Propano: ricerche per minimizzare la carica

Fraunhofer ISE sta sviluppando circuiti di refrigerazione per pompe di calore che devono funzionare nel modo più efficiente possibile con basse quantità di propano. (© Fraunhofer ISE)

Nell’ambito del progetto di ricerca “LC150 Development of a Refrigerant-Reduced Heat Pump Module with Propane“, finanziato Ministero tedesco dell’Economia e dell’Energia BMWi, il PropanoPropPropano sta sviluppando un circuito di refrigerazione compatto ed economico per pompe di calore che utilizzano propano come refrigerante. Un consorzio industriale di produttori europei di pompe di calore sta ora supportando finanziariamente e tecnicamente lo sviluppo del progetto. La piattaforma di sviluppo congiunto offrirà alle aziende partecipanti un notevole potenziale di riduzione dei costi e accelererà lo sviluppo industriale delle pompe di calore per gli edifici residenziali.

Il propano è uno dei refrigeranti a prova di futuro che si stanno affermando in seguito all’entrata in vigore del Regolamento 517/2014. È un refrigerante naturale dalle eccellenti proprietà termodinamiche che anche nelle pompe di calore, come in molte altre tipologie di apparecchi, consente il raggiungimento di prestazioni energetiche superiori rispetto a refrigeranti convenzionali.  E questo con un GWP vicinissimo allo zero.

Pompe di calore a bassa carica di propano

Nel 2019 Fraunhofer ISE è riuscito a sviluppare un circuito di raffreddamento salamoia-acqua utilizzando componenti disponibili sul mercato e che richiede solo 150 grammi di propano per una capacità di riscaldamento di 8 kW. Il che corrisponde a una riduzione di refrigerante del 75% rispetto ai sistemi in commercio. Una pompa di calore basata su questo concetto potrebbe essere collocata all’interno della casa senza ulteriori precauzioni di sicurezza.

Per mettere a punto questa pompa di calore, l’Istituto sta sviluppando circuiti di refrigerazione per pompe di calore che devono funzionare nel modo più efficiente possibile con basse quantità di propano. In una valutazione incrociata e automatizzata, l’Istituto sta testando vari componenti di pompe di calore su larga scala, in cui vengono studiate dozzine di combinazioni di componenti con diversi parametri operativi. Gli obiettivi principali sono

  • ridurre ulteriormente il volume di refrigerante richiesto,
  • identificare correlazioni metodologiche,
  • ottenere dati per la simulazione del progetto della pompa di calore.

La campagna di misura raccoglie un’abbondanza di variazioni dei parametri 24 ore su 24, 7 giorni su 7 nell’arco di un anno, generando così un database unico.

Campagna di misurazioni

Per queste misurazioni si è dato il via a un’ampia campagna di misurazioni. Sono stati costruiti tra i quaranta e gli ottanta prototipi di pompe di calore ad acqua glicolata, in cui i singoli componenti (evaporatore, compressore, condensatore, scambiatore di calore interno e valvola di espansione) sono stati assemblati in diverse costellazioni. I test vengono eseguiti in parallelo su tre banchi prova identici 24 ore al giorno per un anno, con dai 30 ai 150 punti operativi misurati per prototipo e i valori misurati registrati da 26 sensori. La squadra di Fraunhofer ISE sta anche sviluppando un sistema per il carico e lo scarico automatico del refrigerante per evitare il lungo compito di gestire manualmente il propano da parte di specialisti qualificati.

«La campagna di misurazione prospera grazie all’ampia partecipazione dei fornitori di componenti, che contribuiscono al progetto fornendo componenti commerciabili e personalizzati come scambiatori di calore e compressori. Con la tecnologia di test automatizzata, sviluppata in stretta collaborazione con la società EP Ehrler Prüftechnik Engineering GmbH, ora possiamo eseguire quante più misurazioni possibili e utilizzare i banchi prova 24 ore su 24. Questa configurazione consente a noi e ai partner del progetto di acquisire un set di dati esteso e multidimensionale in un tempo relativamente breve, gettando così le basi per la rapida implementazione sul mercato di circuiti di refrigerazione con una carica di refrigerante significativamente ridotta» spiega la dott.ssa Lena Schnabel, capo del dipartimento di tecnologia di riscaldamento e refrigerazione presso Fraunhofer ISE.

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