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Titolo: Pompe di calore

Vorrei capire alcune cose sul
funzionamento delle pdc,in particolare di queste che sono associata
all'acqua calda che circola in una rete di teleriscaldamento
http://www.aem.it/home/cms/comunicazione/progetto_pompe_calore/come_funziona.html
Qual'č il vantaggio termodinamico (o economico) nell'usare cosě il
teleriscaldamento,anzicchč sfruttare direttamente l'acqua calda del
teleriscaldamento (con quindi Cop al max 1)?
Viene detto nel sito che il bilancio energetico č del tipo:
"La pompa di calore utilizza energia elettrica ma ne moltiplica il
rendimento: 1kW elettrico per produrre circa 34 kW di calore (energia
termica).
La formula tipo puň essere cosě riassunta: 1kW elettrico + 23 kW termici
dall'acqua = 34 kW termici di acqua calda a 70 80 gradi. "
Ora mi chiedo,a che temp č prelevata l'acqua dalla rete di telerisc e per
quali temp conviene fare ciň?
Da dove vengono i 10-11 kW termici che non risultano nel bilancio
finale? Grazie per tutte le vostre risposte

A me pare un testo pieno di svarioni
A parte l'evidente errore 1 + 23 = 34, e' evidentemente sbagliata anche
l'efficienza del ciclo dichiarata essere pari a 23 con temperature
Celsius di 60 gradi in uscita e, diciamo 15 gradi, per l'acqua di
falda.
quindi
eff: = 333/(333 - 288) = 7,4
massima teorica possibile.
Saluti
MIno Saccone

 massima teorica possibile.
In realta secondo loro il cop non è nemmeno 23 ma 34!C'è sicuramente qualche 
errore,probabilmente si sono dimenticati qualche virgola del tipo 2,3 +1 ( o 
1,1 ) = 3,4 kW termici o qualcosa del genere.E d'altra parte l'efficienza 
reale è forse un terzo del cop teorico
E d'altra parte a mio parere le pompe di calore hanno più senso se si 
"pesca" il calore da una sorgente termica illimitata (aria,acqua di 
mare,terreno,acqua di falda) non una fisicamete limitata,non riesco davvero 
a capire il senso di questo approccio,a meno che non si valuti il fatto che 
nei punti di cui dicevo sopra l'acqua ha ancora l'energia termica 
adeguata,ma temp troppo basse per essere sfruttabili 

Scusa Alessio, se guardi il loro schema, citano, e io ho riportato, che
la sorgente fredda e' proprio l'acqua di falda che ho supposto sia a 15
gradi.
Se poi, come tu dici, per avere 60-70 gradi all'arrivo devo far partire
acqua a 130 gradi il cop teorico peggiora ulteriormente (intorno a 3,5
).
Penso che tu abbia ragione quando dici che si sono semplicemente
dimenticati le virgole e quindi la loro frase diventa:
1kW elettrico + 2,3 kW termici dall'acqua = 3,4 kW termici di acqua
calda a 70 80 gradi
Saluti
Mino Saccone

 ).
Non ho ben capito che intendi e su cosa hai calcolato questo cop di
3,5.Schematicamente si può pensare che l'acqua esca dalla centrale a temp >
100 gradi e perderà qualche grado a km (non conosco i valori esatti,ma siamo
lì) fino a quei 60-70 gradi che sono le temp minime per le quali il telerisc
è ancora sfruttabile anche ad utenze lontane decine di km dalla centrale di
cogenerazione (specialmente se si vuole sviluppare reti di telerisc molto
estese).
Immagino inoltre che con le stesse pdc d'estate si possano invertire i
processi facendo il raffrescamento dei locali,anzicchè il riscaldamento
(sebbene l'acqua calda serva anche d'estate...)

Nel diagramma compreso nell'URL riportato nel primo posto ovvero:
http://www.aem.it/home/cms/comunicazione/progetto_pompe_calore/come_funziona.html
e' riportato un prelievo da falda.
L'acqua di falda, proprio perche' si trova a svariati metri di
profondita', non varia significativamente la sua temperatura tra estate
e inverno e mi sembra di ricordare che, 
p.es
. a Milano, essa oscilli di
pochissimo intorno ai 15 gradi.
L'efficienza massima teorica di una pompa di calore (dove cioe'
interessa il calore ceduta aa temperatura alta) e' l'inverso del
rendimento di un ciclo di Carnot tra le stesse temperature:
EFFpc = T1 / (T1 - T2)
nel nostro caso:
T1 = 130 + 273 = 403
T2 = 15 + 273 = 288
EFFpc = 403/(403 - 288) = 3,5
L'efficienza di un ciclo frigorifero (dove interessa il calore
sottratto alla sorgente fredda) e' invece:
EFFfr = T2 / (T1 - T2)
la differenza tra i due e' ovviamente EFFpc - EFFfr = 1 che rappresenta
l'energia elettrica/meccanica consumata rapportata a se' stessa.
Quanto poi lontano ci si possa spingere col teleriscaldamento dipende
naturalmente dalla bonta' della coibentazione dei tubi.
Nulla vieta che esista un circuito di acqua per
riscaldamento/raffrescamento e un secondo per l'acqua calda.
E' bene che anche quello dell'acqua calda sia un circuito e non un
semplice tubo per poter inserire una pompa di ricircolo che mantiene
calda l'acqua vicino all'utenza. Cio' per evitare che il primo utente
della mattina debba, prima di farsi la doccia,  far fluire tutta
l'acqua ormai fredda rimasta dalla sera precedente nella condotta.
Comunque un teleriscaldamento su distanze di svariati chilometri
risulta poco conveniente sia per le perdite termiche che per un buono
sfruttamento dell'acqua di falda. E' bene infatti che quest'ultima sia
prelevata in piu' punti distanti tra loro invece che in quantita'
geograficamente concentrate.
Saluti
Mino Saccone

 geograficamente concentrate
Non ho capito,che c'entra il telelrisc con l'acqua di falda?

> Non ho capito,che c'entra il telelrisc con l'acqua di falda?
Spesso l'acqua di falda, dove non c'e' un fiume o un mare disponibile,
e' usata come sorgente fredda della pompa di calore.
E, come ti ho gia' detto, era comunque citata nel sito dell'AEM citato
da Alessandro:
http://www.aem.it/home/cms/comunicazione/progetto_pompe_calore/come_funziona.html
Saluti
Mino Saccone

 Mino Saccone
Letto.Mi domando,come funzianano le pdc (forse qui il termine è improprio) 
usate per raffrescamento nei mesi caldi,ovvero come può l'acqua calda 
produrre aria fredda nei locali? 


Il ciclo frigorifero e' un ciclo termodinamico che"ruota" al contrario
rispetto a quello classico.
Rifacciamoci sempre, per semplicita', al ciclo di Carnot. I rendimenti e le
efficienze che calcoleremo saranno quindi sempre dei massimi teorici che in
pratica non si raggiungeranno mai, ma fissano almeno gli ordini di
grandezza.
Un Ciclo di Carnot "classico":
a) espande lungo una isoterma a temperatura T1
b) espande lungo un'adiabatica fino a una temperatura T2 (ovviamente minore
di T1)
c) comprime lungo la isoterma a T2
d) comprime lungo l'adiabatica che riporta il fluido nelle condizioni
iniziali.
Il calore viene scambiato lungo le isoterme e abbiamo che (assumendo come
positivi i calori (Q1 e Q2) ceduti dalle sorgenti al fluido e il lavoro (W)
uscente dal ciclo)
1) W = Q1 + Q2
inoltre:
2) Q1/T1 = -Q2/T2 (il calore Q2 ovviamente sara' negativo in quanto fluente
dal fluido verso la sorgente)
il rendimento del ciclo sara': W/Q1 = (Q1 + Q2) / Q1 = (T1 - T2) / T1
Se il ciclo funziona al contrario (con la compressione alla temperatura alta
e l'espansione a quella bassa) Q1 sara' negativa (quindi CEDUTA dal fluido
alla sorgente calda), Q2 positiva (quindi SOTTRATTA dal fluido alla sorgente
fredda) e essendo comunque per la 2) |Q1| > |Q2| anche W sara' negativo.
Avremo quindi bisogno di lavoro meccanico per far funzionare il ciclo alla
rovescia.
Per quanto riguarda le due sorgenti:
La sorgente a T1 ricevera' il calore sottratto alla sorgente a T2 piu' il
lavoro W proveniente dall'esterno.
Applicazione A ovvero siamo interessati al freddo (frigorifero,
condizionatore, etc...)
Mettiamo la serpentina a T2 (bassa) nel locale da refrigerare e la
serpentina a T1 (alta) in un luogo dove non ci importa disperdere un po' di
calore (l'aria della cucina nel caso del frigorifero, una vasca d'acqua nel
caso di condizionatori industriali etc...)
L'efficienza in questo caso sara' Q2/W = T2 / (T1 - T2) (nella maggior parte
dei casi > 1)
Applicazione B ovvero siamo interessati al caldo (pompa di calore)
Mettiamo la serpentina a T1 (alta) nel fluido che vogliamo riscaldare
(l'acqua del teleriscaldamento, l'aria del locale, etc...) e la serpentina a
T2 in un fluido che non ci importa di raffreddare un po' (l'acqua di falda,
l'aria esterna nel caso di condizionatori reversibili a pompa di calore
etc...)
L'efficienza in questo caso sara' -Q2/W = T1 / (T1 - T2) (sempre > 1 e qui
sta il vantaggio delle pompe di calore)
Si puo' fare ovviamente anche il caso in cui siamo interessati sia al caldo
che al freddo come 
p.es
. d'estate dove possiamo produrre contemporaneamente
refrigerazione e acqua calda per i servizi.
Insomma, l'acqua calda o l'aria calda puo' raffreddare acqua o aria piu'
fredda  (ovvero assorbirne il calore) a patto di spendere lavoro. La
quantit' di lavoro necessaria e' almeno quella mostrata dalle formulette di
efficienza (COP) teoriche sopra riportate.
E questo in obbedienza al secondo principio della termodinamica.
Saluti
Mino Saccone

 E questo in obbedienza al secondo principio della termodinamica.
Certo,ma la mia domanda non era proprio questa,ma un qualcosa di molto più 
"praticone" e "terra-terra". Assodato che non è in contraddizione con i 
principi della termodinamica lo spostare calore da una sorgente fredda ad 
una calda (purchè a spese di lavoro meccanico esterno),allora in una pdc 
refrigerata ad acqua (di telerisc o di falda) come avviene tecnicamente  la 
produzione di "freddo",immagino sotto forma di aria fresca?
In un normale condizionatore aria-aria la cosa è ovvia,ma in una pdc 
acqua-aria come funziona il tutto?Si produce acqua fredda che poi produrrà 
l'aria fresca?Oppure è il fluido frigorifero a fare il tutto? 


Dato il costo e la dannosita' ambientale dei fluidi frigoriferi, e' bene
tenerli all'interno di strutture limitate nello spazio. In altre parole non
e' saggio inviare freon nei tubi del teleriscaldamento.
Nel caso del riscaldamento, il freon prendera' calore 
p.es
. dall'acqua del
fiume o da quella di falda e, dopo la compressione, cedera' la somma delle
due energie all'acqua del circuito di teleriscaldamento. questo fatto si
intravede nello schema dell'AEM che citavo prima.
Il fluido passa ora per la valvola di laminazione che ne abbatte la
temperatura in modo da ricominciare il ciclo.
Saluti
Mino Saccone

 Mino Saccone
Bene,è chiaro.Tipicamente,da dove viene presa l'acqua per il telerisc?Dalla
sorgente di falda o da altra sorgente d'acqua (mare,fiume),ad es. la stessa
che raffredderebbe,se non si facesse il teleric,i circuiti della centrale
elettrica?
Ho un'ultima domanda su una questione che da molto tempo mi frulla in
testa.Considerando la scarsità di acqua potabile in alcune zone del nostro
sud Italia,il fatto che in un non remoto futuro l'acqua potabile potrebbere
diventare anch'essa una risorsa strategica e che la dissalazione dell'acqua
è un'altra potenziale applicazione termica di cogenerazione delle centrali
elettriche (processi tipo med o msf),non si potrebbe pensare di fare
teleriscaldamento-raffrescamento (nei mesi estivi) di giorno e produrre 
acqua potabile di notte in opportuni dissalaltori costruiti in loco - ciò 
credo
avrebbe anche benifici sull'accumulo elettrico del surplus energetico
notturno in quanto un pò di energia elettrica è necessaria anche in
processi termici per pompare l'acqua?E' tecnicamente possibile fare ciò
usando gli *stessi* impianti di cogenerazione usati di giorno per il
telerisc
sostanzialmente bypassando il telerisc e convogliando di notte tutta o parte
dell'acqua calda verso
il dissalatore?