4 pompe di calore acqua/acqua

4.1 Le acque sotterranee come fonte di calore

Se esistono le corrispondenti condizioni al contorno, la generazione di energia termica attraverso le acque sotterranee può rappresentare una forma molto efficiente di utilizzo termico del sottosuolo per scopi di riscaldamento e/o raffrescamento. Durante la progettazione, la costruzione e l'esercizio di sistemi di pozzo per l'uso termico del sottosuolo, devono essere osservati i requisiti della legge sull'acqua e le rispettive normative specifiche del paese. Per gli usi termici, in vista dell'efficienza del sistema e della protezione delle acque sotterranee, dovrebbero essere utilizzate principalmente le acque sotterranee in prossimità della superficie con un livello di falda libero (stesso strato di falda acquifera).

Quando si utilizzano livelli di acque sotterranee più profonde, sono necessarie misure protettive speciali. La progettazione e l'esecuzione di sistemi di pozzo deve essere effettuata da uffici di progettazione competenti o società specializzate adeguatamente qualificate nel commercio di costruzione di pozzi. Osservare le raccomandazioni della linea guida VDI 4640 parte 2. Le informazioni sulla produttività dello stock di acque sotterranee e sulla composizione chimica delle acque sotterranee sono assolutamente essenziali. Per la valutazione è consigliato un pozzo di prova, che può essere successivamente convertito in un pozzo. Devono essere osservate le raccomandazioni del produttore per la qualità dell'acqua di pozzo (vedere Sezione 4.2). Se la qualità dell'acqua non soddisfa le specifiche del produttore, è possibile utilizzare un modello a pompa di calore con un evaporatore adeguato (scambiatore di calore in acciaio inossidabile) o un circuito intermedio con scambiatore di calore a piastre in acciaio inossidabile avvitato (vedere Sezione 3.6 e Sezione 4.3.4) Usato. L'evaporatore deve essere protetto dai danni del gelo, ad esempio mediante un monitoraggio della temperatura o un circuito intermedio azionato con una miscela antigelo. Devono essere rispettate le indicazioni del produttore. Il circuito intermedio richiede energia aggiuntiva per azionare la pompa del glicole e riduce la temperatura della fonte di calore di circa 3 K, il che porta a un coefficiente di prestazione ridotto.

Per i piccoli impianti, l'acqua di falda è una fonte di calore piuttosto difficile da valutare se non si ha esperienza con gli impianti nelle immediate vicinanze, perché lo sforzo per un pozzo di prova è molto elevato. Il foro di prova non può essere utilizzato se non è idoneo. Per i sistemi di grandi dimensioni, i costi per un pozzo di prova e per un test di pompaggio sono di minore importanza; maggiori profondità (fino a 50 m) sono qui giustificabili dal punto di vista economico. I criteri più importanti per una decisione di sistema e una pianificazione preliminare sono riassunti di seguito:

• Approvazione secondo la legge sulla gestione delle acque (WHG) da parte dell'autorità idrica inferiore

• Distanza tra i pozzetti di aspirazione e aspirazione: almeno 15 m nella direzione del flusso della falda acquifera

• Distanza minima consigliata tra i fori e gli edifici esistenti: 2 m

• La stabilità degli edifici non deve essere messa in pericolo.

Disponibilità

• Tutto l'anno

Possibilità di utilizzo

• monovalente

• monoenergetico

• bivalente (alternativa, parallela, parzialmente parallela)

• rigenerativo bivalente

Sforzo di sviluppo

• Procedura di approvazione (autorità per le acque inferiori)

• Pozzetti di mandata/assorbimento con chiusura ermetica delle teste pozzo

• Qualità dell'acqua (analisi dell'acqua)

• Sistema di tubazioni

• Bene pompa

• Lavori di sterro / lavori di costruzione

Istruzioni per la manutenzione Per poter garantire un funzionamento sicuro della pompa di calore, è necessario manutenerla a intervalli regolari. I seguenti lavori possono essere eseguiti anche senza una formazione specifica:

• Pulizia dell'interno della pompa di calore

• Pulizia del circuito primario (filtro antiparticolato, filtro antiparticolato, ...)

Inoltre, ad intervalli regolari, devono essere verificate la tenuta della pompa di calore e la funzionalità del circuito frigorifero.

Gli interventi sui componenti che trasportano il refrigerante possono essere eseguiti solo da personale adeguatamente formato e istruito.

4.1.1 Informazioni sul dimensionamento - acqua di fonte di calore

La fonte di calore della pompa di calore acqua/acqua deve essere progettata per la capacità di raffreddamento della pompa di calore. Questo può essere calcolato dalla potenza di riscaldamento meno la potenza elettrica assorbita dalla pompa di calore nel punto di progetto. La regola di base per la fonte di calore è che la potenza Q trasferita all'evaporatore della pompa di calore₀ deve fornire. Si applica quanto segue: Uscita evaporatore Q₀ (kW_ns) = Potenza termica Q_C. (kW_ns) - consumo elettrico del compressore P_el (kW_el)

In caso di sostituzione di una vecchia pompa di calore con un modello più recente, è quindi necessario verificare la potenza del generatore di calore e, se necessario, adeguarla alla nuova potenza frigorifera.
Dimensionamento della pompa del pozzo

La portata volumetrica dell'acqua dipende dalle prestazioni della pompa di calore ed è convogliata dalla pompa pozzo. A seconda della potenza, il flusso di massa dovrebbe essere selezionato in modo tale che alla temperatura più bassa della fonte di calore (7 ° C) ci sia una diffusione della temperatura attraverso l'evaporatore di 2 - 3 Kelvin. La portata d'acqua indicata nelle informazioni sull'apparecchio della pompa di calore corrisponde a una variazione di temperatura della fonte di calore di circa 3 K. Oltre alla portata volumetrica, le perdite di pressione nel pozzo e i dati tecnici del produttore della pompa devono essere preso in considerazione. A tal fine vanno sommate le perdite di carico nelle tubazioni, negli interni e negli scambiatori di calore collegati in serie.

** La contropressione corrisponde alla compressione libera della pompa pozzo nel punto di lavoro meno la differenza di pressione tra il punto più alto del sistema pozzo e il livello dell'acqua (livello) nel pozzo (manometro).
Differenza di temperatura delle acque sotterranee della fonte di calore

Il Water Management Act (WHG) definisce la differenza tra la temperatura di ingresso e di uscita di una pompa di calore acqua/acqua. Questi valori sono definiti come segue:

• Variazione ammissibile della temperatura dell'acqua da immettere rispetto alla temperatura di estrazione della falda: +/- 6 K

• Temperatura minima dell'acqua da immettere: 5°C

• Temperatura massima dell'acqua da introdurre: 20°C

4.1.2 Sviluppo delle acque sotterranee della fonte di calore

Da una profondità del pozzo da 8 a 10 m, la fonte di calore dell'acqua di falda è adatta al funzionamento in pompa di calore monovalente, poiché questa mostra solo lievi fluttuazioni di temperatura (7-12 ° C) durante tutto l'anno. In linea di principio, per l'estrazione di calore dalle acque sotterranee deve essere disponibile l'approvazione dell'autorità competente per l'acqua. Viene generalmente rilasciato al di fuori delle zone di protezione delle acque, ma è vincolato a determinate condizioni, come una quantità massima di prelievo o un'analisi dell'acqua. L'importo prelevato dipende dalla potenza termica. Per il punto operativo W10 / W35, la tabella 4.1 contiene le quantità di prelievo richieste. La progettazione e la realizzazione del sistema pozzo con pozzi di mandata e assorbimento deve essere affidata a una società di perforazione certificata dall'associazione internazionale delle pompe di calore con un sigillo di approvazione o approvata secondo DVGW W120. In Germania, è necessario prendere in considerazione VDI 4640 fogli 1 e 2.

¹ Scambiatore di calore a spirale in acciaio inossidabile di serie! ² Prestare attenzione alla contropressione del sistema del pozzo per evitare danni ai cuscinetti della pompa del pozzo!
Tab.4.1: Tabella di dimensionamento delle pompe pozzo minime richieste per pompe di calore acqua/acqua per W10 / W35 per impianti standard a pozzi chiusi. La definizione finale della pompa del pozzo deve essere effettuata in consultazione con il costruttore del pozzo.

4.2 Requisiti di qualità dell'acqua

Indipendentemente dalle disposizioni di legge, l'acqua di falda non deve contenere sostanze induribili e devono essere rispettati i valori limite di ferro (<0,20 mg/l) e manganese (<0,10 mg/l) per evitare che l'impianto della fonte di calore diventi intasato. L'esperienza mostra che lo sporco con granulometria superiore a 1 mm, in particolare con componenti organici, può facilmente causare danni. Il materiale granuloso (sabbia fine) non si deposita se vengono rispettate le portate d'acqua specificate. Il sifone incluso nella fornitura della pompa di calore (maglia 0,6 mm) protegge l'evaporatore della pompa di calore e deve essere installato direttamente all'ingresso della pompa di calore.

Non è consentito l'uso di acque superficiali o salmastre. Le prime informazioni su un possibile utilizzo delle acque sotterranee possono essere ottenute dalla società di approvvigionamento idrico locale.

1. Pompe di calore acqua/acqua con scambiatore di calore a spirale in acciaio inox saldato (Tab.4.1)
   Un'analisi dell'acqua relativa alla corrosione dell'evaporatore non è necessaria se la temperatura media annua delle acque sotterranee è inferiore a 13°C. In questo caso devono essere rispettati solo i valori limite per ferro e manganese (formazione di ocra). A temperature superiori a 13°C (es. recupero del calore residuo) deve essere eseguita un'analisi dell'acqua secondo Tab.4.2 e deve essere verificata la resistenza dell'evaporatore in acciaio inox della pompa di calore. Se una caratteristica è negativa "-" o due caratteristiche sono "0" nella colonna "Acciaio inossidabile", l'analisi deve essere valutata come "Negativa".

2. Pompe di calore acqua/acqua con scambiatori di calore a piastre in acciaio inox saldobrasato Indipendentemente dalle disposizioni di legge, è necessario eseguire un'analisi dell'acqua secondo Tab. 4.2 per dimostrare la resistenza dell'evaporatore saldato in rame della pompa di calore. Se una caratteristica è negativa “-” o due caratteristiche sono “0” nella colonna “Rame”, l'analisi deve essere valutata come “Negativa”.

Tab 4.2: Resistenza degli scambiatori di calore a piastre saldobrasate o saldate in acciaio inossidabile ai costituenti dell'acqua "+" di solito buona resistenza; "0" Possono sorgere problemi di corrosione, soprattutto se diversi fattori sono classificati con 0; "-" non deve essere utilizzato; [<minore di,> maggiore di]

Anche se vengono rispettati i valori limite per la qualità dell'acqua specificati nella Tabella 4.2, depositi costanti di ferro, manganese e calce possono compromettere le prestazioni della pompa di calore, fino al completo guasto del sistema pozzo e pompa di calore . Pertanto, il sistema del pozzo deve essere controllato regolarmente e, se necessario, il sistema della pompa del pozzo deve essere pulito.

4.3 Sviluppo della fonte di calore

4.3.1 Uso diretto di acqua di qualità costantemente buona

L'acqua con temperature comprese tra 7°C e 25°C può essere utilizzata direttamente con una pompa di calore acqua/acqua se è stata dimostrata la compatibilità dell'acqua di falda, dell'acqua di raffreddamento o delle acque reflue secondo Tab. 4.2. In caso di valutazione negativa della qualità dell'acqua o se la qualità dell'acqua cambia, è necessario utilizzare una pompa di calore con un circuito intermedio (vedere Sezione 4.3.2 e segg.).

4.3.1.1 Acque sotterranee della fonte di calore

Pozzi di estrazione L'acqua di falda, che la pompa di calore utilizza come fonte di calore, viene prelevata dal terreno tramite un pozzo. La resa del pozzo deve garantire l'estrazione continua per la minima portata d'acqua attraverso la pompa di calore.
Fontana di ingresso L'acqua di falda raffreddata dalla pompa di calore viene reimmessa nel terreno tramite un pozzo di iniezione. Questo deve essere perforato almeno 15 m dietro il pozzo di mandata in direzione del flusso di falda al fine di escludere un "cortocircuito di flusso".Il pozzo di presa deve essere in grado di assorbire la stessa quantità di acqua che il pozzo di mandata può erogare.

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Fig. 4.1: Esempio di integrazione della pompa di calore acqua/acqua con pozzi di mandata e assorbimento

4.3.1.2 Calore di scarto della fonte di calore dall'acqua di raffreddamento

Intervallo di temperatura
Quando si utilizza acqua con temperature comprese tra 8 ... 25 ° C, occorre prima chiarire se l'acqua di raffreddamento è disponibile in qualità e quantità sufficienti e in che misura può essere utilizzato il calore generato dalla pompa di calore. Se la compatibilità del raffreddamento o dell'acqua di scarico secondo la tabella 4.2 è assicurata in modo permanente, è possibile utilizzare una pompa di calore acqua/acqua.

4.3.2 Utilizzo indiretto dell'acqua come fonte di calore

Se la compatibilità dell'acqua non può essere dimostrata o c'è il rischio che la qualità dell'acqua possa cambiare, è necessario collegare a monte uno scambiatore di calore intermedio per proteggere la pompa di calore. Il circuito intermedio aumenta l'affidabilità operativa, soprattutto quando si utilizza una pompa di calore acqua glicolata/acqua e il circuito secondario viene quindi riempito di acqua glicolata. Una pompa di calore acqua/acqua con scambiatore di calore intermedio dovrebbe essere utilizzata solo se non è consentito l'uso della salamoia come fluido termovettore e possono essere garantite temperature dell'acqua permanenti superiori a 10 ° C (ad es.

4.3.3 Raccomandazione di progettazione acqua di falda / scambiatore di calore del circuito intermedio

Pompa di calore del glicole con scambiatore di calore del circuito intermedio (pacchetti WSI)
(Utilizzo di acque sotterranee, sistema chiuso)
La temperatura minima di uscita della salamoia deve essere impostata su > 1°C. Nel circuito della sorgente di calore deve essere previsto un termostato che spenga la pompa di calore in caso di guasto (termostato a fascia compreso nella fornitura dei pacchetti WSI).
Pompa di calore ad acqua con scambiatore di calore del circuito intermedio
(Uso delle acque sotterranee, sistema aperto)
Si consiglia l'installazione di un flussostato perché possono verificarsi ritardi prima che venga pompata una quantità sufficiente di acqua freatica o che il flusso di volume possa diminuire bruscamente durante il funzionamento.
Pompa di calore ad acqua con scambiatore di calore a spirale in acciaio inox per le acque sotterranee
(Uso delle acque sotterranee, sistema aperto)
Uno scambiatore di calore a spirale in acciaio inossidabile ("Spirec") aumenta l'affidabilità del sistema a pompa di calore. L'utilizzo di un flussostato (DFS) contribuisce ad un ulteriore aumento della sicurezza operativa.

4.3.4 Scambiatore di calore (Separatore di sistema) per proteggere la pompa di calore

L'esterno Lo scambiatore di calore deve essere progettato in base alla pompa di calore utilizzata, al livello di temperatura esistente e alla qualità dell'acqua. Nel caso più semplice, lo scambiatore di calore è costituito da tubi in PE che vengono posati direttamente nella fonte di calore e quindi non richiedono una pompa della fonte di calore aggiuntiva. Questa alternativa conveniente può essere utilizzata se il volume della fonte di calore è sufficientemente grande (ad es. bacino di acque reflue, acqua corrente).
In caso contrario, devono essere utilizzati scambiatori di calore a piastre avvitate.
Lo scambiatore di calore è configurato in base ai seguenti parametri:

• Qualità dell'acqua

• Intervallo operativo di temperatura

• Potenza frigorifera del tipo di pompa di calore utilizzata

• Portata acqua circuito primario e secondario

A seconda della versione software del controllo della pompa di calore, è possibile regolare la protezione antigelo di una pompa di calore acqua glicolata/acqua. Se il valore standard viene aumentato da -8°C a +4°C, la pompa di calore viene spenta a temperature di uscita della salamoia inferiori a +4°C.
Montaggio dello scambiatore di calore Per un trasferimento ottimale del calore, gli scambiatori di calore devono essere collegati secondo il principio del controcorrente. Devono inoltre essere protetti dalla contaminazione. A tal fine, davanti all'ingresso dello scambiatore di calore deve essere installato un filtro antisporco con una maglia di circa 0,6 mm. I compensatori dovrebbero essere utilizzati per ridurre la trasmissione del rumore e delle vibrazioni trasmesse dalla struttura (ad es. pompe per fonti di calore ...).
Manutenzione degli scambiatori di calore A seconda del grado di contaminazione dell'acqua, lo scambiatore di calore può sporcarsi, riducendo la sua capacità di trasmissione. Per evitare ciò, è necessario eseguire una pulizia regolare. Ad esempio, viene utilizzato il cosiddetto processo CIP (cleaning-in-place). Lo scambiatore di calore viene risciacquato in loco con un acido debole come acido formico, citrico o acetico per rimuovere i depositi.

* Suggerimento per una pompa da pozzo ** Controllo con segnale di ingresso 0 - 10V assolutamente necessario
Tab. 4.3: Tabella riepilogativa delle pompe di calore acqua/acqua a 2 compressori con pompe del circuito generatore (comprese nella fornitura della pompa di calore) e delle pompe pozzo minime richieste per W10 / W35 per impianti standard con pozzi chiusi. La definizione finale della pompa del pozzo deve essere effettuata in consultazione con il costruttore del pozzo.

4.3.4.1 Scambiatori di calore a piastre in acciaio inox da WTE 20 a WTE 40

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Fig.4.2: WTE 20 - WTE 37

Fig.4.3: WTE 40

Informazioni sul dispositivo scambiatore di calore a piastre in acciaio inossidabile

Tab.4.4: Dati tecnici scambiatori di calore a piastre avvitate in acciaio inox WTE 20 - WTE 40

4.3.4.2 Scambiatori di calore a piastre in acciaio inossidabile da WTE 50 a WTE 130

Informazioni sul dispositivo scambiatore di calore a piastre in acciaio inossidabile

Tab.4.5: Dati tecnici scambiatori di calore a piastre avvitate in acciaio inox WTE 50 - WTE 130

Avviso legale impronta