Caratteristiche delle pompe di calore
Una pompa di calore è un dispositivo che trasferisce calore da un luogo all'altro, da una zona più fresca a una più calda, in modo da poter riscaldare e raffreddare sia gli spazi interni a seconda delle esigenze stagionali. A differenza dei tradizionali sistemi di riscaldamento che generano calore bruciando combustibile, le pompe di calore spostano il calore esistente, richiedendo molta meno energia. Ciò li rende una tecnologia chiave nella transizione verso soluzioni di riscaldamento e raffreddamento sostenibili e a basse emissioni di carbonio.
Le pompe di calore sono dispositivi essenziali per il riscaldamento e il raffreddamento degli edifici, poiché sfruttano l'energia termica presente nell'ambiente. Un componente chiave delle pompe di calore è il compressore, che svolge un ruolo cruciale nel processo di trasferimento del calore. Esistono tre tipi principali di compressori utilizzati nelle pompe di calore:
Compressori di scorrimento
Compressori a vite
Compressori centrifughi
I compressori a spirale e a vite sono compressori a spostamento positivo (volumetrici) che funzionano riducendo meccanicamente il volume di una quantità fissa di gas per aumentarne la pressione. I compressori centrifughi, invece, sono dinamici. Aumentano la pressione del gas immettendovi energia cinetica tramite pale o giranti in rapida rotazione. I compressori a spirale sono solitamente utilizzati in unità di piccole e medie dimensioni, i compressori a vite in unità di medie e grandi dimensioni e i compressori centrifughi in unità di grandi dimensioni. Ogni compressore ha le sue caratteristiche che definiscono la migliore applicazione per ogni tipologia.
Daikin vanta una vasta esperienza nello sviluppo e nella produzione di compressori per una vasta gamma di tecnologie, tra cui inverter a spirale, a vite e centrifughi.
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Spiegazione del rapporto volumetrico nei compressori volumetrici
Una caratteristica fondamentale dei compressori volumetrici è il rapporto volumetrico, noto anche come rapporto di compressione. Questo rapporto definisce la relazione tra il volume di gas all'inizio del processo di compressione e il volume di gas alla fine. Indica la misura in cui il gas viene compresso in termini di volume fisico. Ad esempio, in un compressore alternativo, il rapporto volumetrico è determinato dal volume del cilindro all'inizio e alla fine della corsa di compressione.
Esempio di compressore alternativo
Il rapporto di pressione è il rapporto tra la pressione di scarico e la pressione di aspirazione del compressore.
Questo rapporto ci dice di quanto aumenta la pressione del gas da parte del compressore.
Assumendo un gas ideale e considerando un processo di compressione isentropica (adiabatica e reversibile), la relazione tra il rapporto di pressione e il volume può essere espressa come:
Dove y = Cp/Cv con caratteristiche Cp e Cv di tipo fluido.
Il rapporto volumetrico è legato alla progettazione del compressore e, pertanto, il rapporto di pressione generato dal compressore dipende dalla sua geometria. Nelle pompe di calore, le pressioni di esercizio sull'evaporatore e sul condensatore sono influenzate dalle condizioni della sorgente (ad esempio, aria esterna o fonte geotermica) e dalla temperatura calda desiderata.
Sulla base di ciò, ci sono tre possibili situazioni:
Situazione ideale (Rapporto di volume = Rapporto di pressione)
Sovracompressione (rapporto di volume > rapporto di pressione)
Sottocompressione (rapporto di volume < rapporto di pressione)
Ciclo di compressione nelle tre diverse situazioni
Nel caso ideale, il rapporto volumetrico del compressore corrisponde al rapporto di pressione e l'energia richiesta è esattamente quella richiesta dal ciclo di compressione. Se il rapporto volumetrico genera un rapporto di pressione superiore a quello richiesto, l'energia extra utilizzata per comprimere eccessivamente il refrigerante viene sprecata. Nella situazione opposta, se la pressione del refrigerante allo scarico è inferiore alla pressione all'interno del condensatore, il refrigerante ritorna nel compressore, che deve utilizzare energia aggiuntiva per far uscire il refrigerante.
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Vantaggi del rapporto di volume variabile (VVR) sui compressori a vite Daikin
Per massimizzare l'efficienza di compressione in tutte le condizioni, il compressore deve essere in grado di regolare il suo rapporto volumetrico in base alle condizioni operative. I compressori a vite singola Daikin sono dotati della tecnologia Variable Volume Ratio, che consente al compressore di modulare il rapporto volumetrico in base alle condizioni operative della pompa di calore. Questa tecnologia comprende un meccanismo mobile che regola il volume della porta di scarico, ritardando o anticipando la fine della compressione per ridurre al minimo i fenomeni di sottocompressione o sovracompressione.
Compressore monovite Daikin
Questo meccanismo svolge un ruolo fondamentale nel ridurre i costi operativi della pompa di calore, massimizzandone al contempo l'affidabilità. Questi vantaggi sono particolarmente critici nelle applicazioni impegnative, come quelle in ambito industriale.
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Regolazione del rapporto di volume del compressore dal minimo al massimo
Vantaggi dell'utilizzo della tecnologia Inverter
Le pompe di calore e i refrigeratori funzionano solitamente a carico parziale per la maggior parte del loro tempo di funzionamento, il che significa che il compressore spesso funziona in condizioni fuori progetto. In questi scenari è essenziale mantenere elevata efficienza e affidabilità. L'inverter, noto anche come azionamento a frequenza variabile (VFD), è un componente elettronico che regola la velocità di rotazione (RPM) del compressore variando la frequenza di alimentazione del motore. Questa modulazione consente al compressore di adattare la propria capacità per soddisfare l'effettiva richiesta di raffreddamento o riscaldamento. Di conseguenza, il sistema è in grado di garantire prestazioni ottimali in un'ampia gamma di condizioni operative, garantendo un funzionamento efficiente dal punto di vista energetico e un controllo preciso della capacità.
Compressori per pompe di calore in applicazioni di comfort
Con l'aumento dei requisiti di capacità, la scelta della tecnologia del compressore evolve di conseguenza. Per capacità inferiori, in genere in applicazioni residenziali e commerciali leggere, sono ampiamente utilizzati i compressori Inverter Scroll.
Per questa tipologia di edificio, Daikin offre un'ampia gamma di unità di pompe di calore ad aria, tra cui la Daikin R-32 EWYT-CZ, con una capacità di raffreddamento e riscaldamento compresa tra 16 e 90 kW.
Inoltre, la Daikin EWYE-CZ è una pompa di calore ad aria ad alta temperatura che utilizza refrigerante R-454C, combinando efficienza energetica e sostenibilità ambientale. Può fornire temperature dell'acqua da +20°C a +70°C. La gamma comprende otto modelli da 16 a 70 kW, tutti dotati di compressori Daikin Inverter Scroll e funzionanti a temperature ambiente da -25°C a 40°C.
Oltre alle configurazioni ad aria, Daikin offre anche pompe di calore modulari ad acqua con compressori scroll, che offrono numerosi vantaggi.
Quando sono richieste temperature dell'acqua piùelevate, la serie Daikin EWWH-J è una soluzione ideale. Questa pompa di caloreacqua-acqua, reversibile sul lato acqua, è apprezzata per il suo ingombrocompatto e l'elevata affidabilità. È dotato di un compressore semiermetico avite singola, con capacità di riscaldamento che vanno da 106 a 243 kW. L'unitàè ottimizzata per l'uso con refrigerante R-1234ze e può erogare acqua diriscaldamento fino a +75°C, rendendola adatta per applicazioni di riscaldamentoad alta temperatura.
Compressori per pompe di calore in applicazioni industriali
Nel settore industriale, l'affidabilità è un fattore chiave, soprattutto in settori come quello farmaceutico, dove i sistemi HVAC svolgono un ruolo fondamentale e possono rappresentare fino al 65% del consumo energetico totale. Questi sistemi sono essenziali non solo per mantenere precisi standard di temperatura e qualità dell'aria per prevenire la contaminazione, ma anche per garantire un ambiente di lavoro confortevole. Dato il loro significativo consumo energetico, ottimizzare le prestazioni HVAC è fondamentale sia per l’efficienza in termini di costi che per la sostenibilità ambientale. Per requisiti di capacità più elevati, come quelli riscontrati nelle applicazioni industriali e di processo, i sistemi sono solitamente dotati di compressori a vite azionati da inverter. Questa tecnologia è più adatta ad ambienti grandi ed esigenti in cui prestazioni, flessibilità ed efficienza energetica sono fondamentali. In tali applicazioni, unità di dimensioni adeguate, spesso dotate di compressori a vite inverter, sono essenziali per fornire la capacità richiesta mantenendo al contempo efficienza e affidabilità ottimali.
L'impiego di compressori a vite azionati da inverter offre numerosi vantaggi, come dimostrano le pompe di calore acqua-acqua Daikin della serie VZ. Nella sua versione refrigerante R-1234ze, la serie VZ può fornire temperature dell'acqua calda fino a +90°C, combinando elevata efficienza con basso impatto ambientale. La serie VZ copre un'ampia gamma di capacità, con capacità di riscaldamento da 409 a 1924 kW.