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 EER = Potenza Fornita Potenza Assorbita all' Evaporatore dai Compressori
L indice di efficienza invernale è il COP Coefficient Of Performance COP = Potenza Fornita al Condensatore Potenza Assorbita dai Compressori
A parità di ogni altra condizione si ha sempre COP = EER + 1
EFFICIENZA TEORICA CARNOT EER TH = T C T E T E T E T C Temperatura evaporazione [K] Temperatura condensazione [K]
EFFICIENZA CICLO REALE EER = ε η EER TH E C ε E Efficienza exergetica η C Rendimento del compressore
RENDIMENTO COMPRESSORE SCROLL
EFFICIENZA 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
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 5,5 COP 5,0 4,5 100% carico 50% carico 4,0 3,5 3,0-5 0 5 10 15 20 TEMPERATURA ARIA [ C]
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] EER COP 25 5,33 6,33 30 4,75 5,75 35 4,04 5,04 40 3,32 4,32 45 50 2,71 2,23 3,71 3,23 + 15% 55 1,83 2,83 60 1,44 2,44
VANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA L efficienza è maggiore 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 60 1,83 1,44 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 MEZZA STAGIONE INVERNO Energia termica Energia termica Energia termica Energia frigorifera Nessun fabbisogno Energia termica
CONDENSATORE SANITARIO IMPIANTO MEZZA STAGIONE Energia termica Nessun fabbisogno
MEZZA STAGIONE Basta una sola Pompa di Calore Si può produrre acqua sanitaria in diretta o attraverso scambiatore
CONDENSATORE CONDENSATORE SANITARIO IMPIANTO INVERNO 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 20 POTENZA ACQUA SANITARIA [kw] 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 60 POTENZA TOTALE [kw 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
RECUPERO CONDENSAZIONE EVAPORATORE SANITARIO IMPIANTO ESTATE 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 45 50 55 60-49% 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 55 60-59% 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