𝗜𝗡𝗘𝗥𝗭𝗜𝗔𝗟𝗜: 𝗣𝗘𝗥𝗖𝗛𝗘̀ 𝗦𝗘𝗥𝗩𝗢𝗡𝗢, 𝗖𝗢𝗠𝗘 𝗖𝗢𝗟𝗟𝗘𝗚𝗔𝗥𝗟𝗜 𝗘 𝗠𝗢𝗟𝗧𝗢 𝗔𝗟𝗧𝗥𝗢
- Paolo Savoia
- 12 minuti fa
- Tempo di lettura: 9 min
Inizio con oggi un lungo post qui sul mio blog, poi pubblicato sui miei profili social (Linkedin e Facebook), che ha come obiettivo quello di fare chiarezza sull'utilizzo degli inerziali negli impianti con pompe di calore.
Non pubblicherò tutto e subito.
Sarà un articolo che verrà costruito settimana per settimana, analizzando i motivi per i quali serve (o meno) un inerziale sugli impianti termici in pompa di calore, sul loro collegamento (e qui purtroppo c'è davvero un mare di confusione anche tra colleghi), fino ad arrivare ad aspetti poco valutati quali ad esempio le dispersioni termiche degli stessi.
Sarò necessariamente non completo, ma comunque estremamente "sul pezzo".
Non vedremo tutti i modi di collegare un inerziale ad un impianto (ce ne sono almeno 20) e non fornirò metodi di calcolo o foglio di calcolo per i dimensionamento.
Se vuoi tutto questo (20 modi completi di collegamento degli inerziali, fogli di calcolo delle portate e di come girano, dimensionamento degli accumuli, miscelazioni, etc) è tutto trattato ampliamente nel mio Per_Corso di Termotecnia o in maniera più sintetica, con riferimento ai principali modi corretti di installazione, nel mio Per_Corso Da caldaia a Pompa di Calore su radiatori.
Partiremo in questa analisi richiamando di concetti di sbrinamento, stabilità della regolazione e separazione idraulica, concetti legati all'inerziale.
Proseguiremo vendendo i principali schemi di installazione degli inerziali (in linea, a 4 attacchi, a 3 attacchi e a 2 attacchi) con illustrazioni sul funzionamento degli stessi, sui loro vantaggi e svantaggi.
Ma come ti dicevo voglio essere non esaustivo, ma comunque impeccabile.
Leggendo questo post non potrai non apprezzare il contenuto di alto valore tecnico pur rimanendo in ambito professionale (da termotecnico che è tutti i giorni impegnato a progettare in ufficio e risolvere problemi in cantiere e non da accademico)-
Credo che ti venga voglia di saperne sempre più.
Se vuoi di più, molto di più, ti rimando ai miei Per_Corsi (clicca il pulsante per andare alla pagina dedicata)
Qualche altro mio articolo sull'argomento
e molti altri sul blog
PERCHÈ USARE (o no) GLI INERZIALI
Le pompe di calore non sono caldaie.
Tra le altre richiedono maggiore attenzioni progettuali e di installazione.
Una di queste è la determinazione di un "quantitativo di calore" necessario per lo sbrinamento.
Ecco, semplicemente e brevemente questo è IL principale motivo per cui si installano gli inerziali. Alla pompa di calore, vedremo, serve "calore" in una fase critica del suo funzionamento.
Ma non è l'unico motivo.
Ad esempio, un contenuto di acqua corretto fa si che la lettura della temperatura (di mandata sulle on/off o di ritorno su quelle ad inverter) da parte dei sensori della pompa di calore sia più stabile possibile ed eviti brusche variazioni che la regolazione interna alla pompa di calore non può reggere.
Inoltre un certo contenuto d'acqua permette alla pompa di calore, di tipo on/off ma anche di tipo inverter, di limitare le accensioni e gli spegnimenti repentini. Le pompe di calore infatti si usurano principalmente non per le ore di funzionamento, ma per i cicli di accendi/spegni.
Ne ho parlato moltissimo sul mio blog di questo problema, del problema della potenza minima da dissipare e di come fare il possibile per far si che le pompe di calore rimangano in modulazione senza andare in spegnimento (con alcuni accorgimenti si può fare molto, guarda il mio blog, qui non mi soffermerò su questo aspetto.
Ma poi gli inerziali fanno un pochino anche altro, ma è un pochino troppo pochino per cui inserisco questo "pochino" nel perchè NON usare gli inerziali.
Si, non devi usare gli inerziali, come dice qualcuno, per accumulare energia! La disperdi!
La disperdi!
Senza se e senza ma.
I calcoli sono presto fatti.
Devi aumentare la temperatura di mandata (peggiorando il COP di circa 2-3% ) per accumulare energia e l'inerziale che metti ha una perdita energetica significativa (ne ho parlato sul mio blog di quanta energia disperdono gli inerziali ed i bollitori).
E poi la quantità di calore (energia) che puoi accumulare è davvero poca.
Per ogni 5°C in più del tuo inerziale e per ogni 100 litri di acqua accumuli l'enorme cifra di 0.58 kWh!
Anche qui, non è questo l'argomento del posto, ma non puoi pensare di accumulare in acqua l'energia che ti serve per far funzionare l'impianto con la pompa di calore spenta e l'accumulo caldo.
Non è che non puoi usare degli "accumuli" per accumulare calore. Lo puoi fare, ma non con l'inerziale. Lo puoi fare con gli accumuli PCM (link per approfondire) o con i massetti ad esempio (link per approfondire)
LO SBRINAMENTO
Il brinamento è il passaggio di stato da vapore (acqua contenuta nell'aria) a solido.
S-brinamento è lo scioglimento, ops, fusione, del ghiaccio accumulato sull'evaporatore.
Come sai le pompe di calore di tipo A2W (di queste ci occupiamo) in alcune condizioni ambientali durante il riscaldamento richiedono lo sbrinamento del ghiaccio accumulato sulla batteria evaporante sull'unità esterna.
Per pompare il calore dall'esterno all'interno, la pompa di calore sottrae calore all'aria esterna raffreddando la batteria e tramite il circuito frigorifero cede questo calore (ed il lavoro del compressore) al condensatore che alimenta l'acqua dell'impianto termico.
Durante lo sbrinamento la pompa di calore effettua una inversione del ciclo frigorifero e l'evaporatore di prima diventa il condensatore, mentre il condensatore a piastre che in riscaldamento forniva calore all'acqua dell'impianto diventa l'evaporatore, prelevando calore dall'acqua di impianto per trasferirlo alla batteria esterna (ora condensatore) sciogliendo il ghiaccio e ripristinando il corretto funzionamento (il ghiaccio limita il trasferimento di calore dall'aria esterna ed ostacola la circolazione dell'aria nella batteria).
Per sbrinare serve quindi calore.
Da dove prendere questo calore e quanto di questo calore serve?
Il calore lo possiamo prendere dall'acqua precedentemente riscaldata ed immessa nel sistema di riscaldamento , da un contenitore di acqua calda (anche sanitaria), da una o più resistenze elettriche.
Partiamo da queste ultime, le resistenze elettriche
Molte pompe di calore adottano di serie delle resistenze elettriche e ne gestiscono l'attivazione tramite propria logica.
Molto più spesso di quel che pensi, molti produttori, attivano durante gli sbrinamenti le resistenze elettriche per ridurre le temperature che si possono raggiungere nello scambiatore acqua/gas refrigerante che abbiamo detto diventa l'evaporatore e quindi, abbassa la temperatura del gas refrigerante per assorbire calore dall'acqua.
Soprattutto nei sistemi splittati, dove il gas refrigerante può subire qualche perdita (inutile negarlo, ci sono di mezzo 4 cartelle eseguite in cantiere), si possono verificare temperature molto basse tali da arrivare nel caso di problemi a ghiacciare l'acqua nello scambiatore (con conseguenze di rottura dello stesso) soprattutto in abbinata ad una riduzione della portata dell'acqua o ad uno sporcamento localizzato dello scambiatore (ecco perchè è importantissimo proteggere gli scambiatori con appositi filtri a maglie, effettuare un ottimo lavaggio dell'impianto ed effettuare una manutenzione ordinaria).
I produttori, per salvaguardare la loro macchina, non fanno altro che attivare le resistenze elettriche e scaldare l'acqua in prossimità dello scambiatore a piastre gas refrigerante /acqua (che ripeto, durate lo sbrinamento è freddo!).
Le resistenze forniscono calore velocemente, riducendo il tempo dell'inversione di ciclo e quindi mantenendo il gas refrigerante al temperature più elevate scongiurando le rotture per ghiaccio.
Sempre in ottica cautelativa, nel caso in cui il costruttore non abbia una lettura istantanea affidabile della portata dell'acqua, che consente lo smaltimento del calore prelevato dal refrigerante quindi senza forzare la pompa di calore in "giù" con le temperature del gas, le resistenze vengono attivate.
In molti casi (per i miei progetti per in 99%) le resistenze possono essere disattivate da quadro elettrico o da software, facendo si che la pompa di calore debba "arrangiarsi" a sbrinare con il solo calore prelevato dall'acqua.
NOTA: le pompe di calore che lavorano con questa modalità di uso forzato della resistenza elettrica le riconosci con un po' di esperienza
Il calore prelevato dall'acqua
Come abbiamo ribadito, per sbrinare l'evaporatore serve del calore sotto forma di energia termica.
Oltre alle resistenze elettriche il calore può essere fornito anche dall'acqua calda presente nell'impianto termico, sia quella fornita per il riscaldamento, sia quella fornita per l'acqua calda sanitaria.
Perchè se la pompa di calore brina sta prelevando calore dall'aria esterna per portalo interno e produrre riscaldamento o acqua calda sanitaria.
Il calore prodotto e ceduto all'acqua può quindi essere utilizzato, sottraendolo all'impianto, per essere poi trasferito dal circuito frigorifero alla batteria esterna.
L'acqua contiene una buona quantità di energia per unità di massa. Questa quantità di calore è funzione della capacità termica dell'acqua pari a 1.16 Wh/kg K.
Questo numero è importantissimo per il calcolo del volume di acqua calda necessario allo sbrinamento della pompa di calore.
Va da sé che se serve calore dall'acqua, questa deve essere a temperatura sufficientemente alta per consentire una veloce inversione di ciclo (più l'acqua è calda, più semplice per il ciclo frigorifero è trasferire calore).
Ma quanto calore serve per sbrinare una batteria e quindi quanta acqua calda serve per un corretto sbrinamento?
Se ci pensi, serve l'energia per portare la temperatura del ghiaccio a 0° e poi per scioglierlo (che è la parte preponderante) ma non solo. Serve anche l'energia per far innalzare la temperatura alla batteria alettata esterna.
Più ghiaccio si forma, più serve energia.
Più è grande la batteria, più serve energia.
Il costruttore tramite proprie logiche di regolazione, effettua regolarmente i cicli di sbrinamento. Purtroppo nei modelli non troppo recenti lo sbrinamento avveniva anche quando non serviva. Erano sbrinamenti a tempo, sotto una certa temperatura esterna, che avvenivano regolarmente anche senza la presenza di ghiaccio.
E' quindi il costruttore che conoscendo i dati del suo evaporatore e la quantità di ghiaccio che si può formare (o che accetta che si formi prima di impedire l'impaccamento totale della batteria) nonché le proprie logiche di sbrinamento, indicherà sul proprio manuale tecnico il quantitativo di calore, tradotto in litri di acqua calda, necessario per uno sbrinamento "indolore", quindi veloce (per limitare l'interruzione di fornitura di calore) ed a temperature sufficientemente alte del gas refrigerante per scongiurare il rischio di formazione del ghiaccio.
Potremo stimare la quantità di ghiaccio che si forma in una batteria conoscendo ad esempio la potenza erogata dalla pompa di calore, la temperatura e l'umidità dell'aria esterna e la temperatura della batteria si può calcolare velocemente l'energia per lo sbrinamento.
A condizioni 2°C e 90% di UR, si può formare circa 0.4-0.55 kg di brina per ogni kW di potenza della pompa di calore.
Stimando in 2.5-3.0 kg di metallo per ogni kW di potenza il peso della batteria alettata, possiamo calcolare che serva circa 0.06-0.08 kWh di energia per ogni kW di potenza.
Per una pompa di calore da 10 kW, ogni sbrinamento (da 4/5 kg di ghiaccio) comporta circa 0.6-0.8 kWh di energia.
Fissando una salto termico massimo dell'abbassamento della temperatura della fonte di calore, l'acqua in questo caso, ad esempio in 5°C, possiamo calcolare a ritroso il quantitativo di acqua necessario.
Quando sarebbe? Si calcola semplicemente conoscendo il valore del calore specifico dell'acqua. 12 litri per ogni kW di potenza, quindi nel nostro caso della pompa di calore da 10 KW sarebbe 120 litri!
Eccoti trovato il valore di 12 litri/kW di potenza spesso indicato dai costruttori.
La nostra pompa di calore da 10 kW che deve sbrinare quella quantità di energia nel caso non si trovi la quantità di acqua calda desiderata, non farà altro che estrarre più calore aumentando il salto termico.
Con solo 60 litri ad esempio il ciclo di sbrinamento abbasserebbe la temperatura dell'impianto di 10°C e con 30 litri di acqua lo abbasserebbe di 20°C!
Immagina che fatica per la pompa di calore sottrarre energia all'acqua ad una temperatura sempre più bassa. Più lavoro del compressore, temperature sempre più basse sullo l'evaporatore (lo scambiatore a piastre) e più tempo dedicato al ciclo di sbrinamento.
Attenzione, sono dati indicativi, effettuati con una stima del ghiaccio accumulato.
Come dicevo prima, il costruttore conosce perfettamente la propria tecnologia e tramite le proprie logiche gestisce al meglio gli sbrinamenti, come ad esempio il limite di calore (potenza) ceduto nell'inversione di ciclo tramite il controllo sull'inverter.
C'è chi limita la formazione di ghiaccio ad esempio, magari perchè lo spazio tra le alette è molto ridotto e si corre il rischio di blocco e quindi calcolerà un ridotto contenuto di energia, e quindi di acqua calda, per la propria macchina. Avremo quindi cicli di sbrinamento più frequenti e cicli di sbrinamento più brevi.
Altri invece, magari con le alette più distanziate o con logiche più spinte sullo sbrinamento, ottimizzate quindi nel riscaldamento, richiedono un maggior con contenuto di acqua perchè la quantità di ghiaccio accumulato da sciogliere è maggiore (volutamente) ed ovviamente non sono compatibili salti termici all'acqua troppo elevati.
Importantissima è la dimensione della batteria alettata.
A pari potenza, una maggiore superficie di scambio (ma con lo stesso passo tra le alette) richiede maggiori ranghi o a parità di ranghi maggiori dimensioni.
Tanto maggiore è la superficie di scambio, tanto più alta è la temperatura di evaporazione con riduzione quindi della formazione di ghiaccio a parità di potenza resa.
Capisci quindi che non tutte le pompe di calore sono uguali e che è fondamentale saper scegliere il prodotto più idoneo per l'impianto che stai di volta in volta progettando?
Progettare in zona climatica C non è come progettare in zona climatica E.
Come pure progettare a Cerchiara di Calabria (in provincia di Cosenza) con esattamente 2101 GG, soglia d'ingresso in zona E o a Clusone (in provincia di Bergamo) con esattamente 3000 GG, soglia massima della zona è non è uguale.
Il calore prelevato dall'acqua calda di riscaldamento
Il calore prelevato dall'acqua calda dal "bollitore" per ACS
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