Parlando di una pompa di calore, cosa significa il termine INVERTER?

Se hai risposto anche tu:” la pompa di calore può produrre sia caldo che freddo”, ti consigliamo di leggere questa breve guida!

Durante la redazione di un Attestato di Prestazione Energetica (APEL’Attestato di Prestazione Energetica (APE, o anche comunemente “certificato energetico”) è un documento che attesta la prestazione e la classe energetica di un immobile e indica gli interventi migliorativi più convenienti. Attraverso l’APE il cittadino viene a conoscenza di caratteristiche quali il fabbisogno energetico dell’edificio o dell’unità edilizia, la qualità energetica del fabbricato, le emissioni di anidride carbonica e l’impiego di fonti rinnovabili di energia, che incidono sui costi di gestione e sull’impatto ambientale dell’immobile, ed è guidato verso una... Leggi), quando si parla di “pompe di calore” si pensa ai condizionatori (split) oppure ai ventilconvettori che si accendono e spengono mediante un interruttore.

In realtà esistono tantissime tipologie di pompe di calore e, soprattutto, le applicazioni sono tra le più disparete: per il riscaldamento degli ambienti, per la produzione di acqua calda sanitaria ed in generale per tutte le situazioni in cui si richiede la produzione di calore a temperature non molto elevate.

Inoltre, quando si parla di pompe di calore, il primo termine che si utilizza è “inverter”, anche se il più delle volte è utilizzato in maniera completamente errata: “questa pompa di calore è ad inverter, in quanto è in grado di fare sia caldo che freddo!”

Inoltre, proprio durante la redazione di un APEL’Attestato di Prestazione Energetica (APE, o anche comunemente “certificato energetico”) è un documento che attesta la prestazione e la classe energetica di un immobile e indica gli interventi migliorativi più convenienti. Attraverso l’APE il cittadino viene a conoscenza di caratteristiche quali il fabbisogno energetico dell’edificio o dell’unità edilizia, la qualità energetica del fabbricato, le emissioni di anidride carbonica e l’impiego di fonti rinnovabili di energia, che incidono sui costi di gestione e sull’impatto ambientale dell’immobile, ed è guidato verso una... Leggi, il principale problema che i tecnici si trovano ad affrontare riguarda il reperimento di alcuni dati prestazionali che i software commerciali, e quindi di conseguenza la normativa stessa, richiedono di inserire per poter eseguire il calcolo. Infatti, mentre per una comune caldaia basta inserire nei software un unico valore di potenza e rendimento, per le pompe di calore ci si trova a compilare in genere una tabella di circa 24 parametri, costituita da ben 12 potenze e COP per le diverse temperature di pozzo freddo e caldo.

E come inserire tutti questi dati, dato che sulle schede tecniche difficilmente riusciamo a reperirli?

Ma soprattutto, cosa significano questi strani termini: COP, inverter, pozzo caldo e fretto, temperature di cut-off, ecc.?

Cerchiamo di scoprirlo insieme mediante questa breve guida.

1. Chiarimento unità di misure utilizzate sulle schede tecniche
2. Tipologie di pompe di calore
3. Pozzo caldo e pozzo freddo
4. Potenza assorbita e potenza resa
5. COP/SCOP e EER/SEER
6. Iinverter
7. Temperatura minima di disattivazione e carico minimo di modulazione

1.     Chiarimento unità di misure: btu/h, kw, kwh

Leggendo una scheda tecnica di un generatore, di solito ci troviamo di fronte ben tre tipologie di parametri:

• Lavoro e Calore: il lavoro rappresenta quanto è compiuto da qualcosa, indipendentemente dal tempo che ci è voluto per compierlo.

Il calore non è altro che lavoro e, quindi, un’altra forma di energia. Infatti in certi limiti è possibile trasformare attraverso delle macchine lavoro in calore e viceversa.

Di seguito le unità di misure maggiormente utilizzate:

• Potenza: è la capacità di compiere lavoro/calore per unità di tempo: ad esempio un motore di potenza doppia rispetto ad un altro ha la capacità di compiere il doppio del lavoro nello stesso tempo oppure lo stesso lavoro in metà del tempo. Quando facciamo un contratto elettrico stabiliamo la potenza massima che potremmo prelevare dalla rete elettrica indipendentemente dalla quantità di energia che consumeremo in realtà. La bolletta elettrica che paghiamo dipende sia dalla potenza massima (in misura fissa) sia dalla quantità di energia (misurata al contatore) che abbiamo consumato.

La capacità di fornire calore per unità di tempo, quindi, non è altro che una misura di potenza.

Di seguito le unità di misure maggiormente utilizzate:

2.     Tipologie di pompe di calore

La pompa di calore è una macchina in grado di trasferire calore da una sorgente a temperatura più bassa ad un utilizzatore a temperatura più alta tramite la fornitura di un “lavoro” meccanico o elettrico.

Questo non contrasta con il primo principio della termodinamica dal momento che la quantità di calore che arriva al sistema a più alta temperatura è fornita a spese del sistema a più bassa temperatura. Non contrasta neppure con il secondo principio della termodinamica: è vero che il calore tende a trasferirsi spontaneamente da un corpo più caldo ad uno più freddo ma, fornendo lavoro, è possibile invertire il senso del trasferimento del calore (dal più freddo al più caldo).

Le principali tipologie di pompe di calore per utilizzo residenziale in funzione della tipologia dell’alimentazione sono:

• Pompe di calore elettriche a compressione: tra le più diffuse e che comprendono anche i condizionatori (split)
• Pompe di calore ad assorbimento
• Pompe di calore alimentate da motore a combustione interna/esterna.

Pompe di calore elettriche a compressione

La pompa di calore è costituta da un circuito chiuso, percorso da uno speciale fluido (frigorigeno) che, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore.

Il circuito chiuso è costituito da:

• un compressore: ha lo scopo di innalzare la temperatura e la pressione del fluido per renderlo idoneo allo scambio con l’ambiente che bisogna riscaldare. È necessario fornire il lavoro necessario a comprimere il fluido
• un condensatore: è una batteria di scambio alettata. Il fluido, in uscita dal compressore (condizioni di alta pressione e temperatura), passa attraverso la batteria e cede calore all’ambiente da riscaldare. Durante questo processo il fluido condensa
• una valvola di espansione*: ha lo scopo di ridurre la temperatura e la pressione del fluido refrigerante per renderlo idoneo allo scambio di calore con l’ambiente esterno

* la valvola di laminazione è un organo statico che rende possibile l’espansione irreversibile in cui l’entalpia iniziale è uguale a quella finale, in grado di raffreddare il refrigerante in una macchina frigorifera. Si tratta quindi di un organo di strozzamento che degrada l’energia di pressione in attrito. La sua conformazione può andare dal semplice tubo capillare alla valvola dotata di otturatore nella sezione di passaggio, che regola la portata di un fluido in funzione del carico termico.

• un evaporatore: è una batteria di scambio alettata. Il fluido, in uscita dalla valvola di laminazione (condizioni di bassa pressione e bassa temperatura), passa attraverso la batteria e sottrae calore all’ambiente esterno. Durante questo processo il fluido evapora.

Il condensatore e l’evaporatore sono costituiti da scambiatori di calore, cioè tubi posti a contatto con un fluido di servizio (che può essere acqua o aria) nei quali scorre il fluido frigorigeno. Questo cede calore al condensatore e lo sottrae all’evaporatore.

I componenti del circuito possono essere sia raggruppati in unico blocco sia divisi in due parti (sistemi “SPLIT”) raccordate dai tubi nei quali circola il fluido frigorigeno.

Nel funzionamento il fluido frigorigeno, all’interno del circuito, subisce le seguenti trasformazioni:

• compressione: il fluido frigorigeno allo stato gassoso e a bassa pressione, proveniente dall’evaporatore, viene portato ad alta pressione; nella compressione si riscalda assorbendo una certa quantità di calore
• condensazione: il fluido frigorigeno, proveniente dal compressore, passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore all’interno
• espansione: passando attraverso la valvola di espansione il fluido frigorigeno liquido si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda
• evaporazione: il fluido assorbe calore dall’esterno ed evapora completamente.

Nel corso del suo funzionamento, la pompa di calore:

• consuma energia elettrica nel compressore
• assorbe calore nell’evaporatore, dal mezzo circostante, che può essere aria o acqua
• cede calore al mezzo da riscaldare nel condensatore (aria o acqua).

Il vantaggio nell’uso della pompa di calore deriva dalla sua capacità di fornire più energia (calore) di quella elettrica impiegata per il suo funzionamento in quanto sottrae calore dall’ambiente esterno (aria, acqua, ecc.).

Pompe di calore ad assorbimento

Le pompe di calore ad assorbimento sono delle unità con la medesima funzione delle pompe di calore tradizionali: riscaldare un fluido secondario, normalmente acqua.

Per farlo anche queste pompe di calore lavorano necessariamente con due sorgenti termiche una a bassa temperatura e una ad alta temperatura.

La differenza maggiore tra le pompe di calore ad assorbimento e le pompe elettriche è l’assenza della fase di compressione. Infatti, in questa tipologia di macchine la fase di compressione è totalmente sostituita con due fasi distinte: la generazione e l’assorbimento.

Le pompe di calore ad assorbimento sfruttano la solubilità e l’elevata affinità tra due sostanze, di cui una funziona da refrigerante e l’altra da assorbente, per realizzare un ciclo dove l’energia introdotta è prevalentemente termica. Il lavoro meccanico della pompa è infatti pari a circa l’1% del calore introdotto nel generatore.

Le pompe di calore ad assorbimento possono utilizzare una qualsiasi sorgente termica, rappresentando quindi una valida alternativa alle macchine a compressione. In particolare è possibile utilizzare il calore generato da una combustione (pompe di calore a fiamma diretta), o, in alternativa, si può sfruttare il calore proveniente da un’altra fonte, per esempio quello cogenerato da un motore primo che viene trasferito al fluido nel generatore mediante uno scambiatore di calore e un fluido termovettore.

La fonte energetica primaria (solitamente un bruciatore) è utilizzata per aumentare la temperatura della soluzione refrigerante-assorbente. Questo innalzamento di temperatura crea la separazione dei due componenti per evaporazione lungo la colonna di distillazione. Questi primi componenti della pompa di calore hanno la funzione del compressore nelle unità elettriche.

Dopo la separazione, il fluido refrigerante in forma di vapore passa attraverso il rettificatore dove si separa ulteriormente dall’eventuale residuo d’acqua per poi entrare nello scambiatore di calore (solitamente a fascio tubiero) (5): il fascio tubiero è il parallelo del condensatore delle pompe di calore elettriche.

In questo scambiatore a fascio tubiero avviene la condensazione e quindi la cessione di calore dal fluido primario al fluido secondario: l’acqua.

Il refrigerante dopo essere uscito dal condensatore, passa attraverso una serie di laminazioni successive dove diminuisce progressivamente di pressione e dove si ha un abbassamento della temperatura.  La temperatura di “arrivo” sarà quella che permetterà al fluido di scambiare calore (in questo caso di assorbire) dall’aria.

In questa fase il refrigerante, prelevando calore dall’aria esterna, evapora. In sostanza raffredda l’aria sottraendo calore. Passando nello scambiatore (7) e successivamente nel pre-assorbitore (9), il refrigerante si surriscalda e, unendosi con l’acqua (nel preassorbitore), dà luogo alla fase di assorbimento. Questa trasformazione è fortemente esotermica, ossia per funzionare deve essere tolta energia.

Nel pre-assorbitore questa energia viene utilizzata per pre-riscaldare la soluzione acqua-refrigerante. Per completare la reazione d’assorbimento, la soluzione viene inviata nuovamente allo scambiatore di calore a fascio tubiero (5). In questa fase del ciclo lo scambiatore funge da assorbitore e consente di cedere all’acqua dell’impianto termico una sensibile quantità d’energia termica.

La soluzione acqua refrigerante che esce dallo scambiatore (5) è inviata dalla pompa (10) nuovamente al generatore, passando nuovamente per il pre-assorbitore (9) e il rettificatore (3) dove si pre-riscalda recuperando calore dal ciclo stesso. Da qui il ciclo frigorifero si ripete.

Pompe di calore endotermiche

Sono essenzialmente pompe nelle quali il motore elettrico, che trascina solitamente il compressore, è stato sostituito da un motore endotermico alternativo alimentato a gas naturale.

Tale tecnologia può rappresentare, sia dal punto di vista energetico che da quello economico, una valida alternativa alle unità alimentate ad energia elettrica.

La competitività di questi nuovi sistemi, dal punto di vista prettamente energetico, traspare da semplici valutazioni. Infatti –  se nella conversione dell’energia primaria del combustibile in energia elettrica utile all’azionamento del motore l’energia termica non convertita, salvo che in casi particolare come il teleriscaldamento, non è immediatamente usufruibile dalle utenze – nelle pompe di calore a motore endotermico l’organo preposto alla conversione in energia utile è il motore che, mediante il raffreddamento di alcune sue parti nonché dei gas di scarico, mette a disposizione energia termica per il riscaldamento di ambienti e/o di acqua calda sanitaria. Ciò permette di realizzare un incremento del 30-40% dell’utilizzo del combustibile primario rispetto a quello ottenibile con unità elettriche.

Si noti la presenza del motore endotermico alimentato a gas dal cui albero motore il compressore deduce la necessaria potenza.

Sono evidenti i due circuiti principali dell’impianto: quello del fluido frigorigeno (tratto continuo), del tutto equivalente a quello di una pompa di calore elettrica, e quello del recupero dell’energia termica rilasciata in ambiente dal motore (linea tratteggiata).

In quest’ultimo il fluido di lavoro (generalmente una miscela acqua-glicole), dopo aver raffreddato il motore, recupera una parte dell’energia termica dei gas di scarico espulsi dal motore in uno scambiatore del tipo gas/liquido (alettato).

Nell’ambiente interno sono collocati due scambiatori che cedono energia termica al fluido termovettore interno: il condensatore del circuito frigorifero e quello di recupero dell’energia termica rilasciata dal motore.

Come è facile desumere dallo schema precedente, la caratteristica fondamentale della pompa di calore azionate a motore endotermico è la possibilità di recuperare una parte dell’energia termica contenuta nell’acqua di raffreddamento del motore e, in molti casi, quella contenuta nei gas di scarico.

Tale recupero termico può essere sfruttato in due modi differenti: una prima ipotesi è utilizzare l’acqua di raffreddamento del motore direttamente per produrre l’energia termica addizionale a quella prodotta dalla pompa stessa (come mostrato in figura). In tal caso deve essere prevista un’ulteriore rete che porti all’esterno della macchina, cioè nell’ambiente interno, l’acqua di raffreddamento del motore per le funzioni di riscaldamento ambientali e/o di acqua calda sanitaria (recupero diretto).

Una seconda ipotesi è di utilizzare il recupero termico esclusivamente per innalzare la temperatura di evaporazione del refrigerante onde consentire una diminuzione del lavoro di compressione e quindi un miglioramento del COP (recupero indiretto).

3.     Pozzo caldo e pozzo freddo

Il mezzo esterno da cui la pompa estrae il calore è detto pozzo freddo. Nella pompa di calore il fluido frigorigeno assorbe calore dalla sorgente fredda tramite l’evaporatore.

Le principali sorgenti fredda sono:

• l’aria esterna al locale dove è installata la pompa di calore oppure estratta dal locale dove è installata
• l’acqua di falda, di fiume, di lago quando questa è presente in prossimità dei locali da riscaldare e a ridotta profondità
• acqua accumulata in serbatoi e riscaldata dalla radiazione solare
• terreno, nel quale vengono inserite le tubazioni relative all’evaporatore. Il terreno ha il vantaggio di subire minori sbalzi di temperatura rispetto all’aria. Le tubazioni vanno interrate ad una profondità minima da 1 a 1,5 metri per non risentire troppo delle variazioni di temperatura dell’aria esterna e mantenere i benefici effetti dell’insolazione. È necessaria un’estensione di terreno da 2 a 3 volte superiore alla superficie dei locali da riscaldare. Si tratta quindi di una soluzione costosa sia per il terreno necessario che per la complessità dell’impianto.

L’aria o l’acqua da riscaldare sono detti pozzo caldo.

Nel condensatore il fluido frigorigeno cede al pozzo caldo sia il calore prelevato dalla sorgente fredda che l’energia fornita dal compressore.

Il calore può essere ceduto all’ambiente attraverso:

• ventilconvettori costituiti da armadietti nei quali l’aria viene fatta circolare sopra corpi scaldanti
• serpentine inserite nel pavimento nelle quali circola acqua calda
• canalizzazioni che trasferiscono direttamente il calore prodotto dalla pompa di calore ai diversi locali.

4.     Potenza assorbita e resa

Potenza assorbita: è la potenza (elettrica o di gas) che la pompa utilizza per funzionare. In sostanza tale parametro rappresenta quello che andremo a pagare in bolletta.

Potenza resa: è la quantità di calore che, in un’ora, la pompa di calore è in grado di fornire (nel periodo invernale) o di assorbire (nel periodo estivo) dall’ambiente climatizzato. Quanto maggiore è la potenza resa, a parità di quella assorbita, meno si paga bolletta energetica.

5.     COP/EER e SCOP/SEER

L’efficienza di una pompa di calore è data dal rapporto tra la potenza termica resa e l’energia assorbita.

In particolare riferendoci al funzionamento invernale, per le pompe di calore elettriche, l’efficienza è misurata dal coefficiente di prestazione “COP” (Coefficient Of Performance) che è il rapporto tra l’energia termica fornita all’ambiente che si vuole climatizzare e l’energia elettrica fornita in ingresso.

Le pompe di calore elettriche hanno un COP i cui valori sono compresi grosso modo fra 3 e 5. Ad esempio, un COP pari a 3,5 significa che per ogni kWh elettrico consumato dalla macchina per riscaldare si ottengono 3,5 kWh termici.

Le pompe di calore a gas, invece, hanno un indicatore di efficienza specifico, il cosiddetto “GUE” (Gas Utilization Efficiency) compreso indicativamente tra 1,3 e 1,6 che, essendo riferito al potere calorifico inferiore del gas metano utilizzato dal bruciatore, non è un parametro confrontabile direttamente con il COP.

Nel funzionamento estivo, l’efficienza della pompa è misurata dall’indice “EER” (Energy Efficiency Ratio). In particolare esso indica l’efficienza elettrica della pompa e la sua formulazione è analoga al COP con l’unica differenza che l’EER, riferendosi ai cicli frigoriferi, pone la sua attenzione sul calore asportato dalla sorgente fredda: quindi un EER pari a 4 significa che, per ogni kWh elettrico speso, la pompa di calore ne fornisce ben 4 sotto forma di energia frigorifera.

In virtù di quanto appena riportato, nel caso in cui sulla scheda tecnica della pompa non sia esplicitamente dichiarato il COP o EER, questo parametro (almeno per le condizioni nominali) può essere tranquillamente ricavato come rapporto tra la potenza termica resa e la potenza assorbita.

Inoltre, sulla base della nuova etichettatura energetica di tali macchine (in vigore dal 1° gennaio 2013), esistono altri due indici di efficienza: il Coefficiente di Prestazione stagionale (SCOP) e l’Indice di Efficienza Energetica Stagionale (SEER). Questi indicano l’efficienza di riscaldamento e raffrescamento durante tutto l’anno, tenendo in considerazione le condizioni climatiche medie (temperatura e umidità) del luogo in cui l’apparecchio sarà installato.

Per effettuare tuttavia il calcolo di una prestazione energetica, occorre riferirsi ai valori di COP ed EER e non ai corrispondenti indici stagionali.

Il problema principale in cui i tecnici si imbattono durante la redazione di un APEL’Attestato di Prestazione Energetica (APE, o anche comunemente “certificato energetico”) è un documento che attesta la prestazione e la classe energetica di un immobile e indica gli interventi migliorativi più convenienti. Attraverso l’APE il cittadino viene a conoscenza di caratteristiche quali il fabbisogno energetico dell’edificio o dell’unità edilizia, la qualità energetica del fabbricato, le emissioni di anidride carbonica e l’impiego di fonti rinnovabili di energia, che incidono sui costi di gestione e sull’impatto ambientale dell’immobile, ed è guidato verso una... Leggi è riuscire a recuperare tutti i dati richiesti dalla normativa, ovvero le prestazioni (in termini di potenza e COP) per le diverse variazioni di temperatura del pozzo freddo (ad es. aria esterna) e pozzo caldo.

Infatti, il COP di una pompa di calore varia in base alla differenza tra temperatura interna ed esterna. Se fuori ci sono 15 °C, il COP è molto elevato in più la quantità di calore richiesta è inferiore, quindi il costo del riscaldamento crolla. Se viceversa la temperatura scende di diversi gradi sotto lo zero, il COP diventa molto più basso, tanto che il calore introdotto in casa proviene quasi esclusivamente dall’elettricità consumata con una spesa elevatissima.

In particolare, in base alla UNI/TS 11300-4 il fabbricante dovrebbe fornire le prestazioni a pieno carico alle temperature di sorgente fredda e pozzo caldo indicate nel seguente prospetto.

Tuttavia, nel caso in cui non siano specificate sulla scheda tecnica tutte queste informazioni o, eventualmente, il produttore dichiara le prestazioni della pompa a temperature differenti rispetto a quelle riportate nel prospetto della norma, Blumatica Energy consente di personalizzare la tabella (eliminando, aggiungendo o modificando righe e colonne) sulla base dei dati forniti dal fabbricante.

6.     Inverter

L’inverter è un dispositivo elettronico situato all’interno del motore della pompa di calore che permette di modulare la potenza erogata dall’apparecchio in modo automatico in base alla temperatura in ambiente.

Questo meccanismo consente di mantenere, una volta raggiunta la temperatura desiderata, un funzionamento minimo di base eliminando le continue accensioni e spegnimenti tipici dei sistemi on-off.

Solitamente si fa confusione utilizzando questo termine: in particolare, quando si parla di una pompa di calore ad inverter ci si vuole riferire a sistemi reversibili, cioè che possono “invertire” il ciclo di funzionamento al fine di produrre caldo in inverno e freddo in estate. Ma non è così!

Inverter o piuttosto on-off, invece, non sono altro che i sistemi che le pompe di calore usano per modulare la potenza e mantenere costante la temperatura all’interno del locale in cui sono installate.

In particolare, le pompe di calore on-off hanno una tecnologia molto semplice ed economica ma hanno un elevato consumo di energia: la pompa, appena accesa, va subito alla massima potenza e vi resta fino a quando nel locale si è raggiunta la temperatura desiderata. A quel punto si ferma completamente per poi ripartire alla massima potenza quando la temperatura è cambiata di alcuni gradi centigradi rispetto a quella impostata.

Le pompe di calore con inverter, invece, hanno una tecnologia detta “modulante”. Il climatizzatore parte alla massima potenza per poi diminuirla quando ha raggiunto un valore di temperatura prossimo a quello fissato. Da quel momento in poi la pompa di calore impiega solo la minima potenza necessaria a mantenere costante la temperatura senza fermarsi.

Si eliminano in questo modo i continui “attacca e stacca” del motore, riuscendo a mantenere costante la temperatura dell’ambiente che varierà solo di circa 0,5 °C rispetto a quella impostata contro i 2 °C delle classiche pompe on-off.

Le pompe di calore ad inverter sono più costose rispetto a quelle on-off ma consumano molta energia in meno.

7.     Temperature di disattivazione e carico minimo di modulazione

Sia nel caso di pompa di calore per produzione di acqua calda sanitaria che nel caso di pompa di calore per riscaldamento di ambienti si deve tener conto della temperatura θ_W,off e θ_H,off alla quale la pompa di calore viene disattivata dal dispositivo di controllo di temperatura (modalità “termostato off”).

Nel caso di riscaldamento di ambienti la temperatura θ_H,off è definita temperatura di bilanciamento (o di annullamento del carico) e si calcola secondo la UNI/TS 11300-1. Come valore di default si assume 20°C.

La temperatura limite di funzionamento (sorgente fredda) definita TOL è un dato impostato dal fabbricante e non modificabile quale il limite di temperatura per il blocco della pompa di calore per temperatura minima della sorgente fredda.

La temperatura θ_{H,cut-off, min} è un dato progettuale in base al quale, ai fini di ottimizzazione energetica (o per evitare il gelo quando si utilizzi come fluido acqua e non soluzione antigelo) in fase di progetto, si può decidere di disattivare la pompa di calore al di sotto di una determinata temperatura di sorgente fredda.

La pompa di calore può essere dimensionata per:

1. Coprire il carico termico di progetto senza alcuna integrazione termica
2. Coprire solo parzialmente il carico termico di progetto con integrazione mediante resistenza elettrica o con altro generatore integrato nella pompa di calore come fornita
3. Essere inserita in impianto nel quale è previsto l’intervento di integrazione con altri sistemi di generazione in base al progetto dell’impianto.

Nei casi b) e c) la pompa di calore funziona in modalità bivalente e la temperatura della sorgente fredda alla quale la pompa di calore funziona con fattore di carico CR=1 è definita temperatura bivalente.

Si definisce fattore di carico della pompa di calore (capacity ratio, CR) il rapporto tra la potenza termica richiesta alla pompa di calore nelle specifiche condizioni di esercizio e la potenza termica dichiarata alle stesse temperatura di esercizio.

Nel diagramma riportato nella figura seguente, il carico termico dell’impianto è indicato in funzione della temperatura dell’aria esterna con la linea (1) con ascissa dalla temperatura di progetto alla temperatura di bilanciamento.

La linea (a) si riferisce a pompa di calore aria/acqua o aria/aria e rappresenta la potenza massima della pompa di calore in base alla temperatura dell’aria esterna. Il punto di funzionamento tra il carico impianto (1) e la potenza termica massima della pompa di calore rappresenta la temperatura definita bivalente ossia la temperatura alla quale il fattore di carico della pompa di calore (CR) è pari a 1.

Si deve tenere presente che il dimensionamento della pompa di calore con una temperatura bivalente pari alla temperatura di progetto dell’impianto o comunque a temperatura più bassa della temperatura bivalente amplia il campo nel quale la pompa di calore funziona a carica parziale con fattore di carico CR<1. Ciò può determinare una riduzione del COP o del GUE nel caso di pompe di calore a punto fisso con funzionamento on/off.

In base a quanto riportato nella figura, in base al fattore di carico si possono presentare i seguenti casi:

1. Il fattore di carico CR è maggiore di 1 e la temperatura di sorgente fredda è maggiore della temperatura θ_{H,cut-off,min}. In questo caso la pompa di calore funziona a pieno carico ma non è in grado di fornire la potenza richiesta e deve intervenire il sistema di integrazione
2. Il fattore di carico CR è pari ad 1. In questo caso la pompa di calore funziona a pieno carico e il COP o il GUE è quello corrispondente a pieno carico (punto bivalente)
3. Il fattore di carico CR è minore di 1. In questo caso la pompa di calore è in grado di fornire tutta l’energia termica utile richiesta ma funziona parzializzata e il COP o il GUE deve essere corretto
4. La temperatura di sorgente fredda è ≤ θ_{H,cut-off,min}. In questo caso la pompa di calore viene disattivata e tutta l’energia termica utile deve essere fornita dal sottosistema di integrazione
5. La temperatura di sorgente fredda è ≤ temperatura limite TOL. Anche in questo caso la pompa di calore viene disattivata e, qualora si abbia un fabbisogno, tutta l’energia termica utile deve essere fornita dal sottosistema di integrazione.

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Luca Cocozza

Responsabile Ricerca e Sviluppo Area Energia