I LIMITI DELLA POMPA DI CALORE

I LIMITI DELLA POMPA DI CALORE Un punto che limita l’utilizzo delle pompe è che la temperatura dell’acqua calda prodotta con le tecnologie attuali è abbastanza bassa e che comunque, al salire della temperatura, scende sensibilmente la resa. Quindi occorre utilizzare tecnologia distributiva a basse temperature (soffi tti e pavimenti radianti, per esempio) e avere sistemi per lo scambio dell’aria (unità di trattamento dell’aria e fan coil) con batterie maggiorate. L’uso per l’acqua sanitaria è estremamente critico sia per la bassa temperatura, sgradita all’utente, sia per questioni di tipo igienico, per cui occorre adottare solitamente un sistema aggiuntivo che consente la soppressione dei batteri della legionella portando di tanto in tanto la temperatura dell’acqua a valori elevati (60÷70 °C). Limitando le osservazioni al funzionamento a pompa di calore delle macchine e trascurando per il momento il funzionamento per la refrigerazione, scopriamo nel dettaglio quantitativo questi fattori, che dipendono dalle caratteristiche del ciclo di Carnot. All’aumentare della temperatura dell’acqua in uscita (cioè quella che si utilizza successivamente per il riscaldamento degli ambienti), il COP della pompa di calore diminuisce. Per esempio: d’inverno, con aria esterna a -5 °C, con una pompa di calore con potenza resa di 98 kW, di tipo aria/acqua, con temperatura dell’aria esterna a -5 °C, il COP è pari a: 3,10 se l’acqua calda esce dalla macchina a 38 °C e 2,69 se l’acqua calda esce dalla macchina a 45 °C. Cioè: la resa è maggiore del 15% se l’acqua in uscita è meno calda di 7 °C. Al diminuire della temperatura della sorgente fredda (cioè l’aria esterna, nel caso di pompe aria/acqua, o l’acqua di pozzo o di torre, nel caso delle pompe acqua/acqua), parimenti diminuisce il COP. Per esempio, con la stessa pompa del caso precedente, ma con una temperatura esterna di +7 °C, otteniamo i seguenti COP: 3,97 se l’acqua calda esce dalla macchina a 38 °C e 3,37 se l’acqua calda esce dalla macchina a 45 °C. Cioè: la resa è maggiore del 17% se l’aria esterna è più calda di 12 °C. In conclusione: per aumentare il rendimento energetico del sistema occorre usare l’acqua alla temperatura più bassa possibile e la sorgente fredda alla temperatura più calda possibile. Nel caso delle pompe di calore aria/acqua, la seconda condizione (che, di fatto, è la temperatura dell’aria esterna) non è nella disponibilità del progettista. Nel caso delle pompe di calore acqua/acqua, viceversa, la scelta della sorgente può essere pilotata attraverso la tipologia di scambio (acqua di falda, sonda geotermica, acquedotto ecc.). COP in funzione delle temperature e del tipo di macchina Ciclo di Carnot per pompa di calore. Sono illustrati gli elementi principali della macchina, il verso di percorrenza, gli scambi termici e le temperature. I colori sono concordi con l’immagine dal vero riportata sotto Pompa di calore aria/acqua: in giallo i compressori; in rosso i tubi dell’acqua calda diretti verso l’utenza, in blu il calore dissipato nell’ambiente esterno 5.00 - 4.50 - 4.00 - 3.50 - 3.00 - 2.50 - 2.00- ı ı ı ı ı ı ı 30 35 40 45 50 55 60 4.7 4.00 3.40 2.70 3.10 4.2 ACQUA DI POZZO-ACQUA TPOZZO = +15 °C ARIA-ACQUA TEST = +7 °C ARIA-ACQUA TEST = -5 °C TEMPERATURA ACQUA (°C) COP (WW) 3.7 2.9 ARIA (TEST = -5 °C) ARIA (TEST = 7 °C) ACQUA (TACQUA= 15 °C) TEMPERATURA TEMPERATURA ALTA TEMPERATURA BASSA ACQUA CALDA AGLI AMBIENTI DISSIPAZIONE VERSO L'ESTERNO