Pompa di calore con circuito di refrigerazione a propano per applicazioni industriali 

Il modulo di gestione termica in fase di costruzione

Le pompe di calore possono essere utilizzate in modo efficiente non solo negli edifici residenziali, ma anche nei processi industriali con esigenze di riscaldamento e raffreddamento. A questa conclusione è giunto un team del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE nell’ambito del progetto congiunto “ETA in Existing Facilities”. L’applicazione di una pompa di calore con circuito di refrigerazione a propano in una macchina per la pulizia industriale ha portato a un notevole risparmio di elettricità e CO2.

Il progetto di ricerca si è concentrato sullo sviluppo di un modulo di gestione termica modulare per una macchina per la pulizia di componenti industriali. Nell’ambito del progetto, i ricercatori del Fraunhofer ISE hanno integrato in questo modulo un circuito di refrigerazione innovativo che utilizza il refrigerante naturale propano. «Poiché i processi di pulizia e asciugatura della macchina avvengono sia a basse che ad alte temperature, si tratta di un’applicazione ideale per una pompa di calore» spiega il responsabile del progetto Clemens Dankwerth del Fraunhofer ISE. Il modulo di gestione termica funziona in standby ed è accoppiato a una macchina per la pulizia esistente tramite la tecnologia di processo e di controllo per fornire alla macchina il calore e il freddo utili forniti dalla pompa di calore.

In precedenza, l’alimentazione di calore e freddo del sistema di pulizia era puramente elettrica. Nel corso della nuova applicazione, è stato possibile trasferire i due processi separati in un unico processo. Il team di progetto è riuscito a progettare in modo ottimale la pompa di calore, in modo che 255 grammi di propano nel circuito di refrigerazione fossero sufficienti per il funzionamento. Ciò significa che l’intero sistema (macchina di pulizia con modulo di gestione termica) può essere installato in modo sicuro in locali con una superficie di 16 metri quadrati o più.

Un circuito di raffreddamento a ridotto contenuto di refrigerante era già stato sviluppato in precedenza nell’ambito del progetto “LC150”. In questo caso, un team di progetto del Fraunhofer ISE aveva sviluppato un circuito di refrigerazione basato sul propano che scende al di sotto del limite massimo consentito di 150 grammi di propano. In questo modo, la pompa di calore può funzionare indipendentemente dai requisiti di sicurezza che si applicano alle installazioni di pompe di calore per interni con refrigeranti infiammabili.

Alta efficienza energetica e riduzione dei costi

Il retrofit della macchina per la pulizia con i nuovi gruppi funzionali modulari per la fornitura di calore e freddo all’esterno ha portato a un’efficienza energetica significativamente più elevata. I valori migliori sono stati raggiunti dalla pompa di calore, che ha ottenuto un rendimento combinato di riscaldamento e raffreddamento pari a 5,6 in relazione all’energia elettrica utilizzata. Il fabbisogno energetico per il riscaldamento dell’acqua di processo (pulizia, risciacquo) e per il riscaldamento dell’aria di mandata per l’asciugatura è stato dimezzato, mentre l’energia utilizzata per il riscaldamento dell’acqua fresca è stata ridotta fino all’80%. Grazie al ricircolo dell’aria di scarico, è possibile risparmiare oltre 10.000 litri di acqua dolce all’anno, grazie a un nuovo tipo di unità di condensazione che ricongela in modo efficiente l’aria di scarico del processo, consentendo di utilizzare il raffreddamento disponibile dalla pompa di calore nella macchina di pulizia in linea con il processo. 

In un funzionamento a due turni con cinque giorni di produzione a settimana e 48 settimane di produzione all’anno, il nuovo modulo di gestione termica porta a un risparmio di costi di circa 4.800 euro all’anno e a un risparmio di emissioni di CO2 di circa 12.600 chilogrammi all’anno.

«L’uso delle pompe di calore può dare un contributo significativo alla decarbonizzazione dei processi industriali» afferma Clemens Dankwerth. La loro applicazione è promettente anche in altri processi che operano in un intervallo di temperatura simile (50-70°C), come le grandi lavastoviglie nelle mense.

Il progetto “ETA in strutture esistenti” è iniziato nel novembre 2020 con una durata prevista di tre anni. Il finanziamento è stato fornito dal Ministero Federale per gli Affari Economici e la Protezione del Clima (BMWK) come parte del settimo programma di ricerca energetica del governo tedesco. Il progetto è supervisionato dal Project Management Jülich (PTJ).

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