Pompa di calore - Benvenuti nel Portale Mesos

Progettisti e installatori di impianti a Pompe di Calore
TTecnologia e impiantistica della pompa di l i i i ti ti d ll
di
calore
II contenuti tecnico‐
contenuti tecnico
scientifici del presente documento rispecchiano l’opinione dell’autore e non necessariamente quella dell’ENEA.
Ing Andrea Simonetti
g
11,12 Luglio 2013, REHAU Cambiago (MI)
1
Programma del Modulo A
Tecnologia e impiantistica della pompa di calore
o Le tecnologie e le tipologie di pompe di calore
o Pompe di calore e sorgenti termiche
P
di l
i
i h
o Principi di funzionamento delle pompe di calore e rendimenti, COP, SPF, GUE
o Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di Pompe di Calore
o Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di Pompe di Calore
o Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
o Tipologie e caratteristiche dei diversi sistemi
o Tipologie e caratteristiche dei diversi sistemi
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 2
Le tecnologie e le tipologie di pompe di calore
Cos’è
Cos
è una Pompa di calore ?
una Pompa di calore ?
La Pompa di calore è essenzialmente una Macchina frigorifera che funziona al contrario.
p
ha come effetto La Pompa di calore
utile di riscaldare un ambiente prelevando calore da un altro a temperatura inferiore.
La Macchina frigorifera ha come effetto utile quello di raffreddare un ambiente trasferendo il calore ad un altro a temperatura più elevata.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 3
Le tecnologie e le tipologie di pompe di calore
La Pompa di calore o la Macchina frigorifera possono avere una sola funzione rispettivamente:
produrre l’effetto utile di riscaldamento o quello di raffreddamento. La stessa macchina quando è utilizzata La
stessa macchina quando è utilizzata
per produrre entrambi gli effetti utili (il riscaldamento o il raffreddamento) è definita reversibile .
definita reversibile
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 4
Le tecnologie e le tipologie di pompe di calore
Ti l i d ll P
Tipologia delle Pompe di Calore
di C l
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 5
Le tecnologie e le tipologie di pompe di calore
Tipologie di Pompe di Calore (1)
Pompe di Calore a compressione
Pompe di Calore ad assorbimento
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 6
Le tecnologie e le tipologie di pompe di calore
Tipologie di Pompe di Calore (2)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 7
Le tecnologie e le tipologie di pompe di calore
Tipologie di Pompe di Calore (3)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 8
Pompe di calore e sorgenti termiche
Sorgenti Termiche (1)
Sorgenti Termiche (1)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 9
Pompe di calore e sorgenti termiche
Sorgenti Termiche (2)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 10
Principi di funzionamento delle pompe di calore
L fi i d ll
La fisica delle pompe di calore di l
Le unità di misura (1)
Le unità di misura sono uno standard per la misurazione di quantità fisiche. In fisica e in metrologia, è necessaria una definizione chiara e univoca di tali quantità, al fine di garantire l'utilità e la riproducibilità dei risultati sperimentali, che sono alla base del metodo scientifico.
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Principi di funzionamento delle pompe di calore
L fi i d ll
La fisica delle pompe di calore di l
Le unità di misura (2)
L’unità di misura derivata del Sistema Internazionale per l'energia e il lavoro è il joule (simbolo: J).
Un joule esprime la quantità di energia usata (ossia il lavoro effettuato) per esercitare la forza di un newton per la distanza di un metro.
l di t
di
t
Un joule equivale quindi a 1 newtonxmetro, e in termini di unità base SI 1 J è pari a 1 kg × m2 × s−22.
di unità base SI, 1 J è pari a 1
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Principi di funzionamento delle pompe di calore
L fi i d ll
La fisica delle pompe di calore di l
Le unità di misura (3)
L’
L’energia
i può
ò essere espressa con altre
lt unità
ità di misura
i
:
• Caloria
= 4,186
J
• British Thermal Unit (BTU)
= 1 055,06 J
• Kilowattora
= 3,6
3 6 x106 J
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 13
Principi di funzionamento delle pompe di calore
L fi i d ll
La fisica delle pompe di calore di l
Le unità di misura (4)
Le
altre unità di misura utilizzate in campo
p energetico
g
sono:
• la temperatura che si misura in gradi K (Kelvin) o in
centigradi
g
((°C);
)
• la pressione che si misura in Pascal (Pa) o in atmosfere
(atm);
• la potenza che si misura in watt (W);
• l’Entalpia che si misura in Joule per Kg (J/Kg) ;
• l’Entropia che si misura in Joule per grado Kelvin (J/K).
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Principi di funzionamento delle pompe di calore
L fi i d ll
La fisica delle pompe di calore di l
Sistema termodinamico (1)
Un sistema termodinamico è una parte separata dall’ambiente esterno mediante una superficie di controllo o confine.
Nel sistema termodinamico possono avvenire t f
trasformazioni interne e scambi di Materia e/o i ii t
bi di M t i /
Energia con l’ambiente.
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Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore Sistema termodinamico (2)
Sistema termodinamico (2)
Un sistema termodinamico è detto:
1) Aperto : se scambia materia ed energia con l’ambiente
2) Chiuso : se scambia solo energia (ad es. mediante un lavoro o trasferimento di calore;
3) Isolato : se non scambia né materia e né energia con l’ambiente
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 16
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (1)
“La termodinamica è quella branca della fisica e della chimica (chimica fisica) che descrive le trasformazioni subite da un sistema in seguito a processi che coinvolgono la trasformazione di massa ed energia “ (*)
(*) definizione da Wikipedia
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 17
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (2)
LLe trasformazioni termodinamiche sono azioni t f
i i t
di
i h
i i
fisiche compiute su di un sistema (ad esempio un gas) tali da farlo passare da uno stato iniziale di equilibrio ad un altro finale sempre di equilibrio
equilibrio ad un altro finale sempre di equilibrio.
Le trasformazioni sono :
1) REVERSIBILI quando è possibile ripercorrere in REVERSIBILI quando è possibile ripercorrere in
senso inverso la trasformazione riportando il sistema allo stato iniziale;
2) IRREVERSIBILI quando ripercorrendo in senso IRREVERSIBILI quando ripercorrendo in senso
inverso la trasformazione il sistema assume uno stato differente da quello iniziale.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 18
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (3)
Una trasformazione termodinamica è definita ciclica o ciclo Una
trasformazione termodinamica è definita ciclica o ciclo
termodinamico quando una serie di azioni fisiche compiute su di un sistema sono tali che alla fine del ciclo le grandezze fisiche che caratterizzano il sistema (ad es. temperatura,
fisiche che caratterizzano il sistema (ad es. temperatura, pressione, volume) hanno valori identici a quelli dello stato iniziale.
Un sistema che compie un ciclo termodinamico è una MACCHINA TERMICA.
Una Pompa di calore (che è un Frigorifero ) è una MACCHINA TERMICA che lavora al contrario.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 19
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (4)
Ma cosa è una MACCHINA TERMICA ?
Anzi cosa è una MACCHINA ?
Anzi, cosa è una MACCHINA ?
La specie umana, a differenza delle altre, ha la capacità di fabbricare strumenti (utensili) che utilizza per costruirne altri. altri
Le macchine possono sostituire e/o potenziare molte capacità umane (non tutte !): con la lavatrice eliminiamo il lavoro muscolare per il lavaggio degli indumenti mentre con
lavoro muscolare per il lavaggio degli indumenti, mentre con l'auto ci muoviamo più velocemente su strada.
Una delle Macchine di Rube Goldberg –
http://www.rubegoldberg.com
q
q
pp
Per "macchina“ quindi si intende qualsiasi apparecchio utilizzato per aumentare il valore della forza, cambiarne la direzione o aumentare la velocità con cui si esegue un lavoro.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 20
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (5)
La termodinamica e i suoi principi (5)
Le macchine possono essere :
1) Macchine semplici: leva, carrucola, il piano inclinato, la vite.
2) Macchine complesse: combinazione di macchine semplici
Inoltre, le macchine (complesse) sono costituite da un insieme di componenti mobili, azionatori, circuiti di comando, ecc. e connessi solidalmente per un'applicazione ben determinata e capace quindi di compiere un lavoro con una forza di natura diversa da quella dell'uomo.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 21
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (6)
Le macchine (complesse) utilizzano energia primaria convertendola in lavoro meccanico . Sono macchine : le pompe, i compressori, i frigoriferi, le turbine, i motori a combustione interna ecc.
La definizione classica definisce l'energia come la capacità di un corpo o di un sistema a compiere lavoro.
Nella termodinamica l'energia è definita come tutto ciò che può essere trasformato in calore a bassa temperatura.
Ma il calore ed il lavoro sono la stessa cosa ?
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 22
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (7)
Il calore ed il lavoro sono la stessa cosa ?
Si.
James Joule con il suo esperimento dimostra che il lavoro meccanico fatto da un agitatore a palette all’interno
meccanico fatto da un agitatore a palette all
interno di un di un
recipiente adiabatico (cioè che non scambia energia con l’esterno) veniva trasformato in calore rilevabile osservando ll’aumento
aumento di temperatura
di temperatura del liquido interno al recipiente.
del liquido interno al recipiente
Quindi, l’energia necessaria a compiere un lavoro meccanico è la medesima necessaria fornire calore in grado di f
g
aumentare la temperatura !
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 23
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (8)
Ma se il lavoro meccanico può essere trasformato in calore allora posso trasformare il calore in lavoro meccanico?
allora posso trasformare il calore in lavoro meccanico?
La macchina in questo caso sarebbe una MACCHINA TERMICA:
La macchina termica è un dispositivo fisico o teorico che converte l’energia termica fornita dall'ambiente esterno (il calore) in lavoro.
calore) in
lavoro
Ma attenzione non esiste una macchina termica che converte in lavoro tutto il calore prelevato dall’ambiente!
Se così fosse avremmo verificato il moto perpetuo di p p
seconda specie !
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 24
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (9)
La termodinamica e i suoi principi (9)
I principi della termodinamica regolano le trasformazioni termodinamiche, il loro procedere, i loro limiti e sono dei veri e propri assiomi non dimostrati e indimostrabili fondati sull'esperienza
assiomi, non dimostrati e indimostrabili, fondati sull
esperienza, sui sui
quali si fonda tutta la teoria che riguarda la termodinamica.
I principi nella termodinamica sono tre :
1) Primo Principio : La variazione dell'energia interna di un sistema termodinamico chiuso è uguale alla differenza tra il calore fornito al sistema e il lavoro compiuto dal sistema sull'ambiente.
2) Secondo Principio: è impossibile realizzare una macchina ciclica che abbia come unico risultato il trasferimento di calore da un corpo freddo a uno caldo.
3) Terzo Principio: è impossibile raggiungere lo zero assoluto con un numero finito di trasformazioni.
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Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (10)
Primo Principio :
La variazione dell'energia interna di un sistema termodinamico chiuso è uguale alla differenza tra il calore fornito al sistema e il lavoro compiuto dal sistema sull'ambiente.
ll' bi t
IlIl primo principio stabilisce che l
primo principio stabilisce che l’energia
energia si conserva si conserva
sottoforma di variazione dell’energia interna (U) del sistema.
Quindi:
Non c’è creazione o distruzione dell’energia
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 26
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (11)
La termodinamica e i suoi principi (11)
Ma il Primo principio non dice niente sulla possibilità di convertire tutto il Calore (Q) in Lavoro (L) : stabilisce l’equivalenza tra Calore e Lavoro con la quale è possibile stabilire la conservazione dell’energia q
p
g
in un sistema:
1) Nel Sistema isolato, non scambiando nulla con l’ambiente, l’E
l’Energia interna rimane costante ovvero le trasformazioni di calore i i t
i
t t
l t f
i i di l
(Q) in Lavoro (L) e viceversa comportano variazioni nulle dell’energia interna(∆U=0);
2) Nel Sistema Chiuso le quantità di calore (Q) e di Lavoro(L) fornite o sottratte al sistema ne determinano la variazione dell’Energia Interna (∆U) che è uguale alla differenza delle quantità di cui sopra (∆U Q L)
(∆U=Q‐L);
3) Nei Sistemi Aperti, come nei sistemi chiusi, ∆U=Q‐L a cui si deve aggiungere un bilancio di materia (… anche se la materia è gg g
(
equivalente all’energia) Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 27
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (12)
Il Ciclo Di Carnot
Sadi Carnot è considerato uno dei padri fondatori della Termodinamica, grazie agli studi sulla macchina termica , all Ciclo di Carnot
Ci l di C
t e all Secondo principio della Termodinamica.
S
d
i i i d ll T
di
i
Gli studi da lui svolti costituiscono il punto di partenza dal quale Clausius e Lord Kelvin
Lord Kelvin giunsero a stabilire in forma giunsero a stabilire in forma
rigorosa il Secondo principio della Termodinamica.
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Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (13)
In termodinamica il ciclo di Carnot
ciclo di Carnot è il
è il ciclo termodinamico
ciclo termodinamico più più
semplice che si può realizzare utilizzando due sole sorgenti termiche. Il ciclo è costituito da 4 trasformazioni reversibili.
Non esiste nessun altro ciclo che abbia come temperature estreme le stesse isoterme del ciclo di Carnot, tale da avere un rendimento superiore a quello di Carnot. p
q
Per questi motivi viene usato come ciclo di riferimento per applicazioni reali come, ad esempio, pompe di calore e cicli frigoriferi.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 29
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 30
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (14)
La termodinamica e i suoi principi (14)
Il rendimento della macchina di Carnot non dipende dal fluido impiegato nel
ciclo, ma dalle sole temperature delle sorgenti con le quali scambia il calore.
Il rendimento di una macchina termica è, in generale, il rapporto tra il lavoro
utile che la macchina riesce a compiere e il calore totale assorbito dal
sistema:
Dove L è il lavoro totale compiuto dalla macchina, e Q il calore totale
assorbito da questa.
Nel caso del ciclo di Carnot, il rendimento sarà pari a
Da quest'ultima espressione è possibile far discendere che il
rendimento dipende solo dalle temperature e poiché lo scambio di
calore avviene solo durante le isoterme:
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 31
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (15)
La termodinamica e i suoi principi (15)
La macchina di Carnot può funzionare invertendo il ciclo ed in questo caso,
fornendo lavoro anziché sottrarlo, si ottiene un flusso di calore Q dalla
sorgete più fredda a quella più calda.
Quando la macchina di Carnot funziona in modo inverso si tratta di un
frigorifero o di una pompa di calore ed il rendimento è sostituito dal
coefficiente di prestazione (COP) che dipende dalle sole temperature delle
i t
isoterme
ttra cuii evolve
l il ciclo,
i l iin quanto
t il rapporto
t ttra il calore
l
scambiato
bi t con
una sorgente e la relativa temperatura è costante:
per il frigorifero
per la pompa di calore
In cui Te rappresenta la temperatura dell'evaporatore, mentre Tc
rappresenta la temperatura del il condensatore dell'impianto.
Nel primo caso (il frigorifero) l'effetto utile è il calore asportato
dall'evaporatore, nel secondo caso (la pompa di calore) è il calore ceduto
dal condensatore.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 32
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 33
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (16)
Secondo Principio:
èè impossibile realizzare una
impossibile realizzare una macchina ciclica
macchina ciclica che abbia come unico che abbia come unico
risultato il trasferimento di calore da un corpo freddo a uno caldo.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 34
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore Il secondo principio è conseguenza degli studi condotti da Carnot sulle macchine termiche, ed è stato formulato anche nei modi seguenti: seguenti:
Enunciato di Kelvin‐Plank
È impossibile una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la sottrazione di calore ad una sorgente a temperatura T e la conversione completa di questa energia termica in lavoro meccanico.
La conseguenza è che non esiste la macchina termica perfetta ( rendimento η=(L/Q)=1).
Una macchina termica deve funzionare scambiando calore con almeno due sorgenti termiche
l
d
h
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 35
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La formulazione seguente , dovuta a Clausius, è quella più pertinente alle macchine frigorifere: EEnunciato di Clausius
i
di Cl i
È impossibile una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia la trasmissione di calore da un corpo a temperatura più bassa ad uno a temperatura più alta
a temperatura più alta.
La conseguenza è che non esiste un frigorifero perfetto.
Il calore fluisce spontaneamente solo dai corpi caldi a quelli freddi e non viceversa
e non viceversa. Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 36
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (17)
La termodinamica e i suoi principi (17)
Dal secondo principio è possibile dedurre che è impossibile una trasformazione termodinamica che in modo spontaneo (e, quindi, irreversibile) consenta ad un corpo freddo cedere calore ad uno a
irreversibile) consenta ad un corpo freddo cedere calore ad uno a temperatura maggiore.
Ma trasferire calore da un corpo più freddo ad uno più caldo è possibile cedendo Lavoro al sistema e questo è quello che avviene nel ciclo frigorifero.
Inoltre, si può dimostrare (teorema di Carnot) che non è possibile realizzare una macchina termica operante tra due sorgenti che abbia un rendimento maggiore di quello della macchina di Carnot operante tra le stesse sorgenti.
COP del frigorifero di Carnot
Pertanto, essendo possibile avere una macchina di Carnot che funziona con un ciclo inverso (il frigorifero) è altrettanto impossibile costruire un
con un ciclo inverso (il frigorifero) è altrettanto impossibile costruire un frigorifero che abbia un COP maggiore di quello di Carnot !
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 37
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (18)
Funzione di stato In termodinamica, una funzione di stato è una grandezza fisica che risulta funzione delle variabili di stato ( pressione, temperatura, volume, moli) alle condizioni di equilibrio di un sistema termodinamico e che non dipende dalla trasformazione termodinamica a cui è pervenuto nell’attuale stato d’equilibrio.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 38
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (19)
La termodinamica e i suoi principi (19)
Trasformazioni reversibili ed irreversibili Una trasformazione reversibile
f
b l di un
d
sistema termodinamico
d
è
è una trasformazione che, dopo aver avuto luogo, può essere invertita riportando il sistema e l'ambiente nelle condizioni iniziali senza che ciò comporti alcun cambiamento nel sistema stesso e h iò
ti l
bi
t
l it
t
nell'universo. In ogni trasformazione reversibile l'entropia dell'Universo non varia.
Una trasformazione non reversibile è detta irreversibile. Una Una trasformazione non reversibile è detta
irreversibile Una
trasformazione irreversibile può avvenire in una sola direzione e, una volta raggiunto lo stato finale, non è possibile tornare allo stato iniziale
stato iniziale.
La costanza o la variazione di una Funzione di stato durante una trasformazione ne definisce la reversibilità o irreversibilità
trasformazione ne definisce la
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 39
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (20)
La termodinamica e i suoi principi (20)
Entropia (*)
In fisica l'entropia (dal greco antico ἐν en, "dentro", e τροπή tropé, "trasformazione") è una
)
ggrandezza che viene interpretata come una p
misura del disordine presente in un sistema fisico qualsiasi.
Viene generalmente rappresentata dalla lettera S.
In termodinamica, il primo ambito in cui l'entropia venne introdotta, S è una funzione di stato, che, quantificando l'indisponibilità di un sistema a produrre lavoro, si introduce insieme al
p
,
secondo principio della p
p
termodinamica.
In base a questa definizione si può dire, in forma non rigorosa ma esplicativa, che quando un sistema passa da uno
li ti
h
d
it
d
stato
t t ordinato
di t ad d
uno disordinato la sua entropia aumenta; questo fatto fornisce indicazioni sulla direzione in cui evolve spontaneamente un sistema.
(*) definizioni da Wikipedia
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 40
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (21)
La termodinamica e i suoi principi (21)
Entropia p
Il termine “entropia” misura la quantità di energia non disponibile per compiere lavoro, all’interno di un sistema chiuso.
Il secondo principio della termodinamica può anche essere riformulato così:
ogni volta che una certa quantità di energia viene convertita da una forma ad un'altra si ha una penalizzazione che consiste nella degradazione di una parte dell'energia stessa in forma di ll d
d i
di
d ll'
i
i f
di
calore. Questa parte non sarà utilizzabile per produrre lavoro.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 41
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (22)
Entropia Si definisce “variazione di entropia” (∆S) in una trasformazione termodinamica:
∑(Q/ )
∆S = ∑(Q/T)
la somma di tutti i calori scambiati ( ∑Q ) diviso le temperature costanti (T) a cui questi scambi avvengono. I calori assorbiti sono positivi, quelli ceduti sono negativi.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 42
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore In una trasformazione ciclica, ideale, la variazione di
,
,
entropia è p
nulla.
Anche l’ambiente esterno non subisce variazione di entropia quando il ciclo è reversibile; quindi l’entropia del sistema isolato (macchina + ambiente esterno), rimane costante:
∆S = 0
In una trasformazione ciclica, reale, la variazione di entropia è maggiore di zero.
In un sistema isolato (macchina + ambiente esterno), nel quale avvengono trasformazioni irreversibili (reali) l’entropia aumenta sempre. Qualsiasi trasformazione reale lascia un segno nell’ambiente,quindi: ∆S 0
∆S >
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Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore La termodinamica e i suoi principi (23)
La termodinamica e i suoi principi (23)
ENTALPIA
La parola entalpia ha origine dal greco enthalpos (ἔνθαλπος), che significa letteralmente portare calore dentro. Tale termine deriva a sua volta dal prefisso greco classico ἐν‐, en‐, dentro, e il verbo θάλπειν, thalpein, bruciare. (*)
(*) WiKipedia
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 44
Principi di funzionamento delle pompe di calore
La fisica delle pompe di calore L’entalpia è una funzione di stato di un sistema ed esprime la quantità di energia che esso può scambiare con l'ambiente. In un passaggio di stato, come la trasformazione di una sostanza d
l
f
d
dalla sua forma liquida a quella gassosa, l'entalpia del sistema è il calore latente di evaporazione.
Ad esempio, l’entalpia dell’aria umida H = λ + Cp (T ‐
H = λ
+ Cp (T T0) KJ/Kg
T0) KJ/Kg
λλ Cp T0
T
= calore di vaporizzazione dell
calore di vaporizzazione dell’acqua
acqua a 273,15 K pari a 2501 kJ/kg;
a 273,15 K pari a 2501 kJ/kg;
= calore specifico del vapor d’acqua pari a 1,875 kJ/(kg K).
= Temperatura di riferimento K
= Temperatura dello stao dell’aria K
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 45
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (1) Il ciclo frigorifero viene rappresentato sul diagramma H (Entalpia) ‐ P (Pressione)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 46
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (2) Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 47
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (3) Il diagramma H (Entalpia) ‐ P (Pressione) in figura è quello dell’R 410 A che ha sostituito l’R22 (Freon)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 48
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (4) Il surriscaldamento del vapore si rende necessario per evitare la presenza di eventuali gocce di liquido raggiungano il
liquido raggiungano il compressore che potrebbe col tempo danneggiarlo.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 49
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (5) La Potenza frigorifera dipende sia dal tipo di fluido frigorifero che dalla sua portata che determina assieme al
determina, assieme al rapporto di compressione, il tipo compressore.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 50
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (6) Il sottoraffreddamento del fluido frigorigeno allo stato liquido aumenta la capacità frigorifera.
frigorifera
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 51
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (7) Nella fase di espansione il fluido frigorigeno diminuisce la pressione e la temperatura e, secondo il sottoraffreddamento raggiunto, in gg
,
parte vaporizza. L’aumento della quantità di vapore prodotto diminuisce la capacità frigorifera.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 52
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (8) FLUIDO REFRIGERANTE
Il fluido refrigerante è il fluido operativo di un ciclo frigorifero. Possono essere di tipo naturale (ammoniaca, anidride carbonica, propano, ecc.) o artificiale.
I fluidi artificiali sono generalmente chiamati Freon .
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 53
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (9) FLUIDO REFRIGERANTE
Il fluido refrigerante deve avere le seguenti caratteristiche :
1.
2.
3
3.
4.
5.
6.
7.
8.
T critica > Tambiente;
Elevata entalpia latente di evaporazione;
Basso volume specifico del vapore;
Basso volume specifico del vapore;
Stabilità chimica;
Non aggressività verso i materiali Ininfiammabilità
Bassa tossicità
Basso costo
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 54
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (11) Tabella fluidi frigorigeni commercializzati dall’azienda Rivoira
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 55
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (12) Tabella principali applicazioni dei vari fluidi frigorigeni Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 56
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (13) Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 57
Principi di funzionamento delle pompe di calore
CICLO FRIGORIFERO (14) Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 58
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Misura delle Prestazioni 1 Le prestazioni di una pompa di calore si misurano mediante i
seguenti coefficienti:
1. COP (Coefficient of Performance)
1
2. GUE (Gas Utilization Efficiency)
3. PER (Primary Energy Ratio)
Il COP viene usato generalmente per misurare le prestazioni di
una PdC a compressione di vapore e rappresenta il rapporto tra
il Calore utile ricavato (Q) e l’energia elettrica spesa (E).
Il GUE viene usato per misurare le prestazioni di una PdC a ad
assorbimento e rappresenta il rapporto tra il Calore utile ricavato
((Q)) e l’energia
g termica spesa
p
((H))
Il PER rappresenta il rapporto tra il Calore utile ricavato (Q) e
l’energia primaria utilizzata al lordo delle conversioni (ad es il
rendimento η di produzione elettrico)
elettrico).
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 59
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Misura delle Prestazioni 2 Le prestazioni di pompe di calore di tipologia differente è
possibile confrontarle mediante il coefficiente PER :
Pompa di Calore a compressione di vapore
PER= η *COP
CO
Pompa di Calore ad Assorbimento
PER GUE
PER=GUE
Ad es.
una PDC a compressione di Vapore con COP=3
COP 3,6
6 e un
rendimento di produzione elettrico η=0,41 ha un PER =
3,6*0,41=1,47 che è un valore molto simile a quello di una buona
PdC ad Assorbimento PER(=GUE)=1,45
PER(=GUE)=1 45
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 60
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Misura delle Prestazioni 3 Le misura delle prestazioni di pompe di calore mediante il COP o
il GUE danno una valutazione delle prestazioni relativamente ad
g
condizione di funzionamento ((carico nominale,,
una singola
temperature interna ed esterna ed umidità fisse).
Una misura più corretta deve poter tenere conto delle reali e
diverse
d
e se co
condizioni
d o d
di funzionamento
u o a e o de
della
a po
pompa
pa d
di ca
calore,
o e, ssia
a in
riscaldamento che in raffreddamento, nell’arco dell’intera stagione
(in particolare al variare
della temperatura esterna).
La misura delle prestazioni nell’arco dell’intera stagione viene
espresso mediante il coefficiente SCOP (Coefficiente di
Prestazione Stagionale) che rappresenta il fabbisogno annuo di
Calore utile per l'intera
l intera stagione di riscaldamento diviso per il
consumo annuo di energia elettrica a fini di riscaldamento.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 61
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Misura delle Prestazioni 4 I costruttori di PdC dovranno indicare, oltre i consueti valori COP
(EER) anche quelli SCOP (SEER) che definiranno la Classe di
efficienza della Pompa di Calore.
Classi di Efficienza Energetica SEER e SCOP
per Split e MultiSplit Raffreddati ad Aria
Raffrescamento
Classe di Efficienza Energetica
Riscaldamento
SEER 8 50
SEER ≥ 8,50
A
A+++
SCOP 5 10
SCOP ≥ 5,10
6,10 ≤ SEER < 8,50 A++
A++
5,60 ≤ SEER < 6,10 A+
A+
A+
4,00 ≤ SCOP < 4,60
5,10 ≥ SEER < 5,60 A
A
A
3,40 ≤ SCOP < 4,00
4,60 ≤ SEER < 5,10 B
B
B
3,10 ≤ SCOP < 3,40
4,10 ≤ SEER < 4,60 C
C
C
2,80 ≤ SCOP < 3,10
3,60 ≤ SEER < 4,10 D
D
D
2,50 ≤ SCOP < 2,80
3,10 ≤ SEER < 3,60
E
E
2,20 ≤ SCOP < 2,50
F
1,90 ≤ SCOP < 2,20
2,60 ≤ SEER < 3,10
SEER < 2,60
4,60 ≤ SCOP < 5,10
SCOP < 1,90 (G)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 62
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Ti l i d ll P
Tipologia delle Pompe di Calore a compressione di C l
i
Le Pompa di Calore (PdC) possono essere suddivise in tre grandi gruppi:
1) PdC ad espansione diretta (split , multisplit, VRF/VRV*)
2) PdC idroniche;
3) PdC aerauliche.
Nelle PdC ditipo 1) il fluido termovettore è lo stesso fluido frigorigeno.
frigorigeno
Nelle PdC di tipo 2 ) e 3) il fluido termovettore è un fluido diverso da quello frigorigeno rispettivamente un liquido (generalmente acqua eventualmente aggiunta di anticongelante) per il tipo 2) e aria per il tipo 3).
(*) Variable Refrigerant Flow /Variable Refrigerant Volume
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 63
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Componenti Pompe di Calore a compressione (1)
La Pompa di Calore è composta dei seguenti componenti principali:
1)
2)
3)
4)
5)
Compressore;
Condensatore;
Evaporatore;
Valvola di espansione;
Valvola di inversione del ciclo (installata sulle macchine reversibili).
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 64
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Componenti Pompe di Calore a compressione (2)
Il Compressore
p
Le tipologie di compressori utilizzati per le macchine frigorifere sono riportati nella seguente tabella:
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 65
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Componenti Pompe di Calore a compressione (3)
Il Compressore volumetrico alternativo
Compressore ermetico volumetrico alternativo Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 66
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Componenti Pompe di Calore a compressione (4)
Il Compressore volumetrico rotativo
Compressore ermetico rotativo scroll
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 67
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Componenti Pompe di Calore a compressione (5)
Il Compressore volumetrico rotativo
Compressore semiermetico
rotativo a vite
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 68
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Componenti Pompe di Calore a compressione (6)
Il condensatore / evaporatore
Nelle pompe di calore e nelle macchine frigorifere il Condensatore e l’Evaporatore sono realizzati da una apparecchiatura di scambio termico che possono essere semplici scambiatori di calore ( a fascio tubiero, a piastre ecc) nel caso in cui lo scambio termico avvenga tra liquidi
ecc) nel caso in cui lo scambio termico avvenga tra liquidi oppure batterie a tubi alettati quando lo scambio avviene tra un fluido e l’aria.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 69
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Componenti Pompe di Calore a compressione (7)
L’Evaporatore Nella pompa di calore l’Evaporatore è collocata nell’unità esterna ed è costituito essenzialmente da una batteria di scambio termico in tubo di rame provvisto di alette esterne per aumentare lo scambio termico con l’aria.
Nelle macchine reversibili l’evaporatore dell’unità esterna assume la funzione di condensatore mediante l’inversione
assume la funzione di condensatore mediante l
inversione del flusso del fluido frigorigeno.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 70
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Componenti Pompe di Calore a compressione (8)
Il condensatore
Nella pompa di calore il Condensatore è collocato nell’unità interna ed è costituito essenzialmente da una batteria di scambio simile a quella dell’evaporatore.
Nelle macchine reversibili Il condensatore dell’unità interna, come per l’evaporatore, assume la funzione inversa ovvero quella di evaporatore
quella di evaporatore.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 71
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Componenti Pompe di Calore a compressione (8)
La valvola d’espansione
Nelle macchine frigorifere ( e, quindi, anche nelle pompe di calore) al liquido proveniente dal condensatore viene )
q
p
ridotta la pressione mediante un riduttore costituito da una valvola o, per gli impianti di minore potenzialità, con un tubo (il capillare) di piccolo diametro e di lunghezza prestabilita.
prestabilita
Valvola d’espansione
Tubo capillare
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 72
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Componenti Pompe di Calore a compressione (8)
La Valvola di inversione del ciclo Nelle macchine reversibili è installata una valvola per consentire l’inversione dei flussi del fluido frigorigeno.
g g
In tal modo, la pompa di calore è trasformabile in un macchina frigorifera realizzando così un climatizzatore a ciclo annuale. Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 73
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 74
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
COP di una PdC a scambio aria – acqua
COP di una PdC a scambio aria Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 75
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Dati di Funzionamento di una PdC a scambio acqua – acqua
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Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Dati di Funzionamento di una PdC a scambio aria – acqua
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 77
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Pompe di Calore ad assorbimento (1)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 78
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Pompe di Calore ad assorbimento (2)
Una pompa di calore ad assorbimento preleva il calore ambiente da un livello di temperatura inferiore e lo
ambiente da un livello di temperatura inferiore e lo trasferisce ad un livello di temperatura superiore mediante un fluido di lavoro.
Il fluido di lavoro utilizzato è l'ammoniaca che dallo stato gassoso si discioglie in acqua (l’Assorbimento). La soluzione di acqua e ammoniaca viene poi riscaldata da un bruciatore a gas provocando l’evaporazione dell’ammoniaca. Il vapore di ammoniaca arriva al condensatore, dove cede il suo calore latente utilizzato per il riscaldamento ridiventando liquido. L'ammoniaca liquida giunge in seguito nell'evaporatore, in cui assorbe il calore ambiente ed evapora.
Nell'assorbitore, il gas ammoniaca si scioglie nell'acqua e cede il calore assorbito. Dall'assorbitore, la miscela di acqua e ammoniaca viene nuovamente pompata nell'estrattore
nuovamente pompata nell
estrattore, e il ciclo si chiude. e il ciclo si chiude
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 79
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Pompe di Calore ad assorbimento (3)
La resa di una pompa di calore ad
assorbimento a gas metano (o GPL) è
d fi i d
definita
dall GUE (G
(Gas U
Utilization
ili i
Efficiency), dato dal rapporto tra l’energia
resa (alla sorgente di interesse) e l’energia
t
termica
i consumata
t dal
d lb
bruciatore
i t
a gas.
Un valore di G.U.E. pari, ad esempio del
154% indica che per ogni kWh termico
154%,
consumato, la pompa di calore ad
assorbimento rende 1,54 kWh sottoforma
di acqua calda
calda.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 80
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 81
Caratteristiche funzionali delle diverse tipologie di PdC
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 82
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti Variable Refrigerant Volume (VRV) o Variable Refrigerant Flow (VRF) (1)
Impianti Variable Refrigerant Volume (VRV) o Variable Refrigerant Flow (VRF) (1)
Nei Sistemi ad espansione diretta con l’assenza di fluido termovettore intermedio si ottiene un miglioramento del COP (a parità di ogni altra condizione). La regolazione della potenza frigorifera avviene mediante modulazione della portata volumetrica del refrigerante (compressore ad
volumetrica del refrigerante (compressore ad inverter), che espande direttamente negli ambienti da servire
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 83
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti Variable Refrigerant Volume (VRV) o Variable Refrigerant Flow (VRF) (2)
Impianti Variable Refrigerant Volume (VRV) o Variable Refrigerant Flow (VRF) (2)
Il sistema è costituito da una unità esterna, dotata di compressore e di batteria di scambio in grado di funzionare indifferentemente da condensatore e da evaporatore, a cui sono collegate, mediante tre tubi, una serie di unità interne dotate di ventilatore, batteria di i di ità i t
d t t di
til t
b tt i di
scambio, valvola termostatica elettronica e valvola di deviazione a cassetto.
Ogni unità interna ha una valvola di controllo del refrigerante che consente un controllo individuale molto efficiente della capacità termofrigorifera
molto efficiente della capacità termofrigorifera, attraverso il controllo del flusso di refrigerante per ogni singola unità.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 84
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti Variable Refrigerant Volume (VRV) o Variable Refrigerant Flow (VRF) (3)
Impianti Variable Refrigerant Volume (VRV) o Variable Refrigerant Flow (VRF) (3)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 85
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti Variable Refrigerant Volume (VRV) o Variable Refrigerant Flow (VRF) (4)
Impianti Variable Refrigerant Volume (VRV) o Variable Refrigerant Flow (VRF) (4)
Per la Norma EN 378 la massima concentrazione Per
la Norma EN 378 la massima concentrazione
ammissibile di gas refrigerante (R410A) in caso di perdita nelle tubazioni di distribuzione è 0,44 kg/m3.
E’ necessario verificare che, in caso di fuga di tutto il gas contenuto nell’impianto, non venga g
p
,
g
saturato il locale più piccolo oltre il valore limite. Nel caso tale condizione non possa essere rispettata, è necessaria l’installazione di un dispositivo di rilevazione di fughe.
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Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (1)
Nel sistema idronico lo scambio termico avviene per mezzo di un fluido intermedio (l’acqua)
per mezzo di un fluido intermedio (l
acqua) differente da quello frigorigeno.
Il sistema idronico utilizza Pompe di calore a p
scambio Aria – Acqua, Acqua‐Acqua o Acqua‐
Terreno.
Nel sistema idronico è necessario avere un impianto di distribuzione dimensionato per utilizzare un fluido termovettore con temperatura massima di 50 °C.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 87
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (2)
IlIl sistema idronico è utilizzato nella tipologia più sistema idronico è utilizzato nella tipologia più
semplice di impianti di climatizzazione a ciclo annuale (riscaldamento e raffrescamento) denominato impianto a ventilconvettori (Fan coil)
denominato impianto a ventilconvettori (Fan coil) e Aria Primaria.
In questa tipologia impiantistica è normalmente q
p g
p
utilizzata una macchina frigorifera ad inversione di ciclo (Pompa di Calore) del tipo Aria‐Acqua assieme ad una caldaia a Gas per compensare la diminuzione della Potenza della Pompa di Calore al diminuire della Temperatura esterna.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 88
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (3)
Modello Aermec NRP
Negli Impianti ad Aria Primaria e ventilconvettori di concezione più evoluta prevedono recuperi termici
concezione più evoluta prevedono recuperi termici dall’aria primaria esausta prima dell’espulsione in atmosfera e macchine frigorifere con scambio aria –
acqua con recuperi sia sul condensatore che q
p
sull’evaporatore nel caso siano necessarie la contemporanea erogazione di potenza frigorifera e di riscaldamento:
1. In inverno può essere previsto il raffrescamento
di sale ad alto affollamento;
2. In estate può essere necessario il postriscaldamento dell’aria primaria di ventilazione.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 89
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (4)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 90
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (5)
Nelle zone climatiche più rigide (Nord Italia ed Europa) Il sistema idronico provvisto di Pompe di
Europa) Il sistema idronico provvisto di Pompe di calore con scambio aria‐acqua può risultare non conveniente per la forte penalizzazione del COP alle basse temperature.
p
In questo caso l’uso di Pompe di calore con scambio acqua‐acqua associate ad una sorgente a temperatura praticamente costante rispetto a quella dell’aria può essere la soluzione alternativa all’uso delle caldaie.
La sorgente di calore nel caso del geotermico a bassa Entalpia è il terreno.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 91
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (6)
Le Pompe di calore con scambio acqua‐acqua possono esse alimentate da acqua prelevata da
possono esse alimentate da acqua prelevata da una falda acquifera o da acque superficiali (laghi, fiumi ecc).
Le macchine a scambio acqua‐acqua in generale hanno COP abbastanza elevati (>4) ma richiedono un maggior costo d’investimento per la predisposizione delle infrastrutture per lo sfruttamento della sorgente termica (pozzi, sonde geotermiche e sistemi di pompaggio).
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 92
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (7)
Fonte Aermec
Fonte Aermec
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 93
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (8)
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 94
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (9)
Le Pompe di Calore a scambio acqua
Le
Pompe di Calore a scambio acqua‐ acqua è possibile acqua è possibile
realizzare la sorgente termica con pannelli solari termici del tipo scoperto.
Le prestazioni in termini di COP risultano molto simili al i ii
i i di
i l
l i ili l
geotermico a bassa entalpia ma di costo molto più contenuto.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 95
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (9)
La potenza termica dell’impianto sperimentale realizzato è di i 7 KW t
è di circa 7 KW termici prodotti con una pompa di calore a i i
d tti
di l
scambio acqua‐acqua del tipo utilizzato per gli impianti geotermici a bassa entalpia.
La sorgente termica è stata realizzata con 40 mq di Pannelli solari in PVC del tipo scoperto con un costo di circa 90 €/mq.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 96
Esempi di configurazioni di impianto e criteri di selezione della macchina frigorifera
selezione della macchina frigorifera
Impianti con Pompe di Calore con sistema idronico (10)
Pompa di Calore a scambio acqua‐acqua elioassistita
Impianto sperimentale realizzato nel CR ENEA Casaccia 2011
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 97
Tipologie e caratteristiche dei diversi sistemi
SORGENTE ESTERNA: ARIA
SISTEMI IDRONICI O AD ESPANSIONE DIRETTA Caratteristiche:
1)
2)
3)
4)
5))
semplicità di installazione
forte dipendenza delle prestazioni dalle condizioni climatiche, sia in inverno che in estate
in inverno, problemi di formazione di brina all’evaporatore (sbrinamento ad inversione di ciclo e/o con batterie elettriche)
ingombro e rumorosità dell’unità esterna
non disponibili per grandi potenzialità (oltre i 1000 kW, circa), per p
p g
p
(
,
), p
le dimensioni eccessive dell’unità esterna
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 98
Tipologie e caratteristiche dei diversi sistemi
SORGENTE ESTERNA: ACQUA
L’acqua è la sorgente esterna di elezione per gli impianti frigoriferi di grande taglia (oltre i 1000 kW).
Caratteristiche:
1)
2)
3)
4)
Maggior costo dell’Impianto;
Maggiori prestazioni (COP ed EER più elevati);
meno sensibilità alle condizioni climatiche esterne;
Utilizzo di torri evaporative se non sono disponibili sorgenti d’acqua di falda, fiume, lago o mare.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 99
Tipologie e caratteristiche dei diversi sistemi
SORGENTE ESTERNA: TERRENO
I costi sono molto variabili e , mediamente ,sono si pari ad 1/3 del costo dell’impianto convenzionale , per la gran parte dovuto alle opere di posa delle sonde esterne che possono essere di tipo orizzontale o verticale.
Caratteristiche:
1))
2)
3)
4)
5)
6)
Le sonde orizzontali richiedono una superficie di terreno pari a 2÷2,5 p
p
volte l'area netta da riscaldare, per il solo riscaldamento, o 3÷3,5 volte l'area netta da riscaldare se è previsto anche il raffrescamento estivo; il costo per la posa delle sonde orizzontale è dell’ordine di 20‐40 € per m2 di terreno da sbancare ( profondità circa 2,5 mt). il costo per la posa delle sonde verticali è compreso tra 40 e 65 € per metro di
profondità (tubi a U o a doppia U e con profondità medie 80 ‐100 mt).
Soluzione tecnicamente ed economicamente, in riscaldamento, interessante per i climi rigidi.
Soluzione tecnicamente ed economicamente, in raffrescamento,interessante in climi torridi e/o in presenza di richieste frigorifere di durata annua particolarmente significativa.
Progettisti ed Installatori di impianti a Pompe di Calore 100
.
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Ing Andrea Simonetti
www.portalemesos.it
06‐30483253
[email protected]
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