I sistemi di recupero del calore sono progettati per fornire raffreddamento recuperando contemporaneamente il calore di scarto per il riutilizzo. A differenza dei sistemi di condizionamento convenzionali, in cui i refrigeratori rilasciano calore nell'atmosfera (attraverso l'aria o fonti geotermiche), i sistemi di recupero del calore catturano questa energia e la riutilizzano. Il calore recuperato può quindi essere utilizzato per varie applicazioni, come la produzione di acqua calda sanitaria, il supporto al riscaldamento degli ambienti o il soddisfacimento di altre esigenze termiche all'interno di un edificio o di un impianto industriale.
A differenza delle pompe di calore, che regolano la capacità del compressore in base alla richiesta di riscaldamento o raffreddamento, un refrigeratore a recupero di calore modula sempre la sua capacità in base alle esigenze di raffreddamento. La potenza termica prodotta è un sottoprodotto del processo di raffreddamento, il che significa che la quantità di calore recuperabile dipende direttamente dall'energia fornita al circuito dell'acqua refrigerata.
I refrigeratori a recupero di calore possono funzionare in due configurazioni principali: recupero di calore parziale e recupero di calore totale. Entrambi gli approcci si basano sullo stesso principio di recupero del calore del condensatore, ma differiscono in termini di quantità di calore recuperata e modalità di applicazione.
Daikin offre una gamma completa di soluzioni di recupero del calore, che coprono capacità da 16 kW fino a 2 MW, adatte sia per piccole che per grandi applicazioni. Il portafoglio comprende unità raffreddate ad aria come EWYT-CZ, serie TZ-D ed EWAT-BC, nonché unità raffreddate ad acqua come EWWL/H/TQ, serie VZ. Con queste soluzioni è possibile ottimizzare l'efficienza energetica, recuperare calore utile e ridurre l'impatto ambientale dei vostri sistemi.
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In tutta l’UE, la politica attuale favorisce chiaramente il recupero del calore nell’HVAC. La direttiva riveduta sull’efficienza energetica (UE) 2023/1791 impone agli Stati membri di pianificare un riscaldamento e un raffreddamento efficienti e di sfruttare le fonti di calore di scarto nelle reti; gli orientamenti della Commissione per il 2024 rendono ulteriormente operativo il modo in cui il calore di scarto dovrebbe essere identificato e valutato nelle valutazioni costi–benefici. La rifusione dell'EPBD (UE) 2024/1275 rafforza gli obblighi sui sistemi tecnici degli edifici e sui controlli digitali (BACS), creando un forte motore di conformità per un funzionamento monitorato e ad alta efficienza anziché prescrivere una singola tecnologia. Le norme nazionali rafforzano questa traiettoria: in Germania, i nuovi sistemi di riscaldamento devono fornire almeno il 65% di energie rinnovabili o calore di scarto inevitabile, e la legge comunale sulla pianificazione del calore richiede la mappatura e l’integrazione del potenziale locale di calore di scarto. In Francia, RE2020 rafforza le prestazioni dei nuovi edifici e il decreto BACS impone l'automazione negli edifici non residenziali >290 kW (2025) e >70 kW (2027), consentendo l'ottimizzazione continua delle prestazioni di recupero del calore. In Italia, il D.Lgs. 199/2021 e la procedura di qualificazione della GSE riconoscono un efficiente teleriscaldamento e teleraffreddamento alimentato dal calore di scarto, segnalando valore normativo per le soluzioni di recupero.
Recupero parziale del calore
Un refrigeratore dotato di desurriscaldatore è un sistema di raffreddamento che incorpora un'ulteriore funzione di recupero del calore. Il desurriscaldatore è uno scambiatore di calore che estrae energia termica dal gas refrigerante surriscaldato in uscita dal compressore, prima che entri nel condensatore. Questo calore recuperato può essere riutilizzato —ad esempio, per produrre acqua calda— migliorando così l'efficienza energetica complessiva del sistema. Integrato direttamente nel circuito del refrigeratore, il desurriscaldatore abbassa la temperatura del refrigerante più vicino al suo punto di condensazione mentre è ancora allo stato gassoso. In condizioni favorevoli, la quantità di calore recuperata può raggiungere fino al 20% della reiezione totale del calore, a seconda di fattori quali la temperatura ambiente, le condizioni operative dell'evaporatore e la temperatura dell'acqua all'interno del desurriscaldatore.
Nei refrigeratori raffreddati ad aria, il desurriscaldatore è tipicamente uno scambiatore di calore a piastre brasate installato in serie con la sezione dell'aria.
Nei refrigeratori raffreddati ad acqua, può trattarsi dello stesso tipo di scambiatore a piastre brasate oppure essere integrato direttamente nel condensatore se questo è del tipo a fascio tubiero. In quest'ultimo caso, per il circuito di recupero parziale del calore viene utilizzato un fascio tubiero dedicato, più piccolo, all'interno del condensatore.
In entrambe le configurazioni, il refrigeratore stesso non regola attivamente la capacità di riscaldamento. Il recupero del calore viene invece gestito semplicemente abilitando o disabilitando il flusso d'acqua attraverso il desurriscaldatore.
Recupero di calore totale (THR)
I refrigeratori a recupero totale di calore (THR) sono sistemi progettati per catturare e utilizzare quasi tutto il calore di scarto generato durante il ciclo di refrigerazione, anziché solo una parte di esso. Recuperando il calore prodotto durante il funzionamento del refrigeratore, questi sistemi massimizzano l'efficienza energetica e possono reindirizzarlo verso altri usi, come il riscaldamento dell'acqua o la fornitura di riscaldamento degli ambienti. Ad esempio, in un hotel che necessita sia di raffreddamento per le camere che di acqua calda per le docce, un refrigeratore THR può fornire contemporaneamente acqua refrigerata per l'aria condizionata utilizzando il calore recuperato per fornire acqua calda sanitaria, migliorando così l'efficienza energetica complessiva e riducendo i costi operativi.
Questa configurazione può variare a seconda del tipo di unità e dei requisiti applicativi specifici, come ad esempio THR nei refrigeratori raffreddati ad aria e THR nei refrigeratori raffreddati ad acqua.
THR nei refrigeratori raffreddati ad aria
Nei refrigeratori ad aria, il recupero totale del calore (THR) può essere configurato in serie con il condensatore raffreddato ad aria oppure in parallelo.
Heat recovery layouts for air cooled chiller
Nella configurazione parallela, la sezione dell'aria THR viene bypassata durante l'operazione di recupero del calore, il che aumenta significativamente il flusso di refrigerante all'interno del circuito. Poiché lo scambiatore di recupero del calore ha un volume molto più piccolo rispetto al condensatore principale raffreddato ad aria, il refrigerante in eccesso deve essere immagazzinato in un ricevitore di liquido per evitare viaggi ad alta pressione dovuti al sovraccarico. Ciò richiede anche refrigerante aggiuntivo nel sistema.
Durante l'operazione di recupero del calore, la quantità di calore disponibile dipende esclusivamente dal carico di raffreddamento, poiché non esiste un controllo indipendente della capacità di riscaldamento. Tutto il calore recuperato viene erogato al circuito dell'acqua calda. Di conseguenza, se la richiesta di riscaldamento è inferiore al calore disponibile, il refrigeratore alterna cicli tra il recupero del calore ON e OFF, determinando un funzionamento instabile, una riduzione dell'efficienza e un aumento dello stress sui componenti critici quali compressori, ventole e valvole.
Load vs capacity over time
Nella configurazione “in serie”, il refrigerante scorre sempre sia attraverso lo scambiatore di recupero del calore sia attraverso la sezione raffreddata ad aria. La distribuzione del calore —al circuito di recupero del calore o alla sezione dell'aria— dipende dalla differenza di temperatura tra i due. Quando non c'è richiesta di calore, il flusso d'aria del condensatore viene massimizzato per abbassare la temperatura del refrigerante e dissipare il calore nell'atmosfera. Al contrario, quando c'è richiesta di calore, il flusso d'aria viene ridotto per aumentare la temperatura del refrigerante, consentendo al calore di essere erogato al circuito dell'acqua calda.
Operation of heat recovery in series
La disposizione in serie consente l'erogazione controllata del calore recuperato. Sebbene il calore massimo disponibile dipenda ancora dalla domanda di raffreddamento, a differenza della configurazione parallela, è possibile modulare la quantità di calore fornita in modo che corrisponda alla domanda effettiva. Ciò si ottiene regolando il flusso d'aria del condensatore, che controlla la temperatura del refrigerante e, di conseguenza, il calore trasferito al circuito dell'acqua calda.
Load vs capacity over time
Di conseguenza, la disposizione in serie garantisce un funzionamento più fluido rispetto alla configurazione parallela, con meno stress sui componenti del refrigeratore e maggiore stabilità, con conseguente maggiore efficienza complessiva. Poiché il refrigerante scorre sempre attraverso la sezione dell'aria, una parte del calore viene inevitabilmente respinta nell'ambiente, quindi la quantità di calore recuperabile è in genere pari a circa l'80–85% della reiezione totale del calore. Sebbene per il THR in serie sia ancora necessario un ricevitore di liquido, il refrigerante aggiuntivo necessario è inferiore rispetto alla disposizione parallela.
THR nel refrigeratore raffreddato ad acqua
Il recupero del calore sui refrigeratori ad acqua può avere configurazioni diverse a seconda della tecnologia utilizzata e delle dimensioni dell'unità.
La soluzione più comune per le unità medie e grandi dotate di condensatori a fascio tubiero è un condensatore a doppio fascio. Il condensatore è diviso in due sezioni: una dedicata al circuito sorgente e l'altra al recupero del calore. Il refrigerante scorre sempre nella stessa direzione e la modalità di recupero del calore viene attivata semplicemente abilitando la pompa sul circuito di recupero del calore e disabilitando la pompa sul circuito sorgente.
Il refrigeratore stesso non ha alcun controllo diretto sulle pompe; la loro funzione di abilitazione/disabilitazione è gestita dall'utente tramite un termostato sul circuito di riscaldamento. Quando i terminali nel circuito di riscaldamento necessitano di calore, la pompa sul circuito di recupero del calore viene attivata mentre la pompa sul circuito sorgente viene disattivata.
Le prestazioni e la quantità di calore recuperato dipendono dalla progettazione del condensatore, in particolare dal dimensionamento e dal numero di tubi assegnati al fascio sorgente rispetto al fascio di recupero del calore. Il circuito sorgente e il circuito di recupero del calore rimangono completamente separati sul lato acqua.
Un'altra possibile configurazione per il recupero totale del calore nei refrigeratori raffreddati ad acqua è nota come “TEMPLIFIER.” Il termine sta per amplificatore di temperatura e si riferisce a situazioni in cui la temperatura del calore di scarto recuperato non è sufficientemente elevata per essere riutilizzata direttamente. In questi casi il sistema aumenta (o “amplifica”) la temperatura del calore recuperato, rendendolo adatto ad applicazioni pratiche.
La pompa di calore acqua-acqua (WWHP) estrae l'energia di riscaldamento dal circuito sorgente del refrigeratore e la trasferisce al circuito di riscaldamento. Di conseguenza, la torre di raffreddamento funziona a capacità ridotta, poiché ha meno calore da respingere nell'ambiente. A differenza di un refrigeratore a recupero di calore, il WWHP modula il suo compressore in base alla temperatura di alimentazione dell'acqua calda. Ciò gli consente di regolare (scaricare) la propria capacità in base alla domanda di riscaldamento, garantendo un migliore controllo della temperatura erogata.
In questa configurazione, il WWHP è completamente separato dal circuito di raffreddamento e fornisce solo energia di riscaldamento. L'energia è considerata “recuperata” perché sfrutta l'energia termica proveniente dal circuito sorgente del refrigeratore che altrimenti verrebbe dissipata nell'atmosfera attraverso la torre di raffreddamento.
Il refrigeratore inverter raffreddato ad acqua EWWH-VZ di Daikin è disponibile con un'opzione ad alta temperatura, dotata del refrigerante a basso GWP R-1234ze. Questa configurazione consente all'unità di fornire acqua calda a temperature fino a 90 °C, estendendone notevolmente il campo di funzionamento e rendendola adatta a un'ampia varietà di applicazioni, dai processi industriali alle reti di teleriscaldamento. La capacità di raggiungere temperature dell'acqua così elevate è fondamentale perché consente all'EWWH-VZ di supportare efficacemente il recupero del calore e le applicazioni di tipo Templifier, in cui il calore di scarto può essere potenziato e riutilizzato per il riscaldamento o la produzione di acqua calda. Ciò massimizza l’efficienza energetica e contribuisce a ridurre i costi operativi e a ridurre l’impatto ambientale.
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Le pompe di calore Daikin sono progettate e prodotte in Italia, presso la sede centrale di Daikin Applied Europe ad Ariccia (Roma). Questo stabilimento è specializzato nella produzione di apparecchiature HVAC di alta qualità, comprese le principali tipologie di pompe di calore ad aria e ad acqua.
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