Funzionamento pompa di calore sottozero

IVT AirX pompa di calore aria-acqua particolare frontale con logo e brina a -5°C esterni e presenza di umidità nell'aria

aggiornato 14/11/2017 updated 14/11/2017

Cosa accade a una pompa di calore sottozero (aria-acqua)? Come si comporta sottozero una pompa di calore geotermica? Che efficienza (COP) ha una pompa di calore sottozero? Come avviene il defrosting?
Cercheremo in questo articolo di rispondere a tutte queste domande.
Una pompa di calore geotermica utilizza sonde geotermiche interrate orizzontalmente o verticalmente oppure l’acqua di falda; una pompa di calore aria-acqua utilizza l’aria esterna come fonte di calore. E’ ovvio, quindi, che mentre la pompa di calore geotermica opera con un ambiente, il suolo, abbastanza insensibile a quanto accade all’esterno, la pompa di calore aria-acqua percepisce tutte le variazioni di temperatura e umidità dell’aria esterna.
Verrebbe istintivo dire che una pompa di calore geotermica ha una maggiore efficienza rispetto a una aria-acqua. E’ così. Ma la differenza di prestazione in questi ultimi anni si è assai ridotta per prodotti premium come la nuova IVT AirX, tanto che, caso per caso, con i nostri clienti valutiamo insieme la differenza di investimento (geotermia e aria-acqua) per capire se conviene utilizzare una pompa di calore geotermica oppure una pompa di calore aria-acqua; in entrambi i casi comunque consiglio di scegliere tra prodotti di fascia alta, soprattutto per i motivi che vederemo in seguito.
Cosa accade quando una pompa di calore aria-acqua funziona a 0°C o sottozero? Prendiamo ad esempio i dati rilevati su una pompa di calore aria-acqua ad alta prestazione, una IVT AirX 90 installata a casa mia in provincia di Verona (T minima di progetto -5°C, temperature minime toccate -10°C).
1) COP. Il coefficiente di prestazione è un numero che indica il livello di efficienza della pompa di calore; più alto è il COP piu’ efficiente è la pompa di calore. Il COP è un numero puro ed è dato dal rapporto tra la potenza termica erogata, espressa in Watt, e la potenza assorbita, sempre in Watt, secondo particolari normative di riferimento (EN14511 rappresenta la più affidabile). Va innanzitutto detto che la temperatura esterna influisce sul coefficiente di prestazione COP, a parità di altri fattori, come la temperatura erogata (ad es. pavimento radiante o termosifoni/ACS). Il COP diminuisce al diminuire della temperatura esterna quindi pù bassa è la temperatura dell’aria meno efficiente è la pompa di calore. E’ questo un aspetto che nessuna tecnologia può evitare se non incrementando la prestazione complessiva della pompa di calore. Esiste anche il coefficiente di prestazione stagionale SCOP, cioè calcolato come media per l’intero inverno; è un indicatore molto utile e che nel futuro diventerà più importante del COP misurato su certe condizioni (ad esempio la EN 14511 fa riferimento a 7°C, che non si può dire rappresentano una temperatura invernale).
Il COP di IVT AirX 90 è (EN 14511 bassa temperatura): COP 4,22 a 2°C esterni e COP 2,64 a -7°C esterni (!). Si tratta di uno dei COP più alti al mondo, primo secondo il test condotto su 195 modelli presenti sul mercato dall’Agenzia per l’Energia danese. Anche per lo SCOP IVT AirX risulta vincitrice assoluta con SCOP 5.
2) Assorbimenti elettrici. Quanto assorbe una pompa di calore aria-acqua? Alle basse temperature gli assorbimenti elettrici praticamente con cambiano rispetto alla situazione autunnale o primaverile, a parità di temperatura dell’acqua prodotta. Quella che cambia è la potenza termica erogata dalla macchina, che quindi influisce sul valore di COP. Se vediamo gli assobimenti di IVT AirX 90 ho in genere valori intorno ai 700-800W in bassa temperatura, per passare a 1200-1400W quando la pompa di calore lavora in alta temperatura per produzione di acqua calda ad uso sanitario. Un ventilatore elettrico da 2000W che riscalda a malapena un bagno assorbe di più della mia IVT AirX 90, che riscalda una casa da 130m2!
3) Dati funzionamento. Come funziona IVT AirX pompa di calore sottozero? Quando siamo sottozero, soprattutto in presenza di una giornata umida, è possibile vedere talvolta lo scambiatore (evaporatore) posteriore ricoperto di brina bianca. Quando tutte le alette sono chiuse e l’aria praticamente non passa più attraverso lo scambiatore la pompa di calore attiva un ciclo di sbrinamento, defrosting.

pompa-di-calore-IVT-AirX-particolare alette-scambiatore-posteriore-evaporatore-inverno-sottozero

Nella fase di defrosting la pompa di calore inverte il ciclo di compresisone e fa passare refrigerante caldo nello scambiatore posteriore, che quindi si pulisce dal ghiaccio. La fase di defrosting è normale quando le temperature sono prossime o sotto lo zero ed è piu’ frequente nelle giornate umide o di nebbia. IVT AirX effettua il defrosting senza inversione di ciclo fino ai 5°C esterni (brevetto esclusivo). Vediamo ora alcuni dati di rilevati a -4°C esterni: temperatura gas caldo 69°C; temperatura condensatore 37,5°C, temperatura tubo aspirazione refrigerante -15,5°C, Temperatura mandata primario 38,0°C; temperatura ritorno 31,0°C.

IVT AirX display con alcuni dati rilevati durante il funzionamento sottozero a -4°C
L’evaporatore quindi riceve refrigerante a temperatura molto bassa. In una macchina di fascia medio-bassa a -4°C esterni avviene un crollo esponenziale del proprio COP, non è quasi più in grado di fornire calore adeguato ed è spesso soggetta a cicli di defrosting. Ecco perchè la maggior parte dei produttori in commercio propone l’accoppiata pompa di calore e caldaia ad integrazione. IVT AirX è invece nata per operare stand-alone, da sola, senza alcun bisogno di integrazione di caldaia.

Il costo di fornitura e installazione per un sistema con pompa di calore IVT AirX 90 da 9kW termici nominali, in genere oscilla tra i 9.000 e gli 11.000 euro+iva.

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