Le torri dissipative, un ottimo ausilio contro i terremoti

Rubrica: Tecnologie in edilizia

Titolo o argomento: Dissipare l’energia dei terremoti

Mentre il paese pensa ai fiori di lillà e non ci facciamo mancare ogni tipo di ossessione, ci sfugge qualcosa di più importante. L’Italia, la terra delle menti brillanti (tra i maggiori esportatori al mondo di cervelli), ha potenzialmente soluzioni per ogni cosa e la capacità di intraprenderle autonomamente essendo una primizia mondiale (purtroppo sovente mal custodita) in settori quali, le scienze, la medicina, l’ingegneria, la robotica, l’aerospaziale, l’energia, i materiali, l’industria, la fisica, l’arte, la cultura… e molto altro condotto sempre con doti quali la capacità di innovare, la creatività, l’originalità…

Penso però sia veramente un peccato che certe chicche del progresso siano masticate solo da tecnologi di settore e mai chiacchierate in larga diffusione affinché tutti ne conoscano quantomeno l’esistenza. Un esempio importante, in questo periodo di risveglio del nostro sottosuolo (con la serie di terremoti iniziata il 24 Agosto ed in realtà mai terminata, a memoria storica, dal 1700), è rappresentato dalle “Torri dissipative” brevettate con merito (con brevetto internazionale che comprende anche Cina, Giappone e Stati Uniti, affermatosi  nel 2013 al Salone Internazionale delle Invenzioni di Ginevra, la più importante esposizione di invenzioni al mondo), in una versione innovativa, dall’Ing. Alessandro Balducci dell’Università Politecnica delle Marche. All’evento queste innovative Torri dissipative hanno vinto la medaglia d’oro* e la menzione speciale nell’ambito della classe D, ovvero Costruzioni, Architettura, Edilizia civile.

*Il brevetto era in competizione, a Ginevra, con circa 800 invenzioni dal mondo delle imprese, istituti, università e inventori provenienti da 41 paesi, davanti a oltre 60.000 visitatori. La giuria internazionale era composta da 85 specialisti di ogni settore.

Le Torri dissipative sono state mostrate anche durante l’evento “Your Future Festival”, tenutosi presso l’Università Politecnica delle Marche nel 2014, dove studenti e visitatori ne hanno potuto apprezzare un fedele e funzionante modello in scala (immagini in basso). Si tratta di un dispositivo per la protezione sismica degli edifici, una protezione che potremmo definire di tipo attivo se paragonata ad esempio ai dispositivi di sicurezza dei veicoli.

La tecnologia sviluppata dall’Ingegner Balducci vanta una notevole efficacia (consente agli edifici di resistere anche a terremoti di grande intensità) e costi di applicazione decisamente contenuti (circa 150 Euro per ogni metro quadro). Tanto per capirci con il costo di una piccola utilitaria si può evitare di perdere la casa (previa possibilità di installazione del dispositivo) o importanti strutture come scuole e ospedali.

Il sistema prevede l’applicazione di torri (costituite da tralicci metallici) all’esterno degli edifici. Queste vengono posizionate in modo strategico, a ridosso dei punti critici delle strutture, al fine di assorbire le oscillazioni degli edifici e scaricarle alle loro basi. Tali basi sono vincolate a terra tramite un appoggio centrale a cerniera sferica (immagini in basso) e le oscillazioni sono controllate da dispositivi di dissipazione montati su manovellismi di amplificazione degli spostamenti, disposti radialmente per risultare attivi in tutte le direzioni. L’effetto che ne deriva si traduce in una significativa riduzione delle accelerazioni e degli spostamenti dell’edificio. Il sistema, in quanto esterno, può essere applicato agli edifici senza interferenze con gli spazi e quindi senza interrompere l’operatività delle funzioni degli edifici stessi: per questo è stato giudicato particolarmente adatto a ospedali e scuole.

La prima realizzazione in assoluto delle torri dissipative è stata operata presso una scuola, il Liceo Benedetto Croce di Avezzano, seguito poi dal Liceo da Varano nel centro di Camerino e dal complesso Ospedaliero di Torrette di Ancona. L’applicaione sta ora avendo successo a livello mondiale.

Maggiori informazioni

Per maggiori informazioni trovate tutta la documentazione necessaria ed i contatti con l’Ingegner Alessandro Balducci, al seguente link: www.torridissipative.com

Curiosità

Il sistema di connessione del traliccio all’edificio è assimilabile ai triangoli delle sospensioni che nelle vetture connettono le ruote al telaio.

Il traliccio della torre è di per sé assimilabile al telaio in tubi a traliccio di una vettura o di una moto da corsa.

Il sistema di dissipazione dell’energia alla base della torre è invece assimilabile al sistema di leveraggi di una sospensione motociclistica.

Torri dissipative innovative - Ing. Balducci

Torri dissipative - Prevenzione terremotiTorri dissipative - Prevenzione terremotiTorri dissipative - Prevenzione terremotiTorri dissipative - Prevenzione terremotiTorri dissipative - Prevenzione terremoti

Ristrutturazioni condominiali senza regole (attenti a)

Rubrica: Ristrutturazioni
Titolo o argomento: Gli errori di cui potresti pentirti

Non si spiega come mai esseri umani di una società civile in grado di andare d’accordo, improvvisamente, ad una riunione condominiale, il più delle volte litighino. O forse sì, forse si spiega, forse si tratta di ignoranza, una di quelle forme di ignoranza che solitamente ci autogiustifichiamo sostenendo che abbiamo altri grattacapi per la testa a cui pensare. Così va a finire che un giorno, nel tuo bel condominio dove pensavi di andare d’accordo più o meno con tutti, arriva l’imprevisto come un fulmine a ciel sereno, un conto da pagare di cui sapevi poco o nulla. Che la cifra sia bassa o alta in realtà poco importa perchè non si dovrebbe passare sopra a comportamenti privi di ragione solo per evitare problemi o antipatie. Illustrare garbatamente la realtà dandone dimostrazione potrà rivelarsi utile in futuro proprio al condomino che oggi borbotta perchè non trova il vostro accordo.

Il geometra

Presso il condominio dove si trova il negozio di mio padre, da qualche tempo, il cornicione accusava problemi di vecchiaia, si erano aperte piccole crepe e cadevano calcinacci. Ad una prima riunione condominiale sull’argomento suggerisco di far dirigere i lavori alla mia ragazza la quale, a mio avviso, è un bravo geometra con un’esperienza piuttosto valida in particolar modo nel campo delle ristrutturazioni e diverse qualifiche tra cui quella di responsabile della sicurezza nei cantieri e di certificatrice energetica. La suggerisco anche per il lato economico in quanto essendo giovane ed avendo desiderio di farsi una buona clientela, realizza preventivi competitivi. Dopo apparenti approvazioni il condominio deciderà di scegliere un’impresa da sé e di non affidare a nessuno la direzione dei lavori ed il controllo della sicurezza del cantiere al fine di risparmiare denaro. Ovviamente tale scelta non è legale e molti condomini sono stati informati dai “trascinatori” solo a cose fatte. Solo per questo motivo la legge prevede che voi possiate opporvi ai lavori e, in caso di operazioni compiute, anche al pagamento degli stessi.

La furbizia dell’impresa

Forse non tutti sanno che prima di iniziare i veri e propri lavori di ristruturazione, in questo caso di un cornicione, è necessario eseguire la messa in sicurezza del sito. Tale operazione può essere condotta dai Vigili del Fuoco. Eh sì, molti non lo sanno ma è proprio così. I geometri con più esperienza solitamente consigliano questa scelta perchè molte imprese, al contrario, fingono di aver capito male ed eseguono sia la messa in sicurezza che la ristrutturazione, senza avvisare nessuno, al fine di accaparrarsi un lavoro in più. Sebbene con la crisi certi comportamenti possano sembrare motivati, è opportuno capire che si tratta di un’azione illegale.

La sicurezza del cantiere

Ai condomini poco interessa di spendere il dovuto per far installare ponteggi a norma, con segnalazioni a norma e protezioni a norma. A mio padre che invece ha un negozio al piano terra con un passaggio di clienti, sì che interessa. Guarda caso a chi doveva cadere in testa un pezzetto di cemento? A me, per fortuna senza conseguenze trattandosi di un pezzo delle dimensioni di una moneta da 2 euro. Un’impresa non può operare con un ponteggio non a norma perchè è illegale.

L’addetto alla sicurezza

Per legge si tratta di una figura professionale che deve essere al di fuori dell’impresa che si occupa dell’esecuzione dei lavori. Per la ristrutturazione di cui sopra questa figura è stata totalmente assente così come quella del geometra che doveva dirigere i lavori. In caso di controlli sarebbero stati guai per l’intero condominio, per l’amministratore e per la stessa impresa. Anche questo comportamento è ovviamente punito dalla legge.

Il lavoro nero non fa risparmiare

Molti oggi ancora credono di fare l’occhiolino e di poter essere pagati per una ristrutturazione in nero, di frequente è persino il cliente a chiedere questa possibilità. Ebbene dovete sapere che in caso di un lavoro eseguito male che porti un danno o, nei casi peggiori, un incidente ad un malcapitato, l’impresa può dire di non aver mai eseguito tali lavori in quanto non figura una ricevuta, non è stato incaricato alcun geometra per la direzione dei lavori e non è stato incaricato nessun addetto responsabile alla sicurezza del cantiere. Ogni guaio sarà a carico vostro e dell’amministratore.

Maggioranza o unanimità?

C’è chi sostiene che bastasse la maggioranza per dare il via ai lavori, guarda caso, la legge (art.1136 comma 5 e art.1134 del codice civile), sostiene che questo discorso è valido solo se tutti i condomini sono stati avvisati e solo se si è tenuta un’apposita riunione condominiale. Nel caso citato in questo articolo non c’è stato alcun preavviso, un paio di condomini hanno deciso tutto di testa loro anche per gli altri e senza comunicazione alcuna. Il fatto che poi, diverse famiglie del condominio ci siano passate sopra ed abbiano accettato la scelta dell’impresa e la condotta dei lavori, per legge, non si può affatto equiparare a maggioranza. Insomma chi sostiene di aver eseguito i lavori avendo la maggioranza ma senza che siano stati avvisati tutti i condomini e che si sia tenuta una regolare riunione condominiale, sostiene una teoria non corretta e non sostenuta dalla legge. Il problema è che la gente non è educata a dimostrare quanto afferma (come invece accade per scienziati, fisici, matematici, ecc.), così spesso ci si affida alla persona più carismatica anche quando questa ne sta sparando una più grossa dell’altra trascinando con sé tutti quelli più deboli che in esso vedono la figura che in quel momento gli fa più comodo.

Il risparmio che non c’è stato

Non ho mai conosciuto qualcuno, che non sia un esperto del settore, che abbia risparmiato facendo da sé nel settore edile. Le trappole, i segreti del mestiere, le tecnologie disponibili, ecc. sono talmente tante che senza esperienza non si fa nemmeno un metro se non spendendo di più di quello che si sarebbe dovuto spendere realmente. Anche in questo caso il nostro condominio ha giocato alla grande… in perdita, con un preventivo scelto, non si sa bene da chi (pare da un paio di condomini svelti ma non svegli), pari a quasi il doppio della cifra che si doveva realmente spendere. Come è possibile? Semplicemente perchè tra le ditte contattate ci sono state quelle che hanno proposto prezzi ancor più alti. Ecco, in questo caso particolarmente, il ruolo di un buon geometra è a dir poco fondamentale in quanto sarà in grado, con la sua esperienza, di assegnare i lavori a coloro che offriranno il miglior rapporto qualità/prezzo che non è, come tanti pensano, il preventivo più alto o, come altri pensano, quello più basso. Si tratta in realtà di una serie di fattori che un professionista può esporvi molto meglio del condomino tuttologo.

Disonesti dentro

Uno dei condomini si era accorto che tutta la situazione stava evolvendo troppo velocemente così, da brava persona, ha suggerito al capo squadra dell’impresa di informare anche mio padre circa gli sviluppi, ovvero che la messa in sicurezza era terminata e l’impresa stava già procedendo ad eseguire i lavori. Il capo squadra, notando che il condomino lo incitava dal balcone ad entrare in negozio da mio padre, alla fine è entrato ma, furbamente ha chiesto qualche prezzo e se ne è andato. Insomma non gli ha detto un bel niente. Mio padre pensava che l’impresa stesse eseguendo la messa in sicurezza e costoro in realtà avevano quasi terminato la ristrutturazione. Quando alcuni condomini hanno iniziato a capire si sono opposti e l’impresa ha sfoggiato i suoi elementi peggiori (degli operai extracomunitari con nulla da perdere) i quali hanno assunto un comportamento spavaldo.

La morale

Se la maggior parte dei condomini non avessero voluto fare di testa loro ed avessero incaricato un geometra avrebbero pagato qualche centinaio d’Euro il geometra ma avrebbero risparmiato diverse migliaia d’Euro di lavori. Inoltre si sarebbe chiamata un’impresa seria, avremmo avuto la sicurezza di un ponteggio a norma e di un rapporto trasparente con l’impresa. I lavori di messa in sicurezza li avrebbero potuti eseguire i Vigili del Fuoco e non avremmo continuato a combattere a vicenda durante le riunioni condominiali tenutesi ormai troppo tardi.

Ristrutturazioni condominiali senza regole (attenti a)

Certificazioni energetiche, piccoli suggerimenti sulla termografia

Rubrica: Classi e certificazioni energetiche

Titolo o argomento: Il corretto uso della termocamera
Segue dall’articolo introduttivo:
Certificazioni energetiche fasulle (attenti a)

Le termocamere non sono facili ed intuitive da adoperare per chiunque, il loro utilizzo infatti deve essere accompagnato da un’opportuna preparazione circa il prodotto e da una conoscenza ottima circa le modalità per affrontare al meglio un rilievo valido e attendibile. Di seguito riportiamo alcuni brevi suggerimenti che molto spesso (purtroppo) vengono sottovalutati.

Superfici riflettenti

Particolare attenzione va dedicata alle superfici riflettenti che la termocamera interpreta male (generalmente indicando temperature minori di quelle effettive e un minore calore emesso rispetto a quello effettivo), queste vanno ricoperte con nastro adesivo per non falsare il rilievo.

Distanza di rilevamento

E’ necessario porre attenzione alla distanza di rilevamento in quanto più si è distanti e più lo sfondo del cielo interferisce con il rilievo falsandone le indicazioni. E’ consigliabile effettuare più scatti da vicino unendoli poi in post-produzione.

Angolo di ripresa

L’angolo di ripresa influisce sulla veridicità dei dati raccolti. L’ideale sarebbe trovarsi sempre perpendicolari (e quindi a 90°) rispetto alla superficie sulla quale si sta effettuando il rilievo termico. Alcuni costruttori sostengono che con i loro prodotti si possono effettuare rilievi attendibili anche superando i 45° di angolazione tra la superficie da rilevare e l’occhio della termocamera.

Agenti atmosferici

Le facciate che si fotografano non devono essere irradiate dal sole e non deve essere presente il vento (è tollerabile al massimo una leggera brezza). L’influenza del vento va verificata tramite un anemometro, se la velocità del vento è superiore a quella di una brezza il rilievo non va eseguito. La parete oggetto del rilievo non deve essere stata irraggiata dal sole tutto il giorno. Per sicurezza le misure vanno rilevate la mattina presto o la sera tardi. Non ci deve essere pioggia né tantomeno deve aver piovuto poco prima del rilievo, pareti e finestre umide falsano i rilievi termici.

Altri utilizzi

Le termocamere non si utilizzano solo per i rilievi termici ma anche per rilevare: umidità, umidità di risalita, condensa e muffa, infiltrazioni, distacchi di materiali, ricerca guasti, passaggi cavedi, ricerca di modifiche strutturali. Nei casi appena citati il rilievo dopo una giornata di sole o di pioggia è consigliato e preferibile grazie al riscaldamento di aria o acqua che pone in evidenza numerosi dettagli utili. Il range di emissività varia da materiale a materiale, questo non sfugge alla termocamera che può smascherare l’utilizzo di un prodotto inadatto alla costruzione o, peggio, l’assenza di un materiale di fondamentale importanza. Infine, sempre mediante una fotocamera termica (rigorosamente di qualità), possono essere rilevati ponti termici geometrici e ponti termici costruttivi; particolarmente sottovalutati sono solitamente i ponti termici che si verificano all’atezza dei cassonetti delle tapparelle, in tal caso l’utilizzo di costose finestre a doppi o tripli vetri dotate di infissi isolanti risulta vano.

Fonte: tecnici accreditati esperti del settore “involucro edilizio, classi e certificazioni energetiche”
i quali hanno adoperato diversi marchi di termocamere. La scelta del prodotto in foto è puramente indicativa.

Termografia ad infrarossi

Image’s copyright: FLIR

Certificazioni energetiche fasulle (attenti a)

Rubrica: Classi e certificazioni energetiche

Titolo o argomento: Quelle case di “classe” che consumano un po’ troppo

Secondo diversi tecnici, accreditati esperti del settore “involucro edilizio, classi e certificazioni energetiche”, i controlli eseguiti a campione presso i cantieri di diverse regioni d’Italia, allo scopo di verificare la reale classe energetica cui appartiene un’abitazione, ammontano solamente al 4% di tutti i cantieri in opera. Di questo 4% si è scoperto che, nel 50% dei casi, le certificazioni energetiche risultano essere fasulle o acquistate su internet (per evitare multe prossime a 30.000,00 Euro) senza che alcun certificatore si sia realmente presentato presso il cantiere da verificare o senza che questo abbia effettuato i rilievi secondo le procedure corrette. Questo significa che, in molti molti casi, si acquista una casa per la quale il costruttore sostiene di poter garantire una determinata classe energetica (ad esempio la classe A che offre un buon ritorno di immagine ed è un valido ausilio di marketing) mentre in realtà la situazione è ben altra. Questo comportamento, affatto professionale, viene assunto sostenendo che tanto le spese di sprechi energetici sono a carico del sole (dotando la casa di un impianto fotovoltaico di base). In parte tale affermazione sembra essere vera (il sole infatti non vi presenterà una bolletta), in realtà un involucro edilizio che non garantisce le prestazioni dichiarate è un prodotto di bassa qualità per il quale la produzione di calore con metodi tradizionali offre bollette salatissime ed un ridotto valore dell’immobile. Nei momenti in cui l’irraggiamento da parte del sole non riesce a raggiungere debitamente l’impianto fotovoltaico e quello solare termico, ovvero quando il clima si fa più rigido, l’abitazione disperde calore che deve essere prodotto con metodi tradizionali (stufe elettriche, a gas, a pellet, caldaie) e la certificazione mendace a nulla servirà. In estate, invece, il calore esterno entrerà nell’edificio rendendo vano l’utilizzo perpetuo del climatizzatore collegato al fotovoltaico (il climatizzatore inoltre raggiungerà in breve le ore di vita utile previste e potrebbe richiedere una sostituzione precoce con tutti i costi che ne derivano).

Un edificio che realmente si trova in classe A consuma circa 6,67 kWh/m^2 annuo (si legge chilowatt ora su metro quadro annuo) di energia corrisponente ad una spesa di circa 250,00 Euro per la produzione di riscaldamento e acqua calda. Questo risultato può essere raggiunto solo con la debita qualità di materiali, tecnologie, metodi costruttivi, impianti e scelte progettuali. Tutti questi fattori comportano ovviamente un costo… un costo che, in tempo di crisi, solo pochi saggi sono disposti a (o hanno la possibilità di) affrontare. Di seguito vi riportiamo alcuni suggerimenti in merito ai rilievi che vengono effettuati  mediante fotocamere termiche (o termocamere) al fine di valutare la bontà di un progetto in relazione alla classe energetica dichiarata. Sarebbe bene che il cliente fosse presente durante queste operazioni e che incarichi egli stesso un tecnico di sua fiducia per effettuare tale rilievo come previsto dalle leggi vigenti.

Continua…

Perdite di calore tramite l'involucro edilizio di un'abitazione

La grafica mostra attraverso cosa un’abitazione scambia calore con l’esterno e in che misura.

Pompe di calore reversibili

Rubrica: Energia

Titolo o argomento: Invertire il ciclo della pompa di calore

Nelle pompe di calore reversibili, il senso di circolazione del fluido frigorigeno, può essere invertito. Ciò permette la produzione sia del caldo che del freddo all’interno di un ambiente. Senza bisogno di utilizzare più dispositivi, la stessa macchina è in grado, grazie ad una semplice valvola, di scambiare tra loro le funzioni dell’evaporatore e del condensatore andando così a riscaldare d’inverno e a raffrescare d’estate. Nonostante il costo iniziale più elevato di una pompa di calore reversibile, essa può essere meglio ammortizzata in tempi più brevi rispetto ad una pompa di calore ordinaria proprio grazie alla sua duplice azione. Sebbene l’installazione di una pompa di calore per il solo riscaldamento sia eseguibile pressoché ovunque senza particolari problemi, l’installazione di una pompa di calore reversibile richiede un intervento di ristrutturazione dell’impianto termico ed elettrico con realizzazione di appositi condotti atti a raffrescare le varie camere. Ciò non è d’obbligo per l’installazione di pompe di calore che provvedono al solo riscaldamento in quanto queste possono essere installate in sostituzione della tradizionale caldaia usufruendo così dei radiatori già installati nell’abitazione. Cliccando sull’immagine in basso è possibile avviare una interessante animazione interattiva che permette di conoscere i vari componenti della pompa di calore reversibile, nonché visionare il ciclo di riscaldamento e quello di raffrescamento.

Fonte principale: ENEA
Fonte di approfondimento: appunti universitari
Rielaborazione dati e approfondimenti a cura di ralph-dte.eu

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Efficienza di una pompa di calore 
Sorgente fredda e pozzo caldo
Pompe di calore: tipologie disponibili
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Pompe di calore reversibili per riscaldamento e raffrescamento

Ciclo di funzionamento della pompa di calore reversibile.
Cliccando sull’immagine è possibile avviare l’animazione del ciclo completa di didascalie interattive
con possibilità di selezionare il ciclo di riscaldamento e quello di raffrescamento.
Animation’s copyright: Glen Dimplex Deutschland

Pompe di calore: tipologie disponibili

Rubrica: Energia

Titolo o argomento: La scelta della sorgente fredda

Tipologie di pompe di calore

Le pompe di calore si distinguono in base alla sorgente fredda e al pozzo caldo che utilizzano. Possono quindi essere del tipo “aria-acqua”, “aria-aria”, “acqua-acqua”, “acqua-aria”, “terra-acqua”, dove il primo termine indica la sorgente fredda dalla quale si preleva calore ed il secondo il pozzo caldo nel quale si riversa calore. Di particolare interesse è il mezzo della sorgente fredda dal quale si preleva calore. Ne vediamo di seguito importanti aspetti relativi alle tre principali tipologie ovvero:aria, acqua e terra.

Aria

L’aria è disponibile ovunque.
L’installazione della pompa di calore con sorgente fredda ad aria è relativamente semplice.
La potenza resa dalla pompa di calore diminuisce in concomitanza con la diminuzione della temperatura dell’aria.
Rumorosità per elevate quantità di aria da trattare.
Qualora si utilizzi aria esterna all’edificio, intorno a 0 °C, è necessario attivare un sistema di sbrinamento che comporta un ulteriore consumo di energia.
Cali critici di rendimento sotto i 5-6 °C.
L’utilizzo di aria interna all’edificio risulta essere più vantaggioso.
L’utilizzo di aria interna all’edificio prevede che essa sia rinnovata regolarmente (aria viziata).

Pompe di calore con sorgente fredda ad aria

Acqua

Nonostante due terzi del pianeta siano coperti da acqua essa non è sempre disponibile nelle immediate vicinanze di un edificio.
L’installazione della pompa di calore con sorgente fredda ad acqua è relativamente semplice.
Ridotta rumorosità.
Cali critici di rendimento sotto i 5-6 °C (con acqua di superficie).
Possibili problemi di ghiacciamento (con acqua di superficie).
Temperatura della sorgente fredda più costante (con acqua di falda).
Necessità di richiesta permessi (con acqua di falda).
L’acqua garantisce le prestazioni della pompa di calore senza risentire delle condizioni climatiche esterne.
L’utilizzo di acqua come sorgente fredda richiede un costo addizionale dovuto al sistema di adduzione.

Pompe di calore con sorgente fredda ad acqua

Terreno

Il terreno subisce minimi sbalzi di temperatura rispetto all’aria.
Le tubazioni orizzontali vanno interrate ad una profondità di circa 1-1,5 metri per non risentire delle variazioni di temperatura dell’aria esterna e, allo stesso tempo, mantenere i benefici effetti dell’insolazione.
È necessaria una estensione di terreno da 2 a 3 volte superiore alla superficie dei locali da riscaldare.
Sfruttamento del calore geotermico (qualora siano previste sonde geotermiche).
Soluzione costosa (complessità impianto sia nel caso di tubazioni orizzontali che di sonde geotermiche, superficie terreno necessaria).

Pompe di calore che utilizzano il terreno come sorgente fredda

Fonte principale: ENEA
Fonte di approfondimento: appunti universitari
Rielaborazione dati e approfondimenti a cura di ralph-dte.eu

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Pompe di calore: sorgente fredda e pozzo caldo

Rubrica: Energia

Titolo o argomento: Mezzi dai quale viene assorbito o al quale viene ceduto calore
Questo articolo segue dai precedenti indicati di seguito:
Che cos’è una pompa di calore?
Efficienza di una pompa di calore

Sorgente fredda

Il mezzo esterno da cui si estrae calore viene solitamente chiamato sorgente fredda (taluni lo chiamano pozzo freddo). Nella pompa di calore il fluido frigorigeno assorbe calore dalla sorgente fredda tramite l’evaporatore. Le principali sorgenti fredde sono l’aria, l’acqua e la terra. La prima può essere prelevata all’esterno dell’edificio nel quale è installata la pompa di calore oppure può essere prelevata all’interno del locale dove è installata la pompa stessa (locale tecnico), la seconda può provenire da una falda, un fiume o un lago, qualora questi si trovino nelle immediate vicinanze di una zona abitativa (l’acqua viene prelevata ad una ridotta profondità), oppure da un serbatoio riscaldato dalla radiazione solare. Infine l’ultima opzione, la terra, comporta l’inserimento di tubazioni a serpentina collegate all’evaporatore. In quest’ultimo caso è necessaria una superficie (giardino, terra agricola, ecc.), su cui poggiare le tubazioni a circa 1,5 metri sotto il terreno, di dimensioni pari ad almeno 3 volte la superficie dell’abitazione da riscaldare o raffrescare.

Il pozzo caldo

Se l’aria, l’acqua o il terreno esterni ad un’abitazione sono detti sorgente fredda, l’aria o l’acqua da riscaldare, ad esempio all’interno dell’abitazione in questione, sono detti pozzo caldo. Nel condensatore il fluido frigorigeno cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente fredda che l’energia fornita dal compressore. La cessione di calore può avvenire tramite ventilconvettori (costituiti da armadietti nei quali l’aria viene fatta circolare sopra corpi scaldanti), serpentine (inserite nel pavimento, nelle quali circola acqua calda), canalizzazioni (le quali trasferiscono direttamente il calore prodotto dalla pompa di calore ai diversi locali).

Sorgente fredda ad aria

Installazione relativamente semplice.
Rumorosità per elevate quantità di aria da trattare.
Cali critici di rendimento sotto i 5-6 °C.

Pompa di calore con sorgente fredda ad aria

Sorgente fredda ad acqua di superficie

Installazione relativamente semplice.
Ridotta rumorosità.
Cali critici di rendimento sotto i 5-6 °C.
Possibili problemi di ghiacciamento.

Pompa di calore con sorgente fredda ad acqua di superficie

Sorgente fredda ad acqua di falda

Ridotta rumorosità.
Temperatura della sorgente fredda più costante.
Necessità di richiesta permessi.

Pompa di calore con sorgente fredda ad acqua di falda Pompa di calore con sorgente fredda ad acqua di falda

Sorgente fredda a collettori orizzontali

Temperatura della sorgente fredda più costante.
Costo elevato di installazione.
Necessità di ampi spazi.

Pompa di calore con sorgente fredda a collettori orizzontali Pompa di calore con sorgente fredda a collettori orizzontali

Sorgente fredda a sonde geotermiche

Temperatura della sorgente costante.
Sfruttamento del calore geotermico.
Costo elevato di installazione.

Pompe di calore con sorgente fredda a sonde geotermiche Pompe di calore con sorgente fredda a sonde geotermiche

Fonte principale: ENEA
Fonte di approfondimento: appunti universitari
Rielaborazione dati e approfondimenti a cura di ralph-dte.eu

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Efficienza di una pompa di calore

Rubrica: Energia

Titolo o argomento: Introduzione al rendimento di una pompa di calore

Segue dall’articolo introduttivo:
Che cos’è una pompa di calore?

Efficienza

La pompa di calore è in grado di fornire più energia (sotto forma di calore) di quella che utilizza per il suo funzionamento (energia elettrica). Il consumo elettrico avviene a carico del compressore, l’assorbimento di calore avviene nell’evaporatore (dal mezzo circostante che può essere aria o acqua), infine la cessione di calore, verso il mezzo da riscaldare (aria o acqua), avviene nel condensatore. L’efficienza di una pompa di calore si misura tramite il “C.O.P.” ovvero il “Coefficiente di Prestazione”. Questo valore è il rapporto tra l’energia fornita (calore ceduto all’aria o all’acqua da riscaldare) e l’energia elettrica consumata per permettere tale riscaldamento. Ogni tipologia di pompa di calore ha un suo C.O.P. il quale varia anche in base alle condizioni di funzionamento, solitamente i valori di C.O.P. si aggirano intorno a 3. Tradotto significa che consumando 1 kWh di energia elettrica, verrà fornita una quantità di calore pari a 3 kWh ossia 2580 kcal. Per incrementare il Coefficiente di Prestazione la temperatura della sorgente (dalla quale si preleva calore mediante l’evaporatore) deve essere incrementata mentre la temperatura alla quale si cede il calore (per mezzo del condensatore) deve essere ridotta. Questo perchè il ciclo al quale si ispira la pompa di calore, analogamente ai frigoriferi ed ai condizionatori, è il ciclo di Carnot (ciclo puramente ideale) il cui rendimento (ma anche la potenza resa) dipende unicamente dalle temperature tra le quali avviene il ciclo stesso. A temperature prossime allo zero (-2°C – +2°C) le prestazioni di una pompa di calore calano notevolmente ed il dispositivo si disattiva a meno che il sistema non sia dotato di “astuzie” tecniche che ne permettono il funzionamento attivando una resistenza elettrica la quale, ovviamente, implica un maggiore consumo di energia elettrica. La potenza termica resa dalla pompa di calore dipende dalla temperatura a cui la stessa assorbe calore.

Ciclo ideale: Carnot

Il ciclo di Carnot è il più semplice tra i motori termici.
Si tratta di un ciclo ideale con ipotesi di gas perfetto e trasformazioni senza attrito e quasi statiche (reversibili).
Esso fornisce il limite teorico alle prestazioni di un qualunque ciclo reale.
Il ciclo di Carnot è reversibile.
Se viene percorso in senso inverso, le energie scambiate cambiano di segno.
Viene assorbito lavoro meccanico (L).
Viene assorbita dalla sorgente fredda una quantità di calore Qf.
Viene ceduta alla sorgente calda una quantità di calore Qc.
Il ciclo diventa un ciclo frigorigeno e il sistema viene detto “Macchina frigorifera” o “Pompa di calore”.
Il rendimento del ciclo di Carnot dipende unicamente dalle temperature tra le quali avviene il ciclo.
Il rendimento del ciclo di Carnot non dipende dal tipo di gas impiegato, né da pressioni e volumi considerati.

Ciclo reale

Il lavoro di espansione non viene recuperato.
Il lavoro di compressione è più grande rispetto a quello ideale.
La temperatura di evaporazione è più bassa di quella dell’ambiente in cui si trova.
La temperatura di condensazione è più alta di quella dell’ambiente in cui si trova.
La differenza di temperatura tra condensatore e evaporatore sarà sempre più alta di quella fra sorgente calda e sorgente fredda.

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Fonte principale: ENEA
Fonte di approfondimento: appunti universitari
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Coefficiente di prestazione delle pompe di calore - COP

Che cos’è una pompa di calore?

Rubrica: Energia

Titolo o argomento: Prelevare calore per trasportarlo dove occorre

La pompa di calore è una macchina a fluido capace di trasferire (pompare) calore sottraendolo da un ambiente a temperatura più bassa (sorgente fredda) per cederlo ad un altro a temperatura più alta (pozzo caldo). Il principio con il quale essa opera è il medesimo del frigorifero e del condizionatore d’aria. L’anima della pompa di calore consiste in un circuito chiuso (composto da quattro organi principali che vedremo tra poco) entro il quale evolve un fluido detto frigorigeno. Detto fluido, a seconda delle condizioni di temperatura e pressione alle quali si trova, assume lo stato di vapore (che per essere raggiunto richiede l’assorbimento di calore dall’ambiente a temperatura più bassa) o di liquido (che per essere riottenuto implica di cedere calore all’ambiente a temperatura più alta). Affinché le condizioni di pressione e temperatura del fluido mutino come previsto esso viene ciclicamente compresso ed espanso secondo un ciclo che vedremo nel dettaglio di seguito.

Gli organi che compongono il circuito chiuso sono un compressore, un condensatore, una valvola di espansione ed un evaporatore. Il condensatore e l’evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, ovvero tubi posti a contatto con un fluido di servizio (acqua o aria) nei quali scorre il fluido frigorigeno. Questo sottrae calore all’evaporatore e lo cede al condensatore. I componenti del circuito possono essere sia raggruppati in un unico blocco, sia divisi in due parti (sistemi “SPLIT”) raccordate dai tubi opportunamente isolati nei quali circola il fluido frigorigeno. Le trasformazioni che subisce il fluido frigorigeno all’interno del circuito, al fine di prelevare calore dalla sorgente fredda per trasferirlo al pozzo caldo, sono le seguenti:

Evaporazione

Mediante un evaporatore (scambiatore di calore) il fluido frigorigeno assorbe calore dall’ambiente esterno (sorgente fredda) ed evapora completamente. L’ambiente esterno può essere la terra, l’aria o l’acqua. Vedi pressioni e temperature in gioco sullo schema riportato in basso, cliccandovi sopra si avvia una interessante animazione.

Compressione

Il fluido frigorigeno proveniente dall’evaporatore si trova allo stato gassoso in condizioni di bassa pressione. Tramite il compressore il fluido viene portato ad alta pressione, l’energia termica per unità di volume aumenta e di conseguenza la temperatura del fluido stesso aumenta. Vedi pressioni e temperature in gioco sullo schema riportato in basso, cliccandovi sopra si avvia una interessante animazione.

Condensazione

Il fluido frigorigeno proveniente dal compressore, in condizioni di alta pressione e temperatura, passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’esterno. Vedi pressioni e temperature in gioco sullo schema riportato in basso, cliccandovi sopra si avvia una interessante animazione.

Espansione

Attraverso la valvola di espansione il fluido frigorigeno liquido si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda. Il ciclo è pronto per ricominciare. Vedi pressioni e temperature in gioco sullo schema riportato in basso, cliccandovi sopra si avvia una interessante animazione.

L’insieme di queste trasformazioni costituisce il ciclo della pompa di calore. L’energia per il compimento del ciclo viene fornita dal compressore (il quale a sua volta è alimentato dalla rete elettrica convenzionale o da un impianto fotovoltaico o da un sistema di accumulo dell’energia, ecc.) al fluido frigorigeno il quale, all’interno dell’evaporatore, assorbe calore dal mezzo circostante e, tramite il condensatore, lo cede al mezzo da riscaldare. Cliccando sull’immagine viene avviata una interessante animazione comprensiva di didascalie.

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Pompa di calore

Ciclo di funzionamento della pompa di calore. Cliccando sull’immagine è possibile avviare
l’animazione del ciclo completa di didascalie interattive.
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