HEGOS ha permesso di testare pompe di calore invertibili in grado di operare secondo un approccio integrato di harvesting energetico multi-sorgente. Sono stati sviluppati un prototipo mirato alla trasformazione di pompe di calore monosorgente ad aria in pompe dual-source e un impianto pilota in cui testare pompe di calore invertibili dotate di doppio scambiatore esterno in grado di scambiare calore con due serbatoi termici complementari. L’impianto permette lo studio delle prestazioni energetiche di tali pompe in regime di funzionamento dinamico mediante test “Hardware-in-the-loop”. L’utilizzo di serbatoi termici (aria, acqua, terreno, reflui termici) complementari caratterizzati da livelli termici differenti e da una diversa stabilità stagionale massimizza le prestazioni d’impianto, sia in riscaldamento che in raffrescamento, elimina il ricorso a cicli di sbrinamento durante la stagione invernale, riduce i costi di gestione e aumenta la quota di energia rinnovabile utilizzata.

Scarica versione PDF
Laboratorio
Area di specializzazione
Edilizia e Costruzioni
Keyword
efficienza energetica
pompa di calore dual-source
geotermia a bassa entalpia
kit di trasformazione
HEGOS: Progetto cofinanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale
Descrizione prodotto

Sono stati realizzati un prototipo di pompa di calore dual-source da sottoporre a test dinamici in un impianto pilota costruito presso i laboratori CIRI-EC di Bologna e un impianto, ospitato dal TekneHub di Ferrara, mediante il quale è stato messo a punto il kit di trasformazione da applicare a pompe di calore ad aria convenzionali per convertirle in macchine dual-source. La pompa dual-source è dotata di un sistema di regolazione elettronico che permette di selezionare il serbatoio esterno che conviene utilizzare al fine di massimizzare le prestazioni energetiche della macchina. La pompa di calore dual-source “nativa” prevede l’utilizzo di due scambiatori di calore, uno a pacco alettato (aria-fluido frigorifero) e uno a piastre (acqua-fluido frigorifero) per l’accoppiamento termico, non contemporaneo, con due serbatoi esterni. Il kit di trasformazione aggiunge al pacco alettato esistente uno scambiatore a piastre esterno da connettere ad una sonda geotermica orizzontale. La deviazione del fluido frigorifero da uno scambiatore all’altro avviene mediante azionamento di valvole a solenoide comandate in base alle condizioni atmosferiche esterne da una centralina elettronica.

Aspetti innovativi

La pompa di calore dual-source sceglie con quale serbatoio esterno interagire in base alle condizioni climatiche esterne. La possibilità di utilizzare il terreno in alternativa all’aria esterna permette di stabilizzare le prestazioni energetiche della pompa di calore durante le giornate più calde o più fredde dell’anno. Grazie al doppio scambiatore esterno, in inverno l’attivazione dei cicli di sbrinamento può essere completamente eliminata a tutto vantaggio dell’efficienza stagionale del sistema.

Applicazioni

Le pompe di calore dual-source sono utilizzabili per il riscaldamento e il raffrescamento di ambienti residenziali e non. Questa macchina è un’ottima soluzione per tutti quei casi in cui l’edificio da climatizzare presenti carichi termici fortemente sbilanciati tra estate ed inverno. La pompa di calore dual-source si presta inoltre ad essere impiegata in caso di upgrade di impianti geotermici esistenti laddove il campo geotermico fosse divenuto sottodimensionato a seguito dell’incremento, durante la vita dell’impianto, dei carichi termici estivi o invernali rispetto ai valori di progetto.

Pompa di calore dual-source con due scambiatori esterni
Esempio di applicazione

CASO A: Riscaldamento mediante pompa di calore modificata (Kit di trasformazione). CASO B: Pompa di calore dual source “nativa” per il condizionamento estivo ed invernale di una villetta ad un piano sita a Bologna

Descrizione applicazione e risultati

CASO A Mediante il kit, una pompa di calore aria/aria con compressore ad inverter (2.5 kW) è stata accoppiata ad un circuito geotermico realizzato mediante uno scambiatore in materiale plastico installato in trincea. La pompa, utilizzata per il riscaldamento di un monolocale durante l’inverno 2018, ha garantito una maggiore stabilità della temperatura interna (e del comfort) anche in presenza di lunghi periodi caratterizzati da una bassa temperatura dell’aria esterna (T<-5°C) grazie ad un ridotto ricorso ai cicli di sbrinamento, con un incremento dell’ordine di 0.5-1 punti di efficienza energetica stagionale rispetto alla pompa di calore non modificata. CASO B La dual-sorce “nativa” è stata testata in una villetta ad un piano sita a Bologna caratterizzata da carichi termici invernali maggiori di quelli estivi. L’uso della dual-source ha permesso di evitare il calo della temperatura del terreno che si sarebbe avuto nel lungo periodo nel caso di utilizzo di pompa geotermica (monosorgente) e quindi il calo delle prestazioni energetiche dell’impianto nel tempo. Rispetto ad una pompa di calore ad aria, la dual-source garantisce un aumento delle prestazioni energetiche annuali dell’ordine del 20%. La pompa permette inoltre di ridurre la lunghezza delle sonde geotermiche fino ad un massimo del 30% rispetto al caso di pompa solo geotermica.

Partner coinvolti

CIDEA UniPR, CIRI-EC UniBO, TekneHub UniFE, EN&TECH UniMORE, CNA INNOVAZIONE GALLETTI SpA., GEO-NET srl

Tempi di realizzazione
KIT di trasformazione: massimo 4 mesi/uomo.
Livello di maturità tecnologica
TRL 7 - prototipo dimostrativo in ambiente operativo
Valorizzazione applicazione

La realizzazione della pompa di calore a doppia sorgente può essere convenientemente attuata a livello industriale (es. Galletti SpA). I potenziali utilizzatori del kit di trasformazione sono, invece, gli impiantisti, eventualmente coinvolti nella riqualificazione di impianti esistenti.

Layout del kit di trasformazione