TERMODINAMICA - pompe di calore
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DESCRIZIONE:
> La pompa di calore per riscaldamento è una macchina che trasferisce calore da un ambiente a temperatura più bassa ("Sorgente fredda") ad un altro a temperatura più alta ("Pozzo caldo"), in modo da riscaldarlo, con il solo apporto dell’energia elettrica (nel caso di Pompe di Calore elettriche a compressione) o del gas (nel caso di Pompe di Calore ad assorbimento a gas)
La Sorgente fredda da cui viene estratto calore può essere l’aria esterna, l’acqua (acqua di falda) o il terreno.
- aria esterna od interna. In caso di aria esterna utilizzabile fino a 5-6^ (sotto i 2 ^ efficienza bassissima)
- acqua di falda , se vicina al locale da trattare
- terreno. Tubazioni di scambio termico superficiali a profondità > 1,5 ml superficie > 3 volte locale da trattare. Tubazioni profonde diverse decine di metri. Tecnoclogia costosa
I fluidi che vengono riscaldati dalla PdC ("Pozzo caldo") sono normalmente l’aria interna o l’acqua che viene utilizzata dai terminali per il riscaldamento dei locali (pannelli radianti, termosifoni, ventilconvettori).
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.
Le PdC vengono classificate in base al tipo di sorgente fredda e al tipo di fluido riscaldato:
- aria/aria
- aria/acqua
- acqua/acqua
- acqua/aria
Le pompe di calore ARIA-ARIA sono quelle più utilizzate in Italia, essendo semplice da installare e molto economico, particolarmente adatto alle nostre zone climatiche
E' costituita da un circuito chiuso percorso da un fluido refrigerante che, a seconda delle condizioni di temperatura e di pressione in cui si trova, assume lo stato di liquido o di vapore
Componenti della pompa di calore
- un compressore
- un condensatore
- una valvola di espansione
- un evaporatore
Ciclo della pompa di calore:
- compressione (il fluido allo stato gassoso e a bassa pressione -sorgente fredda/evaporatore- viene compresso e si riscalda -pv=nrt)
- condensazione (il fluido passa dallo stato gassoso a quello liquido cedendo calore al mezzo da riscaldare)
- espansione(il fluido, ora allo stato liquido, si trasforma parzialmente in vapore e si raffredda)
- evaporazione (il fluido assorbe calore dall’esterno ed evapora completamente)
EFFICIENZA DELLA POMPA DI CALORE
è espressa dal C.O.P. (Coefficient of Performance), dato dal rapporto tra l’energia fornita (calore ceduto al mezzo da riscaldare) e l’energia elettrica consumata . COP = QcedutaPC / EnElett
la differenza tra rendimento della macchina (sempre <1) e efficienza COP (sempre > 1) è che il cop rappresenta l'efficienza del sistema ambiente e non solo della macchina
La macchina termica teorica corrispondente è descritta nel CICLO DI CARNOT (anche per miscele liquido vapore) - grafico
Qc / Qa = Tcaldo / Tfreddo ; rendimento = 1 - Tf / Tc <1 ; excel
Qa calore assorbito da una sorgente fredda a Tf
Qc Calore ceduto ad un locale (pozzo caldo) che si trova alla temperatura Tc
(vedi cicli con stesso rendimento e diverso lavoro)
Per calcolare il COP si usa il primo principio della termodinamica,
costanza energetica Qc - Qa = Lavoro (energia elettrica) fornito alla macchina
COP = Qc / Lavoro = Qc / (Qc−Qa) = 1 / (1− Qa / Qc) =1 / (1− Tf / Tc) = 1/ rendimento carnot > 1
La pompa di calore è solitamente più efficiente nel riscaldamento che nel raffreddamento, dato che la macchina dissipa sempre una parte di energia in calore, calore che può essere usato per il riscaldamento
Per questa ragione si usa una formula diversa per il calcolo del COP in riscaldamento o in raffreddamento. In quest’ultimo non interessa quanto calore è disperso dal condensatore, ma quanto calore è estratto dalla zona fredda
Le pompe di calore elettriche sono particolarmente indicate in zone caratterizzate da un elevato carico termico di raffrescamento durante la stagione calda e da un carico termico relativamente basso durante la stagione fredda.
Le pompe di calore sono meno indicate in zone caratterizzate da un significativo carico termico di riscaldamento e un carico termico di raffrescamento molto piccolo
IL COP DELLE POMPE DI CALORE ELETTRICHE ED A GAS
Le pompe di calore elettriche efficienti hanno un COP i cui valori sono compresi grosso modo fra 3 e 5.
Ad es., un COP pari a 3,5 significa che per ogni kWh elettrico consumato dalla macchina per riscaldare ottengo 3,5 kWh termici (mentre, se avessi usato una resistenza elettrica al posto della pompa di calore, il COP sarebbe stato pari a 1, quindi avrei speso molto di più per ottenere lo stesso potere riscaldante).
Le pompe di calore a gas, invece, hanno un indicatore di efficienza specifico, il cosiddetto "GUE" (Gas Utilization Efficiency) compreso, indicativamente, fra 1,3 e 1,6
Essendo riferito al potere calorifico inferiore del gas metano utilizzato dal bruciatore non è un parametro confrontabile direttamente con il COP (anche se la normativa italiana non fa distinzione). Il GUE delle pompe di calore a gas è invece direttamente confrontabile con l'efficienza - espressa in termini percentuali - delle caldaie a gas: ad es., una pompa di calore a gas con GUE pari a 1,5 equivale ad una caldaia con efficienza del 150%
EER
L'Indice di Efficienza Energetica (EER) è utilizzato per esprimere il rendimento di condizionatori d'aria o pompe di calore nella fase di raffrescamento.
Esso indica l'efficienza elettrica del climatizzatore 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. EER = QassSorgFredda/ EnEl = 1 / (Tc / Tf -1)
Ad esempio, un climatizzatore da 2500 W (8500 Btu/h) (3.4 Btu/h=1 W) di potenza frigorifera nominale, che per ottenerli consuma 620 W di energia elettrica, ha un valore di EER pari a 2500/620 = 4,03.
Un EER pari a 4 significa che, per ogni kWh elettrico speso, il condizionatore o la pompa di calore ne fornisce ben 4 sotto forma di energia frigorifera.
Quindi, più il valore dell'EER è alto e più l'unità è efficiente.
I condizionatori d'aria di tipo tradizionale e le pompe di calore elettriche hanno valori di EER grosso modo compresi fra 3 e 5, quindi pressoché equivalenti al COP.
Per le pompe di calore a gas non è possibile, evidentemente, definire un EER
COSTO/KW:
| Pompa di calore geotermica | Pompa di calore aria-aria | Pompa di calore aria-acqua |
|---|---|---|
| € 800 – € 1.600 | € 250 – € 700 | € 300 – € 900 |
Link:
> calcolo pompe di calore