Le principali apparecchiature per la produzione di energia termica installate all’interno dello Smart Energy Building sono:
- pompa di calore geotermica
- pompa di calore aria-acqua
- collettori solari termici
- impianto di ventilazione meccanica controllata
La pompa di calore geotermica, chiamata “Ground Source Heat Pump (GSHP)”, è un sistema utilizzato per riscaldare/raffrescare un edificio trasferendo calore da o verso il terreno (caratterizzato da una temperatura pressoché costante durante l’anno) rispettivamente durante l’inverno o l’estate. Di conseguenza i sistemi GSHPs sono più efficienti dei sistemi a pompa di calore aria-acqua “Air Source Heat Pumps (ASHPs)” in quanto i primi sono avvantaggiati dalle temperature del terreno relativamente costanti. I sistemi GSHP possono essere dotati di scambiatori di calore per applicazioni specifiche con acqua di falda o circuito chiuso (scambio con il terreno).
Nei sistemi a circuito aperto si utilizza, per esempio, l’acqua di falda, come fluido di scambio termico che circola direttamente attraverso il sistema di pompa di calore; mentre nei sistemi chiusi il fluido che permette di trasferire calore dalla pompa geotermica (installata in genere all’interno dell’edificio) al terreno e viceversa è costituito da una miscela di acqua e soluzione antigelo. I sistemi chiusi possono essere: orizzontali, verticali o “pond/lake”; quelli orizzontali sono soluzioni economicamente vantaggiose per installazioni residenziali, in particolare per i nuovi edifici dove c’è disponibilità sufficiente di terreno; i circuiti verticali sono da preferire per edifici commerciali e scuole, mentre i sistemi “pond/lake” sono installati quando risulta disponibile un’adeguata superficie d’acqua.
L’impianto GSHP installato nello Smart Energy Building è caratterizzato da una configurazione a ciclo chiuso verticale in cui otto sonde sono interrate nel suolo a circa 120 m di profondità. La pompa di calore geotermica è una Clivet WSHN-XEE2 MF 14.2 avente una potenza termica/frigorifera nominali pari a 46/44.3 kW e un COP (Coefficient Of Performance) a pieno carico pari a 4.4. Le dimensioni della pompa di calore sono 900x1700x1870 mm e il peso è circa 400 kg.
La figura sottostante riporta lo schema dell’impianto di riscaldamento/raffrescamento e produzione di acqua calda sanitaria di cui è dotato lo Smart Energy Building. La pompa di calore geotermica è utilizzata sia per scopi di riscaldamento/raffrescamento che per la produzione di acqua calda sanitaria.
Nel funzionamento per riscaldamento l’acqua calda prodotta dalla pompa di calore geotermica è convogliata in un serbatoio inerziale, dal volume di 500 litri, e da qui inviata ad un collettore (raffigurato in figura in colore rosso) che alimenta il circuito di riscaldamento (composto da una rete di tubi, numerosi fan-coils a due tubi e radiatori). L’acqua che esce dalla pompa di calore geotermica è utilizzata anche per produrre acqua calda; infatti, la pompa di calore geotermica è collegata dal punto di vista idraulico al serbatoio dell’acqua calda (del volume di 500 litri) che è equipaggiato con altri due scambiatori di calore rispettivamente connessi alla pompa di calore aria-acqua (ASHP) e ai collettori solari termici installati sul tetto della palazzina. Pertanto, la produzione di acqua calda è garantita da tre dispositivi: pompa di calore geotermica, pompa di calore aria-acqua e collettori solari termici. Questi ultimi sono utilizzati come via preferenziale per produrre acqua calda grazie alla gratuità della fonte solare; quando questa è assente o molto bassa, vengono utilizzati la pompa geotermica e/o quella ad aria-acqua.
Durante il funzionamento per raffrescamento (da inizio giugno alla fine di settembre), la pompa di calore geotermica contribuisce alla produzione di acqua calda convogliando al serbatoio di accumulo una parte del flusso d’acqua proveniente dal circuito di raffreddamento dell’edificio. Al contrario, quando è in funzione il sistema di riscaldamento (da inizio novembre a metà aprile), la pompa geotermica contribuisce alla produzione di acqua calda convogliando al serbatoio di accumulo una parte dell’acqua riscaldata. Nei mesi rimanenti, quando l’edificio non necessita né di essere riscaldato né di essere raffrescato, l’acqua calda è prodotta dal solare termico e dalla pompa di calore aria-acqua in quanto la pompa di calore geotermica rimane spenta.
L’ASHP è una Clivet WSAN-XIN 51 PRM caratterizzata da una potenza termica nominale di 11.5 kW e un COP uguale a 3.4. Le dimensioni della pompa di calore sono 445x1087x1230 mm e il peso è di circa 170 kg.
I due collettori solari a tubi sottovuoto (modello Buderus) del sistema solare a circolazione forzata hanno una superficie totale di 3.84 m2. Sono orientati a sud con un angolo di tilt pari a 15°.
Come menzionato sopra, lo Smart Energy Building è dotato di un impianto di ventilazione meccanica controllata (Air Handling Unit – AHU) installata sul tetto che contribuisce alla circolazione, pulizia e umidificazione dell’aria all’interno dell’edificio; l’AHU, una Clivet Zephir3 CPAN-XHE3, è un sistema a pompa di calore con recupero termodinamico attivo. Le dimensioni dell’AHU sono 2465x1735x1810 mm e il peso è di circa 1070 kg. L’AHU è caratterizzata da una potenza termica nominale di 21 kW e una potenza frigorifera nominale di 38.7 kW; il massimo assorbimento di Potenza elettrica è pari a 35.3 kW.