PRODUZIONEDI ENERGIA TERMICA CON POMPE DI

CALORE AD ACQUA DI FALDA

LA PRODUZIONE DI ACQUA SANITARIA

Approfondire il problema della produzione di acqua calda sanitaria

OBIETTIVI DELL’INDAGINE

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.

Prima di ogni altra cosa, conviene riepilogare l’efficienza delle pompe di calore in estate e in inverno in

funzione della temperatura di produzione

EFFICIENZA DELLE POMPE DI CALORE

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’

EEREnergy Efficiency Ratio

iCompressordaiAssorbitaPotenzaeEvaporatorallFornitaPotenzaEER '

=

L’indice di efficienza invernale èil

COPCoefficient Of Performance

iCompressordaiAssorbitaPotenzareCondensatoalFornitaPotenzaCOP =

A parità di ogni altra condizione si ha sempre

COP = EER + 1

EFFICIENZA TEORICA CARNOT

TE Temperatura evaporazione [K]

TC Temperatura condensazione [K]

EC

ETH TT

TEER−

=

EFFICIENZA CICLO REALE

εE Efficienza exergetica

ηC Rendimento del compressore

CETHEEREER ηε=

RENDIMENTO COMPRESSORE SCROLL

EFFICIENZA

2,441,44602,831,83553,232,23503,712,71454,323,32405,044,04355,754,75306,335,3325COPEERT acqua calda [°C]

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

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

-5 0 5 10 15 20TEMPERATURA ARIA [°C]

CO

P 100% carico50% carico

EER rimane costante con la temperatura dell’aria esterna

La produzione di acqua sanitaria può avvenire in due modi:

- Diretta

- Tramite scambiatore

PRODUZIONE ACQUA SANITARIA

Nella produzione diretta l’acqua sanitaria viene riscaldata

direttamente nel condensatore senza bisogno di scambiatori

intermedi

La temperatura dell’acqua inviata all’impianto èuguale 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

2,441,44602,831,83553,232,23503,712,71454,323,32405,044,04355,754,75306,335,3325COPEERT acqua calda [°C]

+ 15%

VANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA

L’efficienza è maggiore

2,441,44602,831,83553,232,23503,712,71454,323,32405,044,04355,754,75306,335,3325COPEERT acqua calda [°C]

+ 16%

SVANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA

Bisogna effettuare un

trattamento anticalcare

molto efficace

SVANTAGGI PRODUZIONE DIRETTA

Non si riesce a effettuare sempre

3 differenti situazioni in funzione della stagione

ESTATE

MEZZA STAGIONE

INVERNO

DIFFERENZE STAGIONALI

SANITARIO IMPIANTO

ESTATE

MEZZA STAGIONE

INVERNO

Energia termica

Energia frigorifera

Energia termica

Nessun fabbisogno

Energia termica

Energia termica

SANITARIO IMPIANTO

MEZZA STAGIONE Energia termica

Nessun fabbisogno

CONDENSATORE

MEZZA STAGIONE

Basta una sola Pompa di Calore

Si può produrre acqua sanitaria in diretta o attraverso scambiatore

SANITARIO IMPIANTO

INVERNOEnergia termica

Energia termica

CONDENSATORE CONDENSATORE

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

PROBLEMAQuando 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

0

2

4

6

8

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20

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

POTE

NZA

AC

QU

A S

AN

ITA

RIA

[kW

]

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

0

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20

30

40

50

60

70

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

POTE

NZA

TO

TALE

[kW

Istantaneo Tramite accumulo

INVERNO – produzione mista

INVERNO – produzione mistaSi produce l’acqua

sanitaria in due stadi. Nel primo la si porta ad una temperatura compatibile

con il livello termico dell’impianto

INVERNO – produzione mistaNel secondo la si porta

alla temperatura desiderata con una

pompa di calore dedicata di potenza inferiore

SANITARIO IMPIANTO

ESTATEEnergia termica

Energia frigorifera

EVAPORATORERECUPERO

CONDENSAZIONE

RECUPERO CONDENSAZIONE

PARZIALE TOTALE

RECUPERO PARZIALE

Compressore

Recuperatore

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 ARIARECUPERO

CONDENSAZIONE AD ACQUA FALDARECUPERO

Si usa il condensatore

Si deve condensare a temperatura molto superiore

penalizzando anche la produzione di freddo

RECUPERO TOTALE

PENALIZZAZIONE

Con produzione diretta

2,441,44602,831,83553,232,23503,712,71454,323,32405,044,04355,754,75306,335,3325COPEERT acqua calda [°C]

- 49%

PENALIZZAZIONE

Con scambiatore

2,441,44602,831,83553,232,23503,712,71454,323,32405,044,04355,754,75306,335,3325COPEERT acqua calda [°C]

- 59%

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

Scambiatore FALDA

RecuperatoreSANITARIO

Scambiatore IMPIANTO

COM

POLIVALENTE

Estate – solo freddo

PdCCircuito impianto

Acqua sanitaria

POLIVALENTE estate solo freddo

Scambiatore FALDA

RecuperatoreSANITARIO

Scambiatore IMPIANTO

COM

Estate – recupero

PdCCircuito impianto

Acqua sanitaria

POLIVALENTE

POLIVALENTE estate recupero

Scambiatore FALDA

RecuperatoreSANITARIO

Scambiatore IMPIANTO

COM

VANTAGGIO

In recupero funziona solamente per il tempo necessario a produrre

acqua calda sanitaria

Non si spreca energia

POLIVALENTEmezza stagione

PdCCircuito impianto

Acqua sanitaria

POLIVALENTE mezza stagione

Scambiatore FALDA

RecuperatoreSANITARIO

Scambiatore IMPIANTO

COM

POLIVALENTEInverno – riscaldamento

PdCCircuito impianto

Acqua sanitaria

POLIVALENTE inverno riscaldamento

Scambiatore FALDA

RecuperatoreSANITARIO

Scambiatore IMPIANTO

COM

POLIVALENTEInverno – produzione sanitaria

PdCCircuito impianto

Acqua sanitaria

Scambiatore FALDA

RecuperatoreSANITARIO

Scambiatore IMPIANTO

COM

POLIVALENTE inverno sanitario

POLIVALENTE

inverno

Si può decidere la prioritàtra impianto e produzione

acqua sanitaria

POLIVALENTE

Gli scemi sono molto semplici

CIRCUITO FALDA

CIRCUITO IMPIANTO

CIRCUITO SANITARIO