Gestire pompe di calore significa principalmente ottimizzare il rendimento, cioè ottenere calore con il minor dispendio di energia elettrica e utilizzare l’energia autoprodotta, per quanto possibile. Una simulazione può essere istruttiva.
Il consumo, della pompa di calore, per un’abitazione ben coibentata, potrebbe essere di 3.000 Kwh annui spalmati come segue, mese dopo mese (colonna PDC):
Mese FV PDC TOT FV/gg PDC/gg
| Gennaio | 310 | 600 | 900 | 10,00 | 19,35 |
| Febbraio | 474 | 800 | 1100 | 16,93 | 28,57 |
| Marzo | 696 | 400 | 650 | 22,45 | 12,90 |
| Aprile | 694 | 200 | 400 | 23,13 | 6,67 |
| Maggio | 792 | 100 | 250 | 25,55 | 3,23 |
| Giugno | 804 | 0 | 150 | 26,80 | 0,00 |
| Luglio | 888 | 0 | 300 | 28,65 | 0,00 |
| Agosto | 804 | 0 | 300 | 25,94 | 0,00 |
| Settembre | 688 | 0 | 150 | 22,93 | 0,00 |
| Ottobre | 484 | 150 | 400 | 15,61 | 4,84 |
| Novembre | 320 | 300 | 550 | 10,67 | 10,00 |
| Dicembre | 294 | 450 | 750 | 9,48 | 14,52 |
| Totale kwh | 7248 | 3000 | 5900 |
Naturalmente ai consumi della PDC (pompa di calore) si aggiungono tutti gli altri consumi elettrici dell’abitazione, quantificati, nella ipotesi di lavoro, in 2.900 kwh. Il totale fa 5.900 kwh (quarta colonna).
Si ipotizza inoltre che l’impianto fotovoltaico – da nominali 6 kw – possa produrre 7.248 kwh (seconda colonna). E’ un dato statistico di Milano.
Osservare, nel grafico, la linea blu (produzione FV) e quella verde (consumi complessivi) del tutto divergenti: gli sbilanci mensili conseguenti sono negativi per i mesi di Gennaio, Febbraio, Novembre e Dicembre, mentre sono molto positivi nei mesi di Aprile, Maggio, Giugno, Luglio, Agosto e Settembre e in sostanziale equilibrio a Marzo e Ottobre.
Naturalmente c’è da considerare che, sebbene il saldo complessivo tra produzione e consumi sia positivo, normalmente questa situazione si traduce in immissioni elevate (in estate) e altrettanto elevati prelievi da rete (in inverno), salvo che si adottino strategie importanti e sofisticate per favorire l’autoconsumo.
Non è previsto alcun consumo della PDC nei mesi caldi perché si presuppone che sia presente il solare termico, collegato al bollitore, per produrre l’ACS (acqua calda sanitaria).
Il mese più critico per la pompa di calore è il mese di Febbraio, con 28 Kwh giornalieri (sesta colonna), cioè una media di 1,2 Kwh orari.
A Gennaio la media oraria scende a 0,8 Kwh, a Dicembre 0,6 e 0,5 a Marzo. Da ciò è possibile rendersi conto che una pompa di calore da 2 Kw di consumo – che genera mediamente 8 Kw di calorie – è impegnata per oltre metà del tempo a Febbraio, ma solo per un quarto del tempo a Marzo e Dicembre.
Va inoltre osservato che pressochè in tutti gli impianti la presenza del bollitore da 500 litri o similari consente di accumulare energia termica durante il giorno e di sospendere il funzionamento della pompa di calore la notte. Con ciò si hanno 2 vantaggi: da un lato un rendimento (COP) più alto perché di giorno la temperatura dell’aria utilizzata come fonte di calore è più alta e dall’altro perché è possibile far “lavorare” la pompa di calore anche con l’energia prodotta dal fotovoltaico.
La centralina AURORA per pompa di calore (vedi prototipo) ha proprio lo scopo di migliorare l’autoconsumo che si traduce in un risparmio di prelievi da rete.
Da notare subito che la centralina non è sostituibile con un semplice timer, perché occorre tener conto della dinamica dei consumi energivori dell’abitazione, si pensi a fuochi a induzione, forno elettrico, forno a microonde, macchinetta del caffè, lavatrice, lavastoviglie, aspirapolvere, asciugacapelli e quant’altro.
Il surplus utilizzabile per la pompa di calore è infatti il risultato della somma algebrica di produzione fotovoltaica da un lato e dei consumi dell’abitazione dall’altro, di momento in momento. Va osservato che i consumi cambiano spesso e altrettanto accade, durante il giorno, per la produzione fotovoltaica, per effetto di passaggi nuvolosi.
Le centraline dei sistemi con pompa di calore sono molto sofisticate e tengono conto di tanti fattori come temperatura del bollitore e temperatura esterna, cui si aggiunge, in molto impianti, anche il ruolo dei pannelli di solare termico, ma NON si tiene conto dell’energia riveniente dall’impianto fotovoltaico e soprattutto del surplus elettrico.
La centralina AURORA provvede a sanare questa carenza perché consente di stabilire continuamente, di secondo in secondo, il surplus di energia utile per l’autoconsumo, tramite l’elaborazione delle informazioni rivenienti dai 2 contatori digitali allacciati.
E’ particolarmente interessante ed efficace soprattutto nei mesi di mezza stagione, quando può spalmare il surplus, piccolo o grande che sia, sui termoarredi, piuttosto che immetterlo in rete (vedasi l’articolo del blog: “DOMOTICA gestione PWM termoarredi elettrici”).
AURORA è infatti dotata di uscite PWM che consentono di “caricare” sui termoarredi, gestiti con relè a stato solido, anche piccole frazioni di energia, cioè di surplus. E’ bello poter osservare il display di AURORA che modula il pwm dei termoarredi per raggiungere continuamente il livello zero, di differenza tra produzione e consumi. L’aggiornamento avviene in frazioni di secondo.
L’uscita relè di AURORA va utilizzata per dare il consenso di accensione alla pompa di calore, con un contatto per regolazioni esterne previsto nelle centraline delle PDC.
La pompa di calore richiede una gestione ON/OFF cioè accesa o spenta. Per una pompa di calore da 2 Kw di consumo è possibile impostare la messa in funzione, cioè ON, quando il surplus raggiunge i 2 Kw e spegnerla, cioè metterla OFF, quando il surplus si esaurisce, cioè i consumi (compreso la pompa di calore) superano la produzione, ma è opportuno consentire alla pompa di calore di funzionare anche quando siamo in regime di prelievo, parziale, da rete, poniamo 500 watt o anche 1000.
Per impostare questi valori occorre agire, una tantum, sui trimmer di regolazione di AURORA. Pertanto potremmo avere :
1)il primo trimmer impostato a + 2000 e il secondo a – 500;
2) il primo trimmer a + 1500 e il secondo a – 1000;
3) il primo trimmer a + 1000 e il secondo a – 1500;
4) il primo trimmer a + 500 e il secondo a – 2000.
Si noterà che la somma dei due valori fa 2500 watt, anziché 2000; ciò è in relazione alla necessità di mantenere in funzione la centralina anche se ci sono variazioni positive dei consumi di qualche centinaio di watt. E’ inopportuno accendere e spegnere continuamente la pompa di calore pertanto viene impostata una durata minima di 10 minuti prima di procedere ad un controllo della situazione e all’eventuale spegnimento.
Va inoltre osservato che l’impostazione N° 4 è la più opportuna nei mesi più freddi e viceversa accade con la N° 1. Le altre impostazioni sono relative a posizioni intermedie. Pertanto sarebbe bene intervenire almeno mensilmente sulle regolazioni, che richiedono pochi attimi. Basta resettare la centralina e procedere alle nuove regolazioni che vengono visualizzazione a video.
Da notare, infine, che gli impianti di riscaldamento con pompa di calore adottano le serpentine a pavimento con sensori di temperatura in ogni stanza. Questi attivano la portata con rubinetti elettrici. Se l’ambiente è freddo viene fatta circolare più acqua calda. Poco importa che la temperatura sia di 30 gradi anziché i 35 nominali.
Pertanto non è necessario mantenere sempre in temperatura il bollitore. Un certo ritardo nell’intervento della pompa di calore, anche di molte ore, è perfettamente compatibile con il sistema.
N.B.: Il consenso con relè esterno si somma al consenso della centralina della PDC. La centralina della PDC lo dà quando la temperatura del bollitore scende sotto la soglia fissata; la centralina AURORA dà il consenso quando c’è un surplus utile. In sostanza la PDC si avvia solo quando entrambe le centraline danno l’ OK e viene disattivata quando una delle due si pone in stato OFF.
Bisogna però fronteggiare anche le lunghe giornate grigie, nebbiose e piovose, con scarsissima produzione fotovoltaica. Quando la temperatura del bollitore scende sotto un certo limite la centralina della pompa di calore attiva la pompa e, se non basta, anche la resistenza elettrica annegata nel bollitore.
Quest’ultima accensione è da evitare, per lo scarso rendimento termico della resistenza (COP = 1) ma l’ interruttore relativo ci può servire per attivare il consenso all’accensione della pompa di calore, anche quando la centralina AURORA la mantiene disattivata per mancanza di energia elettrica utile.
In questa ipotesi occorre dotare la centralina AURORA di un ingresso EXT che consenta di mettere in posizione ON, NO LIMIT il relè di consenso della pompa di calore. In alternativa si può attivare un contatto con un interruttore manuale che ponticella l’uscita relè.
Un’altra soluzione può essere l’attivazione del NO LIMIT con un deviatore sul frontale della centralina, unitamente al LED che indica la situazione ON o OFF del relè, cioè il consenso.
AURORA è basata su arduino NANO ed è molto semplice dal lato hardware, ma è molto sofistificata dal lato software.
Un’altra variabile da considerare è rappresentata dalle pompe di calore a tecnologia inverter che consente di modulare la potenza della pompa di calore in funzione delle circostanze, perché si ottiene un miglior rendimento facendo funzionare la pompa di calore a basso regime per più tempo, piuttosto che ad alto regime per periodi più brevi.
Pertanto con pompe di calore a tecnologia inverter diventa più problematico gestire l’accensione con la tecnica dell’ON/OFF per l’autoconsumo. Tuttavia possiamo egualmente impostare dei limiti di accensione e spegnimento con la regolazione dei 2 trimmer, con l’avvertenza di impostare, rispettivamente, l’accensione su livelli bassi (1 kw di surplus per pompe da 2,5 Kw massimi, ad esempio) e lo stacco per livelli alti di prelievi da rete (2 kw, ad esempio).
L’autoconsumo trae grande beneficio da una centralina aggiuntiva, sofisticata come AURORA. Non basta confidare sullo “scambio sul posto” che ci consente di utilizzare, in inverno, il fieno, cioè i kwh messi in cascina l’estate con le immissioni in rete.
La gestione delle pompe di calore, con tutte le problematiche evidenziate, è davvero interessante, a maggior ragione quando si possiede un potente impianto fotovoltaico, ma è materia in gran parte da scoprire. E’ importante conoscere bene la teoria, per poter implementare le soluzioni migliori, in relazione alle caratteristiche del proprio “sistema” di riscaldamento a pompa di calore.
La centralina proposta offre anche il vantaggio di segnalare esattamente i dati cumulati, in kwh, relativi ai consumi, alla produzione fotovoltaica, a immissioni in rete e prelievi. Si possono resettare i dati ogni 24 ore o per periodi più lunghi (settimana, decade, mese).
Altro vantaggio di AURORA, non di poco conto, è la protezione dal rischio di distacco del contatore, per sovraccarico, quando si utilizzano più elettrodomestici energivori: la pompa di calore viene disattivata.
Quanta parte dei 3000 kwh ipotizzati può essere coperta da autoconsumo ? La risposta è difficile, ma, sulla base dei dati di progetto si può stimare che il risultato sia molto importante soprattutto nei mesi di fine inverno e primavera, quando la produzione fotovoltaica è importante. Arrivare ad un terzo non è utopia.
La nuova frontiera è la “filosofia” NZEB (near-zero energy buildings) e la centralina AURORA, che gestisce al meglio la pompa di calore, in una logica di ottimizzazione delle risorse energetiche, è un tassello importante di questo disegno.
Siamo in un campo molto sofisticato che supera, anni luce, le stufe a legna dei nostri nonni; la tecnologia ci offre la possibilità di risolvere i problemi usando la testa, una tantum, piuttosto che le braccia in via continuativa. Si tratta solo di impegnare un poco della nostra intelligenza per la messa a punto della centralina AURORA.
Stop al lavoro “sporco”: le pompe di calore non inquinano, a differenza del riscaldamento a legna o pellet.
E stop allo spreco: una pompa di calore, gestita con intelligenza, fa risparmiare un sacco di denaro. Del nostro denaro.
Bello e possibile !!
La centralina per PDC, con le caratteristiche indicate, è prodotta e commercializzata da PARSIC ITALIA di Cervia, in più versioni. La presentazione avviene nelle più importanti EXPO’ Elettronica.