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Pianificazione del sistema HVAC rinnovabile
Le pompe di calore centrali compatibili con l'energia solare combinano il riscaldamento e il raffreddamento elettrici ad alta efficienza con la generazione di energia fotovoltaica. Un sistema adeguatamente progettato può utilizzare la produzione solare diurna per ridurre il consumo di elettricità della rete mantenendo temperature interne confortevoli durante le diverse stagioni.
A pompa di calore solare è normalmente una pompa di calore elettrica collegata ad un impianto fotovoltaico. I pannelli solari generano elettricità, mentre la pompa di calore trasferisce il calore tra gli ambienti interni ed esterni. Il termine solitamente non significa che la luce solare riscalda direttamente il refrigerante all'interno dell'apparecchiatura.
Le pompe di calore solari possono fornire riscaldamento e raffreddamento degli ambienti e, in alcune configurazioni di sistema, acqua calda sanitaria. Sono adatti per edifici residenziali, uffici, hotel, scuole, officine, strutture agricole e altre proprietà in cui i carichi di riscaldamento e raffreddamento rappresentano una grande percentuale del consumo annuale di elettricità.
Le pompe di calore centrali compatibili con l'energia solare sono progettate per funzionare con condutture dell'intero edificio, ventilconvettori, sistemi idronici, riscaldamento a pavimento o altri sistemi centralizzati di distribuzione della temperatura. La pompa di calore può utilizzare l’elettricità solare durante il giorno e ottenere elettricità aggiuntiva dalla rete o dalla batteria quando la produzione solare è insufficiente.
Una pompa di calore utilizza un ciclo di refrigerazione per assorbire il calore da un'area e rilasciarlo in un'altra. In modalità riscaldamento, una pompa di calore ad aria estrae il calore disponibile dall'aria esterna e lo trasferisce all'interno. Nella modalità di raffreddamento, il ciclo si inverte e sposta il calore interno all'esterno.
I sistemi geotermici scambiano calore con il terreno attraverso circuiti di tubi interrati. I sistemi ad acqua utilizzano una fonte d'acqua appropriata come mezzo di scambio di calore. Ciascun tipo può essere combinato con un sistema fotovoltaico quando i suoi requisiti elettrici corrispondono al pannello solare, all'inverter, ai dispositivi di protezione e ai controlli di gestione dell'energia disponibili.
I moduli fotovoltaici producono elettricità CC in base alla radiazione solare, alla temperatura del pannello, all'orientamento, all'angolo di inclinazione, all'ombreggiatura e alle condizioni del modulo.
Un inverter solare converte l'elettricità CC generata in elettricità CA compatibile con la pompa di calore e l'impianto elettrico dell'edificio.
Il compressore, il circuito frigorifero, l'evaporatore e il condensatore spostano l'energia termica tra l'edificio e la fonte di calore esterna selezionata.
L'energia solare viene utilizzata quando disponibile. L’elettricità della rete o l’accumulo di batterie fornisce la domanda rimanente durante la scarsa luce solare, il funzionamento notturno o il carico di riscaldamento di punta.
La risposta alla domanda “i pannelli solari possono alimentare una pompa di calore” è sì. Un impianto fotovoltaico può fornire parte o tutta l’energia elettrica richiesta da una pompa di calore. La percentuale effettiva fornita dall'energia solare dipende dal carico di riscaldamento o raffreddamento, dal clima locale, dall'efficienza delle apparecchiature, dalla capacità dei pannelli, dalla luce solare disponibile e dal programma operativo.
Gli utenti chiedono anche: “i pannelli solari possono far funzionare una pompa di calore?” I pannelli solari possono far funzionare una pompa di calore direttamente durante il giorno quando l'array solare produce energia sufficiente. Un sistema connesso alla rete può assorbire automaticamente ulteriore elettricità quando la produzione solare scende al di sotto della domanda. Un sistema off-grid richiede una capacità della batteria e un'uscita dell'inverter sufficienti per mantenere il funzionamento quando la luce solare non è disponibile.
La domanda “si può alimentare una pompa di calore con i pannelli solari” dovrebbe essere valutata sia attraverso la potenza che attraverso l’energia. La potenza istantanea determina se il sistema può funzionare in un momento specifico. I calcoli dell'energia giornaliera e stagionale determinano se l'impianto solare può produrre abbastanza elettricità nel periodo richiesto.
| Configurazione del sistema | Contributo solare | Requisiti della batteria | Caratteristica operativa |
|---|---|---|---|
| Pompa di calore connessa alla rete | Contributo diurno parziale o elevato | Non richiesto | La rete copre automaticamente il deficit solare |
| Sistema ibrido a pompa di calore | Solare utilizzata come fonte preferita | Facoltativo | Solare, batteria e rete possono funzionare insieme |
| Sistema a pompa di calore off-grid | Il solare fornisce tutta l’elettricità generata | Obbligatorio | Richiede un attento dimensionamento invernale e notturno |
| Sistema diurno assistito dall'energia solare | Focalizzato sulla riduzione del carico diurno | Solitamente non richiesto | Adatto per il raffrescamento diurno o il riscaldamento programmato |
Il numero di pannelli solari dipende dall'assorbimento elettrico della pompa di calore, dal tempo di funzionamento giornaliero, dal carico stagionale, dalla potenza del pannello, dalle ore di punta della luce solare, dall'efficienza del sistema e dalla necessità di funzionamento della pompa di calore dopo il tramonto. La domanda di riscaldamento può essere maggiore durante l’inverno, quando la produzione solare giornaliera può essere inferiore a quella estiva.
Array solare calcolato
20 kWh ÷ 5h ÷ 0,80 = 5kWUn impianto teorico da 5 kW potrebbe essere formato con circa undici pannelli solari da 455 W. Un progetto pratico può utilizzare da dodici a quattordici pannelli per compensare la temperatura del modulo, la perdita dell'inverter, la polvere, l'ombreggiatura parziale, il cambiamento del tempo e la riduzione stagionale della produzione solare.
| Consumo medio della pompa di calore | Durata giornaliera | Domanda giornaliera di elettricità | Pannello solare di riferimento | Quantità di pannelli da circa 455 W |
|---|---|---|---|---|
| 1,5 kW | 6 ore | 9 kWh | 2,3 kW–3,0 kW | 6-7 pannelli |
| 2,5 kW | 8 ore | 20 kWh | 5,0 kW–6,5 kW | 11-15 pannelli |
| 4,0 kW | 8 ore | 32 kWh | 8,0 kW–10,5 kW | 18-24 pannelli |
| 6,0 kW | 10 ore | 60 kWh | 15,0 kW–20,0 kW | 33–44 pannelli |
Una pompa di calore può consumare più elettricità durante la stagione fredda perché la differenza di temperatura tra interno ed esterno è maggiore. La produzione solare può anche diminuire a causa della riduzione delle ore diurne, del basso angolo del sole, della copertura nevosa, delle nuvole o del maltempo. I dati solari medi annuali non dovrebbero essere utilizzati da soli per la progettazione critica del riscaldamento invernale.
Può valere la pena combinare una pompa di calore con l’energia solare quando l’edificio ha una notevole domanda annua di riscaldamento o raffreddamento. Le pompe di calore sono azionate elettricamente, consentendo all’elettricità fotovoltaica di compensare parte dei costi operativi. Un edificio ben isolato con apparecchiature correttamente dimensionate fornisce solitamente risultati migliori rispetto a un edificio scarsamente isolato con un sistema sovradimensionato o sottodimensionato.
Gli edifici che necessitano sia del riscaldamento invernale che del raffrescamento estivo possono utilizzare la pompa di calore e il sistema solare per più mesi all’anno.
Il riscaldamento diurno, il raffreddamento, l'acqua calda o il funzionamento commerciale possono consumare elettricità solare mentre viene generata.
La ridotta perdita di calore consente alla pompa di calore di mantenere la temperatura con una potenza del compressore inferiore e cicli di funzionamento più brevi.
Il riscaldamento a pavimento e i sistemi ventilconvettori adeguatamente progettati possono ridurre la temperatura dell’acqua richiesta e migliorare l’efficienza della pompa di calore.
Una temperatura esterna molto bassa può aumentare il consumo di elettricità e potrebbe richiedere apparecchiature più grandi, riscaldamento di riserva o una fonte di calore diversa.
La forma del tetto, la capacità strutturale, l'ombreggiamento, i percorsi di accesso e le normative locali possono limitare la capacità fotovoltaica utilizzabile.
Il funzionamento notturno si basa sull’alimentazione della rete o sull’accumulo della batteria perché i pannelli solari non generano elettricità dopo il tramonto.
Alcuni radiatori tradizionali richiedono temperature dell’acqua che riducano l’efficienza della pompa di calore a meno che i gocciolatori o l’involucro dell’edificio non vengano migliorati.
Le pompe di calore centrali compatibili con il sistema solare dovrebbero essere selezionate in base al carico dell'edificio, alla temperatura di progetto locale, al metodo di distribuzione del riscaldamento, all'alimentazione elettrica disponibile, alla potenza dell'inverter solare e alla strategia di controllo. La pompa di calore non necessita di un particolare tipo di luce solare, ma deve funzionare in modo sicuro ed efficiente con l'impianto elettrico.
La capacità di riscaldamento dovrebbe corrispondere alla perdita di calore calcolata dell'edificio alla temperatura di progetto locale. La selezione dell'attrezzatura solo in base alla superficie può produrre risultati imprecisi.
La scelta del raffreddamento dovrebbe tenere conto del guadagno di calore solare, delle finestre, dell’isolamento, degli occupanti, dell’illuminazione, delle apparecchiature, della ventilazione e della temperatura estiva locale.
Le pompe di calore a velocità variabile possono regolare la potenza del compressore e possono seguire la generazione solare disponibile in modo più fluido rispetto alle apparecchiature a potenza fissa.
Il COP descrive l'efficienza operativa in condizioni definite. SCOP fornisce una visualizzazione stagionale ed è utile per confrontare le prestazioni di riscaldamento su un intervallo di temperature più ampio.
Verificare se l'unità utilizza elettricità monofase o trifase e se l'inverter solare e l'alimentazione dell'edificio possono supportare la tensione e la corrente richieste.
Controllare la capacità nominale, la potenza in ingresso, le prestazioni di sbrinamento e la temperatura dell'acqua in uscita alla temperatura esterna più bassa prevista.
I controlli di gestione dell'energia possono coordinare la generazione solare, la carica della batteria, l'accumulo termico, l'alimentazione della rete, la temperatura ambiente e il funzionamento in base al tempo di utilizzo.
Trasferisce il calore tra l'aria esterna e l'aria interna. È comunemente collegato a unità interne canalizzate o non canalizzate e può fornire sia riscaldamento che raffreddamento.
Adatto per:Case, uffici, negozi ed edifici che necessitano di riscaldamento e raffreddamento diretto dell'aria.
Trasferisce l'energia dall'aria esterna in un circuito idraulico per il riscaldamento a pavimento, ventilconvettori, radiatori a bassa temperatura o acqua calda sanitaria.
Adatto per:Riscaldamento idronico centrale, raffreddamento e sistemi integrati di acqua calda.
Utilizza circuiti interrati per scambiare calore con il terreno. La temperatura del suolo è più stabile della temperatura dell'aria esterna, ma l'installazione richiede terreno, perforazione o scavo adeguati.
Adatto per:Progetti a lungo termine con superficie disponibile e carico annuale significativo.
Scambia calore con una fonte d'acqua adeguata. È necessario considerare la qualità dell'acqua, la portata, le condizioni ambientali, la filtrazione e l'approvazione locale.
Adatto per:Progetti con una fonte d'acqua affidabile e tecnicamente adatta.
Determinare la perdita di calore, il carico di raffreddamento, le prestazioni di isolamento, le perdite d'aria, l'area delle finestre, l'occupazione, la domanda di ventilazione e le temperature interne richieste.
Esamina i dati mensili sulla luce solare, l'orientamento del tetto, l'angolazione dei pannelli, l'ombreggiatura, la capacità strutturale, lo spazio di accesso, il carico di neve, il carico di vento e la distanza dei cavi.
Confermare la tensione di servizio, la fase, la capacità dell'interruttore, l'uscita dell'inverter, le dimensioni del cavo, la protezione da sovratensione, l'isolamento, la messa a terra e le norme elettriche locali.
Controllare le dimensioni del condotto, il flusso d'aria, il flusso dell'acqua, il diametro del tubo, la testa della pompa, la capacità del radiatore, la selezione del ventilconvettore e la temperatura dell'acqua richiesta.
Decidi se è necessario il supporto della rete, lo stoccaggio della batteria, l'accumulo termico o il riscaldamento ausiliario durante la notte, il maltempo, i cicli di sbrinamento o il freddo estremo.
Definisci la priorità solare, la riserva della batteria, il programma dell'acqua calda, la temperatura ambiente, le restrizioni sulla ricarica della rete, la compensazione meteorologica e le impostazioni di risposta alla domanda.
SÌ. Il termine si riferisce solitamente ad una pompa di calore alimentata parzialmente o totalmente dall'elettricità generata da pannelli fotovoltaici. Può essere connesso alla rete, ibrido o off-grid.
I pannelli solari non possono produrre elettricità di notte. Il funzionamento notturno richiede l'elettricità della rete, una batteria di dimensioni sufficienti o un'altra fonte di alimentazione di riserva.
Può essere programmato per periodi di forte produzione solare, ma gli edifici che richiedono un controllo continuo della temperatura normalmente necessitano di supporto alla rete, batterie o accumulo termico.
L'apparecchiatura deve spostare il calore attraverso una differenza di temperatura maggiore. I sistemi ad aria possono anche richiedere cicli di sbrinamento, che possono aumentare temporaneamente il consumo di elettricità.
Può supportare parte o tutta la domanda quando il pannello solare, l’inverter, il servizio elettrico, il cablaggio, i dispositivi di protezione e la capacità di generazione disponibile sono sufficienti.
Non necessariamente. La richiesta di riscaldamento può verificarsi di notte o durante i periodi invernali con scarsa luce solare. La capacità del pannello, l'accumulo in batteria, la produzione stagionale e la perdita di calore dell'edificio devono essere valutate insieme.
Molti sistemi di pompe di calore aria-acqua e geotermici possono produrre acqua calda sanitaria. La temperatura richiesta del serbatoio, il volume di stoccaggio, il ciclo igienico e il riscaldamento di riserva dovrebbero essere inclusi nella selezione del sistema.
La selezione affidabile del sistema richiede più di una superficie dell'edificio o di una quantità generale di pannelli. La domanda di riscaldamento, la domanda di raffreddamento, il clima locale, la temperatura dell'acqua, la fornitura elettrica, il programma operativo, la generazione solare e i requisiti di backup devono essere esaminati come un unico sistema completo.
Capacità di riscaldamento e raffreddamento
Potenza nominale e massima in ingresso
Intervallo di temperatura operativa
Temperatura dell'acqua in uscita richiesta
Alimentazione monofase o trifase
Requisiti di sbrinamento e riscaldamento ausiliario
Potenza nominale del pannello solare
Superficie disponibile sul tetto o al suolo
Ore di picco solare mensile
Modello e potenza dell'inverter solare
Capacità della batteria ed energia utilizzabile
Disponibilità della rete e tensione locale
Posizione e condizioni climatiche
Superficie dell'edificio e isolamento
Temperatura interna richiesta
Orari di funzionamento del riscaldamento e del raffrescamento
Condotti esistenti, radiatori o riscaldamento a pavimento
Fabbisogno di acqua calda sanitaria
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