La pompa di calore a propano raggiunge un nuovo record di efficienza

GERMANIA: Si dice che gli ingegneri tedeschi che hanno sviluppato un circuito di refrigerazione a base di propano per pompe di calore abbiano raggiunto una capacità di riscaldamento di 12,8 kW con soli 124 g di propano.

Un prototipo del circuito, parte del progetto LC150 (Low Charge 150g), sarà presentato dall'Istituto Fraunhofer per i sistemi ad energia solare ISE alla fiera Chillventa di questa settimana a Norimberga (padiglione 4A/stand 306).

Sebbene il propano abbia proprietà termodinamiche molto buone e un basso potenziale di riscaldamento globale, la sua infiammabilità limita la dimensione della carica che può essere utilizzata in sicurezza. Secondo Fraunhofer ISE, le pompe di calore attualmente disponibili consumano circa 60 g di propano per kilowatt.

Fraunhofer ISE e un consorzio di produttori di pompe di calore hanno costruito prototipi per pompe di calore ad acqua glicolica, assemblando i singoli componenti (evaporatore, compressore, condensatore, scambiatore di calore e valvola di espansione) in una varietà di costellazioni diverse. Questi moduli vengono misurati su banchi di prova 24 ore al giorno per due settimane alla volta. Ogni prototipo viene eseguito tra 30 e 150 punti operativi e i valori misurati vengono registrati da 26 sensori. Nella ricerca della pompa di calore ideale sono stati finora realizzati 26 prototipi, 14 dei quali hanno già superato la matrice di misurazione completa.

Il dispositivo con la migliore costellazione di componenti ha raggiunto una capacità di riscaldamento massima di 12,8 kW e un COP di 4,7 con soli 124 grammi di propano. Il raggiungimento di soli 9,7 g di propano per kW di capacità di riscaldamento ha chiaramente superato l'obiettivo del progetto di ridurre la quantità specifica di refrigerante a 15-30 g/kW.

"Ciò equivale più o meno alla quantità di propano contenuta in cinque accendini", spiega Clemens Dankwerth, responsabile del progetto Fraunhofer ISE.

Il circuito di refrigerazione da record non è ancora pronto per il lancio sul mercato in questa forma, perché è stato utilizzato un compressore automobilistico semiermetico. Ciò richiede meno refrigerante a una capacità maggiore grazie all'elevata velocità di rotazione e al basso volume di olio. Finora, i compressori automobilistici non sono stati progettati per le elevate ore di funzionamento di una pompa di calore che dovrebbe durare 20 anni.

"Tuttavia, il produttore sta già lavorando su compressori completamente ermetici con una durata utile più lunga", ha affermato Clemens Dankwerth.

Si dice che la versione finale del circuito di refrigerazione da record verrebbe implementata con una quantità leggermente maggiore di refrigerante e uno scambiatore di calore leggermente più grande per ottenere un sistema più bilanciato. Il gruppo di ricerca insiste sul fatto che gli obiettivi del progetto LC 150 – un circuito di refrigerazione con una potenza di 8-10 kW e una carica massima di 150 g di refrigerante – possono essere raggiunti in condizioni operative reali.

Anche il secondo miglior circuito di refrigerazione del programma di test finora, che utilizza un compressore completamente ermetico convenzionale, ha soddisfatto gli obiettivi del progetto, con una carica di 164 g di propano raggiungendo una capacità di riscaldamento di 8,1 kW.

Oltre al compressore, il team di ricerca ha ridotto anche il volume interno degli scambiatori di calore e la quantità di olio per ridurre la quantità di refrigerante necessaria. Componenti aggiuntivi come i sensori sono stati ridotti al minimo e le tubazioni sono state mantenute più corte possibile per ridurre i volumi interni.

Il progetto LC150 è finanziato dal Ministero federale tedesco dell’economia e della protezione del clima (BMWK) e durerà fino a marzo 2023.

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