L’Istituto Tecnologico Danese DTI sta partecipando con alcuni altri stakeholder (Fenagy, Bitzer Electronics, Danfoss, Kelvion, LU-VE, Salling Group, CO2X, Aarhus University and Reftronix) a un progetto chiamato “Smart CO2 Heat Pump” che prevede lo sviluppo di una pompa di calore con CO2 come refrigerante nell’ intervallo di capacità da 20 a 200 kW. In questa fascia di capacità, il numero di installazioni è elevato e il potenziale di mercato è ampio, con diversi milioni di installazioni nell’UE. Oltre alle nuove installazioni, la necessità di sostituire le caldaie a combustibile fossile per ridurre al minimo la dipendenza dal gas porta alla nascita di un nuovo mercato.
Non esistono soluzioni a pompa di calore con refrigeranti naturali non tossici e non infiammabili nella gamma di capacità da 20 a 200 kW. Attualmente, le unità a pompa di calore disponibili in questo segmento di mercato utilizzano i refrigeranti HFO, inefficienti e problematici per l’ambiente, che sono leggermente infiammabili e contribuiscono ad aumentare l’inquinamento da TFA e PFAS dell’acqua potabile. Pertanto, il progetto mira a colmare questo gap di capacità e a fornire soluzioni efficienti e competitive in termini di prezzo.
Gli utenti della nuova soluzione saranno case multifamiliari e piccoli edifici industriali, di servizio, di vendita al dettaglio e governativi/pubblici. Per questi clienti, oltre all’efficienza e al prezzo, l’infiammabilità e la tossicità del refrigerante sono fattori molto importanti. Pertanto, la CO2 è la scelta perfetta.
Non è possibile ridimensionare le soluzioni già esistenti utilizzate per le pompe di calore più grandi, poiché il prezzo della soluzione totale è fondamentale per la gamma di pompe di calore in questione. Pertanto, è necessario un nuovo tipo innovativo di ciclo a pompa di calore a CO2 a basso prezzo. Ciò richiede la progettazione di un nuovo tipo di componenti per la soluzione a pompa di calore. Oltre a essere competitiva sul piano dei prezzi, la soluzione deve essere robusta, plug and play per gli installatori e di facile manutenzione.
Monitoraggio online della pompa di calore
Un elemento particolarmente innovativo del progetto è il collegamento dell’unità della pompa di calore al “cloud” per poter monitorare le condizioni di funzionamento e utilizzare queste conoscenze per ottimizzare l’efficienza della pompa di calore, prevedere la manutenzione e risolvere i problemi causati da componenti guasti fino alla sostituzione. Ciò significa che sarà possibile mantenere la pompa di calore in funzione fino a quando non sarà disponibile l’assistenza. Inoltre, per ridurre i costi di gestione, nella soluzione cloud saranno incorporati algoritmi che monitoreranno i prezzi del mercato elettrico spot e decideranno la migliore strategia di funzionamento per la pompa di calore.
Progettazione di nuovi componenti
Per aumentare ulteriormente l’efficienza, è necessario un nuovo metodo di sbrinamento a gas freddo al posto del tradizionale sbrinamento elettrico. Nello sbrinamento a gas freddo, la pompa di calore produce calore durante lo sbrinamento e non è fuori produzione come nel caso dello sbrinamento elettrico. L’evaporatore deve essere parte integrante della pompa di calore e deve essere suddiviso in almeno quattro sezioni. In questo progetto, verrà progettato un nuovo tipo di evaporatore ad alta efficienza che utilizza lo sbrinamento a gas freddo.
