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Feasibility study of ground-source heat pumps in Northern Québec

Riggi, Luca

Feasibility study of ground-source heat pumps in Northern Québec.

Rel. Alessandro Casasso, Simone Della Valentina, Rajandrea Sethi. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio, 2018

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Abstract:

Nella regione nord del Québec (Nunavik) esistono comunità remote totalmente scollegate con la rete stradale ed elettrica del resto del Paese, nelle quali il riscaldamento degli ambienti, l’acqua sanitaria e l’energia elettrica vengono prodotti interamente con caldaie e generatori a gasolio. Kuujjuaq è la comunità più popolosa (~2500 abitanti) di questa regione e presenta un fabbisogno termico è di circa 33 MWh/unità abitativa, con clima subartico e con una temperatura media annua di 3.6°C ed una presenza discontinua di permafrost. In tale contesto si è cercato di trovare la soluzione tecnologica migliore per ridurre le emissioni di CO2 ed operare un efficientamento energetico nella comunità di Kuujjuaq sfruttando l’energia geotermica del terreno a basse profondità con la tecnologia delle pompe di calore accoppiate a sonde geotermiche verticali. La tesi presenta un’analisi di fattibilità economica e tecnologica mettendo a confronto lo scenario attuale in cui si utilizzano caldaie a diesel e quello in cui avviene una totale e parziale sostituzione delle caldaie a diesel con pompe di calore a compressione di vapore, alimentate da corrente elettrica, e ad assorbimento, alimentate da gasolio. Per ogni scenario è stato calcolato il tempo di ritorno (payback time) dell’investimento e il risparmio di CO2 che ne deriva. Per studiare il funzionamento dell’impianto sono state effettuate simulazioni numeriche di trasporto di calore nel terreno con il codice agli elementi finiti FEFLOW®, attraverso il quale è stata verificata l'efficienza di scambio, la risposta termica del fluido termovettore circolante all’interno della sonda e del sottosuolo per un periodo di 20 anni. Le simulazioni hanno tenuto conto, attraverso il plugin FTM, della variazione di fase da liquido a solido dell’acqua di falda, che comporta una notevole variazione delle proprietà termiche e lo scambio isotermo di calore latente di solidificazione/fusione. La soluzione migliore in termini economici e tecnologici è stata ottenuta con pompe di calore ad assorbimento nel caso di una copertura del fabbisogno termico al 66% (integrando il resto con la caldaia), installando una sonda di lunghezza pari a 200m e diametro di perforazione 3 pollici. In questo contesto, è stato raggiunto un Gas Utilization Efficiency (GUE) pari a 1,25. Tutte le simulazioni effettuate, però, hanno evidenziato tempi di ritorno superiori alla vita utile d’impianto, rendendo quindi necessario corrispondere degli incentivi per promuovere la realizzazione di questi impianti.

Relators: Alessandro Casasso, Simone Della Valentina, Rajandrea Sethi
Academic year: 2018/19
Publication type: Electronic
Number of Pages: 154
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Per L'Ambiente E Il Territorio
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-35 - ENVIRONMENTAL ENGINEERING
Aziende collaboratrici: UNSPECIFIED
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/9115
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