per i profili di richiesta di
energia termica in riscaldamento di 4 tipologie di edifici
Nel seguente paragrafo verranno ricercati i rapporti
e
per i profili di richiesta di energia termica in riscaldamento di 4 tipologie di edifici:
edificio senza isolamento termico e con funzionamento discontinuo dell’impianto di riscaldamento (Figura 7.28),
edificio senza isolamento termico e con funzionamento continuo dell’impianto di
riscaldamento (Figura 7.29),
edificio con isolamento termico e con funzionamento discontinuo dell’impianto di
riscaldamento (Figura 7.30),
edificio con isolamento termico e con funzionamento continuo dell’impianto di
riscaldamento (Figura 7.31).
Come fatto nel §Paragrafo 7.1, per ciascun profilo, viene calcolato il profilo adimensionale
( )
, dove ( ) è il profilo orario del carico termico annuale in riscaldamento mentre
è il suo valore massimo. Nelle Figure 7.28, 7.29, 7.30 e 7.31 viene riportato per ciascun caso il profilo orario adimensionale ( )
annuale. Tali profili sono rappresentativi del parco
124 Figura 7.28 Profilo orario adimensionale ( )
annuale per l’edifico senza isolamento termico e con funzionamento discontinuo dell’impianto di riscaldamento
Figura 7.29 Profilo orario adimensionale ( )
annuale per l’edificio senza isolamento termico e con funzionamento continuo dell’impianto di riscaldamento
125 Figura 7.30 Profilo orario adimensionale ( )
annuale per l’edifico con isolamento termico e con funzionamento discontinuo dell’impianto di riscaldamento
Figura 7.31 Profilo orario adimensionale ( )
annuale per l’edifico con isolamento termico e con funzionamento continuo dell’impianto di riscaldamento
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A questo punto, sulla base delle due modalità di stoccaggio di calore al terreno descritte nel §Paragrafo 7.1 e per un generico valore di energia termica residua, si è ricercato in maniera iterativa il valore tale per cui il profilo ( ) ( )
permetta di
ottenere |∑ ( )|
. Le iterazioni hanno portato a determinare il rapporto
in funzione del COP della pompa di calore utilizzata (Tabella 7.8).
Il problema successivo è quello di ricavare qual è il profilo di ( ) in tale che le temperature sulle pareti dei tubi abbiano valori minimi pari a 4°C, 1°C e -5°C. In questa maniera, si determina qual è l’ opportuna lunghezza totale dello scambiatore al terreno. Per fare questo, per ciascuno dei 4 profili, si è proceduto in maniera del tutto analoga a quanto presentato nel §Paragrafo 7.1, utilizzando il software COMSOL e analizzando un campo di 16 sonde avente le caratteristiche di Tabella 7.2.
Chiaramente il valore di
0 1 per il quale la temperatura sulla parete esterna dei tubi abbia un determinato valore minimo è diverso a seconda del profilo esaminato. Di conseguenza l’analisi dovrà essere eseguita caso per caso. Per esempio, si è trovato che per avere una temperatura minima di 4°C per il profilo che fa riferimento ad un edifico isolato termicamente e con funzionamento discontinuo del sistema di riscaldamento si deve avere
0 1 , mentre
si deve avere
0 1 per il profilo che fa riferimento ad un edifico non isolato termicamente e con funzionamento continuo del sistema di riscaldamento.
I rapporti
e
per i 4 profili di richiesta di energia termica in riscaldamento sono riportati in Tabella 7.8.
127 Tabella 7.8 Rapporti
e
rispettivamente per edifici senza isolamento termico e con funzionamento discontinuo dell’impianto di riscaldamento, per edifici senza isolamento termico e con funzionamento continuo dell’impianto di riscaldamento, per edifici con isolamento termico e con funzionamento discontinuo dell’impianto di riscaldamento e per edifici con isolamento termico e con funzionamento continuo dell’impianto di riscaldamento
senza isolamento termico
funzionamento discontinuo funzionamento continuo
metodo 1 metodo 2 metodo 1 metodo 2
COP=3 10.1420 11.5691 5.3596 6.5417 COP=4 9.3380 10.2837 5.0330 5.8149 tmin=4 °C 122.8570 134.0000 93.1428 103.4286 0 1 tmin=1°C 89.2860 95.8572 66.4286 73.8571 tmin=-5 °C 61.4290 67.0000 46.5714 51.7143
con isolamento termico
funzionamento discontinuo funzionamento continuo
metodo 1 metodo 2 metodo 1 metodo 2
COP=3 17.8319 19.4320 11.6046 13.1317 COP=4 16.2116 17.2730 10.6614 11.6727 tmin=4 °C 207.4286 217.1429 181.1429 193.5714 0 1 tmin=1°C 148.1429 155.1429 131.7143 140.8571 tmin=-5 °C 103.7143 108.5714 90.5714 96.7857
Si supponga quindi di avere a disposizione, in maniera costante e continua, una potenza termica residua di 700 kW ( ), di lavorare con una PDCG con COP=4 e di utilizzare acqua come fluido termovettore all’interno di sonde di 100 m di lunghezza ciascuna (è perciò necessario assumere i rapporti
tali che la temperatura minima sulle pareti dei tubi sia 4°C). A questo punto, utilizzando il primo metodo di stoccaggio di calore e facendo riferimento alla Tabella 7.8, per ciascuna delle 4 tipologie di edifici è possibile determinare la lunghezza totale degli scambiatori al terreno , la potenza massima fornita all’utenza e la
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corrispondente energia termica ∑ ( ) ∑ ( ( )
)
(Tabella 7.9).
Tabella 7.9 Numero di sonde e potenza termica massima che può essere fornita all’utenza per
per ciascuna delle 4 tipologie di edifico prese in esame
Dai dati riportati in Tabella 7.9, si può vedere come a parità di potenza termica residua, per gli edifici con isolamento termico sia necessario impiegare un numero di sonde maggiore (quasi il doppio) rispetto agli edifici senza isolamento; d’altra parte, però, si può vedere come per gli edifici isolati sia possibile fornire una potenza termica massima maggiore rispetto a quelli non isolati, il che permette di soddisfare la richiesta termica di un numero più elevato di utenze. A tal proposito, si faccia riferimento alla Tabella 7.10: in essa, assumendo che la richiesta di potenza termica massima per metro quadro di superficie dell’utenza sia pari a , , e rispettivamente per gli edifici non isolati con funzionamento discontinuo, non isolati con funzionamento continuo, isolati con funzionamento discontinuo e isolati con funzionamento continuo, sono evidenziati i metri quadrati di edificio servibili (in particolare, a titolo di esempio, è riportato anche il corrispondente numero di case a schiera di 200 m2), e il rapporto tra la lunghezza totale degli scambiatori al terreno e la superficie asservita.
edificio non isolato discontinuo 86000 860 6536.60 7424.12
continuo 65200 652 3523.10 7076.67
isolato discontinuo 145200 1452 11348.10 7673.61
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Tabella 7.10 Metri quadrati di edificio servibili e rapporto tra la lunghezza totale degli scambiatori al terreno e la superficie asservita per e per ciascuna delle 4 tipologie di edifico prese in esame
Dalla tabella si può vedere come a parità di nel caso di edifici isolati si riesca a soddisfare un numero di utenze notevolmente superiore (il triplo) rispetto al caso di edifici non isolati. Inoltre si vede che i valori dei rapporti
per gli edifici isolati siano inferiori (quasi la metà) rispetto a quelli degli edifici non isolati; ciò significa che a parità di metri quadrati di utenza serviti, è necessaria una lunghezza totale degli scambiatori al terreno maggiore (quasi il doppio) nel caso in cui le utenze siano non isolate rispetto ad edifici con isolamento termico.