Make everything as simple as possible,
but not simpler!
  A.Einstein

Come per la stragrande maggioranza dei generatori di calore, anche le pompe di calore sono soggette ad una modifica del rendimento nel caso in cui il carico applicato sia inferiore alla potenza massima che il generatore può fornire.

Di questo aspetto la UNI/TS 1130-4 se ne occupa al punto  9.4.4 (Prestazioni fattore di carico ridotto) introducendo un fattore correttivo da applicare al COP dichiarato dal costruttore nelle prestazioni a pieno carico.

Tale fattore correttivo può essere determinato:

  • in base ad una elaborazione di dati forniti dal fabbricante;
  • in base a modelli di calcolo di default quando tali dati non siano forniti

Nello stesso paragrafo, la UNI/TS 11300-4 richiama una norma praticamente sconosciuta. Si tratta della EN 14825 pubblicata da UNI nel maggio del 2012. Il titolo è significativo: “Condizionatori d’aria, refrigeratori di liquido e pompe di calore, con compressore elettrico, per il riscaldamento e il raffrescamento degli ambienti. Metodi di prova e valutazione a carico parziale e calcolo del rendimento stagionale”.

La EN 14825 introduce dapprima alcune definizioni che vale la pena di riprendere per inquadrare meglio l’argomento:

PLR, part load ratio: carico parziale o carico totale diviso per il pieno carico.
DC, declared capacity: potenza termica che può essere erogata da una unità nelle condizioni standard A, B, C, D, E, F come da dichiarazione del costruttore.
CR, capacity ratio: rapporto fra carico parziale (o pieno carico) e pieno carico alle medesime condizioni di temperatura.
COPDC, coefficient of performance at declared capacity: potenza termica erogata divisa per la potenza elettrica in ingresso a specifiche condizioni di temperatura (kW/kW).
COPPL, coefficient of performance at part load: potenza termica erogata a carico parziale divisa per la potenza elettrica in ingresso a specifiche condizioni di temperatura (kW/kW).
SCOP, seasonal coefficient or performance: efficienza stagionale di una unità che deve soddisfare la domanda standard di calore a determinate condizioni previste dalla procedura (una variante chiamata SCOPnet non considera i consumi elettrici per termostato, standby, etc.) (kW/kW). Da non confondere con SPF!

Le condizioni A, B, C, D, E, F prevedono valori standard sia per la temperatura sia per il carico termico applicato. Per le condizioni in modalità riscaldamento sono disponibili le tabelle 6, 9 e 12 della EN 14825.

Forse a causa del fatto che la EN 14825 è di pubblicazione così recente, ma la stragrande maggioranza di produttori di pompe di calore (nota: da quanto risulta alla data attuale, tutti) non è in grado di presentare nei manuali tecnici i dati richiesti per il calcolo del fattore correttivo del COP ai diversi fattori di carico CR. (nota: Aermec non è esclusa da questo; ci stiamo lavorando).

Procedura di calcolo per la determinazione di COPPL alle condizioni di carico parziale A, B, C, D.

Al solito, per il produttore di pompe di calore sono previste procedure standard per la determinazione e la presentazione del dato (EN 14511 – EN 14825).

Nel caso i dati del produttore non siano disponibili, la EN 14825 prevede comunque un algoritmo di calcolo della prestazione a carico parziale.

Per pompe di calore aria/aria, antigelo/aria, acqua/aria si utilizza la formula (11):

COPPL(A,B,C,D) = COPDC × (1 − Cd × (1 − CR))

dove coefficiente Cd viene determinato con appositi test oppure assume il valore 0,25.

Per pompe di calore aria/acqua, antigelo/acqua, acqua/acqua si utilizza la formula (12):

COPPL(A,B,C,D) = COPDC × (CR / (Cc × CR + (1−Cc))

dove coefficiente Cc viene determinato con appositi test oppure assume il valore 0,9.

Queste formule sono valide per pompe di calore a potenza fissa (on-off).  Per pompe di calore a potenza variabile (inverter) si assume un fattore correttivo pari a 1 fino al valore minimo di modulazione e per valori di CR più bassi si procede come per le apparecchiature a potenza fissa.

E’ possibile rendersi facilmente conto del degrado delle prestazioni che il CR causa sul COP. Ad esempio ecco cosa accade ad una pompa di calore aria-acqua che ha un COP a potenza nominale pari a 3,5. Nel grafico di destra lo stesso modello con tecnologia inverter (valore minimo di modulazione 30%). (nota: l’asse orizzontale indica il CR e quello verticale il COP)

decadimento delle prestazioni a carico parziale in PdC on-off e inverter

Basta un’occhiata per verificare che con CR < 0,20 (all’incirca) si esce dal range di convenienza dell’apparecchiatura (perlomeno in termini di energia primaria).

La “questione complicata” della formula 57

Su questo argomento, la EN 14825 è assolutamente completa di informazioni e di algoritmi. Proprio per questo motivo viene più volte citata come norma di riferimento all’interno della UNI/TS 11300-4.

Purtroppo, per cause sconosciute ai più, la formula (12), relativa al calcolo del fattore di correzione per pompe di calore con pozzo caldo acqua descritta poco sopra, è stata trascritta in questo modo nella UNI/TS 11300-4 (formula 57):

COPA,B,C,D = COPDC × CR / ((1 – Cc) × CR + Cc)

confronto formula 12 e formula 57

Formula diversa, risultato diverso. Ecco cosa succede utilizzando le due formule con le stesse condizioni già viste (COP a potenza nominale = 3,5 con apparecchio a potenza fissa).

Per comodità di confronto, su unico grafico sono state inserite entrambe le serie (sempre asse X per il CR ed Y per il COP).

Il risultato è quantomeno drammatico. Al di sotto di un CR pari a circa 0,7 la pompa di calore perde qualunque vantaggio prestazionale.

Se consideriamo che normalmente un generatore viene dimensionato sul “carico di picco”, si lavora con un fattore di carico sempre basso e si ottengono rese ridicole.

Noi abbiamo segnalato l’incongruenza al CTI (probabilmente per primi) già moltissimo tempo fa. I colleghi delle altre software house, hanno preferito utilizzare un escamotage del tipo Cc = (1-Cc) in modo che la formula riprenda l’andamento previsto in origine.

Ho sottomano la mail inviata agli utenti da una nota software house che parlando appunto di “questione complicata”, consiglia gli utenti: “se il produttore dichiara un coefficiente Cc di 0,9 nel campo Cc dell’archivio pompe di calore bisogna inserire 0,1”. E sappiamo che il produttore non può dichiarare qualcosa di diverso da 0,9.

Qualche giorno fa un utente di MC 11300 mi chiede informazioni sul perché proponiamo Cc=0,9 mentre si dovrebbe proporre 0,1 come per gli altri software …

Questo eccesso di piaggeria (non credo si possa parlare di zelo) nei confronti del CTI da parte delle software house ha portato questo argomento ad un livello di confusione veramente esagerato. E sulle pompe di calore (che di confusione ne hanno inserita a sufficienza), non era assolutamente necessario.

Nell’attesa che gli organi competenti facciano chiarezza, ricordiamo che MC 11300 utilizza nel calcolo del fattore di correzione ai carichi parziali la formula ufficiale disponibile nella EN 14825. Il coefficiente Cc deve pertanto rimanere pari a 0,9.

MC 11300


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