I sistemi solari termici Demax possono essere abbinati a pompe di calore?

Collettori Demax con pompe di calore: aspetti idraulici e riscaldamento

Comprendere come integrare i sistemi sopra descritti richiede una buona conoscenza dell’idraulica relativa ai collettori solari termici e ai circuiti delle pompe di calore. Idealmente, in determinate condizioni operative, le portate dei collettori e della pompa di calore dovrebbero essere mantenute entro il 10% l’una dell’altra per evitare fastidiose perdite parassitarie dovute a un’eccessiva potenza di pompaggio. Inoltre, per garantire un trasferimento di calore sufficiente, è opportuno mirare al mantenimento di condizioni di flusso turbolento. Una credenza molto diffusa tra molti operatori riguarda i gradienti termici, ovvero le differenze di temperatura, forniti dai collettori. I collettori Demax possono raggiungere temperature di uscita comprese tra 50 e 80 °C, mentre la maggior parte delle pompe di calore funziona male, o addirittura non funziona affatto, nella fascia di temperatura compresa tra 25 e 35 °C. Per ridurre o eliminare tali gradienti termici migliorando nel contempo lo scambio termico, potrebbe rendersi necessario ricorrere a serbatoi tampone stratificati oppure a scambiatori di calore a piastre compatte con un avvicinamento termico non superiore a 2 °C. Studi di ricerca del settore hanno rilevato che, in assenza di progettazioni adeguate dell’interfaccia nei sistemi ibridi, l’efficienza dei sistemi può diminuire del 15–22% rispetto al valore progettuale. Questo rappresenta anche una delle principali ragioni per cui l’impiego di valvole miscelatrici termostatiche è fondamentale per mantenere stabili le temperature di ingresso quando il guadagno solare è variabile.

Marketing della conformità: logica di priorità, gestione a stadi della temperatura e normative anti-ciclaggio breve

Prestazioni predittive richiedono un controllo intellettualmente guidato che modifica la spesa energetica in base alle condizioni attive/in tempo reale. Protocolli di priorità a tre fasi controllano l’attività del sistema:

La modalità solare primaria si attiva quando la temperatura del collettore è almeno 8 °C superiore alla temperatura di sorgente richiesta della pompa di calore.

La modalità di assistenza ibrida si attiva durante un’irraggiamento solare parziale e controlla la temperatura del circuito del collettore in modo da preriscaldare il circuito di sorgente senza surriscaldamento eccessivo.

La modalità di priorità della pompa di calore si attiva in caso di energia solare insufficiente e i flussi del sistema sono controllati per prevenire danni al compressore, mantenendo e regolando i tempi di funzionamento.

I test sul campo europei hanno dimostrato che il controllo graduale della temperatura ha ridotto il ciclismo del compressore del 40% e ne ha aumentato la durata di vita di tale percentuale. I controlli anti-ciclismo breve integrano controlli predittivi e anticipatori del carico e previsione della domanda termica, riducendo così avviamenti non necessari che incrementano i costi di manutenzione di 740 USD/anno/unità (The Ponemon Institute, 2023).

Vantaggi prestazionali delle pompe di calore assistite da energia solare (SAHP)

La combinazione di collettori solari termici e pompe di calore offre prestazioni sinergiche, grazie ai rispettivi punti di forza, che ciascun componente da solo non riuscirebbe a raggiungere. Si può considerare una sorta di collaborazione tra più fonti energetiche. I collettori solari forniscono calore che la pompa di calore può quindi utilizzare per ottenere un trasferimento termico più efficiente. Ad esempio, gli edifici richiedono meno energia per far funzionare le pompe di calore, poiché è necessaria meno energia per azionare la pompa stessa, dato che una parte dell’energia da spostare è già fornita dall’energia solare. Inoltre, questa configurazione migliora le prestazioni energetiche dell’edificio e modifica i profili di consumo energetico riducendo il fabbisogno complessivo di energia, aumentando così le prestazioni energetiche dell’edificio e migliorando il profilo di carico dell’edificio. In questo modo, le pompe di calore assistite da energia solare consentono agli edifici di interagire in modo più efficace con la rete elettrica, in particolare durante i periodi di picco del consumo energetico.

Miglioramento del COP: prove sul campo nell’UE relative alle pompe di calore assistite da energia solare integrate Demax

I test europei sui sistemi SAHP abbinati alla tecnologia Demax mostrano un miglioramento del COP del 20–30% rispetto alle pompe di calore utilizzate in modo indipendente. Mentre l'evaporatore è alimentato con energia termica solare, il consumo complessivo di elettricità si riduce e la temperatura dell'evaporatore del compressore agevola il funzionamento delle pompe di calore di 10–15 °C. Il maggiore potenziale di risparmio energetico di questa tecnologia si manifesta nella sovrapposizione tra irraggiamento solare e domanda di riscaldamento. Oltre al risparmio di elettricità, i sistemi SAHP migliorati sono più efficienti dal punto di vista energetico durante l’inverno, poiché richiedono meno cicli di sbrinamento e quindi consumano meno energia.

Spostamento del carico e resilienza della rete: preriscaldamento dell’acqua di alimentazione per ridurre la domanda elettrica di picco

Le pompe di calore assistite da energia solare (SAHP) utilizzano la luce solare per riscaldare l’acqua da impiegare la sera, quando i costi energetici sono più elevati, e per caricare la batteria termica (SAPH) durante il giorno, quando i costi energetici sono inferiori. Abbiamo osservato che, nei sistemi commerciali, l’impiego di una batteria termica consente una riduzione della domanda energetica di picco compresa tra il 30 e il 40 percento. Oltre a ridurre le spese energetiche, le SAHP migliorano la flessibilità della rete elettrica, e la partecipazione ai programmi di risposta alla domanda genera ulteriori flussi di ricavo per i proprietari degli edifici. Con le pompe di calore, gli impianti di riscaldamento, un tempo considerati marginali, diventano fondamentali per gestire il carico energetico dei clienti e migliorare complessivamente la rete.

Perché il solare termico da solo non basta — e come le pompe di calore completano la strategia di decarbonizzazione. I sistemi solari termici sono in grado di catturare calore rinnovabile dal sole, ma presentano dei limiti. La loro capacità di catturare calore è influenzata dalla copertura nuvolosa, dall’inverno e dalla notte. Se si fa affidamento esclusivamente sui sistemi termici per produrre energia sotto forma di calore, questi dovranno ricorrere a combustibili fossili, vanificando così l’obiettivo di ridurre le emissioni di carbonio. In abbinamento ai sistemi termici, le pompe di calore diventano estremamente utili: possono infatti catturare energia termica dall’ambiente circostante e fornire calore anche mentre l’energia solare viene prodotta. Le pompe di calore sono altamente efficienti e presentano un coefficiente di prestazione (COP) che può raggiungere 3,5, un valore molto superiore a quello dei sistemi convenzionali. Inoltre, offrono un’efficienza ancora maggiore se utilizzate in combinazione con sistemi solari termici: il dispositivo solare termico preriscalda l’acqua prima che entri nella pompa di calore, consentendo così al compressore di funzionare in modo più efficiente.

Secondo studi, questa configurazione può ridurre la domanda di picco di elettricità del 18%-34% durante i periodi di stress sulla rete elettrica (2023, Fraunhofer ISE). Al momento, secondo i dati IEA 2024, le pompe di calore rappresentano solo il 10% del riscaldamento globale degli edifici, una percentuale non allineata con i nostri obiettivi climatici. Tuttavia, l’integrazione delle pompe di calore con la tecnologia solare termica migliora il nostro controllo sui carichi energetici, ne accresce l’affidabilità e consente un riscaldamento degli edifici a impatto carbonico nullo durante tutto l’anno. Queste due tecnologie si completano in particolare: l’energia solare aumenta l’efficienza delle pompe di calore, mentre queste ultime garantiscono un funzionamento continuo nei periodi in cui l’energia solare è insufficiente. Questa combinazione innovativa è davvero trasformativa per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili, sia dal punto di vista tecnico che economico, a differenza di altre tecnologie che semplicemente sommano uno più uno per ottenere due.

Sezione FAQ

Domanda 1: Qual è la principale sfida nell’integrazione dei collettori Demax con i circuiti delle pompe di calore?

A1: La principale sfida consiste nel bilanciare l’idraulica dei collettori solari termici e dei circuiti delle pompe di calore per evitare perdite parassitarie e consentire un trasferimento di calore efficiente.

In che modo le differenze di temperatura influenzano l’integrazione reciproca dei sistemi?

I collettori Demax possono raggiungere temperature fino a 80 °C, ma le pompe di calore funzionano in modo più efficiente tra 25 e 35 °C. Ciò significa che è necessario ricorrere a strumenti specifici per colmare questo divario di temperatura, mantenendo comunque elevata l’efficienza complessiva del sistema.

In che modo le pompe di calore assistite da energia solare (SAHP) aumentano l’efficienza?

Le SAHP operano utilizzando l’energia solare come una nuova fonte energetica (meno di 6 anni di diffusione). Questo tipo di energia è meno costosa e consente inoltre al calore di muoversi facilmente all’interno dell’unità.

Perché l’energia solare termica da sola non è sufficiente?

Anche gli impianti solari termici subiscono una riduzione di efficienza in caso di cielo nuvoloso e durante la notte, pertanto necessitano anche dell’ausilio di combustibili fossili. Le pompe di calore possono inoltre supportare i sistemi solari termici fornendo calore quando il sole non è disponibile, contribuendo così a raggiungere pienamente l’obiettivo della decarbonizzazione.