Pompa di Calore: sistema a espansione diretta o idronico?

Pompa di Calore: sistema a espansione diretta o idronico?
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Un sistema a espansione diretta è un sistema di distribuzione dell’energia termica e/o frigorifera per il riscaldamento e/o condizionamento dei locali per mezzo di tubazioni idriche, nelle quali non circola acqua calda o fredda, come nei sistemi tradizionali definiti idronici, ma un particolare gas refrigerante, proveniente da una unità di produzione termo-frigorifera esterna (motocondensante), dotata di compressore.

In altre parole, nel sistema ad espansione diretta alle unità interne installate nei locali riscaldati (o condizionati) che emettono aria calda o fredda non arriva semplice acqua, riscaldata o raffreddata da una caldaia o una pompa di calore idronica, ma un gas (HFC) caldo o freddo proveniente da una unità esterna, alimentata tipicamente ad energia elettrica oppure a gas (motocondensanti a motore endotermico).

 

Nei sistemi a espansione diretta, quindi, le “fasi” ovvero le trasformazioni termodinamiche del refrigerante che portano un effetto utile, evaporazione in raffrescamento e condensazione in riscaldamento, avvengono direttamente nell’ambiente climatizzato attraverso le batterie di scambio.

È invece compito dell’unità esterna motocondensante quello di smaltire o integrare la potenza necessaria al funzionamento del ciclo, attraverso uno scambio con l’ambiente esterno.

Il sistema utilizza un compressore inverter per la movimentazione del fluido di lavoro e per modulare la portata di refrigerante da inviare alle unità interne dell’impianto.

Gli impianti idronici

Questi, che rappresentano la quasi totalità degli impianti di riscaldamento in Italia, sono basati sulla trasmissione di calore che utilizza l’acqua come fluido vettore.

L’acqua, circolando in un sistema chiuso, è riscaldata dalla Pompa di Calore (al posto della caldaia dei sistemi tradizionali) e da questa trasportata attraverso tubazioni e valvole ai terminali remoti, dove avviene il trasferimento di calore dall’acqua all’aria ambiente.

All’interno del blocco-macchina abbiamo quindi tutti i componenti del circuito frigorifero: compressore, condensatore, valvola di laminazione ed evaporatore (del tipo a piastre) dove avviene lo scambio termico tra fluido refrigerante ed acqua.

 

Confronto sistemi espansione diretta-sistemi idronici

In prima analisi dal confronto tra i sistemi ad espansione diretta e la soluzione idronica, ovvero che realizza lo scambio di calore tra ambiente da climatizzare e refrigerante attraverso un fluido intermedio (Acqua), sono i sistemi ad espansione diretta ad uscire vincenti dal punto di vista dell’efficienza.

I valori di COP ed EER nominali e stagionali dei sistemi ad espansione diretta, rispetto ai sistemi idronici condensati ad aria, risultano dal punto di vista termodinamico più favorevoli, per via dell’assenza di un fluido di scambio intermedio.

L’espansione diretta permette di evaporare a temperature superiori o condensare a temperature inferiori, a parità di effetto utile, rispetto a un sistema che utilizza un fluido intermedio, con conseguente aumento dell’efficienza.

Per contro nei sistemi ad espansione diretta, considerato che il fluido refrigerante deve raggiungere le unità interne poste nei locali da climatizzare, e nelle applicazioni in cui il fluido debba percorrere circuiti lunghi e tortuosi, Il fluido refrigerante nel percorrere i tubi del circuito perde carico, cioè pressione, e con esso perde entalpia preziosa (si valuta che ogni 10 metri di circuito si ha una perdita del 10-13 % nel rendimento energetico).

Ma d’altro canto bisogna inoltre tener conto del fatto che, per ovvie ragioni di carattere impiantistico, se i sistemi ad espansione diretta si prestano alle piccole applicazioni (i piccoli split domestici), i sistemi idronici meglio si prestano al condizionamento termico di media e grande dimensione. La progettazione di un sistema idronico garantisce, infatti, un elevato livello di libertà nell’utilizzo delle tecnologie e nella scelta delle componenti d’impianto.

Per altro ricorrendo all’idronica:

  • Il fluido frigorifero percorre un circuito molto compatto, essendo questo posto interamente all’interno della macchina; in tal modo sono ridotte al minimo le perdite di efficienza energetica legate alle cadute di pressione lungo il circuito;
  • Il compressore non dovrà più pompare il refrigerante lungo le tubazioni; una comune pompa idraulica pomperà l’acqua refrigerata ai ventilconvettori o alle tubazioni sottopavimento posti all’interno dei locali climatizzati;
  • Minimizzati i problemi di lubrificazione del compressore, visto che il refrigerante e l’olio percorrono un circuito frigorifero molto ridotto perché interno alla stessa macchina
  • Grazie alla compattezza del circuito frigorifero vengono ridotte al minimo le possibilità di fuga di refrigerante
  • Si potrà, nei siti che soffrono di rigide temperature invernali, disporre la PdC in parallelo con una caldaia da far entrare in funzione quando la sua resa energetica si abbassasse a valori non più convenienti.

In conclusione i sistemi ad espansione diretta ben si prestano alle piccole applicazioni di potenza ed estensione limitate. I sistemi idronici sono da preferire nei casi in cui la complessità impiantistica o le possibilità offerte da una progettazione mirata che porti a valori di efficienza e resa economica più conveniente.

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