Pompa di calore e puffer: guida al dimensionamento

Pompa di calore e puffer guida al dimensionamento

Pompa di calore e puffer: una guida al dimensionamento corretto per ottenere il massimo dalla pompa di calore.

Non mettere una accumulo inerziale in un impianto con pompa di calore è un errore da evitare assolutamente.

Con questa guida facciamo chiarezza sul dimensionamento pompa di calore con puffer in base a varie situazioni.

Indice

A cosa serve il puffer in un impianto con pompa di calore?

Il puffer è un accumulo inerziale di acqua tecnica capace di immagazzinare energia termica.
E’ indispensabile in tutti gli impianti ad energia rinnovabile, in particolare in combinazione con le pompe di calore ne uniforma il funzionamento, ottimizzandolo.

Il puffer viene chiamato anche volano termico: è simile alla funzione di un volano meccanico. Il volano meccanico è un organo fatto per limitare gli eccessi di energia meccanica motrice sul lavoro meccanico totale in macchine a regime periodico.

Trattore con volano

Trattore con volano

In questa foto un trattore dove è evidente il volano al centro cerchiato di giallo.

In una pompa di calore quello che va preservato è il compressore che lavora bene quando riesce ad avere una richiesta lineare di potenza.
Senza puffer il compressore viene molto sollecitato dai continui on/off e la sua durata viene ridotta, nonché la vita stessa della pompa di calore.

Come scegliere il puffer: caratteristiche

Isolamento

Uno degli aspetti essenziali che differenziano i vari puffer, è la coibentazione. Un puffer ben isolato perde 1-2C° nell’arco delle 24 ore, alcuni più economici perdono fino a 10C° nell’arco delle 24 ore.

Stratificazione

Tutti i puffer, che vanno sempre installati verticali, hanno una stratificazione naturale, cioè nella parte alta del puffer ci potrebbero essere 60C° mentre in basso 40C° per esempio.
Ci sono situazioni impiantistiche particolari dove si rende necessario dare una precisa temperatura nelle varie zone. In questo caso il puffer può avere una piastra di separazione intermedia. Questo è molto utile quando la zona bassa è dedicata alle basse temperature (35C° di un impianto a pavimento radiante) e la zona alta alla produzione di acqua calda sanitaria tramite uno scambiatore a piastre istantaneo. In particolare con le pompe di calore a recupero totale dove la parte alta del puffer viene scaldata a 60C° con il solo eccesso di temperatura del compressore. Questo sistema è molto valido perché il COP rimane basso come impostato per esempio a 35C° e il 10-15% dell’energia viene ceduta ad alta temperatura per l’approntamento dell’ACS. Cioè con questo sistema si evita la priorità di approntamento di ACS.

Attacchi

Il numero di attacchi (bocchettoni filettati) e il diametro, sono da valutare in base alle richieste di energia termica in termini di potenza espressa in kW. A parte la potenza della pompa di calore, bisogna calcolare la potenza che serve agli impianti e, soprattutto all’acqua calda sanitaria. Per produrre l’ACS per una normale abitazione, non c’è da preoccuparsi tanto. Ma se si pensa a una struttura ricettiva come un albergo, agriturismo o altro, il numero alto di docce da servire, richiede potenze istantanee che non corrispondono mai alla potenza della pompa di calore. Già per fare 3 docce in contemporanea serve una potenza di 83kW!

Va bene una pompa di calore diretta sull'impianto?

Capisco che le ditte produttrici di pompe di calore più commerciali abbiano bisogno di fare numeri, ma semplificare l’installazione consigliando che si può evitare il puffer non è un vantaggio economico per il cliente finale.

Bisogna trovare lo spazio per inserire un puffer nell’impianto. Al limite, ci sono anche soluzioni di piccoli accumuli inseriti in mobiletti coibentati da esterno. Attenzione il puffer coibentato non può stare all’esterno, va messo in un armadietto coibentato.

Vantaggi dell'accumulo inerziale con pompa di calore

Vediamo quali sono tutti i vantaggi di inserire un puffer nello schema d’impianto a pompa di calore.

Linearità del funzionamento del compressore

L'accumulo inerziale evita ripetute accensioni e spegnimenti (On/Off) della pompa di calore.

Riduce i consumi di energia elettrica

Ogni accensione del compressore aumenta i consumi di energia elettrica.

Allunga la vita della pompa di calore

Riducendo gli On/Off del compressore, la vita della pompa di calore aumenta considerevolmente: 25-30 anni.

Aumenta il comfort dell'acqua calda sanitaria

Avendo a disposizione una accumulo di energia termica nel puffer, l'acqua calda sanitaria non subisce oscillazioni di temperatura.

Ottimizza l'autoconsumo del fotovoltaico

Se dimensionato giusto il puffer riesce durante le ore di produzione dell'impianto fotovoltaico a immagazzinare energia termica fruibile nelle ore serali senza l'accensione della pompa di calore.

Dimensionamento puffer per pompa di calore minimo

Il dimensionamento minimo di un puffer per pompa di calore dovrebbe essere di 20l a kW di potenza della pompa di calore. A questo dimensionamento va aggiunto il calcolo dell’acqua calda sanitaria che vediamo nel paragrafo successivo.

Come dimensionare il puffer con pompa di calore per la produzione dell'acqua calda sanitaria

Uno dei fattori più importanti da considerare nel calcolo degli accumuli termici in un impianto a pompa di calore è il fabbisogno di ACS. Bisogna considerare il numero di docce che vengono fatte in contemporanea e il numero di persone che la fanno a susseguirsi.

Un caso abbastanza comune: 2 docce in contemporanea per 4 persone.
Possibili soluzioni:

  • Boiler da 200l
  • Puffer con scambiatore a piastre (almeno 70kW) istantaneo da 20l/min 

 

A questo calcolo vanno aggiunti almeno 20l/kW di potenza della pompa di calore.

Nota importante sul produttore ACS istantaneo: bisogna verificare che sia in grado di produrre 10l/min per ogni doccia in contemporanea alla temperatura di 50-55C° per tenere bassi i consumi di energia elettrica della pompa di calore.

Strutture turistico ricettive: i calcoli vanno aumentati notevolmente rispetto ad un uso domestico in quanto i 10 minuti di una doccia normale, nel caso di turisti possono diventare anche 30minuti. Se quindi la pompa di calore va inserita in una struttura ricettiva non si possono fare errori se non vuoi avere lamentele da parte dei clienti.

Dimensionamento puffer con pompa di calore e fotovoltaico

Un impianto fotovoltaico è un ottimo investimento da abbinare a una pompa di calore, se si riesce ad avere una riduzione dei consumi di energia elettrica del 70%. Le batterie, per i costi attuali che hanno, non sono un buon investimento

La soluzione migliore è quella di dimensionare un puffer per accumulare durante le ore di produzione del fotovoltaico l’energia sotto forma di energia termica in un puffer.

Il calcolo del puffer adatto a ottimizzare l’autoconsumo del fotovoltaico va fatto in considerazione del fabbisogno in kWh dell’edificio e della potenza dell’impianto fotovoltaico espresso in kWp e dell’effettiva produzione.

In una situazione ottimale, una pompa di calore da 10kW con un impianto fotovoltaico da 6kWp potrebbe richiedere un puffer da 1.500l. Un puffer alimentato da una buona pompa di calore, riesce ad immagazzinare fino a 50kWh.

Regolazione di un impianto a pompa di calore con accumulo inerziale

Attenzione, questi ragionamenti di utilizzo del puffer come accumulatore, funzionano solo se la pompa di calore è predisposta per ragionare in maniera “autarchica” con il fotovoltaico. Questa funzione è spesso inclusa con le pompe di calore europee ma non in quelle asiatiche che ragionano solo in termini di on/off.

Ulteriore fattore di risparmio è quello di regolare in maniera climatica l’impianto e di mantenere costantemente riscaldati gli ambienti nell’arco delle 24 ore.

A che temperatura impostare il puffer?

Normalmente il puffer va impostato nella parte riservata al riscaldamento alla massima temperatura richiesta dell’impianto. 35C° nel caso di impianto a pavimento radiante e 50-55C° nel caso di impianto a termosifoni.

Se si tratta di un impianto misto pavimento/radiatori, la temperatura da impostare sarà quella più alta, cioè quella dei termosifoni.
Anche nel caso di un solo termoarredo ad alta temperatura! Conviene in questo caso staccare i termoarredo dall’impianto e metterne uno elettrico.
Anche nel caso di fancoil il ragionamento è lo stesso, sceglietene dei modelli a bassa temperatura.

Nel caso di gestione autarchica da parte della centralina della pompa di calore, il puffer può raggiungere temperature anche di 70C°. Il motivo è che la centralina se ha l’informazione di avere disponibile energia gratuita da parte dell’impianto fotovoltaico, manda la pompa di calore al massimo anche se il COP si abbassa notevolmente, ma conviene essendo energia gratuita dal sole.

Dimensionamento puffer freddo per pompa di calore

Nei casi in cui la pompa di calore debba fare anche freddo, normalmente si abbina un puffer dedicato separato. Questo puffer deve avere una coibentazione speciale che eviti la formazione di condensa. 

Per dimensionare il puffer freddo di una pompa di calore si calcolano normalmente da 20l a 40l a kW di potenza della pompa di calore.

Questa è solo una indicazione che va verificata di volta in volta dall’esperto che ti configura l’impianto specifico per la tua situazione.

Pompa di calore e puffer: guida al dimensionamento e configurazione perfetta

Quindi vediamo quale configurazione dare all’impianto a pompa di calore.

Ipotizziamo il miglior impianto per una pompa di calore con un puffer caldo con produzione di acqua calda sanitaria istantanea con scambiatore a piastre e puffer freddo.

Qui di seguito uno schema rappresentativo del migliore impianto per pompa di calore:

Schema pompa di calore con R290 con Puffer caldo e freddo e gruppo ACS

La pompa di calore deve poter controllare le temperature dei puffer e della temperatura interna dell’edificio
Nel caso di pompa di calore combinata a un impianto fotovoltaico, ci deve essere un collegamento diretto tra la centralina della PDC e l’inverter. Bisogna verificare che la centralina sia in grado di gestire l’assorbimento elettrico basandosi solo sull’esubero del fotovoltaico. Se questa caratteristica non è presente (questo è sovente con le pompe di calore asiatiche) appena si verifica la produzione del fotovoltaico, la PDC parte al massimo regime consumando energia elettrica anche dalla rete.

Notare che prima della pompa di mandata all’impianto di casa, va installata una valvola miscelatrice meglio se gestita da una centralina climatica. Le pompe di calore europee sono normalmente complete di gestione climatica dell’impianto.

Quanto consuma una pompa di calore con o senza puffer

Partiamo dall’analisi dei dati di coefficiente di prestazione COP di una pompa di calore.

W35 C° (mandata impianto)

A-7


(aria esterna)

A2 C°
(aria esterna)

A7 C°
(aria esterna)

A12 C°
(aria esterna)

COP

COP 3.67

COP 5,83

COP 7,96

COP 10,29

Guadagno sul metano comprando energia elettrica

-52%

-70%

-78%

-83%

Collegando una pompa di calore direttamente all’impianto, questa deve sempre soddisfare le temperature istantanee richieste. 

Nel caso di impianto con puffer, la PDC riesce a lavorare sempre a regimi più bassi. Ogni 0,1 di COP corrisponde al 2,5% di consumo in più o in meno.

Anche l’accumulo per l’acqua calda sanitaria ha un volume di energia stoccata maggiore che fa lavorare meglio la pompa di calore riducendone i consumi.

Il puffer riduce le accensioni e spegnimenti del compressore. Ogni accensione richiede dei picchi di consumi di energia elettrica notevoli. Il funzionamento lineare in modulazione della pompa di calore migliora notevolmente l’SCOP. L’SCOP stagionale è il miglior valore per valutare i consumi effettivi di una pompa di calore inclusi sbrinamenti e resistenze elettriche, anche se non tutti i produttori riportano dati del tutto veritieri.

L’accumulo dell’energia termica contenuta nel puffer viene utilizzata per fare i cicli di sbrinamento dell’evaporatore esterno con un considerevole risparmio energetico.

Non hai spazio per mettere un puffer con la pompa di calore?

Ci sono però situazioni in cui gli spazi sono limitati per inserire un puffer nel tuo impianto con pompa di calore. Non è un problema, contattaci, ci sono molte soluzioni.

Per approfondire il tema pompa di calore puoi leggere questi articoli:

Parti con il piede giusto

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