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I vantaggi dell'utilizzo delle pompe di calore dell'acqua

numero Sfoglia:0     Autore:Editor del sito     Pubblica Time: 2016-09-26      Origine:motorizzato

Le pompe di calore della fonte idrica si dimostrano più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai sistemi alternativi per gli edifici commerciali. Naveen Halbhavi, PE, Climatemaster Inc., Oklahoma City

Obiettivi formativi:

  • Analizzare le pompe di calore della fonte idrica e confrontarle con sistemi alternativi.

  • Esamina come le pompe di calore della sorgente idrica possono ridurre il consumo di energia dell'edificio.

  • Implementa un sistema di pompe di calore per la fonte idrica per soddisfare la domanda simultanea di riscaldamento e raffreddamento.


Figura 1: Come riportato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, una completa adozione di questi codici energetici avrebbe comportato una riduzione del 50% di circa il 50% del consumo di energia normalizzato tra il 1975 e il 2012. Questo studio, condotto dal Pacifico Northwest NationalIl primo codice di energia commerciale è stato promulgato nel 1975 con ilAshraeStandard 90-1975: risparmio energetico nel nuovo design degli edifici. Da allora, i successivi sforzi hanno portato a standard di efficienza energetica più rigorosi, come mostrato nella Figura 1.

Un'adozione completa e uniforme di questi codici energetici avrebbe comportato una riduzione di circa il 50% del consumo di energia normalizzato tra il 1975 e il 2012. In realtà, il consumo totale di energia per piede quadrato negli edifici commerciali è diminuito da 114 kBTU/sq ft nel 1979 a 79,9 kbtu/sq ft nel 2012 - una riduzione del 30%.

Sebbene questo sia un risultato significativo, l'adozione e l'applicazione degli standard da parte di diversi stati non sono stati uniformi e gli edifici continuano a tenere conto di una grande percentuale di consumo di energia negli Stati Uniti secondo ilU.S. Energy Information Administration, Gli edifici commerciali hanno consumato 7 quadrilioni di energia di energia. Inoltre, HVAC rappresenta il 44% della domanda di energia dell'edificio commerciale, come mostrato nella Figura 2. Ciò include il riscaldamento dello spazio, la ventilazione e il raffreddamento, ma esclude la refrigerazione.

Figura 2: HVAC rappresenta il 44% del consumo totale di energia negli edifici commerciali. Immagine per gentile concessione: U.S. Energy Information Administration, 2012 Edifici commerciali Energy Consumment Survey. Per gentile concessione: ClimAtemaster IncPompe di calore commerciali

Una pompa di calore è un circuito di refrigerazione in grado di raffreddare gli spazi durante gli spazi caldi e di calore durante il clima fresco. Con una pompa di calore, puoi raffreddare o riscaldare uno spazio usando solo l'elettricità. Non bruciando carburante per il riscaldamento, come in una fornace centrale tradizionale, viene eliminato un rischio di infiammabilità.

Le pompe di calore disponibili in commercio possono essere classificate in due tipi generali:

  • Una pompa di calore aria-source o raffreddato ad aria

  • Una pompa di calore (WSHP).

Una pompa di calore raffreddato all'aria o raffreddata ad aria è un tipo di pompa di calore che opera rifiutando il calore all'aria esterna durante l'estate o assorbendo il calore dall'aria esterna durante l'inverno. Un WSHP è un tipo di pompa di calore che opera rifiutando il calore a un sistema di tubi d'acqua (o anello d'acqua) durante l'estate o assorbendo il calore dallo stesso ciclo d'acqua durante l'inverno. Se sono installate più unità di WSHP, possono essere assistite da un comune sistema (o intestazione).

Tabella 1: Ashrae 90.1 Requisiti di efficienza della pompa di calore in modalità di raffreddamento. Questa tabella derivata da Ashrae 90.1–2013, mostra che, in condizioni simili, la pompa di calore della fonte idrica soddisfa il più alto requisito di Eer in modalità di raffreddamento. Per gentile concessione: Climatemaster Inc.Vantaggi delle pompe di calore dell'acqua

Per i WSHP, poiché il calore viene trasferito tramite uno scambiatore di calore in un tubo che trasporta acqua, l'operazione è più silenziosa e l'impronta del sistema è più piccola poiché l'acqua è più efficiente nel trasportare il calore dell'aria. In un sistema di fonte d'aria, il coefficiente limitante del trasferimento di calore si trova sul lato aereo e i tipici coefficienti di trasferimento di calore con convezione forzata si trova nell'intervallo da 25 a 250 p/m2K. Al contrario, il coefficiente di trasferimento di calore con convezione forzata sul lato dell'acqua è compreso tra 50 e 20.000 p/m2K. Ciò rende le attrezzature WSHP più efficienti e di dimensioni inferiori rispetto alle pompe di calore dell'aria.

Le unità tradizionali della sorgente d'aria possono richiedere a ciascuna unità di manipolazione dell'aria di avere un'unità di condensazione separata. Per un ampio sistema multi-unità, che è comune in un edificio commerciale, sarebbero necessarie più unità di condensazione che non sono solo rumorose, ma presentano anche una sfida da installare poiché richiedono molto spazio libero. Con un'installazione WSHP multi-unità, lo scambio di calore può essere eseguito con una singola torre di raffreddamento evaporativa centrale o un dispositivo di raffreddamento a secco situato a terra o sul tetto. Le unità WSHP possono essere collocate in soffitti caduti o nascoste dagli spazi occupati in stanze meccaniche o armadi. Posizionare le unità nei soffitti, vicino al punto di utilizzo, si traduce anche in meno condotte e meno consumo di energia da fan. Il consumo di energia-fan può essere tra i più grandi componenti energetici di un sistema HVAC e una buona progettazione generale del sistema tenterà di minimizzarlo.

Tabella 2: Ashrae 90.1 Requisiti di efficienza della pompa di calore in modalità riscaldamento. Questa tabella derivata da Ashrae 90.1-2013, mostra che, in condizioni simili, la pompa di calore della fonte d'acqua soddisfa il più alto requisito della COP in modalità di riscaldamento. Cortesia: climatemaster inI WSHP offrono anche alcune delle più alte efficienze nel settore HVAC.AshraeStabilisce che i requisiti minimi di efficienza per i WSHP siano più alti rispetto alle tradizionali pompe di calore con raffreddamento ad aria e sistemi VRF. Le tabelle 1 e 2 mostrano valori di efficienza per le unità più direttamente comparabili e deriva daAshrae 90.1-2013: standard energetico per edifici ad eccezione di edifici residenziali a basso rischio. Questo confronto mostra che i WSHP soddisfano i requisiti più elevati di rapporto di efficienza energetica minima (EER) e coefficiente delle prestazioni (COP).

I WSHP sono anche più efficienti nel riscaldamento rispetto ai condizionatori d'aria del forno confezionato. In un'unità di fornace, la massima efficienza per il riscaldamento mediante bruciore il gas naturale è di circa il 95% (per un COP di 0,95); Il calore elettrico è al 100% (COP = 1,0). Con una pompa di calore della fonte idrica in modalità di riscaldamento, non solo l'energia termica dal ciclo d'acqua viene estratta e utilizzata, ma anche il calore di compressione nel circuito del refrigerante viene catturato e utilizzato come fonte di riscaldamento. A causa di questa capacità di estrarre calore da una fonte di calore (cioè il circuito d'acqua) e usando il calore di compressione, il WSHP può facilmente fornire da 4 a 6 unità di riscaldamento per ogni unità di energia consumata. Chiaramente, questo è un sistema più efficiente.


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