Analisi teorica e sperimentale sulle pompe di calore

Questa tesi di dottorato è incentrata sull’analisi teorica e sperimentale di macchine frigorifere e in particolare di pompe di calore. Nella prima parte si affronta il calcolo di progetto e di verifica di macchine frigorifere e dei loro componenti. Attraverso un’accurata modellizzazione dei dispositivi coinvolti e dello scambio termico si è giunti a sviluppare un software di calcolo completo, che permette di valutare il comportamento di questo tipo di macchine anche in punti di lavoro off-design. Una parte consistente del lavoro è stata dedicata al calcolo della carica di refrigerante ottimale e agli effetti di accumulo di carica nel ricevitore di liquido con diverse condizioni al contorno. I risultati che si sono ottenuti sono stati verificati confrontando i risultati teorici con prove sperimentali effettuate ad hoc su un prototipo appositamente predisposto e su varie altre produzioni di serie presso la sala prove di Hiref S.p.A. La seconda sezione affronta lo studio delle pompe di calore ad assorbimento ad acqua-ammoniaca. Anche in questo caso l’approccio è dapprima quello del calcolo di progetto termodinamico, seguito da una verifica delle stime effettuate attraverso prove sperimentali su di un prototipo. Nella terza sezione del lavoro viene effettuata un’analisi energetica su un impianto di nuova concezione confrontando i possibili vantaggi rispetto a sistemi tradizionali di generazione. Lo studio si articola attraverso varie simulazioni dinamiche svolte in ambiente TRNSYS. A tal fine è stato possibile ottimizzare i modelli di simulazione dei singoli componenti, avendo accesso ai dati sperimentali sulle prestazioni delle singole macchine. Inoltre è stato possibile condurre delle prove su un impianto pilota installato presso i laboratori di SIME S.p.A. Ciò ha permesso di ricavare informazioni utili per modellizzare il comportamento dinamico di un serbatoio di accumulo combinato con stratificazione. Dopo aver calibrato i modelli dei singoli componenti di impianto è stato possibile ricostruire un modello completo dell’impianto e di una villetta bifamiliare in ambiente TRNSYS; il modello considera il riscaldamento sia a bassa che ad alta temperatura e la produzione di acqua calda sanitaria. Il sistema ibrido composto da caldaia modulante a condensazione, pompa di calore reversibile e solare termico viene messo a confronto con una soluzione convenzionale, ovvero un impianto con sola caldaia, e con diverse combinazioni di fonti energetiche.