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I vantaggi dell’utilizzo delle pompe di calore ad acqua

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

Le pompe di calore ad acqua 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:

  • Analizza le pompe di calore ad acqua e confrontale con sistemi alternativi.

  • Esaminare come le pompe di calore ad acqua possono ridurre il consumo energetico dell'edificio.

  • Implementare un sistema a pompa di calore ad acqua per soddisfare la domanda simultanea di riscaldamento e raffreddamento.


Figura 1: Come riportato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, un’adozione completa di questi codici energetici avrebbe comportato una riduzione di circa il 50% del consumo energetico normalizzato tra il 1975 e il 2012. Questo studio, condotto dal Pacific Northwest NationalIl primo codice energetico commerciale è stato promulgato nel 1975 con ilASHRAE Standard 90-1975: Conservazione dell'energia nella progettazione di nuovi edifici.Da allora, gli sforzi successivi 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 energetico normalizzato tra il 1975 e il 2012. In realtà, il consumo energetico totale per piede quadrato negli edifici commerciali è diminuito da 114 kBtu/piede quadrato nel 1979 a 79,9 kBtu/piede quadrato nel 2012: una diminuzione del 30%.

Sebbene si tratti di un risultato significativo, l’adozione e l’applicazione degli standard da parte dei diversi stati non è stata uniforme e gli edifici continuano a rappresentare un’ampia percentuale del consumo energetico negli Stati Uniti. Amministrazione statunitense per le informazioni sull'energia, gli edifici commerciali hanno consumato 7 quadrilioni di Btu di energia.Inoltre, l’HVAC rappresenta il 44% della domanda energetica degli edifici commerciali, come mostrato nella Figura 2. Ciò include il riscaldamento degli ambienti, la ventilazione e il raffreddamento, ma esclude la refrigerazione.

Figura 2: L'HVAC rappresenta il 44% del consumo energetico totale negli edifici commerciali.Immagine gentilmente concessa da: US Energy Information Administration, 2012 Commercial Buildings Energy Consumption Survey.Per gentile concessione: ClimateMaster IncPompe di calore commerciali

Una pompa di calore è un circuito di refrigerazione in grado di raffreddare gli ambienti durante la stagione calda e riscaldarli durante la stagione fredda.Con una pompa di calore puoi rinfrescare o riscaldare un ambiente utilizzando solo l'elettricità.Non bruciando combustibile per il riscaldamento, come in un forno centrale tradizionale, si elimina il rischio di infiammabilità.

Le pompe di calore disponibili in commercio possono essere classificate in due grandi tipologie:

  • Una pompa di calore ad aria o raffreddata ad aria

  • Una pompa di calore ad acqua (WSHP).

Una pompa di calore ad aria o raffreddata ad aria è un tipo di pompa di calore che funziona respingendo il calore nell'aria esterna durante l'estate o assorbendo calore dall'aria esterna durante l'inverno.Una WSHP è un tipo di pompa di calore che funziona respingendo il calore verso un sistema di tubazioni dell'acqua (o circuito dell'acqua) durante l'estate o assorbendo calore dallo stesso circuito dell'acqua durante l'inverno.Se sono installate più unità WSHP, tutte possono essere servite da un sistema comune di circuito dell'acqua (o collettore).

Tabella 1: Requisiti di efficienza della pompa di calore ASHRAE 90.1 in modalità di raffreddamento.Questa tabella derivata da ASHRAE 90.1–2013 mostra che, in condizioni simili, la pompa di calore ad acqua soddisfa i requisiti EER più elevati in modalità di raffreddamento.Per gentile concessione: ClimateMaster Inc.Vantaggi delle pompe di calore ad acqua

Per i WSHP, poiché il calore viene trasferito tramite uno scambiatore di calore in un tubo che trasporta l'acqua, il funzionamento è più silenzioso e l'ingombro del sistema è inferiore poiché l'acqua è più efficiente nel portare via il calore rispetto all'aria.In un sistema ad aria, il coefficiente di trasferimento del calore limite è sul lato aria e i coefficienti di trasferimento del calore tipici del lato aria a convezione forzata sono compresi tra 25 e 250 W/m2 K. Al contrario, il coefficiente di trasferimento termico della convezione forzata sul lato acqua è compreso tra 50 e 20.000 W/m2 K. Ciò rende le apparecchiature WSHP più efficienti e di dimensioni più ridotte rispetto alle pompe di calore ad aria.

Le unità con sorgente d'aria tradizionali possono richiedere che ciascuna unità di trattamento aria disponga di un'unità condensante separata.Per un grande sistema multi-unità, comune in un edificio commerciale, sarebbero necessarie più unità condensanti che non solo sono rumorose ma rappresentano anche una sfida da installare poiché richiedono molto spazio libero.Con un'installazione WSHP multi-unità, lo scambio di calore può essere realizzato con un'unica torre di raffreddamento evaporativa centrale o un raffreddatore a secco situato a terra o sul tetto.Le unità WSHP possono essere posizionate in controsoffitti o nascoste lontano dagli spazi occupati in locali meccanici o ripostigli.Posizionando le unità nei soffitti, vicino al punto di utilizzo, si ottengono anche meno canalizzazioni e un minore consumo energetico dei ventilatori.Il consumo energetico dei ventilatori può essere tra i maggiori componenti energetici di un sistema HVAC e una buona progettazione complessiva del sistema tenterà di minimizzarlo.

Tabella 2: Requisiti di efficienza della pompa di calore ASHRAE 90.1 in modalità riscaldamento.Questa tabella derivata da ASHRAE 90.1 – 2013 mostra che, in condizioni simili, la pompa di calore ad acqua soddisfa i requisiti COP più elevati in modalità riscaldamento.Per gentile concessione di ClimateMaster InI WSHP offrono anche alcune delle massime efficienze nel settore HVAC. ASHRAE stabilisce che i requisiti minimi di efficienza per i WSHP siano superiori rispetto alle tradizionali pompe di calore raffreddate ad aria e ai sistemi VRF.Le tabelle 1 e 2 mostrano i valori di efficienza per le unità più direttamente comparabili e ne sono derivate ASHRAE 90.1-2013: Standard energetico per gli edifici ad eccezione degli edifici residenziali bassi.Questo confronto mostra che i WSHP soddisfano i requisiti minimi più elevati di rapporto di efficienza energetica (EER) e coefficiente di prestazione (COP).

I WSHP sono anche più efficienti nel riscaldamento rispetto ai condizionatori d'aria per forni monoblocco.In un forno il rendimento massimo di riscaldamento mediante combustione di gas naturale è pari a circa il 95% (per un COP pari a 0,95);il calore elettrico è del 100% (COP = 1,0).Con una pompa di calore ad acqua in modalità riscaldamento, non solo viene estratta e utilizzata l'energia termica del circuito dell'acqua, ma anche il calore di compressione nel circuito frigorifero viene catturato e utilizzato come fonte di riscaldamento.Grazie a questa capacità di estrarre calore da una fonte di calore (ad esempio, il circuito dell'acqua) e di utilizzare 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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