppo di nuove sostanze igroscopiche con superiori capacità di deumidificazione che richiedano più base temperature di rigenerazione, all’integrazione di sostanze igroscopiche in formulazione nanometrica per aumentare il rapporto superficie volume e ridurre le dimensioni delle ruote che attualmente rappresentano uno degli aspetti critici del componente, allo sviluppo di processi di rigenerazione multistadio per ridurre il livello termico del processo, al miglioramento della strategia di gestione (velocità di rotazione, temperatura di rigenerazione, ampiezza delle sezioni di deumidificazione, rigenerazione, purga).

CONCLUSIONI

I dati di mercato e l’analisi sullo stato dell’arte e sugli sviluppi più innovativi della “Sorption Technology”, assieme alla valutazione di due “case studies”, mostrano come si tratti di una tecnologia di nicchia che può risultare competitiva rispetto alla tradizionale tecnologia a compressione di vapore solo in condizioni particolari come ad esempio la disponibilità di calore di scarto o calore proveniente da fonte rinnovabile, la indisponibilità di linee di potenza elettrica, oppure specifiche normative sull’impatto ambientale, oppure benefici di tipo accessorio sulla qualità dell’aria. Le tradizionali macchine ad assorbimento hanno ancora costi specifici dal 20 al 150% superiori e quelle ad adsorbimento dal 150 al 200% superiori rispetto ai sistemi a compressione di vapore, mentre i sistemi a ciclo aperto, sia con soluzioni igroscopiche che con ruote di deumidificazione, possono essere, in certe condizioni, già economicamente competitivi. n

* Giovanni Antonio Longo, Dipartimento di Tecnica e Gestione dei Sistemi Industriali, Università degli Studi di Padova

#22

45


Fluidi frigorigeni

Quanto è

sostenibile l’R422D?

La sostituzione dell’R22 con l’R422D: analisi di impatto ambientale in termini di effetto serra di Ciro Aprea, Gerardo Cardillo, Adriana Greco e Angelo Maiorino *

I

l continuo assottigliamento della fascia di ozono atmosferico che protegge la superficie della Terra dalle radiazioni UV ha portato alla ratificazione di trattati internazionali per richiedere una graduale sostituzione dei fluidi alogenati. Come diretta conseguenza [1, 2] i CloroFluoroCarburi (CFC), che sono stati ampiamente utilizzati come fluidi di lavoro nelle macchine per la refrigerazione e il condizionamento dell’aria, sono stati dichiarati fuori legge dal 1995. Al contempo è stata programmata la graduale dismissione degli IdroCloroFluoroCarburi (HCFC), sostituti temporanei dei CFC. Il programma di progressiva riduzione della produzione e della dismissione degli HCFC si sviluppa attraverso le seguenti date: dal 1°gennaio 2004 riduzione della produzione del 35%, dal 1°gennaio 2010 riduzione della produzione del 65%, dal 1°gennaio 2015 riduzione della produzione del 90%, dal 1°gennaio 2020 riduzione della produzione del 99,5%, dal

46

#22

1°gennaio 2040 messa al bando anche nei Paesi in via di sviluppo. Per l’Unione Europea (UE) l’impegno è di ridurre dell’8% le emissioni di gas serra entro il 2012 rispetto ai livelli del 1990. Questo impegno è poi stato ripartito tra gli Stati Membri dell’UE attraverso un processo negoziale. Per l’Italia l’impegno è di ridurre del 6,5% le emissioni di gas serra entro il 2012 rispetto ai livelli del 1990. Pertanto, tenendo conto sia delle normative che riguardano la distruzione dell’ozono che di quelle che riguardano l’effetto serra, nel campo della refrigerazione nasce l’esigenza di una nuova classe di refrigeranti alternativi che possano rispettare sia i limiti sull’ODP che quelli sul GWP [6]. Il Parlamento Europeo ha stabilito una normativa sugli F-gas che prevede la messa al bando di refrigeranti con GWP maggiore di 150 nei condizionatori delle auto a partire dal 2017 [7,8]. Un impianto a compressione di vapore

contribuisce all’effetto serra sia in modo diretto che indiretto. Il contributo diretto è legato alle perdite occasionali di refrigerante dall’impianto o a quelle a fine vita utile. Il refrigerante rilasciato in atmosfera a causa del suo GWP contribuisce all’effetto serra: maggiore è il suo GWP maggiore è questo contributo. Il contributo indiretto è legato al consumo di energia elettrica necessario al funzionamento dell’impianto stesso. L’energia elettrica è infatti prodotta bruciando combustibile fossile, per cui minore è l’efficienza energetica dell’impianto maggiore è questo contributo. Il concetto di TEWI è stato sviluppato proprio per tenere in conto entrambi questi contributi [9].


Sostituire l’R22 L’R22 è uno dei refrigeranti più usati in applicazioni commerciali, domestiche e industriali e quindi la sua sostituzione coinvolge un grandissimo numero di impianti nel mondo. Pertanto il problema della sua sostituzione in impianti pre-esistenti è uno dei più sentiti, dato che è molto più conveniente piuttosto che riprogettare l'impianto ex novo. I possibili sostituti devono pertanto essere non solo non dannosi per l’ambiente e sicuri, ma anche compatibili con l’olio lubrificante, i filtri e le tenute. Per valutare il sostituto più idoneo per l’applicazione analizzata è necessario valutare le prestazioni energetiche dell’impianto dopo la sostituzione. Pertanto uno degli obbiettivi primari è quello di identificare un sostituto che possa migliorare le prestazioni energetiche. Molti gruppi di ricerca hanno indagato le prestazioni energetiche degli impianti con sostituti dell’R22 [11, 12]. Tra i sostituti analizzati uno dei più quotati nelle applicazioni commerciali e l’R407C, che sebbene presenti proprietà termo fisiche simili all’R22 e sia non tossico, non infiammabile, non nocivo per l’ozono stratosferico, tuttavia è incompatibile con l’olio di lubrificazione minerale e alchil-benzenico. Per questo motivo, la sostituzione dell'R22 richiede anche la

sostituzione dell’olio con un olio poliestere, operazione non facile e costosa. Inoltre, risultati sperimentali hanno mostrato che la sostituzione dell’R22 con l'R407C comporta anche uno scadimento delle prestazioni energetiche dell’impianto [13]. Recenti studi hanno portato all’identificazione di altri possibili sostituti quali R422A, R422B, R422C e R422D. Tra questi in particolare l’R422D è un fluido di facile utilizzo, non dannoso per l’ozono, concepito per la sostituzione dell’R22 negli impianti ad espansione diretta ad acquae che può essere usato nelle applicazioni residenziali e commerciali in sistemi a medio-bassa temperatura. L'R422D non richiede la sostituzione dell’olio di lubrificazione perché è compatibile con l’olio minerale [14]. Inoltre, studi sperimentali hanno mostrato che con la sostituzione diretta di tale fluido si ottengono prestazioni energetiche soddisfacenti per molte applicazioni, con carichi frigoriferi molto vicini a quelli ottenuti con l’R22 e con temperature del refrigerante in uscita dal compressore molto più basse. La Tabella 1 mostra un confronto tra proprietà termofisiche e ambientali dell’R22 con quelle dei suoi due possibili sostituti, l'R407C e l'R422D. In questo articolo è stato innanzitutto analizzato il problema della sostituzione diretta dell’R22 con R422D in termini di effetto serra globale. Dalla Tabella 1 si evince che il GWP dell’R422D è più alto di quello dell’R22 [15, 10], quindi anche il contributo diretto all’effetto serra sarà più alto. Bisogna quindi valutare il contributo indiretto. Arora e Sachdev [16] hanno effettuato un'analisi energetica ed economica basata su un modello teorico dei cicli funzionanti a R22 e a R422D. Da tali analisi si è verificato che le prestazioni energetiche

Tabella 1 – Proprietà dei fluidi refrigeranti Fluido refrigerante

R22

Composizione (% in peso)

R22

ODP

0.05

Tbp, 100 kPa (°C)

-40,8

GWP100 Tc (°C)

psat a 40°C (kPa)

1700 96,1

1533,6

R422D

R407C

0

0

31,5 % R134a 65,1 % R125 3,4 % R600a 2230

-43,5 79,6

1555,0

23 % R32 25 % R125 52 % R134A 1600

-43,9 86,0

1749,0

ΔTg a 40°C pressione di vapore saturo (°C)

0

2,46

4,90

ΔTg a 0°C pressione di vapore saturo (°C)

0

3,56

6,12

How sustainable is the R422D?

In this article an experimental analysis to evaluate the environmental impact is carried out. The replacement of R22 in existing systems is considered, in terms of global greenhouse effect. The environmental impact is analysed using TEWI. It is carried out an analysis to minimize this impact and to assess under which operating conditions such substitution is eco-friendly. Keywords: Experimental analysis, R22, R422D, replacement, TEWI

dell’R422D sono sempre inferiori rispetto a quelle dell’R22. Mancano però dati sperimentali per verificare tali risultati teorici. È stato poi effettuato un confronto tra i due fluidi sulla base di valori del TEWI ricavati da dati sperimentali per un impianto ad espansione diretta per applicazioni commerciali. Le condizioni di prova testate corrispondono ad applicazioni a temperature medio-basse per la conservazione di carne, pesce e prodotti caseari, e a temperature alte per il condizionamento dell’aria. A valle della valutazione di impatto ambientale è stata infine effettuata un'analisi di sensibilità al variare dei parametri operativi per valutare i possibili campi di funzionamento in cui il sistema a R422D sia eco-compatibile in termini di contributo all’effetto serra.

ANALISI DEL TEWI Il concetto di TEWI è stato introdotto per avere una valutazione globale dell’effetto del refrigerante in termini di effetto serra; infatti, questo indice è in grado di valutare sia il contributo diretto che quello indiretto in base ai parametri operativi e di funzionamento dell’impianto [17]. Per valutare tale indice Coulbourne e Suen proposero la seguente equazione [18]: TEWI = CO2,dir + CO2,indir [kgCO2] CO2,dir = m · L · Sl · GWP100 [kgCO2] (1) CO2,indir = E · Sl · r [kgCO2] La carica di refrigerante (m) è la quantità di refrigerante introdotta nell’impianto, che dipende dalle dimensioni dell’impianto e dal tipo di refrigerante. Di solito viene definita carica corretta la quantità di refrigerante che garantisce che il fluido arrivi all’evaporatore adeguatamente umido. Le perdite di carica (L) sono caratteristiche dei gruppi non ermetici e sono legate sia a eventi occasionali che alla quantità che non può essere recuperata a fine vita utile dell’impianto. In base alle normative introdotte dal Protocollo di Kyoto, le restrizioni sugli F-gas prevedono una sostanziale riduzione delle perdite di refrigerante, con particolare attenzione a quelle legate alla fine vita utile dell’impianto. Per tutti gli impianti il Parlamento Europeo ha imposto un controllo molto stretto per contenere al minimo le perdite negli impianti (manutenzione controllata, sistemi di rilevazione, recupero di refrigerante etc…). In questo scenario pertanto le perdite a fine vita utile non devono essere considerate e quindi sono legate solo ad eventi occasionali. La vita utile dell’impianto (Sl) è legata al numero di ore di funzionamento. Il consumo di energia dell’impianto (E) rappresenta l’energia elettrica necessaria al suo funzionamento, che tipicamente si ottiene bruciando del combustibile fossile nella centrale di produzione dell’energia. La quantità di CO2 emessa dipende dal combustibile fossile bruciato. In letteratura sono disponibili valori medi di CO2 rilasciata per kWh di energia elettrica prodotta (r) [19,20], che

#22

47


Tabella 2 – Parametri utilizzati nell’equazione (1) Grandezza

Valore

Note

r

0,59

[21]

Sl l

mR22

mR422D

1 anno 10 %

2,50 kg 2,30 kg

Figura 1 – Schema dell’impianto sperimentale

25 °C

PID

Cfr. testo

Condensatore

[22]

Evaporatore

Ricavato dagli Autori Ricavato dagli Autori

P,T

variano per ogni nazione del mondo e rappresentano quindi valori medi rappresentativi della produzione di energia elettrica. Le nazioni che fanno un maggior uso di energie rinnovabili sono caratterizzate da un valore minore di r. Per l’Italia il valore di r medio è pari a 0,59 kg CO2/kWhe. Il GWP rappresenta l’effetto serra diretto del refrigerante rilasciato in atmosfera, che dipende dalle emissioni, dall’intervallo di vita in atmosfera e dalle proprietà di assorbimento del refrigerante nell’infrarosso. GWP100 è basato su un intervallo di tempo di 100 anni ed è riferito attribuendo un valore unitario alla CO2. Per stabilire l’incertezza del TEWI si deve applicare la teoria della propagazione dell’errore all’equazione (1) che lo definisce. Sand e altri [17] suggerirono di attribuire un’incertezza minima del 20% su valori dei GWP assegnati ai refrigeranti dal Gruppo di esperti intergovernativi sui cambiamenti del clima (Intergovermental Panel on Climate Change IPCC). Combinando il valore dell'incertezza del GWP con quello relativo alle misure effettuate è stata stimata un’incertezza del TEWI pari al 10%.

ANALISI SPERIMENTALE Il TEWI viene definito dall’equazione (1). In questa equazione le grandezze misurate sono la carica di refrigerante e l’energia consumata; gli altri valori presenti nell’equazioni sono stati derivati da dati disponibili in letteratura. In Tabella 2 sono riportati i valori utilizzati per l’analisi.

Impianto sperimentale Uno schema dell’impianto sperimentale è mostrato in Figura 1. Esso è composto da un compressore reciproco semi-ermetico, un condensatore ad aria seguito da un ricevitore di liquido, una valvola termostatica per R22, un evaporatore ad aria messo in una cella che simula l’ambiente da refrigerare. Il compressore, in base alle indicazioni del costruttore, può lavorare con R22 usando per la lubrificazione l’olio minerale. Con una temperatura di evaporazione variabile tra -20 e 10°C e una temperatura di condensazione pari a 35°C, alla frequenza di 50 Hz, il carico frigorifero è variabile tra 1,4 e 4,4 kW. Il condensatore è provvisto di un canale di imbocco per l’aria all’interno del quale sono collocate delle resistenze elettriche il cui scopo è quello di innalzare la temperatura dell’aria a un

48

#22

P,T

Compressore

P,T

P,T P,T

Scambiatori di calore

 m

-5 °C

+ -

Regolatore di tensione Alimentazione elettrica

 , W

E

 , W

Alimentazione

E

elettrica

Tabella 3 – Caratteristiche de sensori Sensore

Misuratore di portata massica ad effetto Coriolis RTD 100 4 fili

Misuratori di pressione piezoelettrici Wattmetro

Misuratore di Energia Bilancia

valore voluto, prima che questa investa i fasci tuberi dello scambiatore, in modo da simulare diverse condizioni termiche ambientali. Per fissare la temperatura dell’aria è possibile variare il carico elettrico assorbito dalle resistenze attraverso un controllore di tipo PID. Il carico frigorifero nella cella è stato simulato attraverso scambiatori di calore alimentati da resistenze elettriche collegate a un regolatore di tensione. Per mantenere la temperatura dell’aria costante nella cella è stato creato un sistema di controllo che funziona in base a cicli di accensione/spegnimento del compressore e del ventilatore che muove l’aria sugli scambiatori di calore. In Tabella 3 sono riportate tutte le caratteristiche dei sensori utilizzati nell’impianto e rappresentati in Figura 1. Le termoresistenze sono posizionate sulle tubazioni su uno strato di materiale ad alta conducibilità (ossido di alluminio e silicone) che favorisce il contatto termico tra il sensore e la tubazione. Tutte le tubazioni dell’impianto sono isolate con un tubo flessibile di materiale isolante dello spessore di 25 mm. Un wattmetro

Range

0 ÷ 2 kg min

-1

100 ÷ 500 °C 1 ÷ 10 bar; 1 ÷ 30 bar 0 ÷ 3 kW

0 ÷ 1 MWh 0 ÷ 100 kg

Incertezza

± 0,2%

± 0,15°C ± 0,2%

± 0,5% F.S ± 0,2% ±1 %

± 0,2%

misura la potenza elettrica assorbita dal compressore, dai ventilatori e da tutti gli altri componenti accessori per il funzionamento dell’impianto. Il consumo di energia dell’impianto è misurato attraverso un misuratore di energia. I segnali provenienti dai sensori sono prelevati da un sistema di acquisizione dati, inviati ad un personal computer ed elaborati.

Procedura sperimentale L’analisi sperimentale è iniziata facendo funzionare l’impianto con R22. Successivamente nell’impianto è stato sostituito l’R422D in accordo con la procedura descritta in [14]. La regolazione della valvola di laminazione è stata aggiustata in modo da operare con R422D con lo stesso surriscaldamento. Per entrambi i refrigeranti la carica di refrigerante adeguata è


stata determinata seguendo la stessa procedura, in modo da garantire che il fluido refrigerante arrivasse all’evaporatore adeguatamente umido. La temperatura dell’aria al condensatore è stata fissata a 24°C, mentre la temperatura dell’aria all’interno della camera climatica è stata fissata a -5°C con un carico frigorifero di 1000 W. L’impianto è stato prima svuotato con una pompa del vuoto e successivamente sono stati introdotti 0,40 kg di refrigerante a circuito fermo, in modo da preservare il motore elettrico del compressore dal surriscaldamento. Successivamente l’impianto è stato messo in funzione. Durante il funzionamento è stato monitorato il valore del surriscaldamento (differenza tra la temperatura di fine evaporazione e la temperatura all’ingresso del compressore). È stato progressivamente introdotto refrigerante nella quantità di 0,10 kg alla volta finché il surriscaldamento non ha raggiunto valori di 7-10°C. Le cariche di refrigerante per i due fluidi così determinate sono riportate in Tabella 2. A questo punto si è proceduto a valutare il consumo di energia dell’impianto con riferimento a un anno di funzionamento. L’impianto è stato testato in corrispondenza di quattro diverse temperature della cella pari a -5, 0, 5, 10°C. Per quanto riguarda l’aria esterna ci si è riferiti ai valori riportati in Tabella 4, che rappresentano i valori tipici di temperatura annuali della città di Milano. Dato che la Tabella fornisce le variazioni di temperatura giornaliera per ogni mese dell’anno, sono state effettuate prove sperimentali della durata di 24 ore. I dati della Tabella 4 sono stati usati come database per il controllore PID che modula l’alimentazione delle resistenze che regalano la temperatura dell’aria nel canale in ingresso al condensatore. Per ogni esperimento è stato valutato il consumo di energia giornaliero dell’impianto. Per valutare le prestazioni energetiche dell’impianto sono necessarie condizioni di funzionamento in regime stazionario. A tal fine è stato testato il funzionamento dell’impianto alle quattro temperature considerate. In queste prove il controllore PID è stato spento e

Tabella 4 – Variazioni della temperatura esterna dell’aria a Milano Ora 0 1 2 3 4 5 6

Gennaio

Febbraio

Marzo

Aprile

11,4

12,7

15,7

17,5

[°C] 10,8 10,2 9,8 9,4 9,3 9,5

7

10,1

9

12,8

8 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

11,2 14,6 16,6 18,5 20,1 20,9 21,3 20,9 20,1 18,8 17,2 15,6 14,3 13,1 12,2

[°C] 12,1 11,5 11,1

[°C] 15,9 14,5 14

10,7

13,7

10,8

13,8

10,6 11,4 12,5 14,1

13,5 14,4 15,5 17

15,9

18,8

19,8

22,8

17,9 21,3

20,9

17,8 16,3 15,9 15,5 15,4 15,6

Maggio Giugno [°C]

[°C]

20,2

21,9

19,9 18,7 18,3 17,9 17,8 18

16,2

18,6

18,9

21,3

17,3 20,7 22,7 24,6

19,7 23,1 25,1 27

26,1

28,5

25,5

27,4

29,8

24,3

26,2

18,5

21,5

23,3

15,6

18,6

22,2 22,6 22,2 21,4 20,1 16,9 14,4 13,5

24,2

[°C]

25,2 25,2 23

19,9 17,4 16,4

27 27

24,9 21,7 20,4 19,2 18,3

29,4 29,4 28,6 27,3 25,7 24,1 22,8 21,6 20,7

21,6 20,4

Luglio

Agosto

Settembre

Ottobre

Novembre

Dicembre

22,2

22,35

21

18,6

15,1

12,2

21

21,15

[°C] 21,6

19,9

20,5

19,4

20

19,6

20,1

19,7

20,2

21,4

21,9

20,3 22,9 24,7 26,8 28,7 30,1 31,1 31,4

20,8 23,5 25,3 27,3 29,2 30,7 31,6 32

31,1

31,6

28,9

29,5

30,2 27,4 25,8 24,6 23,3 22,3

la temperatura dell’aria nel canale è stata fissata ad un valore di riferimento pari a 21°C (valore medio dei dati riportati in Tabella 4). Normalmente il tempo di andata a regime dell’impianto è pari a un'ora. L’impianto si considera a regime quando le deviazioni delle variabili controllate sono inferiori a 0,5°C per le temperature e 15 kPa per le pressioni. Raggiunte le condizioni di regime si procede all’acquisizione dati con un frequenza di 0,5 Hz per 60 secondi. Per ogni canale i 120 valori letti vengono mediati. Ogni 180 s, ciascun valore medio nei 60 s seguenti viene confrontato con il valore medio precedente; se si constata che i valori medi delle temperature e delle pressioni si trovano nel range di deviazione riportato prima, allora la prova si considera in regime stazionario.

Elaborazione dei dati sperimentali Per elaborare il gran numero di dati ottenuti è stato adoperato il software FrigoCheck v. 1.0, elaborato dagli Autori, in grado di valutare in tempo reale il coefficiente di prestazione del ciclo, l’entalpia e l’entropia in ogni punto monitorato e di rappresentare il ciclo su un piano p-h. Dato che sono stati misurati i consumi di energia per ogni giorno del mese di un anno (Ed,i), è possibile calcolare i consumi mensili come: Em,i = Ed,i · NDi (2) dove il pedice i si riferisce al generico mese e ND è il numero di giorni del mese considerato. In questo modo è possibile ottenere il consumo annuale sommando i consumi mensili: E = ∑ m,i (3) i L’incertezza relativa al consumo annuale è pari a ± 1%.

30,8 27,9 26,4 25

23,8 22,9

[°C]

[°C]

21,75

20,4

20,65

19,4

20,25

16,6

19,1

16,7

13,2

10,3

18,4

14,9

11,9

19,7

25,45 27,45 29,35 30,85 31,75 32,15 31,75 30,95 29,65 28,05 26,55 25,15 23,95 23,05

20,8 22,4

17

16,5 17,3 20

24,2

21,8

28,1

25,7

26,2 29,6 30,5 30,9 30,5 29,7 28,4

23,8 27,2 28,1 28,5

13

13,8 16,5 18,3 20,3 22,2 23,7 24,6 25

10,1 10

10,9 13,5 15,3 17,3 19,3 20,7 21,7 22

21,7

26

22,5

19,5

27,3

23,9

21,5

21,8

13,1

11

10,5

24,6

24,4

22,7

13,5

28,1

26,4 25,2

13,9

11,6

19

20,95 23,65

14,5

[°C]

17,4

18,9

22,05

18

[°C]

19,8

20,15 20,35

[°C]

22,8 20,3 19,4

23,8 20,9 19,3 18

16,8 15,9

20,8 17,9 16,4 15,1 13,9 12,9

Nelle prove in condizione di regime stazionario l’efficienza energetica dell’impianto, COP, è valutato come: m.(hout,EV – hin,EV) COP = ————————— w.el

(4)

L’incertezza sul COP è stata valutata con il metodo di Moffat [23] ed è pari a + 2,5%. È stato valutato anche il rendimento di seconda legge dell’impianto come: COP COP ε= ————— = ————— COPMCI Tex – Tcold Tcold

(5)

Analisi di sensibilità per trovare la strategia di sostituzione ottimale Dopo aver valutato il TEWI per entrambi i fluidi frigorigeni ci si è posti il problema di ridurre il TEWI dell’R422D. A tal fine è stata effettuata una analisi dei diversi scenari in modo da trovare la giusta strategia di sostituzione. Nell’equazione (1) sono stati individuati due parametri: le perdite di refrigerante annue (che modificano il contributo diretto) e il risparmio di energia (che modifica il contributo indiretto). In una prima analisi di sensibilità sono state fatte variare le perdite di refrigerante annuali (nel range 5 – 10%) a parità di tutti gli altri parametri e si è valutato il ΔTEWI definito come: TEWIR422D – TEWIR22 ΔTEWI = ——————————— TEWIR22

(6)

In una seconda analisi di sensibilità è stato fatto variare il consumo annuale di energia (nel

#22

49


Tabella 5 – Consumo di energia giornaliero

range 0-100%) a parità di tutti gli altri parametri e si è anche in questo caso valutato il ΔTEWI. In una terza analisi di sensibilità sono stati fatti variare tutti e due i parametri.

-5 °C

50

#22

0 °C

+5 °C

10 °C

R22 R422D R22 R422D R22 R422D R22 R422D

RISULTATI SPERIMENTALI

Gennaio

(Wh)

(Wh)

(Wh)

(Wh)

(Wh)

(Wh)

(Wh)

(Wh)

5017

5280

3166

3529

1873

2188

1086

1395

4848

Febbraio Marzo

5080

5430

Aprile

5772

5701

Maggio

6098

6075

Giugno

6551

6348

Luglio

6884

6436

Agosto

6991

6461

7022

Settembre 6246 Ottobre

5864

Dicembre

4944

6759 6295

Novembre 5346

5671 5193

3051

3392

3448

3868

3635

4093

3893

4405

4082

4636

4143

4710

4161

4731

4011

4549

3747

4229

3390

3798

3116

3470

1800

2097

2053

2416

2173

2567

2339

2779

2461

2937

2500

2987

2512

3002

2415

2878

2245

2660

2016

2369

1842

2149

1039 1202 1279 1387 1468 1494 1501 1437 1326 1178 1066

1334 1547 1648 1791 1897 1931 1941 1857 1710 1516 1369

Tabella 6 – Consumo di energia mensile

R22

Consumo di energia mensile (Em,i)

-5 °C

(Wh)

R422D (Wh)

R22

0 °C

R422D

(Wh)

(Wh)

+5 °C

R22

R422D

(Wh)

(Wh)

10 °C

R22

R422D

(Wh)

(Wh)

Gennaio

150295 157473

94568

105144

55809

64994

32220

41354

Marzo

168338 178940

106893 119904

63650

74888

37250

47951

188323 203066

120670 136553

Febbraio

140481 147833

Aprile

171040 182945

Maggio Giugno

190455 206521

Luglio

199505 216713

Agosto

200298 217685

Settembre Ottobre

187370 202755

Novembre Dicembre

181794 195150 160377 170141 153268 160987

2500

Consumi annui (kWh)

In una prima fase delle sperimentazione è stata valutata la carica sia per l’R22 che per l’R422D. Come riportato in Tabella 2, la carica di R22 è maggiore di 0,20 kg rispetto a quella di R422D, il che corrisponde ad una riduzione della carica dell’impianto pari all’8%. È stato poi valutato il consumo di energia giornaliero (Ed,i) per ogni condizione di test. I risultati per i due fluidi in corrispondenza delle diverse temperature della cella sono riportati in Tabella 5. Tali risultati sono stati utilizzati per valutare i consumi mensili (riportati in Tabella 6) e quindi i consumi annuali riportati in Figura 2. Dalla figura appare chiaro che i consumi annuali dell’R422D sono maggiori rispetto a quelli dell’R22 (da un minimo del 7,1 a un massimo del 28,9%). Inoltre, per entrambi i fluidi i consumi diminuiscono all’aumentare della temperatura della cella. Questo si può facilmente spiegare considerando la diminuzione della differenza di temperatura tra ambiente esterno e cella frigorifera. In Figura 3 è stato riportato il TEWI per entrambi i fluidi al variare delle temperatura della cella. Come ci si aspettava, il TEWI dell’R422D è sempre superiore rispetto a quello dell’R22, quindi utilizzare l’R422D comporta un maggior impatto ambientale in termini di effetto serra globale. Nella figura 4 è mostrata l’influenza del contributo diretto e indiretto al TEWI per entrambi i fluidi. Dato che l’R422D ha un GWP superiore del 50% rispetto a quello dell’R22, anche se il suo uso comporta una diminuzione della carica dell’8%, il suo contributo diretto è comunque superiore del 42%. L’effetto indiretto dell’R422D è sempre maggiore rispetto a quello dell’R22; in particolare la differenza cresce all’aumentare della temperatura della cella, passando dal 7,1 al 28,9%. In Figura 5 sono stati riportati il COP e il rendimento ε in funzione della temperatura della cella. Il COP di entrambi i fluidi aumenta all’aumentare della temperatura della cella. La figura mostra inoltre che sia il COP che ε dell’R22 sono sempre superiori rispetto a quelli dell’R422D. La differenza tra i COP dei due fluidi è mediamente del 20% e aumenta con la temperatura della cella. Per spiegare questi andamenti, in figura 6 sono riportate le pressioni all’evaporatore e al condensatore per i due fluidi in funzione della temperatura della cella. Si nota chiaramente che mentre la pressione di evaporazione è simile, quella al condensatore è maggiore per l’R422D che per l’R22. Pertanto quando l’R422D è usato come refrigerante nell’impianto l’area di scambio del condensatore è insufficiente. Inoltre, aumentando la pressione

Consumo di energia giornaliero (Ed,i)

88637

98814

109037 122777 122471 139068 128433 145995 128984 146668 120329 136463 116157 131084 101711 113953 96591

107557

52451 65177 72494 73833 77511 77868 72449 69589 60490 57091

61272 77024 86164 88105 92610 93070 86327 82448 71070 66604

30406 38368 43002 44029 46299 46534 43119 41105 35335 33037

39060 49452 55517 56907 59862 60173 55708 53019 45467 42425

Figura 2 – Consumi energetici annui in funzione della temperatura dell’aria nella cella 2240

R422D

2092

R22

2000 1504

1500

1334 945

1000

798 607

500

471

0 -5°C

0°C

5°C

Temperatura dell'aria nella cella (°C)

al condensatore aumenta anche il rapporto di compressione e quindi il lavoro del compressore. Pertanto, volendo migliorare l’efficienza energetica di un impianto aR422D deve essere aumentata l’area di scambio del condensatore rispetto ad un impianto a R22, in modo da diminuire la

10°C

pressione di condensazione e quindi il lavoro di compressione. In questo modo è anche possibile realizzare un ulteriore sottoraffreddamento del fluido in uscita dal condensatore, che comporta un aumento del


Figura 4 – Differenza percentuale del contributo diretto, indiretto e del TEWI in funzione della temperatura dell’aria nella cella

Figura 3 – TEWI in funzione della temperatura dell’aria nella cella 2500 R422D

R22

50%

1925

2000

42,0% 40%

1491

1500

1212

Δ (R422d vs R22)

TEWI (kg

CO2

)

1659

1161 896

1000

961 703

500

36,8%

30% 29,5% 20%

23,0% 16,0%

10%

12,7%

7,1% 0 -5°C

0°C 5°C Temperatura dell'aria nella cella (°C)

-5°C

εR22

p_cond R422D p_ev R22 2,00

p_ev R422D

75,0%

1,68

2,29 50,0%

2,0 2,04 1,78

23,5%

21,2%

25,0% 18,3%

17,3%

15,7%

13,2%

5 °C

1,68

1,45 1,00

0,50

9,9%

0,36 0,38

0,45

0,51 0,5

0,41

0,00

10°C

Temperatura dell'aria nella cella (°C)

calore latente di evaporazione. In questo modo è possibile far funzionare l’impianto con una minore portata massica di fluido, avendo come risultato una riduzione della potenza assorbita dal compressore e quindi realizzando un aumento del COP. Per aumentare l’area di scambio del condensatore possono essere considerati due metodi: • se il ventilatore che muove l’aria nel canale che porta al condensatore funziona a velocità variabile, è possibile selezionare la velocità più alta. Se invece è a velocità costante è possibile sostituirlo con un altro caratterizzato da una maggiore portata volumetrica. In questo modo si evita di sostituire il condensatore;

1,81

1,261

0,25 0,26 0,0%

0 °C

1,8

1,6

1,50

13,9%

0,0 -5°C

ε

COP

2,56

Pressione (MPa)

1,43 2,76

1,0

10°C

p_cond R22

3,18

2,42

5 °C

2,50

3,59 3,0

0 °C

Temperatura dell'aria nella cella (°C)

100,0%

εR422D

Contributo Diretto Contributo indiretto TEWI

Figura 6 – Pressione al condensatore e all’evaporatore in funzione della temperatura dell’aria nella cella

4,0 COP R22

18,3%

0%

10°C

Figura 5 – COP ed ε in funzione della temperatura dell’aria nella cella COP R422D

28,9%

-5°

0 °C

5 °C

10 °C

Temperatura dell'aria nella cella (°C)

• sostituire il condensatore con uno con maggiore area di scambio. È evidente che la prima soluzione è preferibile in quanto più semplice ed economica, ma comporta un maggior assorbimento di energia elettrica per il funzionamento del ventilatore e quindi può avere un’influenza negativa sul COP. In base ai risultati teorici riportati in [16] è possibile aspettarsi un incremento del COP del 15% per una riduzione della pressione di condensazione di 1,5 bar. Utilizzando come fluido frigorigeno l’R422D è anche possibile aumentare le prestazioni dell’impianto installando una valvola di espansione elettrica invece di quella termostatica. Come mostrato nel lavoro di Lazzarin e Noro [24], per ogni fluido refrigerante una valvola elettronica consente di ottenere una pressione di condensazione inferiore negli impianti con un condensatore ad aria grazie alla sua capacità di monitorare le variazioni della

temperatura dell’aria esterna. Il suddetto lavoro indica una riduzione del consumo di energia dell’8% per gli impianti posti nelle zone mediterranee, del 15% per gli impianti nel Nord-Europa. A questo punto si è effettuata l’analisi di sensibilità in modo da individuare gli scenari in cui la sostituzione dell’R22 con l’R422D sia eco-compatibile in termini di effetto serra. In Figura 7 è stato riportato il ΔTEWI in funzione delle perdite di refrigerante annue a parità di tutti gli altri parametri operativi. In Figura 8 invece è stato riportano il ΔTEWI in funzione del risparmio energetico annuo. In entrambe le figure si sono identificati tre scenari: • Scenario A: in tale dominio i parametri operativi sono tali per cui l’impatto ambientale dell’R422D in termini di effetto serra è sempre maggiore rispetto a quello che si ha con l'R22. In questo scenario la sostituzione è sfavorevole. • Scenario B: in tale dominio i parametri operativi

#22

51


Figura 7 - ΔTEWI in funzione delle perdite di refrigerante annue

sono tali che in almeno una condizione di prova l’impatto ambientale dell’R422D in termini di effetto serra diventa minore rispetto all’R22. Questo scenario rappresenta una zona di transizione. • Scenario C: in tale dominio i parametri operativi sono tali che in tutte le condizioni di prova l’impatto ambientale dell’R422D in termini di

Figura 8 - ΔTEWI in funzione del risparmio energetico annuo con perdite di refrigerante annue pari al 10%

effetto serra diventa minore rispetto a quello con l’R22. In questo scenario la sostituzione è eco-compatibile. Sui diagrammi sono inoltre riportate delle linee tratteggiate la cui intersezione rappresenta il punto in cui i TEWI dei due fluidi sono uguali in tutte le condizioni di prova.

La Figura 7 mostra che per perdite di refrigerante annue inferiori al 5,7% il TEWI dell’R422D diventa inferiore a quello dell’R22. Il dominio che rappresenta lo scenario B è molto ristretto. Considerando che perdite pari al 5% rappresentano

Figura 9 – Carte operative per diversi scenari di sostituzione a temperature della cella pari a: a)-5°C, b) 0°C, c) 5°C, d) 10°C

52

#22


il limite tecnologico al di sotto del quale non è possibile scendere per compressori non ermetici, si vede che lo scenario C si presenta solo in un range ristrettissimo di perdite che va dal 5 al 5,4%. In tale campo il ΔTEWI varia tra -6,0 e - 2,0%. Lo scenario C è pertanto tecnicamente realizzabile ma richiederebbe un incremento dei costi di manutenzione per un accurato controllo delle perdite dell’impianto, come indicato in [7,8]. Nella Figura 8 si vede che lo scenario B comprende un intervallo abbastanza ampio che inizia in corrispondenza di un risparmio energetico pari a circa il 20% e che finisce a circa il 70%. Questo scenario non è plausibile perché un risparmio energetico del 70% implicherebbe un miglioramento dell’efficienza energetica pari al 30%. In effetti si potrebbe realisticamente pensare di migliorare l’efficienza energetica al massimo di un 20%, agendo sia sull’area di scambio del condensatore che operando con una valvola di regolazione elettronica. Sebbene la riduzione delle perdite o l'incremento del risparmio energetico permettano una sostanziale riduzione del TEWI, ciascuna delle due soluzioni, adottata singolarmente, potrebbe comportare un incremento dei costi da sostenere nella fase di conversione dell'impianto da R22 a R422D. Cosa diversa potrebbe avvenire se si ragionasse in termini di sovrapposizione degli effetti. A tal proposito si è sviluppato un altro scenario in cui sono stati cambiati entrambi i parametri. In Figura 9 sono state riportate 4 differenti carte, ognuna riferita ad una differente temperatura dell’aria nella cella. In ogni carta è rappresentata una linea nera che identifica il passaggio dallo scenario C allo scenario A. In questo caso ogni scenario è identificato da un’area. Pertanto è possibile scegliere una coppia di parametri per identificare le perdite di refrigerante e il risparmio energetico in modo da ricadere nell’area che identifica lo scenario C, ossia quello di una sostituzione eco-compatibile. In tal modo combinando gli effetti della riduzione delle perdite e del risparmio energetico è possibile risparmiare sui costi per rendere la sostituzione eco-compatibile.

CONCLUSIONI È stato realizzato un impianto sperimentale per studiare l’impatto ambientale della sostituzione dell’R22 con R422D in termini di effetto serra. L’analisi sperimentale è consistita in due parti: • valutazione dell’energia consumata dall’impianto per valutare il TEWI (temperatura dell’aria esterna variabile scegliendo condizioni ambientali relative alla città di Milano); • analisi delle prestazioni dell’impianto in regime stazionario (temperatura dell’aria esterna costante). In entrambi i casi la temperatura delle cella frigorifera è stata fatta variare simulando le condizioni corrispondenti a: -5, 0, 5, 10°C. Successivamente si è proceduto a un’analisi di sensibilità per vedere in quale range di parametri

operativi la sostituzione dell’R22 con R422D sia eco-compatibile. A tal fine sono stati scelti come parametri operativi le perdite di refrigerante e il consumo di energia dell’impianto. È stata condotta un’analisi per identificare uno scenario di sostituzione eco-compatibile sia variando un parametro per volta che tutti e due simultaneamente. In base alle simulazioni effettuate si possono trarre le seguenti conclusioni: • Dall’analisi dei consumi energetici si è verificato che per ogni condizione di prova la sostituzione comporta un maggior consumo energetico fino ad un massimo del 28,9% realizzando quindi un maggior contributo indiretto all’effetto serra. • Dato che l’R422D ha un GWP superiore del 50% rispetto a quello dell’R22, anche se il suo uso

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Simboli

COP coefficiente of prestazione (-) CO2,dir contributo diretto alle emissioni di CO2 (kg CO2) CO2,indir contributo indiretto alle emissioni di CO2 (kg CO2) E consumo di energia (kWh) GWP Global Warming Impact (kg CO2 kg-1refrigerant) h entalpia (kJ kg-1) l perdite di refrigerante annue (% anno-1) m carica di refrigerante (kg) m . portata massica di fluido (kg s-1) ND numero di giorni (-) ODP Ozone Depletion Potential (-) P pressione (Pa) r emissioni medie (kgCO2 kWh-1) T temperatura (K, °C) TEWI Total Equivalent Warming Impact (kgCO2) . w potenza (W) Lettere Greche Δ differenza ε efficienza Pedici 100 tempo di integrazione pari a 100 anni bp bubble point c critica cold aria nella cella D giornaliera el elettrica EV evaporatore g glide hot aria esterna i i-th in input m mensile MCI macchina di Carnot inversa out output sat saturazione

comporta una diminuzione della carica dell’8%, il suo contributo diretto è comunque superiore del 42%. Da cui deriva un TEWI relativo all’R422D superiore rispetto all’R22 di oltre il 36,8%. • Dall’analisi delle prestazioni in regime stazionario si evince che quando l’impianto lavora con l’R422D è meno efficiente. La differenza tra i due COP è pari a circa il 20% ma cresce all’aumentare della temperatura della cella. • L’R422D ha una pressione di condensazione maggiore rispetto all’R22 per cui l’area di scambio del condensatore è insufficiente, la qual cosa peggiora l’efficienza energetica del ciclo. • Per aumentare le prestazioni del ciclo e quindi per

54

#22

Bibliografia

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ridurre il consumo di energia è pertanto possibile o aumentare l’area di scambio del condensatore o sostituire la valvola termostatica con una elettronica. Adottando entrambe le soluzioni è possibile ridurre i consumi di energia di circa un 20%. • Un’analisi di sensibilità ha mostrato che è possibile comunque ottenere campi di variazione dei parametri operativi in cui la sostituzione sia eco-compatibile. In particolare, per ridurre i costi legati alle modifiche è preferibile combinare gli effetti della riduzione delle perdite e del risparmio energetico. n * Ciro Aprea, Gerardo Cardillo e Angelo Maiorino, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Salerno, Via Ponte Don Melillo 1, 84084 Fisciano (SA) Adriana Greco, Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Napoli Federico II, Piazzale Tecchio 80, 80125 Napoli


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Sistemi modulari

Pompe di calore modulari: prestazioni energetiche La diffusione delle pompe di calore negli impianti di riscaldamento è appena cominciata, ma potrà avere successo se i prodotti proposti dai costruttori saranno in grado di adattarsi anche agli impianti tradizionali a radiatori di Michele Albieri, Pio Faldelli, Attilio Masoch e Silvia Morassutti *

L

a diffusione delle pompe di calore come

unici generatori negli impianti di riscaldamento è avvenuta principalmente in edifici nuovi, molto isolati, quindi con carichi unitari limitati. Ciò ha permesso di utilizzare terminali a bassa temperatura come ventilconvettori e sistemi radianti. Tuttavia, se si vuole espandere l’utilizzo di questa tipologia di generatori e sfruttare al massimo la loro efficienza energetica per raggiungere gli obiettivi del 20 - 20 – 20, è assolutamente necessario lavorare anche con i radiatori, che sono i terminali più usati in passato negli impianti di riscaldamento.

Edifici nuovi e da ristrutturare In Italia gli edifici da ristrutturare sono decine

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di milioni e, la maggior parte di questi, fa parte del residenziale. La sfida energetica del futuro si giocherà perciò sulla ristrutturazione degli edifici esistenti e verrà vinta da chi riuscirà a proporre tecnologie impiantistiche in grado di essere installate con interventi minimi. L’obiettivo sarà quindi quello di riuscire a modificare l’impianto senza necessariamente costringere chi occupa l’appartamento ad abbandonarlo per un periodo prolungato. Di sicuro, l’inserimento di sistemi radianti al posto dei radiatori implica dei lavori pesanti che richiedono di liberare l’appartamento per un periodo molto lungo. Pertanto, se si vuole diffondere davvero la tecnologia delle pompe di calore, bisogna che queste siano progettate per lavorare anche con radiatori.

Temperature di alimentazione dei terminali A seconda della finitura del pavimento e della presenza di arredi, un sistema radiante a pavimento richiede alla massima potenza una temperatura d’immissione dell’acqua compresa tra i 35°C e i 40°C. Un impianto a radiatori costruito negli anni ’70 è stato progettato con una temperatura d’immissione superiore a 70°C. La domanda che ci si deve porre è di quanto si possa abbassare la temperatura di alimentazione


Prestazione delle pompe di calore al variare delle temperature delle sorgenti termiche

Figura 2 – PRESTAZIONI INVERNALI A PIENO CARICO DI UNA POMPA DI CALORE CON COMPRESSORI SCROLL. Andamento delle prestazioni invernali a pieno carico di una pompa di calore idronica ad aria al variare delle temperature delle sorgenti termiche, ovvero al variare della temperatura dell’aria esterna e della temperatura dell’acqua prodotta. Le curve sono quelle di una pompa di calore modulare da 34 kW con refrigerante R410A, ma con andamenti analoghi si trovano in tutte le macchine dotate di compressori scroll. La temperatura dell’acqua prodotta influisce molto sul COP, ma è quasi indifferente per la potenza resa. Questa è una caratteristica tipica dei compressori scroll: il loro rendimento si abbassa all’aumentare del rapporto di compressione, quindi all’aumentare della differenza tra temperatura dell’acqua prodotta e temperatura dell’aria esterna. Tuttavia, nel funzionamento invernale il lavoro del compressore contribuisce all’effetto utile della pompa di calore: tanto più peggiora il rendimento, tanto più aumenta il lavoro del compressore e il risultato finale è una sostanziale indifferenza della potenza resa al variare della temperatura di produzione dell’acqua. Dal punto di vista del dimensionamento della macchina è un aspetto vantaggioso, perché la potenza della pompa di calore è sostanzialmente garantita anche alle temperatura di produzione richieste dall’acqua calda sanitaria e, negli impianti a radiatori, alle più bassa temperatura dell’aria esterna. D’altra parte, il peggioramento del COP richiede una corretta gestione della temperatura di produzione al variare del carico e della temperatura dell’aria esterna, in modo da non penalizzare troppo l’efficienza stagionale.

dei radiatori, mantenendo inalterate le loro dimensioni, per utilizzare i terminali esistenti o cambiarli con

nuovi, senza, però, aumentare la loro grandezza. La risposta, ovviamente, non è univoca perché dipende dalla conformazione dell’edificio, dalla

Figura 1 – Andamento della temperatura di produzione dell’acqua di alimentazione di impianti a pavimento radiante e a radiatori, in funzione della temperatura dell’aria esterna

Modular heat pumps: energy performances

The heat pump is often used as a single generator in heating systems, without coupling with an emergency boiler. The reliability becomes a crucial requirement to achieve without limiting energy efficiency. The best solution is represented by modular systems that can maximize the seasonal energy indices, both in summer than in winter, providing the same reliability of a system with multiple generators. Keywords: heat pumps, energy efficiency, renewable energies

sua posizione geografica e da tutti gli altri fattori che condizionano le prestazioni energetiche di un’abitazione. Tuttavia si possono dare dei valori di massima: ad esempio, per un appartamento di 100 m2 sviluppato su un angolo di un edificio, con 20 m2 di finestre e 40 m2 di muro esposto, cambiando gli infissi e portando la loro trasmittanza da 5 a 2 Wm-2K-1, riducendo con un cappotto esterno la trasmittanza delle murature da 1 a 0,6 Wm-2K-1, si ottiene una riduzione della potenza richiesta (a -5°C dell’aria esterna) pari al 42% che aumenta fino al 57% nel caso di un inserimento di un sistema di ventilazione maccanica controllata (VMC) con un recuperatore dal rendimento del 60%. La temperatura di alimentazione dell’impianto a radiatori scende rispettivamente a 55°C senza VMC e 48°C con la VMC, senza toccare la superficie dei radiatori. Sia con un sistema radiante a pavimento, sia con l’impianto a radiatori, la temperatura dell’acqua di immissione nei terminali può scendere al ridursi del carico termico, quindi al variare della temperatura dell’aria esterna (Figura 1).

La ricerca dell’affidabilità e dell’efficienza energetica Se la pompa di calore è l’unico generatore a servizio dell’impianto e della produzione di acqua calda sanitaria, è necessario che la sua affidabilità sia totale. Per questo motivo, molti progettisti tendono a scegliere modelli con più circuiti

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Obblighi di legge

La legislazione sui contributi all’utilizzo delle pompe di calore impone che queste siano gli unici generatori presenti sull’impianto. Infatti, sia lo sgravio fiscale del 55%, sia il nuovo DL del 28 dicembre 2012 sul conto energia termico intitolato “Incentivazione della produzione di energia termica da fonti rinnovabili ed interventi di efficienza energetica di piccole dimensioni” parlano chiaramente di sostituzione del generatore esistente. Nelle sue regole applicative, pubblicate nel marzo 2013, il GSE ribadisce questo concetto, come riportato testualmente qui di seguito: “Si precisa, inoltre, che il termine sostituzione è riferito al generatori di calore, come riportato nelle definizioni in allegato uno, ed è da intendersi come la rimozione di un vecchio generatore all’installazione di uno nuovo di potenza termica non superiore di più del 10% della potenza del generatore sostituito, destinato ad erogare energia termica alle medesime utenze”. Questa impostazione ha una sua logica solamente nel caso di pompe di calore aria-aria: la volontà del legislatore è evidentemente quella di impedire che un utente compri un climatizzatore estivo (ormai tutti reversibili) e lo spacci per pompa di calore, solo per ottenere le sovvenzioni. Nel caso di modelli idronici, invece, l’impostazione è in contrasto con i dettami della UNI 11300 parte IV e porta a un surdimensionamento della pompa di calore, che deve essere scelta nelle condizioni più critiche, quelle di progetto. Il surdimensionamento della pompa di calore si ripercuote anche nel funzionamento estivo. È sempre molto difficile generalizzare il consumo in raffrescamento delle abitazioni, perché l’utilizzo dell’impianto non dipende solo da come è costruito l’edificio, dalla sua posizione geografica e dalla sua esposizione, ma anche dalle abitudini degli occupanti: c’è chi ama l’aria condizionata e chi invece non la sopporta. Mentre in inverno l’utilizzo è abbastanza uniforme, in estate varia molto. Inoltre, in estate la massima richiesta di potenza si ha nelle ore pomeridiane, quando la più parte degli occupanti dovrebbe essere altrove, non in casa, ma al lavoro. Di certo, in estate una pompa di calore tende a lavorare parzializzata ancora di più che in inverno.

frigoriferi, per fare in modo che ne funzioni sempre almeno uno. Tuttavia, quest’impostazione si scontra da un lato con l’efficienza energetica, che è sempre bassa se il singolo circuito frigorifero non è parzializzabile, dall’altro con la presenza di un singolo quadro elettrico e di un singolo microprocessore: in particolare la rottura di quest’ultimo blocca completamente il funzionamento dell’intera pompa di calore. Il miglioramento dell’efficienza energetica passa necessariamente anche per una corretta impostazione della temperatura dell’acqua prodotta, specialmente nel caso di impianti con radiatori. Ricordiamo, infatti, che il COP di una pompa di calore è fortemente influenzato da questo fattore (Figura 4). La regolazione, però, non può essere di tipo climatico, perché la potenza richiesta dall’edificio è sempre sfasata rispetto alla temperatura dell’aria esterna, tanto più quanto maggiore è la massa dell’edificio. È allora necessario legare la variazione di temperatura non tanto alla temperatura dell’aria esterna, quanto piuttosto alla potenza richiesta istantaneamente dall’edificio, utilizzando dei software evoluti di tipo predittivo (AFP) che consentono al gruppo frigo di adattarsi al reale carico dell’edificio (Albieri e altri, 2007).

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Figura 3 – POTENZA RICHIESTA DALL’EDIFICIO, POTENZA RESA DALLA POMPA DI CALORE E IL LORO RAPPORTO, IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA DELL’ARIA ESTERNA. La figura mostra, al variare dell’aria esterna, l’andamento della potenza richiesta dall’edificio, della potenza resa dalla pompa di calore e il rapporto tra queste due grandezze. Si può notare come il rapporto tra la potenza richiesta dall’edificio e la potenza resa dalla pompa di calore (ovvero il rapporto di parzializzazione) scenda molto rapidamente: con aria esterna a 5°C il valore è già inferiore al 50%. Peraltro, la curva della potenza richiesta dell’edificio si è ipotizzata lineare, cosa abbastanza vera nel funzionamento notturno: in quello diurno la presenza dei carichi endogeni e di irraggiamento solare fa abbassare ulteriormente la potenza richiesta e il rapporto tra questa e la potenza resa dalla pompa di calore. Di conseguenza, una pompa di calore, scelta per soddisfare la potenza di progetto, lavora per gran parte del suo tempo parzializzata oltre il 50%.

Figura 4 – MIGLIORAMENTO DEL COP DELLA POMPA DI CALORE NEL CASO LA TEMPERATURA DI PRODUZIONE SEGUA LE CURVE DI FIGURA 1, ANZICHÉ RIMANERE COSTANTE. Nel caso di impianti a radiatori è assolutamente fondamentale variare la temperatura di produzione, se si vuole ottenere un reale risparmio energetico


EFFICIENZA ENERGETICA IN PARZIALIZZAZIONE Parlando di efficienza energetica, è necessario ragionare non solo facendo riferimento alle condizioni nominali, ma soprattutto considerando le prestazioni nella media stagionale, ipotizzando il funzionamento delle pompe nella realtà dell’impianto. Durante il suo funzionamento nel corso dell’anno la pompa di calore lavora a pieno carico per brevi periodi, mentre, la maggior parte del tempo, lavora riducendo la propria potenza. Bisogna capire come varia l’efficienza nelle fasi di parzializzazione del carico.

Influenza del numero di gradini per circuito frigorifero La regolazione della potenza fornita da un circuito frigorifero avviene sostanzialmente in due modi distinti: attivando e disattivando il compressore (regolazione On-Off) o modificando la portata volumetrica nel circuito frigorifero. Nel primo caso si parla comunemente di circuiti frigoriferi con un solo gradino di parzializzazione, mentre nel secondo caso si parla di circuiti frigoriferi con due o più gradini di parzializzazione. Per capire se una macchina parzializzi con il sistema On-Off oppure modificando la portata volumetrica, basta confrontare il numero complessivo dei gradini di parzializzazione con il numero dei circuiti frigoriferi: se il primo numero è superiore al secondo, i circuiti sono singolarmente parzializzati, se non lo è i circuiti lavorano On-Off. Dal punto di vista energetico le conseguenze sono notevoli. Nei circuiti frigoriferi con regolazione On-Off viene modificata l’energia prodotta dal compressore e non la potenza che rimane sempre pari al massimo. Per fare un esempio, quando la potenza richiesta è pari al 50%, il compressore lavora per 30 minuti e per altri 30 sta fermo. Nei circuiti frigoriferi dotati di gradini di parzializzazione, il controllo avviene riducendo la portata volumetrica del refrigerante, migliorando le condizioni di lavoro, perché: • diminuisce la pressione di condensazione e aumenta la pressione di evaporazione;

Figura 5 – VARIAZIONE DEL COP AL VARIARE DELLA PERCENTUALE DEL CARICO (TEMPERATURA ARIA ESTERNA 7°C, TEMPERATURA ACQUA PRODOTTA 45°C) IN FUNZIONE DELLA PARZIALIZZAZIONE DEI CIRCUITI FRIGORIFERI E DEL CONTENUTO D’ACQUA (CA). Si può notare come il COP delle macchine con regolazione On-Off del singolo circuito (2 compressori in 2 circuiti) abbia un andamento sempre decrescente, a differenza dei modelli con circuito parzializzabile (4 compressori in 2 circuiti, inverter), per il quale il COP sale fino al 25% del carico. Questo andamento è noto da tempo (Bacigalupo e altri, 2000) e confermato dai dati ufficiali degli indici energetici ESEER pubblicati da Eurovent Certification, ma è stato ultimamente dimenticato dai progettisti che tendono a privilegiare le macchine a più circuiti per garantire maggiore affidabilità, a scapito dell’efficienza energetica

• aumenta il sottoraffreddamento e, di conseguenza, l’effetto utile; • l’aumento della pressione di evaporazione porta ad un aumento della densità del refrigerante, ovverosia la portata di massa posta in circolo dal compressore; • aumenta il rendimento del compressore.

Influenza del contenuto d’acqua dell’impianto Il contenuto d’acqua dell’impianto influenza fortemente in tutti i casi l’andamento del COP, anche se in modo minore di modelli utilizzanti l’inverter. L’argomento è diffusamente trattato nei testi citati in bibliografia (Vio 2006, Vio e altri, 2008), cui si rimanda per approfondimenti. Qui ci si limita a spiegare, in estrema sintesi, perché l’inerzia termica dell’impianto è importante. Si immagini un gruppo frigorifero con un unico compressore, con comando On-Off. Se la potenza richiesta è pari al 50% della potenza massima, in un’ora il compressore funziona per 30 minuti e gli altri 30 rimane fermo. Se il contenuto d’acqua è molto elevato, il compressore si attiva una sola volta, funziona per 30 minuti e poi si disattiva. In pratica, si attiva e si disattiva una sola volta all’ora. Se, invece, il contenuto d’acqua è molto piccolo, il compressore si attiva 30 volte, funziona 30 volte per un minuto. Quindi, in un’ora, si attiva e disattiva per 30 volte. La cosa vale anche per circuiti con più compressori: la regolazione avviene con frequenza tanto maggiore quanto più bassa è l’inerzia termica dell’impianto. Riassumendo, il contenuto d’acqua dell’impianto influisce sul numero di avviamenti (o intervento delle parzializzazioni) e sui tempi di funzionamento di un compressore. Il numero di

avviamenti, o l’intervento della parzializzazione, raggiunge il valore massimo in corrispondenza del 50% del carico e diminuisce con l’aumentare del contenuto d’acqua dell’impianto. Il rendimento in parzializzazione dipende solamente dal numero di avviamenti e fermate rispetto al tempo effettivo di funzionamento, quindi dall’inerzia termica del circuito idraulico. Ogni avviamento comporta un tempo transitorio di messa a regime a rendimento molto basso variabile da 10 a 20 secondi, a seconda che il circuito frigorifero sia o no dotato di valvola termostatica elettronica. Più basso è il contenuto d’acqua dell’impianto, più influisce negativamente il transitorio. La figura 5 evidenzia la riduzione del COP all’abbassarsi del contenuto d’acqua (CA), che colpisce anche le pompe di calore con più compressori per circuito. Infatti, l’attivazione o la disattivazione di un singolo compressore genera in ogni caso un transitorio durante il quale la valvola termostatica cerca di adattare la propria apertura (Vio 2006): l’efficienza energetica diminuisce tanto più quanto minore è il contenuto d’acqua dell’impianto.

Limiti dei sistemi ad inverter I compressori ad inverter non sono la panacea di tutti i mali: i loro limiti sono descritti nei testi citati in bibliografia (Cecchinato e altri, 2006; Vio e altri, 2010). In particolare, le prestazioni in pompa di calore sono più scarse rispetto a quelle dei sistemi multicompressore per circuito sia perché il rendimento dei compressori scroll inverter al variare del numero di giri peggiora tanto maggiore è il rapporto di compressione, sia perché al di sotto di un certo numero di giri del compressore deve comunque lavorare On-Off. Inoltre, nel

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Figura 6 – TRASFORMAZIONI DELL’ARIA SULLA BATTERIA EVAPORANTE PER DIVERSI VALORI DI UMIDITÀ RELATIVA E AREA DI FORMAZIONE DELLA BRINA (VALIDA PER R410A: PER R407C LE AREE SONO PIÙ GRANDI A CAUSA DEL GLIDE). Come è visibile nel diagramma psicrometrico di sinsistra, la diminuzione dell’umidità assoluta tra ingresso ed uscita dalla batteria non dipende tanto dalla temperatura dell’aria, quanto dalla sua umidità assoluta. La figura mostra infatti lo scambio che avviene in una data batteria in due differenti casi, entrambi con temperatura dell’aria di 4°C, ma per diversi valori di UR, rispettivamente del 90% e del 50%. Benché per entrambe le trasformazioni la temperatura superficiale della batteria sia inferiore a 0°C, una variazione dell’umidità assoluta si ha solamente nel caso di UR pari al 90%. L’osservazione del diagramma mette in risalto un altro aspetto estremamente interessante per la comprensione del problema: il valore di ∆x, cioè la variazione di umidità assoluta della trasformazione, dipende sostanzialmente dalla pendenza della curva di saturazione e quindi, a parità di ogni altra condizione, è maggiore per temperature dell’aria più elevate. Pertanto la quantità di ghiaccio formatasi sulle batterie (pari al prodotto della portata di massa dell’aria per ∆x) diminuisce al diminuire della temperatura dell’aria. Se il diagramma di sinistra mostra cosa avviene a pieno carico, bisogna chiedersi che succede in parzializzazione. Riducendo la portata di refrigerante nella batteria evaporante, si riduce lo scambio termico, la temperatura di evaporazione s’innalza e di conseguenza si innalza anche la temperatura superficiale della batteria, riducendo il fenomeno della formazione di brina. È possibile allora tracciare sul diagramma psicrometrico un’area all’interno della quale avviene la formazione di brina sulle batterie evaporanti, cosi come mostrato in nel diagramma di destra. Come si vede chiaramente, la formazione di brina può avvenire solamente per valori di U.R. superiori al 50%. L’area si riduce drasticamente in caso di parzializzazione del singolo circuito proprio a causa delle migliorate condizioni di scambio che elevano la temperatura superficiale della batteria. La quantità di ghiaccio formatasi non è uniforme in tutta l’area, ma è massima nel punto d’innesco del fenomeno sulla curva di saturazione, per diminuire all’allontanarsi da questo e si annulla lungo la curva limite inferiore. Ciò dimostra che i punti critici per la formazione del ghiaccio in una pompa di calore sono sempre quelli prossimi al punto d’innesco del fenomeno sulla curva di saturazione: più alta è la temperatura di innesco della brina e maggiore è la quantità di ghiaccio che si forma sulla batteria

funzionamento in pompa di calore l’inefficienza del compressore contribuisce all’effetto utile e ciò fa si che il numero di giri del compressore debba essere abbassato più di quanto non venga fatto durante il funzionamento estivo, riducendo ulteriormente il rendimento del compressore (Vio, 2010). Quanto detto vale per i compressori scroll, non per i compressori rotativi a doppia paletta controrotante, utilizzati da alcuni costruttori, che invece si comportano meglio e hanno prestazioni simili a quelle delle pompe di calore a più compressori (Vio, 2010).

Influenza dei cicli di sbrinamento Nell’efficienza delle pompe di calore bisogna considerare anche l’influenza dei cicli di sbrinamento. Durante il funzionamento invernale si forma brina sulla superficie delle batterie evaporanti delle pompe di calore qualora avvengano simultaneamente le seguenti condizioni: una diminuzione dell’umidità assoluta dell’aria tra ingresso ed uscita della batteria evaporante con conseguente deposito sulla sua superficie della condensa prodotta e la temperatura superficiale della batteria evaporante inferiore a 0°C. I diagrammi di figura 6 sono validi per R410A: per R407C le aree sono più grandi a causa del fenomeno

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del glide, ovvero della variazione di temperatura tra inizio e fine evaporazione. Le pompe di calore con R407C iniziano a formare prima brina con una temperatura dell’aria più elevata, a parità di umidità relativa, perché all’interno dei tubi dell’evaporatore entra refrigerante circa 5°C più basso rispetto alle macchine con R410A. L’R407C è quasi completamente abbandonato, tranne che per alcuni modelli di pompe di calore ad alta temperatura, per il semplice motivo che in passato sono stati messi a punto degli ottimi compressori adatti a condensare alle alte temperature e solo ora si iniziano ad usare modelli in R410A. Il fenomeno della formazione della brina, se non controllato, porta rapidamente al blocco della pompa di calore per bassa pressione. Lo strato di ghiaccio che si forma sulla superficie della batteria riduce sia le caratteristiche di scambio termico in quanto funge da isolante, sia l’area di passaggio dell’aria, aumentando le perdite di carico. Di fatto è come se la superficie di scambio si riducesse mano a mano al procedere della formazione di ghiaccio. Così, il suo duplice effetto fa diminuire la temperatura di evaporazione e, di conseguenza, anche la temperatura superficiale con conseguente incremento del ∆x In breve, più aumenta lo strato di ghiaccio, più si riduce la superficie di scambio e più

aumenta la formazione di brina. Una volta innescato, il fenomeno di formazione della brina aumenta d’intensità in modo esponenziale fino a che la batteria non si ricopre completamente di ghiaccio e le sicurezze della macchina non ne blocchino il funzionamento. Per evitare questa circostanza, nelle pompe di calore evaporanti ad aria si effettuano dei cicli di sbrinamento per eliminare il ghiaccio che incrosta le superfici di scambio. I cicli di sbrinamento non sono indolori per la pompa di calore, dal punto di vista energetico, perché comportano una perdita dovuta all’effetto congiunto del consumo del compressore durante il ciclo ed alla sottrazione di calore dall’impianto effettuata dal condensatore divenuto evaporatore. Questa perdita può essere quantificata in circa il 10% per ogni ciclo e nelle condizioni critiche di innesco del fenomeno bisogna considerare circa 2 sbrinamenti per ogni ora di funzionamento.


Andamento complessivo del COP nel periodo invernale

In figura l’andamento di diverse tipologie di pompa di calore tenendo conto della presenza o meno di un software in grado di adeguare la temperatura dell’acqua prodotta alle esigenze dei terminali, sia della temperatura dell’aria esterna, sia dei cicli di sbrinamento (evidenziati dalle discontinuità delle curve). Il contenuto dell’acqua dell’impianto è stato considerato elevato e l’umidità dell’aria esterna è stata considerata sempre pari all’80%. Come si può notare, le discriminanti fondamentali sono due: la presenza di un software in grado di adattare la temperatura di produzione alle esigenze reali dei terminali (AFP) e la possibilità di realizzare singoli circuiti frigoriferi. Il peso della presenza del software è tanto più importante quanto più è elevata la temperatura richiesta dei terminali, quindi con i radiatori piuttosto che con i sistemi radianti a pavimento. La differenza è apprezzabile confrontando le curve di macchine dotate di inverter con la presenza o meno dell’AFP. Anche la parzializzazione del singolo circuito è comunque fondamentale, come testimonia la differenza della curva di una pompa di calore con inverter e una senza (2 compressori su due circuiti: regolazione On-Off). Nella figura sono state riportate anche le macchine con R407C per far capire di quanto possono peggiorare le Figura 7 – PRESTAZIONI COMPLESSIVE INVERNALI prestazioni delle temperature comprese tra DI DIVERSE TIPOLOGIE DI POMPE DI CALORE 7°C e 10°C rispetto un’analoga macchina con R410A, a causa dell’inizio di formazione di brina a temperatura maggiore dell’aria esterna.

Andamento dell’EER nel periodo estivo

L’andamento dell’indice di efficienza energetica EER nel periodo estivo è molto simile a quello descritto nel funzionamento invernale (Bacigalupo e altri, 2000; Vio, 2006). Come detto in precedenza, nel funzionamento estivo la parzializzazione ha un peso ancora maggiore perché la richiesta di potenza da parte dell’edificio varia maggiormente e con schemi diversi a seconda sia del clima, che dell’irraggiamento solare, che delle abitudini di chi lo abita.

VANTAGGI DEI SISTEMI MODULARI La soluzione ottimale è rappresentata dai sistemi modulari, in grado di massimizzare gli indici energetici stagionali, sia nel funzionamento estivo che in quello invernale, garantendo la stessa affidabilità di un sistema con più generatori.

Il sistema modulare analizzato Il sistema modulare preso in esame in questo studio è una linea di pompe di calore in grado di coniugare caratteristiche fondamentali quali la silenziosità, la flessibilità e l’efficienza energetica. La

gamma è costituita da moduli indipendenti da 34 kW termici che collegati tra di loro generano una potenza complessiva di 137 kW. Ogni singolo modulo è una pompa di calore reversibile aria-acqua equipaggiata con compressori scroll in configurazione tandem e refrigerante R410A. Le unità sono facilmente installabili, sia dal punto di vista idraulico sia che dal punto di vista elettrico.

Configurazione del sistema Il sistema modulare è in grado di produrre acqua calda/fredda per l’impianto e acqua calda sanitaria. La configurazione più semplice prevede la produzione disgiunta di acqua calda sanitaria e di acqua calda/fredda per l’impianto (figura 8): con questa configurazione è possibile soddisfare le esigenze di riscaldamento e raffrescamento

dell’impianto senza complicanze dal punto di vista installativo: la pompa lato primario è già presente su ogni modulo. Se vi è l’esigenza di produrre anche acqua calda sanitaria è possibile l’installazione di una valvola deviatrice a 3 vie posta a valle del gruppo di macchine. La valvola a 3 vie consente la deviazione del flusso d’acqua dall’impianto all’accumulo di stoccaggio dell’acqua tecnica per il sistema di produzione dell’acqua calda sanitaria. In questo caso, su chiamata del sanitario, tutti i moduli installati lavorano per soddisfarne la richiesta. Vi è la possibilità di scegliere tra altri due tipi di configurazione, con valvola deviatrice 3-vie a bordo o con recuperatore di calore.

Vantaggi energetici in parzializzazione Il sistema modulare analizzato permette di mettere

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Figura 8 – PRODUZIONE DISGIUNTA DI ACQUA CALDA SANITARIA E ACQUA CALDA/FREDDA PER L’IMPIANTO

in parallelo fino a 4 moduli, ognuno dotato di 2 compressori e un circuito frigorifero: già con 2 moduli si raggiungono le prestazioni energetiche descritte in precedenza, mentre con un numero di moduli più elevato l’efficienza aumenta ulteriormente.

Vantaggi energetici dovuti all’utilizzo di software predittivi La capacità delle logiche di regolazione predittive di variare la temperatura dell’acqua di produzione in funzione delle reali esigenze dell’impianto permette di massimizzare l’efficienza energetica in tutte le condizioni di funzionamento. Si sottolinea ancora una volta come queste logiche non lavorino su una curva climatica, bensì siano in grado di stimare il carico termico richiesto nel preciso momento dall’impianto (Albieri e altri, 2007). Tali tipologie di regolazione sono fondamentali per gli edifici con

BIBLIOGRAFIA

elevata inerzia termica, dove è sempre presente una sfasatura temporale tra la variazione della temperatura dell’aria esterna e la potenza richiesta dall’impianto. Fanno parte di questa categoria anche tutti gli impianti che utilizzano sistemi radianti a pavimento, dotati di un’inerzia termica propria difficilmente coniugabile con le logiche di regolazione basata solamente sulla curva climatica. La variazione di temperatura è assolutamente obbligatoria nel caso di impianti radiatori: produrre acqua calda sempre alla temperatura massima fa abbassare di molto l’efficienza energetica delle pompe di calore e aumenta a dismisura i costi di esercizio.

Vantaggi energetici dovuti alla presenza del recupero parziale Ulteriori vantaggi energetici si ottengono dalla presenza del recupero parziale in funzionamento

• M. Albieri, L. Cecchinato, A. Beghi, C. Bodo, 2007 “Nuovo algoritmo per l’efficienza energetica”, articolo CDA n°9 ottobre 2007, pagine 52 - 58. • E. Bacigalupo, C. Vecchio, M. Vio, M. Vizzotto, 2000 “L’efficienza media ponderata dei gruppi frigoriferi a compressione: la proposta AICARR per un metodo di calcolo”, atti del convegno AICARR Milano marzo 2000 “Condizionamento, ventilazione e contaminazione ambientale, riscaldamento, refrigerazione: innovazioni e tendenze”, sezione Refrigerazione • L. Cecchinato, M. Corradi, S. Florian, E. Fornasieri, C. Zilio, D. Marchetti, D. Zardo 2006, “Analisi sperimentale del risparmio energetico ottenibile nei refrigeratori d’acqua con controllo di capacità mediante inverter”, atti del convegno Aicarr di Milano marzo 2006: “Tecnologie, Norme, Mercato: Responsabilità, Rischi e Opportunità “, pagine 201 – 224. • M. Vio, 2006: “La frontiera dell’efficienza energetica: il comportamento dei gruppi frigoriferi condensati ad aria ai carichi parziali” atti del convegno Aicarr di Milano marzo 2006: “Tecnologie, Norme, Mercato: Responsabilità, Rischi e Opportunità “, pagine 113 – 160 • M. Vio, D. Danieli 2008: “Le centrali frigorifere”, Editoriale Delfino, seconda edizione, capitolo 4 • M. Vio, M. Rigo 2010: “Impianti idronici e sistemi VRF-VRV: un confronto ragionato in 70 domande”, Editoriale Delfino, domande da 18 a 23

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estivo, in quanto si produce gratuitamente acqua calda sanitaria durante il funzionamento della pompa di calore per produrre acqua refrigerata da inviare all’impianto. Inoltre, la presenza del recupero parziale consente di raggiungere temperature di stoccaggio dell’acqua prossimi ai 70°C, sia in regime estivo che in regime invernale.

Totale ridondanza dei componenti Dal punto di vista dell’affidabilità il sistema modulare garantisce una totale ridondanza di tutti i componenti. Tutti i moduli sono dotati di quadro elettrico indipendente e di microprocessore singolo. Il sistema è in grado di lavorare perfettamente con tutte le sue funzioni attive anche nel caso di guasto di uno dei microprocessori, che nelle macchine moderne è sempre l’elemento più delicato. Il guasto in un singolo circuito frigorifero non blocca l’intero sistema, ma solamente un modulo: in questo modo si coniugano sia le esigenze di totale affidabilità con quelle di massimizzazione


ANALISI ENERGETICA ED ECONOMICA: ALCUNI CASI PRATICI

È sempre difficile proporre delle analisi energetiche ed economiche che siano generalizzabili e congruenti, soprattutto se si vuole un confronto in località diverse. Ogni edificio fa storia a sé e ogni volta bisognerebbe attuare delle analisi puntuali con sistemi in grado di effettuare analisi dinamiche. In ogni caso, per stimare a grandi linee dei valori di risparmio effettivamente raggiungibili, di seguito vengono riportati i dati ottenuti su tre edifici simili situati in tre località con clima molto diverso: Milano, Roma e Catania. L’analisi è stata condotta utilizzando il software Energy Plus. La tabella 1 mostra i fabbisogni di energia negli edifici presi ad esempio. Si può notare come l’energia richiesta per l’acqua sanitaria sia sempre la stessa in quanto gli edifici sono simili per numero di appartamenti e di occupanti. Qui è inutile descrivere le caratteristiche delle strutture architettoniche, perché si vuole solo dare un’idea del consumo energetico e dei relativi risparmi ottenibili con un sistema modulare tipo quello analizzato, nel funzionamento estivo e in quello invernale. Sono stati confrontati tra loro cinque diversi generatori, ciascuno applicato a due tipologie di impianto di riscaldamento (pavimento radiante e radiatori), mentre per il raffrescamento estivo si è considerato in tutti i casi un impianto a ventilconvettori: • Caldaia a condensazione a metano con rendimento 100% nel riscaldamento con impianti a radiatori, 105% nel riscaldamento con pavimento radiante, 90% nella produzione di acqua calda sanitaria • Pompa di calore, R410A, 2 compressori scroll su 2 circuiti (regolazione On-Off del singolo circuito), senza logica di regolazione AFP Tabella 1 – FABBISOGNO DI ENERGIA NEGLI EDIFICI PRESI AD ESEMPIO (kWh) ! ="##*+,-.,&:*+1"%/"3$.<,& ="##*+,-.,&>;?& ="##*+,-.,& :"))0$+1"3$.<,&

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Tabella 3 – COSTI DI ESERCIZIO (€) NEI CASI CONSIDERATI (costo metano 0,80 €/m3, costo EE 0,20 €/kWh)

Tabella 2 – EFFICIENZA ENERGETICA STAGIONALE NEI CASI CONSIDERATI ! !

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dell’efficienza energetica, non raggiungibili nelle macchine con singoli circuiti a regolazione On-Off.

Riduzione della carica di refrigerante per singolo circuito La presenza di più moduli fa abbassare di molto la carica frigorifera del singolo circuito, andando incontro a quanto imposto dalle nuove direttive europee sul contenimento

• Pompa di calore, R410A, 2 compressori scroll dotati di inverter su 2 circuiti, senza logica di regolazione AFP • Sistema modulare, R410A, 2 moduli, 4 compressori scroll su 2 circuiti, con logica di regolazione AFP • Sistema modulare, R410A, 2 moduli, 4 compressori scroll su 2 circuiti, con logica di regolazione AFP, con recupero parziale di calore. L’osservazione della tabella 2 aiuta a comprendere i vantaggi energetici del sistema modulare rispetto alle altre tipologie di pompe di calore. I vantaggi sono molto elevati soprattutto nel caso di impianti a radiatori: a Milano, Roma e Catania si ottiene un incremento dello SCOP rispettivamente del 55%, 82% e 81% rispetto alla pompa di calore con circuiti regolati On-Off, valori che scendono al 36%, 57% e 65% rispetto alla pompa di calore con compressori ad inverter. Per gli impianti a pavimento gli incrementi scendono, ma si mantengono comunque elevati, tra il 27% e il 28% rispetto alla pompa di calore con circuiti regolati On-Off e tra il 12% e il 16% rispetto alla pompa di calore con compressori ad inverter. Nel funzionamento estivo l’incremento del SEER è compreso tra il 23% e il 26% rispetto alla pompa di calore con circuiti regolati On-Off e tra l’11% e il 13% rispetto alla pompa di calore con compressori ad inverter. I vantaggi energetici si traduco anche in vantaggi economici, come mostra la tabella 3. Come si può notare, i risparmi economici sono sempre molto elevati nel caso di impianto a radiatori, soprattutto grazie alla capacità del sistema modulare di produrre l’acqua esattamente alla temperatura richiesta dell’impianto. È interessante sottolineare come a Roma e a Catania il sistema modulare applicato ad un impianto a radiatori dia dei risultati economici migliori rispetto a pompe di calore senza logica di regolazione AFP (anche con inverter) collegate a sistemi radianti. Ciò dimostra come sia possibile risparmiare energia e denaro senza grandi investimenti iniziali, considerando che il costo di un sistema modulare è in linea con quello di unità monoblocco di pari potenza, lasciando inalterato l’impianto esistente o al massimo modificandolo con nuovi radiatori.

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degli F-gas. Ciò permette di ridurre al minimo gli interventi previsti sulle macchine, nonché di limitare i costi di un’eventuale perdita accidentale di refrigerante, in qualunque modo provocata.

CONCLUSIONI La diffusione delle pompe di calore negli impianti di riscaldamento è appena cominciata e può avere successo se i prodotti proposti dai costruttori sono in grado di adattarsi anche agli impianti tradizionali a radiatori. L’articolo ha dimostrato come sia fondamentale lavorare sull’efficienza

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energetica, in particolare ottimizzando le prestazioni delle pompe di calore in parzializzazione e utilizzando software in grado di diminuire la temperatura di produzione dell’acqua a seconda delle reali esigenze dell’impianto. Analogamente, se la pompa di calore deve esser l’unico generatore presente, è necessario renderla assolutamente affidabile in ogni condizione di funzionamento: i sistemi modulari sono la migliore soluzione per soddisfare queste esigenze. n * Rhoss, gruppo Irsap – Codroipo (Ud)

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Progettare consapevolmente

Requisiti sismici delle reti aerauliche Al fine di soddisfare i requisiti sismici delle reti aerauliche imposti dagli attuali dispositivi legislativi, nella progettazione si deve procedere alla valutazione, dimensionamento, calcolo e verifica degli elementi che compongono gli staffaggi e dei sistemi di ancoraggio alla struttura dell’edificio di Aroldo Bargone*

I

requisiti sismici delle reti aeraulichedevono

fondamentalmente soddisfare i limiti della sicurezza nei confronti degli Stati Limite Ultimi per l’incolumità delle persone oltre che per il mantenimento della propria funzionalità nel corso di un evento sismico e immediatamente dopo, cioè allo Stato Limite d’Esercizio. Devono cioè avere la capacità di prevenire il collasso e consentire quindi

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#22

l’occupazione immediata e l’uso dei locali e degli impianti potendone controllare anche gli eventuali danni. Le criticità principali, evidenziate dalla FEMA 274 (Federal Emergency Management Agency), che devono essere oggetto di specifiche contromisure nella progettazione antisismica per le condotte in quanto componenti delle reti aerauliche,

sono il collasso, la separazione, le perdite, i fumi. Ogni tipo di edificio ivi compresa, quando è presente, una rete aeraulica con tutti i suoi componenti deve possedere i requisiti sismici prima citati, tenendo presente alcune particolarità che verranno di seguito elencate.


Quadro legislativo e normativo di riferimento

Classificazione degli edifici Gli edifici, identificabili per età, tipologia costruttiva, destinazione d’uso, sono suddivisibili secondo alcuni parametri (si veda Tabella 1) e classificabili in “classi d’uso” così definite (D.M. 14/01/2008 – Punto 2.4.): Classe I: Costruzioni con presenza occasionale di persone, edifici agricoli. Classe II: Costruzioni il cui uso prevede normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e senza funzioni pubbliche o sociali essenziali. Industrie con attività non pericolose. Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l’ambiente. Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità. Industrie con attività particolarmente pericolose per l’ambiente. Gli stessi edifici distinti per categorie sono presenti su tutto il territorio nazionale, il quale, agli effetti del sisma, è suddiviso in quattro zone secondo ODPCM n. 3274 del 20/03/2003 in cui vengono evidenziate le accelerazioni al suolo e le distribuzioni per Comuni (Figura 1). Nel sistema struttura edilizia/condotte, la capacità di prevenire il crollo è affidata alla risposta complessiva alle sollecitazioni in termini di elasticità, mentre per quanto riguarda il controllo dei danni, esso è funzione della resistenza alle forze sismiche di ogni singolo elemento componente la rete. La capacità di una rete aeraulica di resistere alle azioni sismiche, come già detto, è affidata

D.P.R. 21/04/1993 n° 246 e s.m. e i. _ Regolamento di attuazione della direttiva 89/106/CEE relativo ai prodotti da costruzione O.P.C.M. 28/04/2006 n° 3519 _ Criteri generali per l’individuazione delle zone sismiche e per la formazione e l’aggiornamento degli elenchi delle medesime zone D.M. 14/01/2008 _ Norme Tecniche sulle Costruzioni Punti: 7.2.3 Criteri di progettazione elementi strutturali secondari ed elementi non strutturali 7.2.4 Criteri di progettazione degli impianti 7.3.6.3 Verifiche degli elementi non strutturali e degli impianti 7.3.7 Criteri di verifica agli stati limite di esercizio 8.7.4 Criteri e tipi di intervento (in costruzioni esistenti) 10.1 Caratteristiche generali (responsabilità intera progettazione strutturale) Circolare n° 617 del 02/02/2009 _ Istruzioni per l’applicazione delle N.T.C. Cap.: C 8 Costruzioni esistenti D.P.R. 05/10/2010 n° 207 _ Regolamento di esecuzione ed attuazione del D.lgs. 163/06 Artt: Sez. I Progetto Preliminare Sez. II Progetto Definitivo Sez. III Progetto Esecutivo 45 Finalità della verifica (del progetto) 55 Validazione 56 Responsabilità D.P.C.M. 09/02/2011 _ Valutazione e riduzione del rischio sismico del patrimonio culturale Punti: 6.1 Strategie per la scelta dell’intervento di miglioramento 6.2 Influenza degli interventi di adeguamento impiantistico Norma EN 14592:2009 _ Certificazione C.E. Norma UNI-EN 12236:2003 _ Ganci e supporti per la rete delle condotte – Requisiti di resistenza ASRHAE Raccomandazioni – G.d.L. – ATC 51-2 (2003) _ BOX 1 Tabella1 – Classificazione degli edifici per età, tipologia strutturale costruttiva e destinazione d’uso Età

Tipologia strutturale costruttiva

Destinazione d’uso

Attuali Entro i recenti 50 anni Storici Di patrimonio culturale

Muratura e pietrame Cemento armato Acciaio Legno Strutture isolate

Privati Pubblici In particolare gli strategici Ospedali Scuole Caserme Amministrativi Figura1 – La situazione “sismica” al 2011 del territorio nazionale italiano

unicamente ai suoi sistemi di staffaggio o supporti e agli ancoraggi che assicurano il collegamento delle condotte e degli altri componenti che ne fanno parte alla struttura dell’edificio a cui appartengono. In considerazione di quanto sopra ai fini delle procedure di calcolo strutturale, dal 2006 in Italia non esistono più zone non sismiche.

ODPCM n° 3274 20/03/2003 zone

Accelerazione al suolo ag

Comuni

%

1

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725

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SI

2

0,25 g

2.344

29%

SI

3.069

38%

40%

Popolazione %

Cogenza della progettazione D.M. 14/01/08

3

0,15 g

1.544

19%

26%

SI

4

0,05 g

3.488

43%

34%

facoltà delle Regioni

8.101

100%

100%

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65


Tipologie di staffaggi 1a 1b

2b

2a

Staffaggi verticali appesi (Figura 1a e 1b) e appoggiati (Figura 2a e 2b). Gli staffaggi verticali lavorano sia a trazione sia a compressione, per impedire le oscillazioni nel piano verticale delle condotte orizzontali

Staffaggi orizzontali. Gli staffaggi orizzontali lavorano sia a trazione sia a compressione, per impedire le oscillazioni nel piano orizzontale delle condotte verticali

Gli staffaggi Gli staffaggi o supporti, definiti come elementi non strutturali ovvero secondari, hanno la funzione di collegare la o le condotte di convogliamento di aria alla struttura dell’edificio per mezzo di ancoraggi di vincolo veri e propri. Per

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#22

Staffaggi laterali. Gli staffaggi laterali possono essere a parete e a mensola e lavorano per impedire le oscillazioni laterali

le condotte, agli effetti degli staffaggi, non si fa distinzione né per materiali né per forma, né per dimensione delle sezioni. Le varie tipologie di staffaggi si distinguono per posizione, andamento delle condotte e disegno della rete aeraulica, sempre in considerazione

della capacità di risposta alle azioni sismiche e di antagonismo alle oscillazioni derivanti (si veda il Box2). Se si escludono gli staffaggi nelle zone sismiche 3 e 4 e per gli edifici di classe d’uso I e II e per i casi e parametri


Staffaggi longitudinali appesi (Figura 5) e appoggiati (Figura 6). Gli staffaggi longitudinali impediscono lo scorrimento longitudinale

Staffaggi a quattro vie. Gli staffaggi a quattro vie impediscono gli spostamenti in ogni direzione in un piano

8

9

Staffaggi sotto livello isolatori (Figura 8) e per piano rialzato (Figura 9). Gli staffaggi sotto livello isolatori solidarizzano con l’edificio isolato, mentre quelli per piano rialzato solidarizzano con la struttura sottostante BOX 2 stabiliti dal D.M. 14/01/2008 e dai dispositivi legislativi Regionali, per i quali è possibile utilizzare le caratteristiche costruttive indicate dalla Norma UNI EN 12236:2003, la cui applicazione assicura solo ed esclusivamente il rispetto

della “regola dell’arte”, tutta la tipologia di staffaggi elencata nel Box2 è commercialmente reperibile per tutte le installazioni richieste.

I controventamenti Fa parte degli staffaggi anche il sistema dei

controventamenti. I controventi sismici sono costituiti da elementi rigidi che possono assorbire carichi in trazione e in compressione oppure da cavi in grado di assorbire carichi solo in trazione (si vedano le Figure 1a e 1b). Essi possono essere trasversali o longitudinali rispetto all’asse delle condotte, da

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installare sia separatamente sia in concomitanza con la staffatura. Gli staffaggi non comprensivi di controventamenti dovranno essere oggetto di valutazione e verifica sotto il profilo statico/dinamico.

Gli ancoraggi Gli ancoraggi sono sistemi di vincolo per connettere gli staffaggi alle strutture dell’edificio. Gli impianti non possono essere vincolati alla costruzione contando sull’effetto dell’attrito, bensì debbono essere collegati ad essa con dispositivi di vincolo rigidi o flessibili. L’ancorante, di qualunque tipo esso sia, deve inoltre garantire che il sistema di ancoraggio abbia i necessari requisiti di duttilità e debba essere certificato e qualificato per ogni suo impiego specifico. In funzione della tipologia e del materiale della struttura, l’ancorante può essere classificato in vari modi (Tabella 2 e Figura 10).

LA PROGETTAZIONE I sistemi di staffaggio con i relativi ancoraggi, in quanto sistemi non strutturali, devono essere progettati nella loro rete complessiva insieme al sistema strutturale interagente dell’edificio. Per una adeguata risposta sismica dell’intero sistema, i progettisti di impianti, architetti e strutturisti, dovranno, in sinergia, ricercare una sintesi di progettazione coordinata dalla concezione architettonico-strutturale dell’opera, fino alla sua fase esecutiva. Nei casi in cui per zone sismiche, classi di edificio e tipo di committenza (pubblica o privata) sia necessario lo studio antisismico dei sistemi di staffaggio, l’incarico di progettazione soprattutto per edifici di tipo pubblico, può essere affidato in tre modi distinti: • ad uno studio di progettazione integrale dalla fase preliminare fino alla fase esecutiva

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#22

• ad una impresa installatrice sulla base delle prescrizioni di un progetto definitivo approvato e validato • ad una impresa installatrice sulla base di criteri di progettazione stabiliti dalla committenza Questa distinzione produce effetti diversi nei confronti della responsabilità dei partecipanti alla progettazione.

Approccio metodologico progettuale

Al fine di soddisfare i requisiti sismici delle reti aerauliche imposti dagli attuali dispositivi legislativi cogenti, si deve procedere alla valutazione, dimensionamento, calcolo e verifica degli elementi che

Tabella 2 – Classificazione degli ancoraggi Materiale della struttura

Tipo di ancorante

Certificazione / Qualificazione

Muratura e pietrame

1

Chimici-meccanici

Produttore

Cemento armato

2

Meccanici - chimici

ICC-ES Report succes.al 2007

Acciaio

3

Viti – bulloni – saldature

D.M. 14/01/2008

Legno

4

Viti – bulloni – chimici

EN 14592:2009

Figura 10 – Considerazioni formulate dalla FEMA 74-FM 2005


compongono gli staffaggi e dei sistemi di ancoraggio alla struttura dell’edificio. Al fine di procedere in modo olistico per il conseguimento degli obiettivi, il Progettista deve interagire con il Calcolatore delle strutture, in quanto il sisma produce una risposta contemporanea dei vari componenti strutturali e non strutturali. I dati di cui il progettista deve essere a conoscenza sono: 1. la zona sismica nella quale è situato l’edificio; 2. la classe d’uso e la categoria alla quale l’edificio appartiene; 3. il progetto strutturale dell’edificio contenente il disegno dell’andamento delle reti aerauliche in pianta ed in sezione, ovvero layout distributivo; 4. la forma, le dimensioni, i materiali delle condotte che compongono la rete aeraulica; Scelta e valutazione degli staffaggi

Posto che sul mercato sono presenti staffaggi antisismici di qualsiasi tipo, forma, dimensione e materiale, la scelta del prodotto va fatta tenendo presente la forma delle condotte e il modo e la distanza con cui percorrono pareti e solai all’intradosso o estradosso (si veda Figura11). In questa prima operazione deve essere inclusa la scelta del tipo dei controventamenti e della loro posizione. Tutto ciò è affidato alla esperienza e sensibilità del o dei progettisti. Calcolo e verifica sismica degli staffaggi

Gli obiettivi progettuali sono essenzialmente quelli di pervenire alla verifica delle sezioni degli elementi degli staffaggi scelti, che si ritengono maggiormente sollecitate. Noto il carico unitario di sicurezza ammissibile e il carico concentrato con il quale per direzione ortogonale alla sezione della condotta è sollecitato lo staffaggio, si procede a tale verifica con l’impiego diretto dei metodi della scienza e tecnica delle costruzioni. I criteri di progettazione degli elementi non strutturali, ovvero secondari, sono inquadrati principalmente nei paragrafi 7.2.1, 7.2.2, 7.2.3, 7.2.4 delle N.T.C. 2008, nei paragrafi C8A.9. – C8A.9.1, C84.9.2 della Circolare n. 617 del 02-02-2009 e

Figura 11 – Localizzazione tipologica delle protezioni sismiche nelle condotte

Fonte: FEMA E – 74 _ gennaio 2011

7.2.3 delle N.T.C. 2008, la forza sismica si determina come segue: Fa = (Sa · Wa)/qa dove Fa è la forza sismica orizzontale agente al centro di massa dell’elemento non strutturale nella direzione più sfavorevole; Wa è il peso dell’elemento; Sa è l’accelerazione massima, adimensionalizzata rispetto a quella di gravità, che l’elemento strutturale subisce durante il sisma e corrisponde allo stato limite in esame qa è il fattore di struttura dell’elemento. In mancanza di analisi più accurate Sa può essere calcolato nel seguente modo: 3 · (1 + Z/H) Sa = α · S · ——————— – 0,5 1 + (1 – Ta/t1)2 dove: α è il rapporto tra l’accelerazione massima del terreno ag su sottosuolo tipo A da considerare nello stato limite in esame e l’accelerazione di gravità g; S è il coefficiente che tiene conto della categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche secondo quanto riportato; Ta è il periodo fondamentale di vibrazione dell’elemento non strutturale; T1 è il periodo fondamentale di vibrazione della costruzione nella direzione considerata; Z è la quota del baricentro dell’elemento non strutturale misurata a partire dal piano di fondazione. Per le strutture con isolamento sismico si assume sempre Z = 0. H è l’altezza della costruzione misurata a partire dal piano di fondazione, Il valore del coefficiente sismico Sa non può essere assunto minore di αS. A solo ed unico titolo di orientamento, in zona 3 e per un edificio alto 30 m, classe I, terreno categoria B, la forza orizzontale statica equivalente da applicare ad 1 m di condotta equivale a circa il 50% del suo peso verticale (A.Temporin – CSPF ea).

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nell’Eurocodice 8, dove sono altresì definiti i livelli di prestazione attesi ed anche le azioni sismiche. I requisiti da soddisfare sono la sicurezza allo stato limite ultimo (S.L.U.) e allo stato limite di esercizio (S.L.E.), da considerare per le prestazioni complessive dell’edificio. Nello stato limite ultimo (S.L.U.) sono compresi lo stato limite vita (S.L.V.) e lo stato limite al collasso (S.L.C.), i quali non richiedono la verifica. Per gli impianti, nello S.L.E. (paragrafo 7.3.7) sono compresi lo stato limite di operatività (S.L.O.), relativo alle interruzioni d’uso, e lo stato limite dei danni (S.L.D.), relativo ai potenziali danni. Per ogni stato limite è prescritta un’azione sismica proporzionale al terremoto atteso. Determinazione del carico

Per la determinazione del carico si procede alle seguenti valutazioni: • peso proprio dei componenti della rete, ovvero delle condotte; • peso proprio del materiale coibente; • peso proprio degli staffaggi (elementi non strutturali); • peso accidentale (attrezzature, personale manutentore, scale, canaline elettriche, ecc.). Alla sommatoria di questi carichi gravanti sul metro lineare tra gli assi di massima distanza degli staffaggi che collegano le condotte, occorre considerare l’azione sismica riferita alla accelerazione orizzontale di massima attesa. Tale azione, la cui pericolosità è definita appunto in termini di accelerazione orizzontale di massima attesa (ag), produce effetti che possono essere determinati applicando la relativa forza sismica (Fa) al centro di massa e, nella direzione più sfavorevole, a ciascuno degli elementi funzionali. Determinazione della forza sismica (Fa)

Secondo quanto prescritto nel paragrafo

]

Posizionamento degli staffaggi e dei controventamenti

L’approccio progettuale non può prescindere dal mirare ad individuare e limitare, sin dalla fase preliminare, i punti di criticità attraverso la definizione di un opportuno layout distributivo sia unifilare sia multifilare della rete aeraulica. In Figura 12 si riporta una rappresentazione metodologica esemplificativa della pianta di progetto del sistema del controventamento di una condotta con la posizione delle barre verticali di ancoraggio (X), dei controventi trasversali (T) e dei controventi longitudinali (L). Per semplicità di calcolo la spaziatura consecutiva, ovvero la distanza fra gli assi, può, in prima approssimazione, essere scelta con l’uso

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Il principio di responsabilità secondo la normativa di settore

Nel merito delle norme, la responsabilità assume le seguenti connotazioni: Norma tecnica è una specifica tecnica di applicazione volontaria che assicura il rispetto delle “regole dell’arte”. Essa tutela l’operatore sotto il profilo della responsabilità civile, amministrativa Norma cogente è una norma cogente quando è richiamata espressamente da una Legge o da un

Capitolato speciale, e come tale assicura la presunzione di conformità alla “regola dell’arte”. Essa tutela l’operatore sotto il profilo della responsabilità penale. Norma armonizzata è una norma comunitaria che garantisce la presunzione di conformità ai “requisiti essenziali” stabiliti da una Direttiva Comunitaria. Essa tutela l’operatore sotto il profilo della responsabilità penale. BOX 3

Figura 12 – Rappresentazione metodologica esemplificativa della pianta di progetto del sistema del controventamento di una condotta con la posizione delle barre verticali di ancoraggio (X), dei controventi trasversali (T) e dei controventi longitudinali (L). La controventatura longitudinale (L) deve permettere gli spostamenti dovuti all’espansione ed alla contrazione termica della condotta.

distanza tra gli assi ed al sistema di verifica prima esposto, fino al raggiungimento dei requisiti richiesti di freccia e conservazione delle connessioni. I controventi, comunque posizionati, devono essere verificati esclusivamente al carico assiale a cui sono soggetti, a trazione o a compressione semplice e non contemporaneamente. Calcolo e verifica sismica degli ancoraggi

Tabella3 – Responsabilità dei partecipanti al progetto in base al ruolo ricoperto. Le maggiori responsabilità del progettista discendono dalle N.T.C. del 14-01-2008 in quanto norme prestazionali prescrittive. Il ruolo fondamentale del progettista è quello di definire la vita nominale della struttura nella sua completezza, ovvero la durabilità dell’opera (D.M. 14/01/2008 – punto 2.4.2). Il ruolo del Direttore dei Lavori, in particolare per i Lavori Pubblici (N.T.C. 14-012008 e D.P.R. 207/2010), è quello del continuo controllo in corso d’opera con la responsabilità della accettazione dei prodotti anche mediante eventuali prove sperimentali, oltre che della verifica della conformità e della validità della documentazione (marchiatura CE; ETA, ecc.).

Gli ancoraggi devono garantire il sostegno sicuro ed affidabile dei componenti alla struttura della quale devono avere lo stesso coefficiente di sicurezza. Definito il carico con il metodo prima indicato per valore, direzione e verso da applicare all’ancoraggio scelto, e noto il materiale della struttura, si procede al calcolo di verifica a taglio, trazione o combinato come da NTC 2008 e come suggerito dalle Aziende specializzate produttrici dello stesso ancoraggio. Responsabilità

Per i casi presi in considerazione ed in particolare per gli staffaggi e gli ancoraggi delle reti aerauliche sollecitati dalle azioni sismiche, per responsabilità deve intendersi l’obbligo di risposta da parte di chi con il suo operato è coinvolto nella sicurezza per l’incolumità delle persone oltre che il mantenimento della funzionalità dell’impianto sia nel corso dell’evento sismico sia immediatamente dopo. Tutto ciò entro i limiti definiti dal D.M. 14/01/2008, e dalle leggi e norme di settore (si veda Box 3). Mentre nel merito dei ruoli dei partecipanti al progetto, le alternative progettuali producono le responsabilità tipiche individuate in Tabella 3. n della Tabella UNI EN 12236 e dei Manuali NUSIG, SMACNA, Linea Giuda 51-2, nelle more di quanto riportato nel cap. 12 delle NTC 2008. La distanza tra gli assi degli staffaggi, così ipotizzata, deve essere verificata ai fini di garantire che la deflessione longitudinale della condotta

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non causi il distacco delle sue connessioni per non influenzarne la tenuta e contenga la deformazione (freccia) nei limiti di quella ammissibile. Qualora queste condizioni di prima ipotesi non risultino garantite, si procede, in modo iterativo, alla sostituzione nei calcoli di una nuova

* arch. Aroldo Bargone, Ordinario Tecnologia Meccanica ITIS, Delegato AICARR – inforoma@studiobargone.it


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GOVERNO TECNICO

C’è solo un ingegnere nella squadra

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Nr.01 – MERCOLEDÌ 18 GENNAIO 2012

L

e vicende di Fukushima sono arrivate inattese e violente. Esse ci insegnano che non conosciamo ancora a sufficienza la nostra Terra, ed i metodi migliori per soddisfare le nostre attuali esigenze. In questa nota riassumiamo le fonti di energia necessarie al nostro progresso civile. Si ribadisce la necessità di sviluppare nuove indagini e di aprire nuovi laboratori. Si sottolinea l’importanza delle Università, nel loro ampio significato di deposito di conoscenza, di luogo di indagine attiva su quanto ancora non conosciamo, e di deposito della cultura raggiunta, da trasmettere alle nuove

La decisione desta meraviglia e rammarico e richiama all’impegno

Perché la trattativa privata non piace all’Antitrust

dott. ing Franco Ligonzo

Sia chiaro: la mia meraviglia non è per nulla una critica alla scelta dei ministri fatta dal Premier, Prof. Mario Monti, ma è la reazione al fatto che nel suo cosiddetto “governo tecnico” c’è un solo ingegnere. Certamente quest’unico ingegnere è persona ben nota: il Prof. Ing. Fran-

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segue a pag. 3 e 4

GUIDA AI PRODOTTI PER LEED

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Infrastrutture e project

GIUSEPPE LANZAVECCHIA

2

La crisi finanziaria e quella culturale

N

dott. ing. Carlo Valtolina

Caro Collega, nessuno, meglio di noi tecnici, conosce il valore essenziale dell'aggiornamento conticesco Profumo, infatti, è stanuo, oltre quello della culto a lungo rettore del Politura e, per 60 anni, il notecnico di Torino e da qualstro Giornale ha cercato che mese era passato alla Vietare gli affidamenti di soddisfare queste esigen-in house presidenza del CNR. E il ze, dandosi una mission— ministero dell’Istruzione, del- appalti >pag.4 negli “cogliere e interpretare lo l’Università e della Ricerca, spirito del tempo” (n.13 che gli è stato affidato, sapdel 15/7/09) e seguendo piamo essere di grandissimo una linea editoriale che io peso in un’economia della stesso nel settembre 2010 conoscenza. Meraviglia, pe(n.14 del 1/9/2010) avevo rò, che non siano stati scelti riassunta in sei punti: altri ingegneri-architetti-geon “no” alla banalizzazione segue a pag. 5 dei problemi complessi; “si” al dare spazio alle diverse analisi, purché complete, motivate e documentate; ENERGIA NUCLEARE ANNO ACCADEMICO/1 n “no” alle soluzioni semplicistiche; “si” al sostenere POLITECNICO soluzioni che, pur semplici, DI MILANO: tengano conto l’esecutivo della comPer attirare i privati punta su project Crescita plessità di partenza e an— >pag.6 financing eche incentivi fiscali degli effetti di medio e sostenibilità periodo; dott. ing. Alessandro clerici n “no” all’intolleranza ina pag. 8 tellettuale; “si” alla discusPresidente Cni sione rispettosa delle idee Costo del lavoro, disciplina sulle varianti, altrui; ANNO ACCADEMICO/2 soglie per i servizi di progettazione e n “no” al bla-bla-bla fine a sé stesso; “si” al dare spaUNIVERSITÀ consultazione preliminare modificano Zambrano zio contrario all’ingresalle idee portatrici di DEL SALENTO: valore aggiunto; alcuni aspetti del Codice dei so dei soci di capitale negli studi Conoscienza n “no” a una linea editoContratti — >pag.5 — >pag.13 professionaliriale asservita a interessi di e sapere parte; “si” a un’informazione plurale e indipendente; a pag. 8 n “no” ad accettare che il comportamento eticamenCalo del 43% degli importi a gara rispetto te corretto messi finisca là dove RICHIAMO3 quello “penalallo stesso periodo delcomincia 2010. Il crollo mente rilevante”; “si” adcoinvolge anTITOLO DEL accettare un limite etico che e soprattutto le aggiudicazioni — >pag.8 RICHIAMO: tanto più stringente quanto

La Manovra Salva Italia cambia i lavori 1 pubblici

LAVORO E OCCUPAZIONE

el 1996 ho pubblicato un libro (1) che esaminava per diversi paesi industrializzati l’evoluzione – dal 1960 al 1995 – di economia, occupazione, forza lavoro; demografia per sesso, fasce d’età, fertilità, mortalità, durata della vita, processi migratori; società (come l’ingresso delle donne sul mercato del lavoro); necessità di una continua crescita economica in tutto il mondo in un contesto di globalizzazione crescente, e quin-

NOVITÀ NEL SOLCO DELLA TRADIZIONE

di di competizione sempre più diretta tra le diverse aree geopolitiche. L’evoluzione richiedeva cambiamenti strutturali di lavoro e occupazione: aumento dell’età lavorativa (fino a 65–70 anni) dovuto alla maggior durata della vita; scomparsa di tante attività del passato e comparsa di altre del tutto nuove; riduzione del lavoro dipendente a favore di quello autonomo; attività sempre più sofisticate e prepasegue a pag. 7

financing: matrimonio felice? La situazione mondiale dopo Fukushima Modello tedesco per le tariffe

RAPPoRto CNI suI bANdI dI PRogettAzIoNe

a pag. 8

a pag. 6

Le Rinnovabili sono la causa degli aumenti della bolletta elettrica

segue a pag. 5

Andamento del prezzo del petrolio e dei prezzi dell'energia elettrica e

bANdI NoVItÀ NoRMAtIVe IMMobILIARe eNeRgIA e RetI PRoFessIoNI IMPIANtI FoCus teCNoLogICo teRRItoRIo e AMbIeNte MAteRIALI PeRsoNAggI

del gas per un consumatore domestico tipo Numeri indici: gen 2007 = 100

260 250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90

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NEWSLETTER – Nr.01 — Pag.1

Jan-08

80 Jan-07

Lo dice l’AEEG, lo confermano studi indipendenti eppure non tutti sono d’accordo sui numeri. Le cause per cui il prezzo dell’energia cresce di più di quello del petrolio — >pag.7

Brent ($/b) Brent (€/b) Prezzo energia elettrica (consumatore domestico tipo) Prezzo gas (consumatore domestico tipo)

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Materiali a cambiamento di fase

Accumulo latente per il solare L’energia solare, in combinazione con una pompa di calore e un dispositivo di accumulo di calore latente, può soddisfare circa il 50% del fabbisogno annuale di calore per un’abitazione a basso consumo energetico

di Uros Stritih, Andreja Burkeljca e Vincent Butala

U

n ridotto consumo energeticoe un maggiore utilizzo di energia da fonti energetiche rinnovabili giocano un ruolo importante nel promuovere la sicurezza dell’approvvigionamento energetico. Una delle alternative più promettenti per riscaldare è l’energia solare. Il modo migliore per conservare l’energia solare è l’accumulo termico. Un recente studio pubblicato da Uros Stritih, Andreja Burkeljca e Vincent Butala su REHVA Journal 2/2013 [9] ha mostrato un’analisi energetica, usando un programma di simulazione dinamica oraria di un impianto di riscaldamento degli edifici, costituito da collettori solari (SC), accumulatore di calore latente (LHS) e pompa di calore (HP) per le città di Lubiana, Londra, Roma e Stoccolma. Si è potuto verificare che il sistema potrebbe coprire oltre il 50% del fabbisogno termico con energia dal sole e che la pompa di calore potrebbe operare con un coefficiente di prestazione (COP) di 6.

72

#22

Accumulo con materiali a cambiamento di fase (PCM) I mezzi usati per il riempimento con dispositivi di stoccaggio termico sono differenti. Un possibile materiale per la conservazione dell’energia termica è dato dalle sostanze che modificano lo stato fisico (Phase Change Materials – PCM), che possono essere utilizzate in diversi sistemi sia per il riscaldamento sia per il raffreddamento. L’uso di accumulo termico latente negli edifici presenta alcuni vantaggi. Utilizzando il corretto PCM e una corretta installazione è possibile ottenere soluzioni sufficientemente economiche ed efficienti per il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici. Tuttavia, per una fruizione di massa, è necessario risolvere alcuni problemi di affidabilità e funzionalità. Lo stoccaggio di energia può essere effettuato in base alle caratteristiche di solidificazione/

fusione del PCM. L’analisi condotta dai ricercatori Uros Stritih, Andreja Burkeljca e Vincent Butala ha valutato tre diversi tipi di paraffina con temperature di fusione differenti. L’influenza dei numeri di Reynolds e di Stefan sulla fusione e solidificazione del PCM è stata verificata dagli autori [2]. Nell’analizzare il comportamento di PCM — paraffina in capsule — è stato trovato che il cambiamento di fase si verifica nell’intervallo di temperatura. L’utilizzo di un metodo entalpico ha dimostrato che il processo di fusione dipende principalmente dalla dimensione del numero di Stefan, dalla temperatura a cui avviene il cambiamento di fase e dai diametri delle capsule [3].


Studi precedenti sui PCM

I dispositivi di accumulo di calore latente possono essere utilizzati in sistemi di riscaldamento che integrano collettori solari o pompe di calore. Simulazioni sono state condotte in passato per un sistema di accumulo termico latente in un impianto con tali apparecchiature e la temperatura è stata misurata all’ingresso e all’uscita dell’accumulo termico latente riempito di PCM [4]. In tale sistema alcuni fattori di progettazione sono importanti per le prestazioni dell’impianto [5]. Un raffronto è stato fatto tra un dispositivo di accumulo di calore piatto e di un dispositivo con alette. È risultato che nello stoccaggio termico con alette il tempo necessario per la fusione è inferiore [6]. Grande interesse negli ultimi dieci anni è stato suscitato da dispositivi di storage termico ad assorbimento o termochimici. Il loro uso è limitato a causa degli elevati prezzi dei materiali. Il vantaggio di questa tecnologia è la possibilità di accumulo termico a lungo termine [7]

Descrizione del sistema

Funzionamento del sistema

La radiazione solare è una fonte di energia sostenibile. La quantità annuale di energia solare che impatta sulla Terra è più di otto mila volte superiore alla domanda mondiale annua di energia primaria. La distribuzione locale dell’energia solare annua è determinata da cause meteorologiche e da fattori che sono altamente dipendenti dalla loro posizione. Per lo sfruttamento dell’energia solare gli autori hanno valutato un sistema composto da collettore solare a bassa temperatura, dispositivo di accumulo di calore (latente), pompa di calore e sistema di riscaldamento collegato ad un puffer. Il sistema è rappresentato nella Fig. 1.

Il collettore di energia solare assorbe l’energia solare, che viene quindi trasmessa tramite lo scambiatore di calore al dispositivo di accumulo di calore latente, che viene riempito con un materiale (PCM) — paraffina. Il materiale a cambiamento di fase accumula l’energia termica nel processo di cambiamento dello stato fisico da solido a liquido. Nel caso di studio la temperatura di fusione era di 30°C. L’energia termica dell’accumulo latente viene quindi utilizzata dalla pompa di calore e immagazzinata nel secondo accumulo, da qui inviata attraverso uno scambiatore di calore nel sistema di riscaldamento. In questo modo è possibile fornire all’ambiente una temperatura di 20°C con una temperatura di mandata di 40°C.

Figura 1 – Schema del sistema di riscaldamento

Il modello matematico Nell’analisi è stato utilizzato un apposito programma informatico che ha permesso di simulare il comportamento del sistema di riscaldamento in presenza di diverse condizioni climatiche. La simulazione si basava sui seguenti dati di ingresso: la radiazione solare per ora, la corrispondente temperatura esterna, le caratteristiche del collettore di energia solare, del dispositivo di accumulo di calore latente riempito di paraffina Rubitherm RT 31, della pompa di calore e le caratteristiche di un’abitazione a basso consumo energetico. I dati sulle condizioni climatiche sono stati ottenuti per le città di Roma, Lubiana, Londra e Stoccolma. Per i dati climatici è stato utilizzato un anno di riferimento (TRY). Lo schema di calcolo è presentato in Figura 2. Di seguito sono riportati i parametri fisici dei componenti del sistema. Collettore di energia solare (SC).

Il collettore di energia solare è progettato per convertire l’energia solare in calore. Nel sistema sono stati utilizzati due collettori solari. La caratteristica di ogni collettore è riportata nella Tabella 1. La quantità di calore generata dal sole viene calcolata utilizzando la seguente equazione (1): QSC = F’ · ASC · [Gglob.β · τcover · αabs – kUSC · (Tmid – Tamb)] dove: F’ è fattore di efficienza adimensionale dell’assorbitore; ASC è superficie del collettore solare (m²); Gglob.β è radiazione solare globale nel piano di copertura del collettore (W/m²); τcover è transitività della copertura del collettore solare; αabs è assorbività della radiazione solare sull’assorbitore; USC è conducibilità termica del collettore solare (W/m²K); Tmid è temperatura media del liquido nel collettore (K); Tamb è temperatura ambiente (K). Accumulo di calore latente (LHS) con paraffina Rubitherm RT 31

Latent Heat Storage

An energy analysis of the complex heating system for heating of buildings, consisting of solar collectors (SC), latent heat storage tank (LHS) and heat pump (HP) was performed. The analysis was made for the heating season within the time from October to March for different climatic conditions. These climatic conditions were defined using test reference years (TRL) for cities: Ljubljana, London, Rome and Stockholm. The energy analysis was performed using a program which allowed hourly dynamics calculation of losses and gains for a given system. It was found that the system could cover more than 50% of energy from the sun and the heat pump coefficient of performance (COP) reached 6. Keywords: Phase Change Material, Heat Pump, Solar Collectors, Latent Heat Storage

Per lo stoccaggio di energia a valori di temperatura bassi, abbiamo utilizzato l’accumulo di calore latente con paraffina Rubitherm RT 31 con le seguenti caratteristiche: Tra le principali caratteristiche della paraffina vi è la capacità di stoccare una maggiore quantità di energia senza modificarne la temperatura a cambiamento di fase (da solido a liquido e viceversa), come indicato nella Figura 3. In questo caso la temperatura alla quale si verifica la variazione di fase era di 31°C. Pompa di calore (HP)

Il ruolo della pompa di calore nel sistema di riscaldamento è quello di aumentare l’energia

#22

73


termica da un livello di temperatura piĂš basso ad un valore di temperatura piĂš elevato. Il COP (coefficiente di prestazione) della pompa di calore è stato calcolato con la Formula 2 per ogni temperatura della sorgente di calore in base alla Figura 4 per la temperatura di mandata del sistema di riscaldamento di 40°C. La temperatura della sorgente di calore accumulato in un dispositivo di accumulo di calore latente cambia a seconda dei guadagni solari. QC+PHP COPheating = â&#x20AC;&#x201D;â&#x20AC;&#x201D;â&#x20AC;&#x201D;â&#x20AC;&#x201D; (2) WHP dove: COPheating è il coefficiente di prestazioni per il riscaldamento; QC è il calore da una fonte di calore (kWh); WHP è lâ&#x20AC;&#x2122;energia fornita dalla pompa di calore(kWh). Edificio a bassa energia

Il sistema installato è stato utilizzato per riscaldare edifici a bassa energia con le seguenti caratteristiche: Il calcolo delle perdite è stato effettuato per mezzo dellâ&#x20AC;&#x2122;Equazione 3. Qloss = A ¡ U ¡ (Ti â&#x20AC;&#x201C; Te) dove: Qloss sono le perdite di calore (kWh); A è lâ&#x20AC;&#x2122;area dellâ&#x20AC;&#x2122;involucro edilizio (m²); U trasmittanza termica complessiva della costruzione (W/m²K); Ti Temperatura interna (K); Te temperatura esterna (K). In un momento in cui il sole non è in grado di fornire sufficiente energia termica, il sistema di riscaldamento secondario si accende in automatico. In questo caso la caldaia è a biomassa.

Figura 2 â&#x20AC;&#x201C; Schema di calcolo    







   



    

 

  

 

Tabella 1 â&#x20AC;&#x201C; Caratteristiche del collettore solare Fâ&#x20AC;&#x2122;

ASC [m2]

Gglob.β [W/m2]

Τcover

Îąabs

USC Tmid [W/m2K] [K]

0.95

25

500

1

0.95

1.5

30

Tabella 2 â&#x20AC;&#x201C; Caratteristiche della paraffina RT 31 Cp solid [kJ/kgK]

Cp liquid [kJ/kgK]

 solid [kg/m3]

 liquid [kg/m3]

T melting point [°C]

1.8

2.4

880

760

31

Figura 3 â&#x20AC;&#x201C; Distribuzione della temperatura nel dispositivo di di accumulo di calore latente con RT 31

Risultati e analisi Lâ&#x20AC;&#x2122;analisi ha mostrato che i guadagni solari massimi durante lâ&#x20AC;&#x2122;intera stagione fredda (da ottobre a marzo) sono piĂš alti a Roma e piĂš bassi a Stoccolma, dove durante i mesi di novembre, dicembre e gennaio sono quasi a zero. La maggior parte dei guadagni solari per tutte le cittĂ sono stati ottenuti nel mese di marzo (Figura 5). Inoltre, si notano perdite di calore piĂš elevate a Stoccolma e piĂš contenute a Roma. Per tutte e quattro le cittĂ  considerate le perdite massime sono state registrate nel mese di gennaio (Figura 6). La Figura 7 contiene i dati ottenuti con una pompa di calore per ciascun mese durante la stagione fredda. Dal grafico si nota che è possibile ottenere una maggiore quantitĂ  di calore nel mese di marzo, grazie alla presenza di una maggiore quantitĂ  di energia solare. Il massimo guadagno termico medio per il riscaldamento è risultato a Roma. Il massimo guadagno di calore è stato ottenuto a Lubiana nel mese di marzo, mentre i risultati piĂš bassi sono

74

#22

Figura 4 â&#x20AC;&#x201C; Diagramma per determinare il COP (coefficient of performance)

Tabella 3 â&#x20AC;&#x201C; Caratteristiche dellâ&#x20AC;&#x2122;edificio a bassa energia A [m2]

U [W/m2K]

Ti [°C]

Tsyst. [°C]

150

0.4

20

40


stati a Stoccolma nel mese di novembre, dicembre e gennaio. Il rendimento della pompa di calore o coefficiente di prestazione (COP) ci offre il rapporto tra calore prodotto ed energia d’ingresso (elettricità). Nel sistema presentato, il COP ha raggiunto valori compresi tra 0 e 5,69 durante la stagione fredda. Il valore 0 indica che non vi era alcuna fonte di calore da cui la pompa di calore potesse trarre il calore, innalzandolo ad un livello di temperatura maggiore. Come illustrato nella Figura 8, il valore 0 è stato raggiunto a Stoccolma nei mesi di dicembre e gennaio. Il valore massimo del COP è di 5,69 ed è stato raggiunto a Roma, Lubiana e Londra. A Roma

questo valore è stato raggiunto nei mesi di ottobre, novembre, febbraio e marzo, a Lubiana nel mese di ottobre e marzo e a Londra nei mesi di ottobre e marzo. A Stoccolma, invece, il massimo valore di COP è stato di 5,12. Poiché durante la stagione fredda non vi è un sole così forte da poter riscaldare, si rende necessaria l’attivazione del riscaldamento integrativo (in questo caso un sistema a biomassa). Come rappresentato in Figura 9, la maggiore necessità del riscaldamento integrativo risulta a Stoccolma, durante tutti i mesi invernali. A Lubiana, invece, il riscaldamento integrativo non è richiesto nel mese di ottobre, mentre a Roma si rende necessario in quantità decisamente inferiore rispetto alle altre città in esame. n

Bibliografia

[1] Uros Stritih, Andreja Burkeljca e Vincent Butala, Phase Change Material, REHVA Journal 2 (2013) -28-33 [2] Mithat Akgun, Orhan Aydin, Kamil Kajgusuz, Thermal energy storage performance of paraffin in a novel tube–in-shell system, Applied Thermal Engineering 28 (2008) 405- 413. [3] A. Felix Regin, S. C. Solanki, J. S. Sami, Latent heat thermal energy storage using cylindrical capsule: Numerical and experimental investigations, Renewable Energy 31 (2006) 2025- 2041. [4] M. Esen, Thermal performance of a olar-aided latent heat store used for space heating by heat pump, Solar Energy 69 (2000) 15-25. [5] Omer Comakli, Mahmut Bayramoslu, Kamil Kajgusuz, A thermodynamic model of a solar assisted heat pump system with energy storage, Solar Energy 56 (1996) 485-492. [6] U. Stritih, An experimental study of enhanced heat transfer in rectangular PCM thermal storage, International Journal of Heat and Mass Transfer 47 (2004) 2841-2847. [7] K. Edem N’Tsoukpoc, Hui Liu, Nolwenn Le Pierres in Lingai Luo, A review on long-term sorption solar energy storage, Renewable and Sustainable Energy Reviews 13 (2009) 2385-2396.

Articolo pubblicato su REHVA Journal, Febbraio 2012.

 

78 4 6 1 ; : 3 5 9 7 8

Figura 6 – Perdite di calore durante la stagione fredda per la città interessata – Qloss

  

Figura 5 – Guadagni solari durante la stagione fredda – QSC

222 82 222 72 222 62 222 52 222 42 222 32 12 222 2

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Figura 8 – Valori massimi COP durante la stagione fredda

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3

222 52

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222 42 222 32

8 6

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Figura 9 – Riscaldamento supplementare con biomassa nella stagione fredda per la città interessata !"#$%&''(%)*

  

Figura 7 – Riscaldamento con una pompa di calore nella stagione fredda per la città interessata – QHP

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AiCARR informa w w w. a i c a r r.c o m

a cura di Lucia Kern

49º Convegno internazionale AiCARR – Pervenuti oltre 100 abstract da tutto il mondo. Early bird 1º dicembre Esperti italiani, nordeuropei, dei paesi dell’est, statunitensi e neozelandesi hanno accolto numerosi l’invito di AiCARR a contribuire con lavori di particolare interesse tecnico-culturale al 49º Convegno internazionale “Edifici di valore storico: progettare la riqualificazione. Una panoramica, dalle prestazioni energetiche alla qualità dell’aria interna”, che l’Associazione organizza a Roma dal 26 al 28 febbraio 2014, in collaborazione con ASHRAE e con il sostegno del Ministero per i Beni e le Attività Culturali, di REHVA e IIR. Il Comitato Scientifico sta valutando gli oltre 100 abstract ricevuti, dedicati a casi-studio e analisi relativi a soluzioni connesse alle ristrutturazioni edili ed impiantistiche di immobili, soprattutto edifici di significativo valore storico-artistico, nell’ottica di un’ottimizzazione delle risorse energetiche e della qualità del costruito. La Cappella Sistina, la Cappella degli Scrovegni, l’Università Ca Foscari, il Foro Palatino, la mantovana Camera degli Sposi sono solo alcuni dei gioielli architettonici che, accanto ad altri importanti edifici italiani ed esteri e a lavori di carattere più generale, verranno analizzati dal punto di vista della riqualificazione tecnico-impiantistica nel corso del Convegno. E fra i gioielli architettonici si può annoverare anche Palazzo Venezia che, nella Sala del Refettorio quattrocentesco, ospiterà il pomeriggio del 26 febbraio la Sessione Plenaria del Convegno. La Plenaria si aprirà con gli interventi del Presidente Eletto Livio de Santoli, che illustrerà le Linee di indirizzo per l’efficienza energetica nel patrimonio di interesse storico-culturale, e di Maddalena Ragni, Direttore Generale per il Paesaggio, le Belle arti, l’Architettura e l’Arte contemporanee del Ministero dei Beni e delle Attività Culturali, che

parlerà di Esigenze e vincoli per la fruizione e la conservazione degli edifici storici. «Il nostro Convegno — commenta Livio de Santoli — rappresenta l’occasione ideale per portare all’attenzione del pubblico due documenti dedicati al medesimo argomento, l’uso efficiente dell’energia negli edifici storici, letto in due ottiche diverse e complementari. La relazione della dott.ssa Ragni si rivolge al mondo delle soprintendenze e dei tecnici preposti alla conservazione dei beni culturali, mentre il mio intervento è dedicato al mondo di chi, occupandosi a vario titolo di impianti, deve possedere una sensibilità particolare nei confronti del patrimonio storico sul quale si trova a intervenire e dei vincoli architettonici a cui questo è assoggettato». Si delinea dunque un evento di alto profilo e di concreto interesse professionale a cui non può mancare chi opera nell’ambito della riqualificazione degli edifici — dai progettisti di impianti, agli architetti, ai responsabili della gestione e manutenzione degli immobili — e nel panorama della conservazione dei beni culturali. «Sono certo — conclude de Santoli — che dalle esperienze illustrate nei diversi lavori, che verranno proposti al Convegno sulla base di quanto introdotto nella Sessione Plenaria, emergeranno idee innovative per affrontare in modo positivo le criticità che nascono dal complesso e delicato rapporto che lega efficienza energetica, impiantistica e patrimonio storico-culturale». È possibile fin da ora iscriversi al Convegno: sono previste quote di favore per chi si registra entro il 1 dicembre e una quota di iscrizione speciale per gli studenti.

Premiati il 17 ottobre in occasione del 31º Convegno di Bologna i vincitori del Premio Tesi di Laurea AiCARR 2013 Tiziana Buso ”Robustness of building design with respect to occupant behavior” Politecnico di Torino – Facoltà Architettura Relatore: prof. Stefano Paolo Corgnati

Michela Motta, Elena Anna Ragni “HVAC energy auditing of three university buildings” Politecnico di Milano – Facoltà Ingegneria edile Relatore: prof. Livio Mazzarella

Simona D’Oca ”Influence of occupants’ behaviour on heating energy consumption and thermal comfort in residential buildings. A switch from a deterministic to a probabilistic approach in energy dynamic simulation tools, for a better prediction of building energy performance” Politecnico di Torino – Facoltà Architettura Relatore: prof. Paolo Stefano Corgnati

Sara Baronetto, Gianluca Serale ”Sistemi solari termici innovativi: modelli di simulazione ed analisi parametriche” Politecnico di Torino – Facoltà Ingegneria dei sistemi edilizi Relatore: prof. Marco Perino

Dal 18 novembre si vota per il rinnovo delle cariche sociali 2014-2016 Si terranno dal 18 novembre al 2 dicembre le votazioni per il rinnovo delle cariche di Consigliere e di Revisore dei Conti per il triennio 2014-16. Ricordiamo che, in base allo Statuto recentemente approvato, il Consiglio Direttivo, il Tesoriere e il Collegio dei Revisori dei Conti in carica decadranno dal proprio mandato dopo l’approvazione del Bilancio del 2013, entro il mese di aprile. Dovrà quindi essere eletto un nuovo Consiglio Direttivo composto da

21 membri e un nuovo Collegio dei Revisori dei Conti composto da 3 membri più 2 supplenti. Il Presidente del Collegio dei Revisori, che dovrà essere iscritto al registro dei revisori legali dei conti, verrà scelto di comune accordo dagli altri due membri effettivi e nominato dal Consiglio Direttivo, mentre il Tesoriere sarà nominato dalla maggioranza qualificata del Consiglio. Hanno diritto di voto i Soci effettivi in regola con il pagamento della quota associativa.


“Igiene, ispezione e manutenzione degli impianti di climatizzazione”: il Percorso Specialistico indispensabile per i responsabili dell’igiene e il personale operativo

Dopo le due edizioni milanesi approda anche a Roma, a partire dal 29 ottobre, questo Percorso formativo unico nel settore, che offre una preparazione efficace e completa, ai sensi delle Linee Guida del Ministero della Salute. AiCARR Formazione pubblicherà presto un elenco dei professionisti che si sono già formati nelle varie edizioni per offrire loro la migliore visibilità presso le aziende di settore. Prende il via a breve l’edizione romana del Percorso Specialistico “Igiene, ispezione e manutenzione degli impianti di climatizzazione”, una proposta esclusiva di AiCARR Formazione. Grazie a questo Percorso, i responsabili dell’igiene e il personale operativo preposti alla manutenzione degli impianti possono finalmente contare su una preparazione solida e coerente con quanto richiesto dalle Linee Guida del Ministero della Salute* per la definizione dei protocolli tecnici di manutenzione predittiva sugli impianti di climatizzazione, richiamate anche nella Procedura operativa per la valutazione e gestione dei rischi correlati all’igiene degli impianti di trattamento aria, realizzata dalla Commissione consultiva permanente per la salute e sicurezza sul lavoro**. Il Percorso Specialistico, di cui si sono già tenute con successo due edizioni a Milano, si inserisce in un contesto normativo delicato e complesso, che richiede a chi eroga la relativa formazione una profonda competenza e un’indiscussa autorevolezza in materia. «Il nostro Percorso — illustra a questo proposito Mariapia Colella, Presidente della Commissione Formazione di AiCARR e Direttore di AiCARR Formazione Srl — è unico nel suo genere ed è il primo proposto in Italia. L’esclusivo programma didattico che lo contraddistingue nasce non solo dalla nostra ultraventennale esperienza nell’ambito della formazione tecnica ma anche dal lavoro “sul campo” di AiCARR, che ha collaborato alla stesura delle Linee Guida del Ministero della Salute. Inoltre, ci avvaliamo della collaborazione di due Associazioni del calibro di AIISA e AS.A.P.I.A. e dell’intervento di esperti INAIL in qualità di docenti. È importante sottolinearlo perché il professionista che investe tempo e risorse economiche nella formazione deve essere certo di ottenere una preparazione completa e realmente spendibile nel mondo del lavoro, affidandosi a una struttura esperta, seria e autorevole». Com’è strutturato il Percorso Specialistico di AiCARR Formazione? «Il nostro Percorso — prosegue Mariapia Colella — prevede un corso di cinque giornate, per un totale di 36 ore di lezione, per la formazione di figure di Categoria B, gli addetti alle operazioni semplici, e per la prima parte della formazione di figure di Categoria A, i responsabili dell’igiene. Un ulteriore corso di 20 ore, suddiviso in tre giornate, completa la preparazione dei professionisti di Categoria A, che possono dunque contare su ben 56 ore in aula. Il Percorso affronta tutti gli aspetti indicati dalle Linee Guida del Ministero della Salute e offre una preparazione anche più approfondita di quanto richiesto dalla Procedura operativa. Al termine del corso di cinque giornate, i partecipanti possono sostenere un test di verifica delle conoscenze acquisite e, a esito positivo, conseguire un attestato di frequenza e profitto per “Operatore di Categoria B formato ai sensi delle Linee Guida per la definizione di protocolli tecnici di manutenzione predittiva sugli impianti di climatizzazione”. Coloro che frequentano la seconda parte del percorso, superando il test di verifica, conseguono l’attestato di “Responsabile dell’igiene di Categoria A formato ai sensi delle Linee Guida per la definizione di protocolli tecnici di manutenzione predittiva sugli impianti di climatizzazione”». Sono necessari particolari requisiti per accedere? «Richiediamo che chi si iscrive al Percorso abbia sostenuto il test di autovalutazione online, che viene proposto prima di ogni edizione. La prova

viene sempre ripetuta in due diverse date, in modo da permettere a tutti gli interessati di poter scegliere in base ai propri impegni. È importante sapere che il superamento del test non è vincolante per l’iscrizione al corso, in quanto il risultato è mirato esclusivamente a indicare ai partecipanti stessi se dispongono delle basi necessarie per seguire proficuamente le lezioni. In alternativa al test, possono accedere al Percorso Specialistico coloro che hanno partecipato a una delle sei edizioni del corso “Impianti termici e di climatizzazione per le strutture sanitarie – Impianti di climatizzazione e architettura dei sistemi impiantistici” oppure ad alcuni corsi del Percorso Fondamenti della Scuola di Climatizzazione, come indicato sul nostro sito». Quali sono gli obiettivi del Percorso? «L’obiettivo è innanzitutto garantire ai tecnici addetti alla manutenzione degli impianti di climatizzazione, al personale di ASL e di altre istituzioni con compiti di vigilanza e controllo il know how necessario a svolgere in modo competente la loro attività, operando con professionalità, in sicurezza e nel rispetto della normativa vigente in materia. Inoltre, oggi intendiamo offrire a chi frequenta il Percorso una visibilità che può risultare davvero interessante per aprire nuovi orizzonti professionali: con l’autorizzazione degli interessati, realizzeremo presto un elenco di nominativi dei professionisti che hanno superato i test di profitto delle varie edizioni e che, quindi, si sono formati ai sensi delle Linee Guida. L’elenco verrà pubblicato sul nostro sito e potrà contare sulla sinergia con la rubrica Job Placement, lo spazio in cui i migliori professionisti e le più importanti aziende di settore si incontrano in modo mirato per cercare e offrire lavoro. Il servizio è riservato ai Soci AiCARR, ma tutti i partecipanti al Percorso “Igiene, ispezione e manutenzione degli impianti di climatizzazione” potranno comparire nell’elenco ed essere visibili alle aziende Socie». Concludiamo parlando dell’edizione che si terrà a breve a Roma «Dopo due edizioni milanesi, la prima parte del Percorso Specialistico approda ora anche a Roma, con l’obiettivo di diventare un appuntamento istituzionale. Le 36 ore previste per la formazione degli operatori di categoria B, e per la prima parte della formazione della categoria A, si terranno a Palazzo Baleani, presso l’Università La Sapienza, il 29 e 30 ottobre, con seguito il 20, 21 e 22 novembre. Portare sul territorio un percorso così articolato, affidato a numerosi docenti di diversa provenienza, è sicuramente un grande impegno, ma AiCARR Formazione intende rendere più facilmente fruibile questa esclusiva occasione di aggiornamento professionale anche ai professionisti del centro e del sud. In quest’ottica, ci proponiamo di organizzare ogni anno un’edizione milanese e una romana». Per informazioni e per l’iscrizione: www.aicarr.org * “Linee guida per la definizione di protocolli tecnici di manutenzione predittiva per gli impianti di climatizzazione” (Ministero della Salute – Accordo Stato-Regioni Provv. 05/10/2006 – G.U. 03/11/2006). ** Procedura operativa per la valutazione e gestione dei rischi correlati all’igiene degli impianti di trattamento aria, realizzata dalla Commissione consultiva permanente per la salute e sicurezza sul lavoro e approvata il 7 febbraio 2013 nell’ambito della Conferenza Stato-Regioni.


AiCARR informa w w w. a i c a r r.c o m Proseguono i Corsi Specialistici 2013

Si sono aperti il primo ottobre i Corsi Specialistici della Scuola di Climatizzazione: appuntamenti formativi pensati per chi sente l’esigenza di un aggiornamento professionale su tecnologie innovative, aspetti normativi specifici, temi di attualità legati al settore. In agenda ci sono ora i cinque corsi della serie Progettazione di impianti, che conducono i progettisti alla conoscenza approfondita di sistemi impiantistici  peculiari ma sempre più utilizzati, fornendo loro una preparazione in grado di renderne più competitiva la professionalità. I sistemi radianti, i sistemi a espansione diretta VRF/VRV, gli impianti VMC a recupero di calore, i sistemi WHLP sono affrontati in un’ottica utile tanto al giovane progettista, che apprenderà i principi fondamentali per la scelta e il dimensionamento di tali impianti, quanto al professionista più esperto, che avrà la possibilità di approfondire vari aspetti dell’argomento. Da segnalare che i corsi sulla progettazione di impianti si concluderanno l’8 novembre con il modulo dedicato alla progettazione degli impianti tecnici, meccanici ed elettrici per il blocco operatorio. Nato dalla pluriennale esperienza tecnico/normativa di AiCARR Formazione nel settore della Sanità, questo nuovissimo corso illustra i più attuali criteri della progettazione degli impianti, non solo tecnici ma anche meccanici ed elettrici, a servizio del blocco operatorio. Oggi, infatti, la singola sala operatoria di un tempo è stata sostituita dal blocco operatorio, che costituisce il luogo

in cui si riscontra il più alto livello della tecnologia ospedaliera, sotto gli aspetti strutturali, tecnologici, impiantistici e strumentali: per questo motivo rappresenta il reparto più importante, delicato e sofisticato dell’ospedale. Gli impianti al servizio del blocco operatorio rivestono attualmente un ruolo primario per garantirne il regolare e corretto funzionamento. Per questa ragione, tali impianti sono da sempre oggetto di analisi e approfondimenti che hanno portato alla redazione di specifiche norme di riferimento, nazionali e internazionali, in costante evoluzione e aggiornamento. Il modulo presenta tutti gli impianti necessari per il corretto e sicuro funzionamento del blocco operatorio, illustrando le norme che ne disciplinano la progettazione, descrivendo le principali soluzioni progettuali oggi adottabili e riportando le principali procedure di calcolo. Vengono infine trattate le operazioni per l’esecuzione dell’attività di convalida e di certificazione degli impianti. Il corso ha un approccio squisitamente professionale con esemplificazioni e illustrazione di recenti importanti realizzazioni. In novembre sono inoltre in programma fra i corsi Specialistici: • 6 e 7 novembre – Cogenerazione: fondamenti e applicazioni. • 13 e 14 novembre – Analisi economiche nel confronto di sistemi edificio/impianto • 27 e 28 novembre – Conduzione, esercizio e gestione della manutenzione degli impianti tecnologici

In anteprima: a partire da febbraio 2014, il nuovo corso sulla Simulazione termoenergetica dinamica

La simulazione termoenergetica dinamica è uno strumento utile per acquisire crediti nell’applicazione di protocolli di valutazione del livello di sostenibilità di una costruzione edilizia o per svolgere attività di post-costruzione in contesti di continuous commissioning o ancora di riqualificazione energetica dei sistemi edificio-impianti. Le sue applicazioni non si limitano al calcolo dei carichi termici in condizioni di esercizio e in termini di potenza impegnata, ma comprendono anche la previsione delle prestazioni energetiche del sistema edificio-impianti, in termini di energia consumata, così come l’analisi della dinamica delle prestazioni ambientali di carattere termico e visivo. AiCARR Formazione, in collaborazione con la Sezione Italiana dell’International Building Simulation Association (IBPSA Italia), ha sviluppato questo nuovo corso rivolto a tutti i professionisti che si occupano di previsione numerica delle prestazioni energetiche degli edifici e degli impianti di climatizzazione, ai quali fornisce le conoscenze teoriche e pratiche per la costruzione di modelli termoenergetici di sistemi edilizi

e impiantistici all’interno di due dei più diffusi software di simulazione termoenergetica dinamica (EnergyPlus@ e TRNSYS®). Il corso è organizzato su più giornate, suddivise in pacchetti di due e programmate periodicamente per favorire la partecipazione anche di chi proviene da fuori Milano. Gli argomenti in programma saranno comunicati con il consueto dettaglio di AiCARR Formazione nei prossimi mesi. In anteprima è già possibile anticipare che si parlerà di modelli di calcolo dei carichi termici di un ambiente confinato e dei modelli di funzionamento degli impianti di climatizzazione; alcune giornate saranno dedicate a fornire nozioni pratiche — struttura, interfacce, dati di input, dati di output, campi di utilizzo, limiti — inerenti l’utilizzo di due software e a sviluppare nel dettaglio, su personal computer, le simulazioni riguardanti due diversi casi di studio. Il corso si terrà a partire da febbraio 2014, le date saranno comunicate al più presto sul sito www.aicarr.org.

Programmate il vostro Percorso Fondamenti 2014

Collaudato con successo nel corso delle due precedenti edizioni, torna nel 2014 il Percorso Fondamenti della Scuola di Climatizzazione. Si tratta di 20 corsi sui temi essenziali della progettazione di impianti, ideati per chi intende affacciarsi alla professione supportato da un’efficace preparazione tecnica di base. Il Percorso Fondamenti prevede lezioni teoriche e pratiche, oltre a esercitazioni in aula; gli argomenti sono selezionati dagli esperti di AiCARR Formazione e affidati come sempre a qualificati professionisti e accademici di settore.

Al termine del Percorso, frequentabile integralmente oppure selezionando i moduli di interesse, il partecipante è in grado di “leggere” un progetto e ha acquisito le nozioni essenziali per cominciare a muoversi con sicurezza nel mondo della climatizzazione. Ricordiamo che i moduli “Fondamenti” sono caratterizzati da prezzi contenuti, studiati su misura per i più giovani. Il calendario completo dei corsi è pubblicato nella sezione Formazione del sito www.aicarr.org


La regolazione degli impianti di climatizzazione nel nuovo corso della Scuola in Pillole

Nell’ottica di offrire sul territorio occasioni di aggiornamento su argomenti di particolare attualità, AiCARR Formazione propone il nuovo corso della Scuola in Pillole dal titolo “La regolazione degli impianti di climatizzazione”, in programma in varie città italiane, da ottobre a dicembre. I dispositivi di regolazione sono ormai presenti in tutti i sistemi impiantistici, indipendentemente dalla loro taglia e dalla destinazione d’uso degli ambienti serviti, e hanno assunto un ruolo fondamentale non solo nella conduzione degli impianti ma anche nel conseguimento degli obiettivi di risparmio energetico. Tanto è vero che nel calcolo per la definizione ella prestazione energetica degli edifici si deve tener conto del “rendimento di regolazione”, determinato secondo quanto indicato nella Specifica Tecnica UNI TS 11300, parte 2. Oggi è perciò particolarmente importante per chi opera nel settore conoscere i dispositivi e le tecniche di regolazione più diffusi per la

gestione degli impianti, al fine di poterli correttamente applicare per garantire benessere, comfort termoigrometrico e contenimento dei consumi energetici. Il corso è articolato in due parti – corso Introduttivo e corso Avanzato – frequentabili anche singolarmente. Il corso Introduttivo, che si terrà al mattino, è dedicato a coloro che hanno necessità di prendere dimestichezza con i principi di base e i concetti fondamentali delle tecniche di regolazione applicate agli impianti di climatizzazione. Il corso Avanzato, in programma nel pomeriggio della stessa giornata, approfondisce gli argomenti inerenti la regolazione degli impianti nelle configurazioni più comuni, ponendo l’accento, inoltre, sull’attuale tema del risparmio energetico attraverso il corretto impiego dei più comuni dispositivi di regolazione. Per il calendario vi invitiamo a consultare il sito www.aicarr.org.

IN RICORDO DI SANZIO BOLDRINI

La scorsa settimana è mancato l’Ing. Sanzio Boldrini, Segretario Generale dell’Associazione dal 1998. La sua presenza in AiCARR per tre Presidenze consecutive è stata di notevole apporto. Persona di spiccata intelligenza, con notevoli doti organizzative e gestionali, in ogni momento disponibile per tutti a dare la sua partecipazione. Durante la Sua presenza, AiCARR si è evoluta sia numericamente che in termini di presenza su tutto il territorio, e Lui ha contribuito al risultato. Grazie Sanzio Renato Giovanni Merati

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