PERCHE LA POMPA DI CALORE E DA PREFERIRE RISPETTO AD UNA CALDAIA A COMBUSTIONE, OVVERO E TERMODINAMICAMENTE PIU EFFICIENTE?

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1 PERCHE LA POMPA DI CALORE E DA PREFERIRE RISPETTO AD UNA CALDAIA A COMBUSTIONE, OVVERO E TERMODINAMICAMENTE PIU EFFICIENTE? La pompa di calore è costituita da un circuito chiuso, percorso da uno speciale fluido (frigorigeno) che a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore. Il circuito chiuso è costituito da un compressore un condensatore una valvola di espansione un evaporatore. Il condensatore e l evaporatore sono scambiatori di calore, cioè tubi posti a contatto con un fluido di servizio (aria o acqua) nei quali scorre il fluido frigorigeno. Il compressore di una pompa di calore crea proprio la differenza di pressione che permette al ciclo di ripetersi: esso pompa il fluido refrigerante attraverso l evaporatore, dove appunto evapora (passa dallo stato liquido allo stato gassoso) a bassa pressione assorbendo calore, in seguito lo comprime e lo spinge all interno del condensatore, dove condensa (passa dallo stato gassoso allo stato liquido) ad alta pressione rilasciando il calore precedentemente assorbito dall evaporatore a cui si somma l energia termica ottenuta durante la fase di compressione. Quindi nel suo funzionamento, la pompa di calore: consuma energia elettrica nel compressore assorbe calore nell evaporatore dal mezzo circostante che può essere aria o acqua cede calore al mezzo da riscaldare nel condensatore. Il vantaggio nell uso della pompa di calore deriva dalla sua capacità di fornire più energia termica (calore ceduto al mezzo da riscaldare) di quella elettrica utilizzata dal compressore in quanto assorbe calore dall ambiente esterno. Il coefficiente di prestazione (C.O.P.: Coefficient Of Performance) di una pompa di calore dipende dal tipo di pompa e dalle condizioni di funzionamento, ma un valore medio è 4: questo significa che per 1 KWh di energia elettrica consumata si ottengono 4 KWh di energia termica: cioè calore per il locale da riscaldare. La pompa di calore è in grado di produrre aria in grandi quantità (50-60 l/s per ogni KW di potenza).

2 Aspetto già razionale dal punto di vista tecnico ancor più attuale da un punto di vista economico considerando l andamento crescente dei prezzi dei combustibili di tipo fossile. Il C.O.P. è tanto maggiore quanto più bassa è la temperatura a cui il calore viene ceduto (ecco perché è preferibile l impianto di riscaldamento radiante rispetto al tradizionale impianto a radiatori) e quanto più alta quella della sorgente da cui viene assorbito (nell evaporatore). Si tenga presente che l aria a -18 C contiene ancora l 85% del calore dell aria a 21 C. L utilizzo della pompa di calore alla climatizzazione ambientale (riscaldamento invernale più raffrescamento estivo) è la più conveniente perché comporta un minor tempo di ammortamento del costo d impianto rispetto ad un utilizzo per il solo riscaldamento. Nel periodo estivo si inverte il ciclo appena descritto in modo da cambiare direzione al flusso di calore (dalla parte interna verso la parte esterna dell edificio): raffreddando e deumidificando il locale. Utilizzando una pompa di calore per il riscaldamento e per l ACS non si produce più localmente CO 2 (si evita tra l altro il costo annuale dei controllo dei fumi al camino) e se la si abbina con pannelli fotovoltaico non lo si ha più neanche a livello globale. Si ricordi che la CO 2 prodotta nel ciclo di produzione dei pannelli la si recupera già dopo due anni dal loro utilizzo. non si hanno più fiamme libere in casa, ovvero una fonte di rischio di esplosione o di avvelenamento a seguito di combustione imperfetta: produzione di CO. Il COP delle pompe di calore che sfruttano l aria si riduce quando devono operare in climi molto freddi, con temperature frequentemente al di sotto dei -5 C. In tali casi, è inevitabile ricorrere alle pompe di calore geotermiche (che sfruttano il terreno o l acqua sotterranea, che rimane a temperatura relativamente costante durante tutto l anno a prescindere dalla stagione, come fonte o come dispersore di calore) il cui COP è maggiore rispetto alla pompa che sfrutta l aria ed è costante durante l anno ma la sua installazione e gestione è più difficoltosa e onerosa. A differenza delle pompe di calore ad aria, quelle geotermiche possono funzionare in raffreddamento anche in modalità passiva:esse estraggono calore dall edificio

3 pompando nel sistema l acqua fredda o il liquido antigelo, senza l azione della pompa di calore vera e propria. Il sistema di tubazioni che percorre il terreno può essere aperto o chiuso: nel sistema aperto si estrae l acqua da una falda sotterranea, la si porta fino allo scambiatore di calore e quindi la si scarica in un corso d acqua, di nuovo nella medesima falda o in un bacino appositamente costruito che permetta la filtrazione verso il terreno; Nel sistema chiuso il calore è intercettato dal terreno per mezzo di una tubazione continua sotterrata, con al suo interno un fluido refrigerante o liquido antigelo mantenuto a bassa temperatura e pressurizzato. Nelle pompe di calore a espansione diretta il fluido refrigerante raccoglie il calore dal sottosuolo e entra direttamente nel compressore. Nelle pompe di calore che usano l acqua o un liquido antigelo si ha una cessione di calore intermedia (dall acqua o liquido antigelo al fluido refrigerante) in un primo scambiatore di calore; dopo il ciclo prosegue come nelle pompe di calore ad aria. A differenza di queste ultime, non è necessaria l operazione di sbrinamento, in quanto la temperatura nel sottosuolo è molto più stabile e il compressore lo si posiziona all interno dell edificio.

4 Caldaia a combustione ON - OFF Caldaia modulante Pompa di calore ZeroVero con solare termico e fotovoltaico Caldaia a condensazione Pompa di calore ZeroVero con solare termico con impianto radiante (a pavimento o a soffitto) Pompa di calore ZeroVero con solare termico con impianto a radiatori

5 Utilizzando la pompa di calore Zero Vero con il solare termico si riducono a livello locale le emissioni di CO 2 in atmosfera con il fotovoltaico si eliminano del tutto si riducono sensibilmente i costi di gestione per il riscaldamento e per la produzione di ACS (e ci si rende indipendenti dai combustibili fossili e dal loro inevitabile maggiore prezzo di fornitura) si migliora la classe energetica dell immobile e il suo relativo valore commerciale

6 Caldaia ON-OFF: Caldaia modulante:rispetto ad una caldaia ON-OFF riduce il pendolamento termico, ovvero il continuo accendersi spegnersi del bruciatore per garantire la temperatura superiore al punto di rugiada del metano che è di 57 C, a quella temperatura per mantenere il fabbisogno termico fa il loop intorno a quel valore. Ma è un vantaggio limitato rispetto ad una caldaia ON-OFF perché solitamente è sovradimensionata, quindi anche lavorando al 30% della sua potenza, ma se ho una caldaia che è tre volte superiore al Caldaia a condensazione:rispetto alla caldaia modulante permette il recupero del calore contenuto nei fumi (circa il 20%), facendoli passare attraverso uno scambiatore di calore che mi preriscalda l acqua destinata all impianto di riscaldamento. Modula sul valore di set point (che è di 60 C allora lavora sui 55 C e 65 C), però essendo generalmente sovradimensonata tende anch essa ad andare in oscillazione. Caldaia a condensazione + solare termico (garantisce il riscaldamento più copertura del 80% del fabbisogno termico annuo per l ACS): l irragiamento solare diurno captato dai pannelli solari mi scalda l acqua presente nell accumulatore, che contiene acqua stratificata, cioè a temperatura crescente dal basso verso l alto, che viene utilizzata per l ACS e/o per l impianto di riscaldamento; se questa riserva termica non è sufficiente interviene in aiuto la caldaia accendendosi. Pompa di calore ZeroVero + solare termico con radiatori: E la prima pompa di calore direttamente interfacciabile con l energia solare (solare termico e fotovoltaico), quindi perfettamente compatibile con l ambiente. Per quanto riguarda i consumi: il risparmio, rispetto ad un impianto tradizionale è del 43 % perché un KW termico prodotto con il metano costa 0,092 (0,08 costo del metano per kwh x 85% x coefficiente rendimento caldaia a metano). Il COP medio della zerovero è 4,5, quindi 0,18 (costo KWh elettrico/4,5 = costo kwh prodotto dalla pompa di calore) Esempio: consumo KWh/anno x 0,092= 920 con metano consumo KWh/anno x 0,18/4,5= 0,04x = /920=43% di risparmio. Il risparmio complessivo è superiore perché, quando la pompa di calore funziona con aria tiepida (mezze stagioni) l apporto solare va totalmente all impianto termico e all acqua calda sanitaria. In raffrescamento le temperature di regime dell impianto sono più alte (13 18 C) rispetto a quelle tradizionalmente utilizzate (ventilconvettore o fan-coils 7 12 C) ne consegue un risparmio pari al 30% rispetto ai chiller standard e per via del sovradimensionamento dello scambiatore ad aria esterno. La pompa di calore ZeroVero assorbe energia termica attraverso lo scambiatore evaporatore a piastre. La pompa evaporatore spilla acqua (a 12 C) dalla parte intermedia dell accumulo a stratificazione e la cede alla temperatura di 2 C nella parte inferiore dell accumulo. L energia termica acquisita dal gas a seguito dell evaporazione sommata a quella della compressione

7 vengono cedute ad una temperatura superiore allo scambiatore condensatore a piastre. Si riesce a garantire l energia termica al circuito di riscaldamento e quella eccedente all accumulo a stratificazione. Si possono così evitare pendolamenti nel funzionamento dei compressori e si distribuisce in modo lineare l energia termica all impianto di riscaldamento, questo perché nella parte alta dell accumulatore (più è calda più è leggera) ci sarà acqua sufficientemente calda per fornire energia necessaria per la produzione di ACS e nella parte bassa dell accumulatore ci sarà acqua sufficientemente fredda per accogliere energia solare a bassissime temperature. L accumulo solare funge da vero e proprio stratificatore, che a differenza degli accumulatori solari standard, impedisce la miscelazione tra acqua fredda e acqua calda. La centralina elettronica econtrol, installata sulla pompa di calore, controlla la pompa condensatore variandone la velocità di rotazione in modo tale da mantenere la temperatura di condensazione uguale alla temperatura di mandata circuito riscaldamento uguale al parametro richiesto dalla curva climatica. La pompa di calore è dotata di due compressori rotativi di potenza differente: il primo copre il 33% della potenza il secondo il rimanente 66%; permettendo una maggiore flessibilità di funzionamento alle diverse condizioni di carico con minori fabbisogni elettrici. Abbiamo due scambiatori dimensionati per lavorare con la massima potenza (i due compressori) ma in realtà, a parte il caso dei picchi di richiesta che sono poche ore all anno,lavora solo il primo compressore, quindi le possibilità di risparmio sono ancora maggiori, ovvero la pompa di calore ZerVero lavora con C.O.P. ancora maggiori. Durante il giorno, l impianto solare riscalda l acqua nell accumulo a stratificazione, quando la temperatura è mite (superiore allo zero) la pompa preleva aria dall esterno, accumuliamo così energia termica che poi si va ad utilizzare durante la notte. La pompa di calore ZeroVero è equipaggiata di una centralina elettronica (di produzione CAREL) con microprocessore e software NaturePower che in base alla temperatura e all umidità desiderati nei diversi locali temperatura mandata impianto o mandata impianto controlla e gestisce tutti i componenti del sistema integrato pompa di calore - solare termico in modo da ottimizzarne il funzionamento (se far funzionare la pompa di calore che preleva energia termica dall aria o utilizzare l energia termica acquisita con il solare termico) e ridurre così al minimo il fabbisogno di energia elettrica. A ogni modulo Master si può collegare fino a cinque espansioni slave (collegandoli in parallelo sulla rete plan a 3 fili) e si possono collegare fino a 32 moduli Master: quindi si è in grado di soddisfare molteplici differenti esigenze. Pompa di calore ZERO VERO + solare termico e impianto radiante (a pavimento o soffitto): Pompa di calore ZERO VERO + solare e impianto radiante (a pavimento o soffitto) per riscaldamento e raffrescamento: Pompa di calore ZERO VERO + solare termico + fotovoltaico con impianto radiante (a pavimento o soffitto) per riscaldamento e raffrescamento:

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