Triplo rendimento, tre volte più verde: nuovi sistemi per soddisfare le esigenze energetiche delle case plurifamiliari
Dodici partner si sono uniti nel progetto TRI-HP, finanziato dall’UE, per sviluppare sistemi innovativi di trigenerazione. Il loro obiettivo era quello di sviluppare sistemi energetici ecologici e convenienti per gli edifici residenziali combinando pompe di calore, energia solare e accumulo di energia e utilizzando l’80 % del totale dell’energia rinnovabile autoprodotta in loco.
Il passaggio dai refrigeranti sintetici a quelli naturali
Consapevole degli effetti dannosi dei refrigeranti sintetici, utilizzati fin dagli anni trenta del secolo scorso e collegati alla riduzione dello strato di ozono, al riscaldamento globale e a problemi di salute, il team ha cercato delle alternative ecologiche. Essendo i componenti principali delle pompe di calore, i refrigeranti naturali sostenibili sono essenziali per ridurre al minimo l’impatto ambientale del sistema. Daniel Carbonell, coordinatore del progetto, sottolinea che i refrigeranti naturali (idrocarburi, acqua, ammoniaca e anidride carbonica) rappresentano la soluzione più affidabile e a lungo termine per le pompe di calore. In quest’ottica, TRI-HP ha sviluppato due pompe di calore a propano e una ad anidride carbonica. I membri del progetto hanno elaborato due concetti innovativi per fornire calore rinnovabile alle pompe di calore: il sistema a ghiaccio solare liquido con il metodo del super-raffreddamento e il sistema doppio sorgente/dissipatore.
Un sistema a pompa di calore che sfrutta il terreno e l’aria ambiente
Il sistema doppio a pompa di calore reversibile sorgente/dissipatore utilizza il propano come refrigerante ed è progettato per sfruttare due fonti di calore rinnovabili (terra e aria ambiente) nell’evaporatore della pompa di calore per fornire riscaldamento. Le stesse sorgenti fungono anche da dissipatori di calore per soddisfare i requisiti di raffreddamento. In parole povere, questo sistema a pompa di calore può passare in modo efficiente dall’utilizzo del calore del terreno a quello dell’aria ambiente, a seconda della fonte più idonea in un determinato momento. Un vantaggio fondamentale di questo sistema doppio è che ha dimostrato di ridurre la necessità di realizzare estese operazioni di trivellazione in Europa centrale.
Sfruttare il sole e accumulare il calore nel gelo
Il sistema a ghiaccio solare liquido rappresenta una soluzione sostenibile per il riscaldamento degli edifici e offre la possibilità di fornire un raffreddamento gratuito, affrontando alcune limitazioni dei tradizionali sistemi con pompa di calore geotermica (GSHP, ground source heat pump). Utilizzando collettori solari termici e accumulatori di ghiaccio, il sistema cattura l’energia solare durante i mesi estivi e la immagazzina sciogliendo il ghiaccio per fornire riscaldamento in inverno. Inoltre, il sistema si carica e si scarica parzialmente ogni giorno in inverno per compensare i periodi in cui l’irradiazione solare non è sufficiente, come le ore notturne. «Un notevole passo avanti è stato compiuto con lo sviluppo del concetto del ghiaccio liquido, che utilizza un metodo di super-raffreddamento e rivestimenti repellenti al ghiaccio. Questa innovazione consente di eliminare gli scambiatori di calore interni dall’accumulatore del ghiaccio, con un notevole risparmio sui costi di installazione del sistema», osserva Carbonell. «Per la prima volta in Europa, è stato dimostrato con successo in laboratorio un sistema con pompa di calore a ghiaccio liquido e super-raffreddamento, segnando un sostanziale progresso in questa tecnologia», aggiunge Carbonell. «Le nostre simulazioni rivelano che i sistemi a ghiaccio solare liquido possono raggiungere efficienze più elevate a costi paragonabili a quelli dei più moderni sistemi GSHP, offrendo diversi vantaggi aggiuntivi.»
Preparare il terreno per un futuro energetico residenziale sostenibile
I ricercatori hanno sviluppato un quadro di simulazione open-source chiamato pytrnsys per valutare i costi e il potenziale energetico dei sistemi di TRI-HP in tutta Europa. Il sistema a ghiaccio solare liquido a base di propano ha raggiunto elevati fattori di rendimento annuale del sistema, intorno a 4, migliorando le efficienze energetiche della pompa di calore del 5-8 % in alcune città. Il costo livellato dell’energia variava da 16 a 26,7 euro ct/kWh, a seconda della località. Gli innovativi sistemi di trigenerazione di TRI-HP, che sfruttano refrigeranti naturali e fonti rinnovabili, apriranno la strada a un futuro più verde nella gestione dell’energia residenziale.
Parole chiave
TRI-HP, pompa di calore, refrigeranti naturali, sistemi di trigenerazione, raffreddamento, riscaldamento, energia, edifici residenziali, accumulo di energia
