PRODUZIONEDI ENERGIA TERMICA CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FALDA LA PRODUZIONE DI ACQUA SANITARIA

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1 PRODUZIONEDI ENERGIA TERMICA CON POMPE DI CALORE AD ACQUA DI FALDA LA PRODUZIONE DI ACQUA SANITARIA

2 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.

3 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

4 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

5 Di conseguenza l efficienza dipende solo dalla temperatura di produzione dal condensatore, ovvero la temperatura dell acqua calda

6 L indice di efficienza estiva è l EER Energy Efficiency Ratio EER = Potenza Fornita Potenza Assorbita all' Evaporatore dai Compressori

7 L indice di efficienza invernale è il COP Coefficient Of Performance COP = Potenza Fornita al Condensatore Potenza Assorbita dai Compressori

8 A parità di ogni altra condizione si ha sempre COP = EER + 1

9 EFFICIENZA TEORICA CARNOT EER TH = T C T E T E T E T C Temperatura evaporazione [K] Temperatura condensazione [K]

10 EFFICIENZA CICLO REALE EER = ε η EER TH E C ε E Efficienza exergetica η C Rendimento del compressore

11 RENDIMENTO COMPRESSORE SCROLL

12 EFFICIENZA T acqua calda [ C] 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

13 Per massimizzare l efficienza negli impianti di riscaldamento si varia la temperatura dell acqua prodotta in funzione della temperatura dell aria esterna.

14 In questo modo il COP aumenta all aumentare della temperatura dell aria esterna 6,5 6,0 5,5 COP 5,0 4,5 100% carico 50% carico 4,0 3,5 3, TEMPERATURA ARIA [ C]

15 EER rimane costante con la temperatura dell aria esterna

16 PRODUZIONE ACQUA SANITARIA La produzione di acqua sanitaria può avvenire in due modi: - Diretta - Tramite scambiatore

17 Nella produzione diretta l acqua sanitaria viene riscaldata direttamente nel condensatore senza bisogno di scambiatori intermedi

18 La temperatura dell acqua inviata all impianto è uguale a quella prodotta dalla pompa di calore

19 Nella produzione indiretta l acqua sanitaria viene riscaldata attraverso uno scambiatore interposto tra il circuito del condensatore e quello dell acqua calda sanitaria

20 La temperatura dell acqua inviata all impianto sanitario è inferiore di circa 5 C rispetto a quello di produzione della pompa di calore

21 VANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA L efficienza è maggiore T acqua calda [ C] EER COP 25 5,33 6, ,75 5, ,04 5, ,32 4, ,71 2,23 3,71 3, % 55 1,83 2, ,44 2,44

22 VANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA L efficienza è maggiore T acqua calda [ C] EER COP 25 5,33 6, ,75 5, ,04 5, ,32 4, ,71 3, ,23 3, ,83 1,44 2,83 2, %

23 SVANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA Bisogna effettuare un trattamento anticalcare molto efficace

24 SVANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA Non si riesce a effettuare sempre

25 DIFFERENZE STAGIONALI 3 differenti situazioni in funzione della stagione ESTATE MEZZA STAGIONE INVERNO

26 SANITARIO IMPIANTO ESTATE MEZZA STAGIONE INVERNO Energia termica Energia termica Energia termica Energia frigorifera Nessun fabbisogno Energia termica

27 CONDENSATORE SANITARIO IMPIANTO MEZZA STAGIONE Energia termica Nessun fabbisogno

28 MEZZA STAGIONE Basta una sola Pompa di Calore Si può produrre acqua sanitaria in diretta o attraverso scambiatore

29 CONDENSATORE CONDENSATORE SANITARIO IMPIANTO INVERNO Energia termica Energia termica

30 INVERNO Se si vuole produrre in diretta sono necessarie 2 pompe di calore

31 INVERNO produzione in diretta

32 INVERNO Se invece si vuole produrre attraverso uno scambiatore basta una pompa di calore

33 INVERNO produzione con scambiatore

34 PROBLEMA Quando si produce acqua sanitaria si deve innalzare la temperatura dell intero circuito, anche quello dell impianto, penalizzando molto l efficienza energetica

35 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 20 POTENZA ACQUA SANITARIA [kw] ORE Istantaneo Tramite accumulo

36 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 POTENZA TOTALE [kw ORE Istantaneo Tramite accumulo

37 INVERNO produzione mista

38 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

39 INVERNO produzione mista Nel secondo la si porta alla temperatura desiderata con una pompa di calore dedicata di potenza inferiore

40 RECUPERO CONDENSAZIONE EVAPORATORE SANITARIO IMPIANTO ESTATE Energia termica Energia frigorifera

41 RECUPERO CONDENSAZIONE PARZIALE TOTALE

42

43 RECUPERO PARZIALE Recuperatore Compressore Condensatore

44 Il recupero parziale è completamente gratuito Il problema è che con acqua di falda si condensa basso e si recupera molto poco

45 CONDENSAZIONE AD ARIA RECUPERO

46 CONDENSAZIONE AD ACQUA FALDA RECUPERO

47 RECUPERO TOTALE Si usa il condensatore Si deve condensare a temperatura molto superiore penalizzando anche la produzione di freddo

48 PENALIZZAZIONE Con produzione diretta T acqua calda [ C] % 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

49 PENALIZZAZIONE Con scambiatore T acqua calda [ C] % 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

50 ESTATE Sono necessarie sempre 2 pompe di calore

51 ESTATE - PROBLEMA Se si vuole recuperare il freddo prodotto dalla pompa di calore del sanitario, si complica enormemente l impianto. Altrimenti si spreca energia

52 LA SOLUZIONE GRUPPI POLIVALENTI 2 POMPE DI CALORE IN UNA

53 SCHEMA GENERALE Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO

54 POLIVALENTE Estate solo freddo Acqua sanitaria PdC Circuito impianto

55 POLIVALENTE estate solo freddo Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO

56 POLIVALENTE Estate recupero Acqua sanitaria PdC Circuito impianto

57 POLIVALENTE estate recupero Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO

58 VANTAGGIO In recupero funziona solamente per il tempo necessario a produrre acqua calda sanitaria Non si spreca energia

59 POLIVALENTE mezza stagione Acqua sanitaria PdC Circuito impianto

60 POLIVALENTE mezza stagione Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO

61 POLIVALENTE Inverno riscaldamento Acqua sanitaria PdC Circuito impianto

62 POLIVALENTE inverno riscaldamento Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO

63 POLIVALENTE Inverno produzione sanitaria Acqua sanitaria PdC Circuito impianto

64 POLIVALENTE inverno sanitario Recuperatore SANITARIO COM Scambiatore FALDA Scambiatore IMPIANTO

65 POLIVALENTE inverno Si può decidere la priorità tra impianto e produzione acqua sanitaria

66 POLIVALENTE Gli scemi sono molto semplici

67 CIRCUITO SANITARIO CIRCUITO FALDA CIRCUITO IMPIANTO

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