PRODUZIONEDI ENERGIA TERMICA CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FALDA LA PRODUZIONE DI ACQUA SANITARIA OBIETTIVI DELL’INDAGINE Approfondire il problema della produzione di acqua calda sanitaria Le prime due relazioni hanno evidenziato come la produzione di acqua calda sanitaria sia l’aspetto più critico dell’intero progetto. Qui si analizzano in dettaglio le possibili soluzioni. EFFICIENZA DELLE POMPE DI CALORE Prima di ogni altra cosa, conviene riepilogare l’efficienza delle pompe di calore in estate e in inverno in funzione della temperatura di produzione Con pompe di calore ad acqua di falda, la temperatura di produzione dell’acqua fredda, quindi la temperatura di evaporazione, può essere considerata uguale tutto l’anno Di conseguenza l’efficienza dipende solo dalla temperatura di produzione dal condensatore, ovvero la temperatura dell’acqua calda L’indice di efficienza estiva è l’ EER Energy Efficiency Ratio Potenza Fornita all ' Evaporator e EER = Potenza Assorbita dai Compressor i L’indice di efficienza invernale è il COP Coefficient Of Performance Potenza Fornita al Condensato re COP = Potenza Assorbita dai Compressor i A parità di ogni altra condizione si ha sempre COP = EER + 1 EFFICIENZA TEORICA CARNOT EERTH TE = TC − TE TE Temperatura evaporazione [K] TC Temperatura condensazione [K] EFFICIENZA CICLO REALE EER = EERTH ε E ηC εE Efficienza exergetica ηC Rendimento del compressore RENDIMENTO COMPRESSORE SCROLL EFFICIENZA T acqua calda [°C] EER COP 25 5,33 6,33 30 4,75 5,75 35 4,04 5,04 40 3,32 4,32 45 2,71 3,71 50 2,23 3,23 55 1,83 2,83 60 1,44 2,44 Per massimizzare l’efficienza negli impianti di riscaldamento si varia la temperatura dell’acqua prodotta in funzione della temperatura dell’aria esterna. In questo modo il COP aumenta all’aumentare della temperatura dell’aria esterna 6,5 6,0 COP 5,5 5,0 100% carico 50% carico 4,5 4,0 3,5 3,0 -5 0 5 10 TEMPERATURA ARIA [°C] 15 20 EER rimane costante con la temperatura dell’aria esterna PRODUZIONE ACQUA SANITARIA La produzione di acqua sanitaria può avvenire in due modi: - Diretta - Tramite scambiatore Nella produzione diretta l’acqua sanitaria viene riscaldata direttamente nel condensatore senza bisogno di scambiatori intermedi La temperatura dell’acqua inviata all’impianto è uguale a quella prodotta dalla pompa di calore Nella produzione indiretta l’acqua sanitaria viene riscaldata attraverso uno scambiatore interposto tra il circuito del condensatore e quello dell’acqua calda sanitaria La temperatura dell’acqua inviata all’impianto sanitario è inferiore di circa 5°C rispetto a quello di produzione della pompa di calore VANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA L’efficienza è maggiore T acqua calda [°C] 25 30 35 40 45 50 55 60 EER 5,33 4,75 4,04 3,32 2,71 2,23 1,83 1,44 COP 6,33 5,75 5,04 4,32 3,71 3,23 2,83 2,44 + 15% VANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA L’efficienza è maggiore T acqua calda [°C] 25 30 35 40 45 50 55 60 EER 5,33 4,75 4,04 3,32 2,71 2,23 1,83 1,44 COP 6,33 5,75 5,04 4,32 3,71 3,23 2,83 2,44 + 16% SVANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA Bisogna effettuare un trattamento anticalcare molto efficace SVANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA Non si riesce a effettuare sempre DIFFERENZE STAGIONALI 3 differenti situazioni in funzione della stagione ESTATE MEZZA STAGIONE INVERNO SANITARIO IMPIANTO ESTATE Energia termica Energia frigorifera MEZZA STAGIONE Energia termica Nessun fabbisogno INVERNO Energia termica Energia termica CONDENSATORE SANITARIO MEZZA STAGIONE Energia termica IMPIANTO Nessun fabbisogno MEZZA STAGIONE Basta una sola Pompa di Calore Si può produrre acqua sanitaria in diretta o attraverso scambiatore INVERNO CONDENSATORE CONDENSATORE SANITARIO IMPIANTO Energia termica Energia termica INVERNO Se si vuole produrre in diretta sono necessarie 2 pompe di calore INVERNO – produzione in diretta INVERNO Se invece si vuole produrre attraverso uno scambiatore basta una pompa di calore INVERNO – produzione con scambiatore PROBLEMA Quando si produce acqua sanitaria si deve innalzare la temperatura dell’intero circuito, anche quello dell’impianto, penalizzando molto l’efficienza energetica Si deve modificare la curva di carico della produzione di acqua calda sanitaria installando accumuli di volume sufficiente ed agendo sulla regolazione. In questo modo si può alzare la temperatura di produzione solo in alcune ore al giorno POTENZA ACQUA SANITARIA [kW] 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ORE Istantaneo Tramite accumulo Se la scelta delle ore di produzione viene fatta in modo intelligente, ovvero nel periodo di minor carico termico, si può limitare la potenza massima della pompa di calore e ottimizzare il consumo energetico 70 POTENZA TOTALE [kW 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ORE Istantaneo Tramite accumulo INVERNO – produzione mista INVERNO – produzione mista Si produce l’acqua sanitaria in due stadi. Nel primo la si porta ad una temperatura compatibile con il livello termico dell’impianto INVERNO – produzione mista Nel secondo la si porta alla temperatura desiderata con una pompa di calore dedicata di potenza inferiore ESTATE RECUPERO CONDENSAZIONE EVAPORATORE SANITARIO IMPIANTO Energia termica Energia frigorifera RECUPERO CONDENSAZIONE PARZIALE TOTALE RECUPERO PARZIALE Recuperatore Compressore Condensatore Il recupero parziale è completamente gratuito Il problema è che con acqua di falda si condensa basso e si recupera molto poco CONDENSAZIONE AD ARIA RECUPERO CONDENSAZIONE AD ACQUA FALDA RECUPERO RECUPERO TOTALE Si usa il condensatore Si deve condensare a temperatura molto superiore penalizzando anche la produzione di freddo PENALIZZAZIONE Con produzione diretta T acqua calda [°C] 25 30 35 40 - 49% 45 50 55 60 EER 5,33 4,75 4,04 3,32 2,71 2,23 1,83 1,44 COP 6,33 5,75 5,04 4,32 3,71 3,23 2,83 2,44 PENALIZZAZIONE Con scambiatore T acqua calda [°C] 25 30 35 40 45 50 - 59% 55 60 EER 5,33 4,75 4,04 3,32 2,71 2,23 1,83 1,44 COP 6,33 5,75 5,04 4,32 3,71 3,23 2,83 2,44 ESTATE Sono necessarie sempre 2 pompe di calore ESTATE - PROBLEMA Se si vuole recuperare il freddo prodotto dalla pompa di calore del sanitario, si complica enormemente l’impianto. Altrimenti si spreca energia LA SOLUZIONE GRUPPI POLIVALENTI 2 POMPE DI CALORE IN UNA SCHEMA GENERALE Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO POLIVALENTE Estate – solo freddo Acqua sanitaria PdC Circuito impianto POLIVALENTE estate solo freddo Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO POLIVALENTE Estate – recupero Acqua sanitaria PdC Circuito impianto POLIVALENTE estate recupero Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO VANTAGGIO In recupero funziona solamente per il tempo necessario a produrre acqua calda sanitaria Non si spreca energia POLIVALENTE mezza stagione Acqua sanitaria PdC Circuito impianto POLIVALENTE mezza stagione Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO POLIVALENTE Inverno – riscaldamento Acqua sanitaria PdC Circuito impianto POLIVALENTE inverno riscaldamento Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO POLIVALENTE Inverno – produzione sanitaria Acqua sanitaria PdC Circuito impianto POLIVALENTE inverno sanitario Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO POLIVALENTE inverno Si può decidere la priorità tra impianto e produzione acqua sanitaria POLIVALENTE Gli scemi sono molto semplici CIRCUITO SANITARIO CIRCUITO FALDA CIRCUITO IMPIANTO
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