Pompa di calore assistita da energia solare——Parte 1

\Una pompa di calore solare assistita (SAHP) è una macchina che rappresenta l'integrazione di una pompa di calore e di pannelli solari termici in un unico sistema integrato. Tipicamente queste due tecnologie vengono utilizzate separatamente (o solo mettendole in parallelo) per produrre acqua calda. In questo sistema il pannello solare termico svolge la funzione di fonte di calore a bassa temperatura ed il calore prodotto viene utilizzato per alimentare l'evaporatore della pompa di calore. L'obiettivo di questo sistema è ottenere un COP elevato e quindi produrre energia in modo più efficiente e meno costoso.

È possibile utilizzare qualsiasi tipologia di pannello solare termico (lamiere e tubi, roll-bond, heat pipe, piastre termiche) o ibrido (mono/policristallino, film sottile) in abbinamento alla pompa di calore. L'utilizzo di un pannello ibrido è preferibile perché permette di coprire una parte del fabbisogno elettrico della pompa di calore e ridurre il consumo energetico e di conseguenza i costi variabili del sistema.

Ottimizzazione

L'ottimizzazione delle condizioni operative di questo sistema è il problema principale, poiché esistono due andamenti opposti delle prestazioni dei due sottosistemi: a titolo di esempio, una diminuzione della temperatura di evaporazione del fluido di lavoro genera un aumento della resistenza termica efficienza del pannello solare ma una diminuzione del rendimento della pompa di calore, con una diminuzione del COP. L'obiettivo dell'ottimizzazione è normalmente la minimizzazione del consumo elettrico della pompa di calore, ovvero dell'energia primaria richiesta da una caldaia ausiliaria che alimenta il carico non coperto da fonte rinnovabile.

Configurazioni

Due sono le possibili configurazioni di questo sistema, che si distinguono per la presenza o meno di un fluido intermedio che trasporta il calore dal pannello alla pompa di calore. Le macchine dette ad espansione indiretta utilizzano principalmente acqua come fluido termovettore, miscelata con un fluido antigelo (solitamente glicole) per evitare fenomeni di formazione di ghiaccio nel periodo invernale. Le macchine dette ad espansione diretta inseriscono il fluido refrigerante direttamente all'interno del circuito idraulico del pannello termico, dove avviene la transizione di fase. Questa seconda configurazione, anche se più complessa dal punto di vista tecnico, presenta diversi vantaggi:

(1)un migliore trasferimento del calore prodotto dal pannello termico al fluido di lavoro che comporta un maggior rendimento termico dell'evaporatore, legato all'assenza di un fluido intermedio;

(2)la presenza di un fluido evaporante consente una distribuzione uniforme della temperatura nel pannello termico con conseguente aumento del rendimento termico (in condizioni di normale funzionamento del pannello solare, il rendimento termico locale diminuisce dall'ingresso all'uscita del fluido perché il fluido aumenti di temperatura);

(3)utilizzando il pannello solare ibrido, oltre al vantaggio descritto al punto precedente, aumenta l'efficienza elettrica del pannello (per considerazioni simili).

Nota:

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