Commercio di Pistoia C.so Silvano Fedi, 36 18 aprile 2012 L’impiego di soluzioni innovative per la riduzione dei consumi energetici nelle “greenhouses “ S. Filippeschi Dipartimento di Ingegneria dell’Energia e dei Sistemi Largo Lucio Lazzarino - 56122 Pisa (Italy) Tel. +39 050 2217300 Fax + 39 050 2217333 INNOVARE PER COMPETERE E TROVARE NUOVI MERCATI NEL SETTORE DEL VIVAISMO Commercio di Pistoia C.so Silvano Fedi, 36 18 aprile 2012

SOMMARIO Soluzioni per la riduzione dei consumi Riscaldamento IR Tappeti radianti Heat Pipes radianti 2. Soluzione alternativa proposta 3. Pompe di calore geotermiche 4. Pompe di calore elioassistite 5. Conclusioni

FABBISOGNO ENERGETICO BILANCIO ENERGETICO DI UNA SERRA I contributi energetici di una serra sono molteplici e stimabili da diversi modelli previsionali sviluppati in letteratura. In maniera cautelativa possiamo calcolare una serra a sezione rettangolare da 1600 m3 nel mese di Gennaio QD= 1440 kWh/giorno Dispersioni verso l’esterno QT= 144 kWh/giorno Dispersioni verso il terreno QS= 700 kWh/giorno Rientrate solari TOTALE 884 kwh/giorno ( Pot. Media 40 kW Pot. Max 100 kW) L’ottenimento di una serra a basso consumo è un problema molto più complesso del caso residenziale, dato le grandi superfici in gioco. Il problema energetico quindi non può essere risolto con una sola soluzione “miracolosa”, ma attraverso una duplice azione di riduzione dei consumi e di sfruttamento di energie rinnovabili. Serra situata nel Comune di Castelnuovo V.C. (geotermia)

RISCALDAMENTO IR UTILIZZO DI TECNICHE RADIANTI Experimental Investigation of the Energy Needs for a Conventionally and an Infrared-Heated Greenhouse, A. Kavga, G. Alexopoulos, V. Bontozoglou, S. Pantelakis, and Th. Panidis Si prova a stimare il risparmio energetico ottenuto con riscaldatori ad infrarosso per riscaldare una serra sperimentale di piccole dimensioni realizzata come test in Grecia per un periodo di 70 giorni. Questa tecnica permette di risparmiare in questo caso il 43% di energia elettrica. Il fatto di riscaldare sole le parti interessate permette di ridurre notevolemente il carico energetico. Questa percentuale tuttavia può variare notevolmente in funzione di: Il tipo di coltivazione La disposizione spaziale degli arbusti Il tipo di riscaldamento utilizzato Il rapporto di forma della serra Le condizioni microclimatiche

TAPPETI RADIANTI UTILIZZO DI TECNICHE RADIANTI Impiego di un tappeto radiante per la coltivazione di piante di pomodoro. Fantozzi F., L’intervento impiega un tappeto a pavimento radiante con tubi inseriti nel terreno per la coltivazione di pomodori in Umbria. La serra era un prototipo per progettare un intervento analogo in Calabria.

TAPPETI RADIANTI

HEAT PIPES UTILIZZO DI SCAMBIATORI EFFICIENTI Tubi di calore e termosifone CHE COSA E’ UN TUBO DI CALORE ? E’ un tubo metallico, dove al suo interno è stato fato del vuoto ed inserito un fluido che bolle a bassa temperatura. Il tubo trasferisce elevate quantità di calore da una sezione posta in contatto con una sorgente a temperatura alta ad una sezione a bassa temperatura. Evaporatore Condensatore Il ritorno è assicurato per gravità o con una matrice porosa Il tubo a gravità (Termosifone) è anche un diodo termico

HEAT PIPES UTILIZZO DI SCAMBIATORI EFFICIENTI FLUIDI IMPIEGATI Tubi di calore e termosifone FLUIDI IMPIEGATI DIMENSIONI Si possono trovare tubi di sezione pari a 3 mm fino a diametri di 60 mm con potenze trasferite fino a 40 kW.

IMPIEGO DI HEAT PIPES UTILIZZO DI SCAMBIATORI EFFICIENTISimulation model of a greenhouse with a heat-pipe heating system Jun Du Pradeep Bansal, Bo Huang Il tubo di calore è utilizzato per trasferire calore da una pompa geotermica all’interno del vivaio. La serra ha le seguenti caratteristiche: Luogo Nord della Cina (T.E -30°C -10°C) Due tubi di calore da 56 kW collegate ad una GHP. Superficie in pianta 800 m2 Lunghezza della serra L=106 m Sonde Temperature a 1.8 m del suolo.

SOLUZIONE PROPOSTA GROUND HEAT PIPE L’idea di base è quella di utilizzare Termosifoni infissi nel terreno per trasferire calore da una profondità di 7-10 m fino a poche decine di cm dal suolo. Tale tecnica non prevede l’impiego di nessuna tecnica energivora ed è quindi completamente passiva. Mantiene il terreno, senza spese di energia, il terreno ad una temperatura di 12-15°C anche in inverno.

GROUND HEAT PIPES 13 °C 15 °C 15 °C In letteratura ci sono esempi di ground heat pipes impiegati in altri settori: 1977 - W. B. Bienert presentarono un brevetto di un tubo di calore in controgravità, studiato per “il mantenimento di strade ed altre aree, libere da neve e ghiaccio attraverso un processo di prelievo di calore dal terreno LIVELLO DEL SUOLO 13 °C 15 °C 15 °C 2007 - Katsura et al. presentarono un modello di calcolo per la previsione del comportamento di un campo geotermico

GROUND HEAT PIPES 2008 - Yuping et al Applicano un tubo di calore geotermico evitare la formazione di ghiaccio nella ferrovia nel Tibet e per raffreddare Cabinet per armadi dati 2010 - Filippeschi, Su and Riffat Applicano un tubo di calore in controgravità per raffreddare in estate un box ufficio. L’impiego di tale tecnica può mantenere il terreno a 10-15 °C senza spesa energetica. A seconda delle colture può rappresentare una soluzione definitiva oppure deve essere abbinata a pompe di calore rinnovabili.

GROUND HEAT PUMPS UTILIZZO DI POMPE DI CALORE GEOTERMICHE Impiego di un tappeto radiante per la coltivazione di piante di pomodoro. Fantozzi F., In molti casi l’impiego della pompa di calore geotermica è lo strumento adatto per integrare altre forme di riduzione dei consumi quali l’utilizzo di tappeti radianti o l’utilizzo di Heat Pipes. Soluzione nota. Elevati costi di installazione – Rese termiche note – Possibilità di sfruttamento incentivi

GROUND HEAT PUMPS UTILIZZO DI POMPE DI CALORE ELIOASSISTITE La pompa di calore elioassistita è una pompa di calore il cui evaporatore esterno è un pannello solare I Pannelli solari trasferiscono calore dal sole alla pompa di calore e da questa ad un serbatoio di accumulo Nello schema precedente al posto dei radiatori possiamo inserire dei sistemi radianti. 3 m2 di pannelli solari producono circa 3 kWp di acqua calda sanitaria, ma tali pompe producono anche durante la notte. Il COP di tali macchine è circa di 2.5 e produce acqua calda fino a 60 °C. Tali macchine sono attualmente testate e studiate all’interno del Dipartimento dell’Energia. Sono studiate soluzioni ibride con pannelli fotovoltaici per la produzione dalla stessa area di energia elettrica e termica. Le prime simulazioni hanno fornito risultati incoraggianti

CONCLUSIONI Per ottenere un intervento efficace di risparmio energetico è necessario procedere congiuntamente alla riduzione dei consumi e all’utilizzo di tecniche di produzione di energia termica ricavate dalle Energie rinnovabili. Tecniche di riduzioni di consumi proposte nell’ambito della ricerca sono state proposte. Quelle più promettenti sono i tappeti radianti e i tubi di calore, anche se poco investigate. E’ proposta una soluzione tecnica innovativa che prevede l’utilizzo di termosifoni bifase (Heat Pipes) infissi nel terreno per stabilizzare le temperature del suolo in inverno intorno ai 10-15 °C. Ad integrazione di tecniche di riduzione dei consumi sono proposte le più note pompe di calore geotermiche, già studiate all’interno del nostro dipartimento anche applicate al settore vivaistico. Sono proposte anche le più innovative pompe di calore elioassistite, attualmente allo studio all’interno del nostro dipartimento. Soluzione interessante per il settore vivaistico, anche se ulteriori studi devono essere ancora eseguiti per ottimizzarne il rendimento.

Grazie per l’attenzione