Sistema residenziale con pompa di calore a due stadi a propano R290

La pompa di calore a due stadi rappresenta una soluzione innovativa e rispettosa delle normative ambientali grazie al suo GWP trascurabile. Utilizzando il propano (R290) come gas refrigerante, questa tecnologia è ideale per applicazioni di condizionamento dell’ambiente e di riscaldamento dell’acqua.

Nel contesto energetico attuale, gli edifici sono responsabili di circa il 40% del consumo di energia primaria, con il riscaldamento che rappresenta quasi la metà di questo consumo. L’elettrificazione dei sistemi di riscaldamento attraverso l’adozione di pompe di calore è una delle soluzioni più promettenti per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili. L’R290 emerge come un refrigerante naturale rispettoso dell’ambiente, con un GWP di 0,02. Tuttavia, l’elevata infiammabilità del propano presenta sfide per l’adozione diffusa nelle abitazioni. Le prestazioni della pompa di calore a due stadi sono state valutate sia dalla prima che dalla seconda legge della termodinamica, con un’ottimizzazione del fluido secondario. Questo sistema, presentato alla 16a Conferenza IIR 2024, utilizza un ciclo chiuso economicamente efficiente e circuiti secondari per invertire il flusso del fluido, aumentando l’efficacia operativa. Progettato per fornire 7 kW di capacità di riscaldamento a condizioni operative di -20°C esterni e 21°C interni, la pompa di calore a due stadi garantisce un funzionamento affidabile anche a basse temperature.

La pompa di calore a due stadi rappresenta una soluzione innovativa e altamente efficiente per il riscaldamento e il raffreddamento degli ambienti domestici. Grazie alla sua tecnologia avanzata, questa tipologia di pompa di calore è progettata per adattarsi alle diverse esigenze climatiche, offrendo un notevole risparmio energetico.

I vantaggi della pompa di calore a due stadi

Efficienza Energetica: La pompa di calore a due stadi opera in modo da ottimizzare il consumo energetico, riducendo i costi in bolletta.
Comfort Ottimale: Con un funzionamento silenzioso e la capacità di mantenere una temperatura costante, garantisce un ambiente interno confortevole in ogni stagione.
Versatilità: Queste pompe possono essere utilizzate sia per il riscaldamento in inverno che per il raffreddamento in estate, rendendole una scelta ideale per ogni habitat.

Come funziona la pompa di calore a due stadi

La pompa di calore a due stadi utilizza due compressori: uno per i climi più miti e l’altro per le situazioni di maggiore richiesta termica. Questo sistema duale permette di ottenere prestazioni ottimali senza sovraccaricare il sistema, prolungando la vita della pompa e migliorando l’efficienza complessiva.  La tecnologia impiega tre compressori identici di tipo Scroll a velocità variabile, ottimizzati per l’uso dell’R290, con una cilindrata di 29 cm³/giro e una temperatura minima di evaporazione di -30°C. Durante il funzionamento a due stadi, i compressori a bassa pressione lavorano in parallelo per eguagliare la capacità del compressore ad alta pressione, creando un rapporto di spostamento volumetrico di 0,5. Il liquido refrigerante, proveniente dal condensatore, si divide in due flussi. La prima parte entra nella valvola elettronica di espansione e successivamente nello scambiatore a piastre, mentre la seconda viene sottoraffreddata nello scambiatore a stato saturo. Questo processo consente un’ulteriore ottimizzazione delle prestazioni della pompa di calore, incrementando l’efficienza del sistema.

Pompa di calore a due stadi: le due modalità di funzionamento

La pompa di calore a due stadi è in grado di operare in modalità monostadio o bistadio. In modalità monostadio, il compressore ad alta pressione è attivo, mentre i compressori a bassa pressione vengono bypassati, facilitando così la gestione delle necessità di riscaldamento moderate. Utilizzando scambiatori di calore a piastre saldobrasate ottimizzati per l’R290 e un fluido di scambio termico a base di glicole etilenico, il sistema mantiene un’operatività efficiente fino a -37°C. Per migliorare il controllo dell’olio, sono state implementate modifiche agli accumulatori di aspirazione, che garantiscono un bilanciamento ottimale del flusso d’olio, riducendo il rischio di guasti ai compressori. Per il funzionamento in singolo stadio, vengono utilizzati dai 0,8 ai 0,9 kg di propano, mentre in doppio stadio la carica di refrigerante aumenta a 1 kg, migliorando il COP. Ottimizzare il circuito delle tubazioni del refrigerante e rimuovere componenti non essenziali potrebbero ulteriormente migliorare la sicurezza e l’efficienza della pompa di calore a due stadi.

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