Nella fase di dimensionamento di una pompa di calore, possono verificarsi errori non imputabili al costruttore, ma a valutazioni errate sull'impianto stesso. In questi casi, il costruttore può suggerire soluzioni basate sulla propria esperienza per individuare il prodotto più adatto alle esigenze del progetto.
Dimensionamento al Picco Massimo Invernale: Pro e Contro
Il dimensionamento al picco massimo invernale è una pratica comune, volta a sovradimensionare l'unità per garantire la prestazione di picco in determinate ore o giorni dell'anno. Sebbene protegga l'impianto, questa scelta comporta degli svantaggi:
- Unità sovradimensionata funziona in modo intermittente, aumentando gli ON-OFF del compressore e riducendone la durata.
- L'intero impianto (pompe, tubazioni, isolamento, serbatoio di accumulo, valvole, cavi elettrici, protezioni) deve essere tarato sul sovradimensionamento, con conseguente aumento dei costi.
- Aumento dei consumi per l'utente finale e maggiore superficie necessaria per l'installazione.
Pompe di Calore Reversibili: Considerazioni Importanti
Nelle pompe di calore reversibili, lo scambiatore è lo stesso sia per il funzionamento in caldo che in freddo e dimensionato per un flusso di acqua costante. Pertanto, è fondamentale considerare questo aspetto nel dimensionamento, fissando la portata (solitamente quella derivante dal calcolo in freddo a 35 °C di aria esterna) e la temperatura dell'acqua in uscita. In questo modo, si ottiene un dimensionamento effettivo della pompa di calore in campo, indipendentemente dal dT tra acqua in ingresso e in uscita.
Volumi Inerziali: Un Elemento Chiave
La tendenza attuale è quella di minimizzare l'accumulo inerziale, ma è importante considerare che durante il funzionamento dell'unità si verificano periodi transitori, come lo sbrinamento, che possono produrre acqua a temperature diverse da quelle richieste dall'impianto. L'uso corretto dei volumi inerziali minimizza questo effetto, garantendo al contempo un minor numero di accensioni e spegnimenti dell'unità, a vantaggio dell'affidabilità nel tempo.
I Suggerimenti di Hecoclima
Eseguire sempre un raffronto tra due unità ai diversi tipi di dimensionamento: Il suggerimento del costruttore resta quello di non dimensionare le pompe di calore reversibili sul picco massimo poiché la macchina sarà completamente sbilanciata per tutto il suo ciclo vita. Tale sbilanciamento si nota in maniera evidente se si paragonano, a parità di portata, i dati della resa effettiva in cooling e la resa effettiva in heating. Il dato permette di capire quanto realmente sia sovradimensionata la macchina e con essa gli accessori dell’impianto correlati (maggiore esborso economico per l’utente finale in termini di acquisto materiali e di gestione energetica del sistema).
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Accettata la valutazione di cui sopra, sarebbe utile cominciare a proporre come alternativa il dimensionamento alle condizioni standard suggerite dal costruttore da cui chi analizza i dati può trarre poi le proprie conclusioni in termini di costo finale dell’impianto, costo di gestione ed una effettiva valutazione del comportamento della unità in campo alle condizioni richieste (simulazioni alla temperatura minima di aria esterna, a portata costante, massima temperatura dell’acqua in uscita garantita alle condizioni critiche).
Controllare l’effettivo punto di lavoro della pompa di calore: In base alla scelta della tipologia di gas refrigerante e del compressore più idoneo all’applicazione è utile far notare dei plus costruttivi di certe serie prodotti piuttosto che di altre in maniera tale da poter approcciare il mercato nel migliore dei modi con valide alternative anche ai prodotti più standardizzati della concorrenza. Valutando di volta in volta il punto di lavoro effettivo della pompa di calore ci si accorge di come varia la temperatura dell’acqua al variare della temperatura di aria esterna (concetto già espresso al punto precedente). Questa analisi serve per coinvolgere l’utente finale o il progettista nella miglior scelta di dimensionamento macchina compatibilmente alle esigenze specifiche dell’applicazione ponendosi delle utili domande:
- Quanto tempo effettivamente la pompa di calore dovrà produrre acqua ad una temperatura “X°C” e ad una condizione di aria esterna di “Y°C”?
- POCO » si suggerisce il dimensionamento a condizioni di base e la verifica della macchina alle condizioni di estremo invernale.
- MOLTO » si suggerisce di verificare con il costruttore la migliore proposta per una pompa di calore che debba funzionare in maniera garantita e per periodi molto lunghi a condizioni proibitive (tale per cui si potrebbe non parlare di sovradimensionamento).
- ATTENZIONE: questo ultimo caso, in campo e da esperienza di Hecoclima, è veramente molto remoto.
- Nell’impianto è presenta la giusta quantità di riserva inerziale per gestire, nell’eventualità di un dimensionamento a condizione di base, un eventuale abbassamento della temperatura dell’acqua prodotta?
- SI » possibilità di dimensionare a condizioni di base ed integrare la riserva inerziale durante i periodi di funzionamento in condizioni estreme.
- NO » in questo caso il suggerimento è sempre quello di prevedere la opportuna riserva inerziale e nelle schede tecniche di Hecoclima viene sempre indicato un volume adeguato per stimarla.
- Il sovradimensionamento della unità crea un disservizio per il restante periodo dell’anno all’utente finale?
- SI » in questo caso va valutato bene quello che accade in campo che deriva da un massivo sovradimensionamento della unità. La presenza di due unità, per esempio, entrambe sovradimensionate, può portare ad avere per tutta la stagione una macchina sempre in OFF con tutto ciò che ne consegue in termini di investimento.
- NO » al contrario di quanto sopra, si sarà valutato che la strada migliore è quella di proseguire nell’offerta e conseguente gestione di unità sovradimensionate per cui, una volta edotte le figure di riferimento in termini di costi macchina, costi impianto, costi di gestione, si provvederà a progettare, dimensionare ed offrire quanto definito.
Delta T (dT) nelle unità reversibili
Per il corretto dimensionamento delle pompe di calore reversibili, si suggerisce sempre di utilizzare lo stesso dT relativamente alla temperatura dell’acqua in caldo ed in freddo. Questo proprio perché lo scambiatore, in questa tipologia di unità, sarà lo stesso una volta invertito il ciclo. Nel caso in cui il dimensionamento sia forzato ad una temperatura di aria esterna molto bassa rispetto il dimensionamento di base, il suggerimento è quello di valutare la resa in caldo (Heating) fissando la portata corretta e fissando la temperatura di uscita dell’acqua al fine di avere un prospetto tecnico quanto più vicino al funzionamento reale della unità nello impianto. Le unità accettano comunque una variazione minima e massima di portata, tale per cui è sempre meglio verificare con il costruttore questi valori qualora ve ne fosse il dubbio.
Cos'è un Accumulo Inerziale?
Un accumulo inerziale - o puffer - è un serbatoio che contiene acqua tecnica, non potabile, che serve a immagazzinare momentaneamente l’energia termica, prodotta dall’impianto termico, mettendola a disposizione di questo quando ne ha necessità.
In genere un serbatoio di accumulo è costituito da un corpo in acciaio che è isolato termicamente. L’isolamento è necessario per garantire che il calore immagazzinato al suo interno non si dissipi all’esterno.
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Gli accumulatori inerziali possono essere dotati di serpentine, ovvero scambiatori di calore immersi che permettono di ricevere l’energia da diverse fonti di calore senza mescolare tra di loro i diversi fluidi tecnici utilizzati.
L’acqua tecnica contenuta al suo interno tende quindi a stratificarsi, in effetti l’acqua fredda si distribuisce nella parte inferiore e quella calda in quella superiore e ciò garantisce l’efficienza dei sistemi stessi, perché si evita che si mischino inutilmente, causando dispendio energetico.
Come Viene Utilizzato un Accumulo Inerziale?
Un accumulo inerziale può essere utilizzato in combinazione con un impianto solare termico o con un impianto termico, come una pompa di calore.
Nel caso dell’utilizzo di un accumulo inerziale con impianto solare termico, si può pensare all’utilizzo di un serbatoio che ha lo scopo di accumulare acqua sanitaria che verrà poi di seguito riscaldata in base alle esigenze. Questa soluzione è vantaggiosa non solo perché garantisce il mantenimento igienico dell’acqua, evitando la proliferazione di agenti patogeni, ma anche perché l’acqua accumulata può essere utilizzata anche per servire l’impianto termico.
Nel caso invece di un accumulo inerziale abbinato ad una pompa di calore, il suo utilizzo consente di ottimizzarne la resa, perché permette di farla lavorare a pieno regime ed a carico costante, garantendo una quantità di energia termica quando ne avrà necessità e riducendo i cicli di accensione e spegnimento.
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A Cosa Serve un Accumulo Inerziale?
Un accumulo inerziale serve a massimizzare il rendimento di un impianto di riscaldamento. Utilizzare un sistema di accumulo inerziale consente alle pompe di calore di:
- Ridurre i cicli on/off: fornendo inerzia termica alla pompa di calore, si riesce ad ottimizzare il suo funzionamento, in quanto nei cicli di accensione e spegnimento si riduce il COP della pompa stessa. Senza l’utilizzo di un serbatoio la pompa di calore sarebbe soggetta a continue variazioni di richiesta da parte dell’edificio, ciò invece non succede perché con l’accumulo la macchina continua a lavorare per intervalli di tempo sufficienti, supportando il sistema di distribuzione quando questo non è attivo;
- Gestire lo sbrinamento: nelle pompe di calore aria/acqua i cicli di sbrinamento avvengono in genere prelevando energia dal condensatore per portarla all’evaporatore. Se dal lato del condensatore non vi è un accumulo inerziale, ma direttamente il sistema di distribuzione dell’edificio, si andrà a prelevare energia termica direttamente dall’edificio, riducendo così le condizioni di comfort termico. La presenza di un accumulo inerziale evita tutto ciò, perché sarà esso a fornire l’energia necessaria per sbrinare l’evaporatore;
- Separare i flussi tra pompa di calore e sistema di distribuzione: l’utilizzo di un sistema di accumulo inerziale permette di dividere le portate da inviare all’impianto o alla pompa di calore, ottimizzando il lavoro della pompa stessa.
Vantaggi del Sistema di Accumulo Inerziale
Un accumulo inerziale raccoglie energia termica, rendendola al generatore quando è più necessaria. Ecco cos’è e come viene utilizzato Per ottimizzare un impianto di riscaldamento ad alta efficienza energetica spesso è richiesta l’installazione di un accumulo inerziale, che garantisce un maggiore risparmio energetico perché permette di immagazzinare l’energia prodotta e di utilizzarla nel momento in cui l’impianto non è in funzione.
Come Dimensionare un Accumulo Inerziale?
Dimensionare un accumulo inerziale significa definirne la capacità, ovvero il volume di acqua tecnica necessario al funzionamento ottimale dell’impianto.
Calcolare il valore corretto di capacità di un accumulatore inerziale consente di ottenere una migliore efficienza dell’impianto, una maggiore stabilità termica ed una risposta più rapida alle variazioni di carico.
La capacità deve essere definita in funzione del generatore di calore e del tipo di impianto servito: conoscendo infatti la potenza e la tipologia dell’impianto e la modalità di distribuzione sarà possibile dimensionare il serbatoio, identificando:
- dimensioni;
- materiali;
- caratteristiche tecniche;
- attacchi idraulici;
- attacchi elettrici.
Per facilitare il lavoro dei tecnici esistono software di certificazione energetica in grado di valutare il contributo all’efficienza dell’impianto di un accumulo inerziale.