Nelle prossime pagine, verranno presentati alcuni schemi funzionali di sistemi ibridi con l'obiettivo di fornire un'illustrazione dei componenti principali e delle logiche di connessione associati a impianti ibridi di diversa complessità.
I primi quattro schemi riguardano installazioni tipiche domestiche. Il primo schema delineerà un sistema ibrido dedicato al servizio dell'impianto di riscaldamento e alla produzione di acqua calda sanitaria. Il secondo schema, invece, estenderà la sua funzionalità includendo anche la produzione di acqua refrigerata tramite l'impiego di una pompa di calore.
ll terzo e il quarto schema riprendono i precedenti, con la differenza che l'acqua calda è prodotta tramite accumulo anziché in istantanea.
Gli ultimi due schemi affronteranno soluzioni più complesse, progettate per impianti di dimensioni maggiori, ideali per soddisfare le esigenze di grandi edifici. Il quinto schema si concentrerà su un impianto dedicato esclusivamente alla produzione di calore, servendo sia il riscaldamento che la produzione di acqua calda. La dimensione più ampia di tali impianti permette l'implementazione di soluzioni più articolate, adatte a una gestione più raffinata ed efficiente dei flussi di calore.
Il sesto schema riguarda, invece, la produzione di calore e acqua refrigerata; anche in questo caso la taglia maggiore dell’impianto rende possibile una gestione energetica più efficiente con recupero del calore durante la produzione di acqua refrigerata.
SCHEMA 1 - IMPIANTO DOMESTICO: RISCALDAMENTO E ACS ISTANTANEA
È adatto per l’utilizzo di un sistema ibrido in impianti residenziali di medio-piccole dimensioni.
Caldaia e pompa di calore sono collegate in parallelo ad un accumulo termico con 4 attacchi dal lato del circuito primario. I due generatori possono funzionare in alternanza oppure contemporaneamente, l’accumulo opera anche da separatore idraulico e rende indipendenti i due circuiti.
L’accumulo deve essere dimensionato sulla base delle esigenze di funzionamento della pompa di calore. A seconda della taglia della PDC viene richiesto un volume minimo sempre disponibile di acqua tecnica per le funzioni ausiliarie della macchina (vedi Idraulica 64).
L’energia termica viene spillata dall’accumulo tramite le pompe del circuito secondario che alimentano i sistemi di emissione dell’abitazione.
La pompa di calore deve essere protetta dalle impurità tramite un filtro-defangatore specifico. Anche la caldaia deve essere dotata di un defangatore per la medesima necessità.
Essendo posizionata all’esterno, la PDC deve essere protetta dal gelo in caso di blackout elettrico e temperature sotto zero tramite l’utilizzo di apposite valvole antigelo. L'alternativa è quella di addizionare con il glicole tutta l’acqua dell’impianto.
L’acqua sanitaria viene generata in modalità istantanea dalla caldaia. In questo modo si ha un risparmio di spazio non dovendo installare un accumulo di acqua sanitaria, vi è però lo svantaggio di non poter alimentare molte utenze in contemporanea.
La produzione istantanea tramite caldaia a gas permette di non interrompere la funzione di riscaldamento mantenuta eventualmente attiva dalla pompa di calore.
La produzione istantanea di ACS fa sì che non vi siano le condizioni di sviluppo del batterio della legionella, l’acqua calda viene preparata solamente nel momento dell’utilizzo. Non è perciò necessaria la disinfezione termica della rete di distribuzione.
Negli schemi in fondo alla pagina sono riportate le varie modalità di funzionamento di questa configurazione.
Lo schema proposto è molto utilizzato nei casi di riqualificazione dell'impianto con l'aggiunta di una pompa di calore ad una caldaia esistente. Gli impianti riqualificati sono pricipalmente utilizzati per il solo riscaldamento e non sono dotati dei terminali adatti per il raffrescamento.
Se nel sistema sono presenti i fan-coil o l'impianto a pavimento con sistema di deumidificazione ad aria lo schema si presta anche all'utilizzo per il raffrescamento.
SCHEMA 2 - IMPIANTO DOMESTICO: RISCALDAMENTO, RAFFRESCAMENTO E ACS ISTANTANEO
Rispetto al caso precedente si applica quando negli impianti residenziali di medio-piccole dimensioni, vi sia la necessità di produrre acqua refrigerata tramite la pompa di calore per finalità di raffrescamento.
Il volano termico è collegato solo al ramo della pompa di calore, in questo caso sulla linea di ritorno e funge da serbatoio di acqua calda o acqua refrigerata a seconda della modalità di funzionamento. L’accumulo deve essere dimensionato sulla base delle esigenze di funzionamento della pompa di calore. A seconda della taglia della PDC viene richiesto un volume minimo sempre disponibile di acqua tecnica per le funzioni ausiliarie della macchina (vedi Idraulica 64).
Caldaia e pompa di calore sono collegate in parallelo ad un separatore idraulico con due tee prima degli attacchi primari. La portata necessaria viene spillata dal separatore idraulico tramite le pompe del circuito secondario che alimentano i sistemi di emissione dell’abitazione.
La pompa di calore deve essere protetta dalle impurità tramite un filtro-defangatore specifico. Anche la caldaia deve essere dotata di un defangatore per la medesima necessità.
Essendo posizionata all’esterno, la PDC deve essere protetta dal gelo in caso di blackout elettrico e temperature sotto zero tramite l’utilizzo di apposite valvole antigelo. Alternativa è quella di addizionare con il glicole tutta l’acqua dell’impianto.
L’acqua sanitaria viene generata in modalità istantanea dalla caldaia. Il vantaggio di questa soluzione è molteplice.
- Non si ha la necessità di dedicare spazio ad un accumulo sanitario con però la relativa limitazione al numero di utenze.
- Nella stagione invernale la funzione riscaldamento può essere espletata dalla PDC mentre in contemporanea la caldaia produce ACS.
- Nella stagione estiva la pompa di calore produce solo acqua refrigerata e non deve mai invertire il ciclo frigorifero per produrre ACS.
La produzione istantanea di ACS fa sì che non vi siano le condizioni di sviluppo del batterio della legionella, l’acqua calda viene preparata solamente nel momento dell’utilizzo. Non è perciò necessaria la disinfezione termica della rete di distribuzione.
Negli schemi qui sotto sono riportate le varie modalità di funzionamento di questa configurazione.
SCHEMA 3 - IMPIANTO DOMESTICO: RISCALDAMENTO E ACS AD ACCUMULO
A differenza dello Schema 1 (Riscaldamento e ACS istantaneo) la produzione ACS è prevista ad accumulo.
Gli svantaggi di questa configurazione sono la necessità di uno spazio tecnico per l’accumulo sanitario e la maggiore complicazione impiantistica.
I vantaggi sono legati alla possibilità di poter servire un numero di utenze più elevato rispetto alla produzione in istantaneo, e al fatto di poter sfruttare la quota di energia rinnovabile della pompa di calore per la produzione di ACS.
L’accumulo è dotato di una doppia serpentina. Una nella parte inferiore collegata alla pompa di calore. L’accensione della PDC può essere regolata tramite una sonda di temperatura inserita nella parte mediana dell’accumulo.
La serpentina superiore è collegata alla caldaia e anche in questo caso il consenso può essere comandato tramite una sonda di temperatura posta nella parte alta dell’accumulo.
Le priorità sanitario sono gestite da due valvole deviatrici sul circuito caldaia e sul circuito della PDC, e permettono di attivare la funzione sanitario per un solo generatore o per entrambi in contemporanea.
Dal lato riscaldamento caldaia e pompa di calore sono collegate in parallelo ad un accumulo termico con 4 attacchi. Anche in questa modalità i due generatori possono funzionare in alternanza oppure contemporaneamente, l’accumulo opera anche da separatore idraulico e rende indipendenti i due circuiti.
L’accumulo deve essere dimensionato sulla base delle esigenze di funzionamento della pompa di calore. A seconda della taglia della PDC viene richiesto un volume minimo sempre disponibile di acqua tecnica per le funzioni ausiliarie della macchina (vedi Idraulica 64).
L’energia termica viene spillata dall’accumulo tramite le pompe del circuito secondario che alimentano i sistemi di emissione dell’abitazione.
La pompa di calore deve essere protetta dalle impurità tramite un filtro-defangatore specifico. Anche la caldaia deve essere dotata di un defangatore per la medesima necessità.
Essendo posizionata all’esterno, la PDC deve essere protetta dal gelo in caso di blackout elettrico e temperature sotto zero tramite l’utilizzo di apposite valvole antigelo. Alternativa è quella di addizionare con il glicole tutta l’acqua dell’impianto.
Negli schemi qui sotto sono riportate le varie modalità di funzionamento di questa configurazione.
SCHEMA 4 – IMPIANTO DOMESTICO: RISCALDAMENTO, RAFFRESCAMENTO E ACS AD ACCUMULO
Rispetto alla configurazione precedente, questo schema permette di far funzionare la pompa di calore anche in modalità raffrescamento.
Gli svantaggi di questa configurazione sono la necessità di uno spazio tecnico per l’accumulo sanitario e la maggiore complicazione impiantistica.
I vantaggi sono legati alla possibilità di poter servire un numero di utenze più elevato rispetto alla produzione in istantaneo, e al fatto di poter sfruttare la quota di energia rinnovabile della pompa di calore per la produzione di ACS.
L’accumulo è dotato di una doppia serpentina. Una nella parte inferiore collegata alla pompa di calore. L’accensione della PDC può essere regolata tramite una sonda di temperatura inserita nella parte mediana dell’accumulo.
La serpentina superiore è collegata alla caldaia e anche in questo caso il consenso può essere comandato tramite una sonda di temperatura posta nella parte alta dell’accumulo.
Il volano termico è collegato solo al ramo della pompa di calore, in questo caso sulla linea di ritorno e funge da serbatoio di acqua calda o acqua refrigerata a seconda della modalità di funzionamento. L’accumulo deve essere dimensionato sula base delle esigenze di funzionamento della pompa di calore. A seconda della taglia della PDC viene richiesto un volume minimo sempre disponibile di acqua tecnica per le funzioni ausiliarie della macchina (vedi Idraulica 64).
Caldaia e pompa di calore sono collegate in parallelo ad un separatore idraulico con due tee prima degli attacchi primario. La portata necessaria viene spillata dal separatore idraulico tramite le pompe del circuito secondario che alimentano i sistemi di emissione dell’abitazione.
La pompa di calore deve essere protetta dalle impurità tramite un filtro-defangatore specifico. Anche la caldaia deve essere dotata di un defangatore per la medesima necessità.
Essendo posizionata all’esterno, la PDC deve essere protetta dal gelo in caso di blackout elettrico e temperature sotto zero tramite l’utilizzo di apposite valvole antigelo. Alternativa è quella di addizionare con il glicole tutta l’acqua dell’impianto.
Negli schemi qui sotto sono riportate le varie modalità di funzionamento di questa configurazione.
SCHEMA 5 – IMPIANTO DI MEDIO-GRANDI DIMENSIONI: RISCALDAMENTO E ACS CON DOPPIO ACCUMULO
Lo schema 5 si applica ad impianti di medio-grandi dimensioni.
Sono presenti due pompe di calore, una dedicata esclusivamente al riscaldamento ed una sia per il riscaldamento che per la produzione di acqua calda sanitaria. Lato riscaldamento le due macchine sono collegate ad un collettore, a sua volta collegato con un separatore idraulico che ha anche la funzione di volano termico per stoccare l'energia necessaria al corretto funzionamento delle macchine.
La produzione di acqua calda sanitaria è gestita tramite due accumuli. Uno di pre-riscaldo collegato ad una delle due PDC tramite una valvola a tre vie di priorità. Una volta preriscaldata l’ACS passa al secondo accumulo in cui è presente una serpentina collegata al circuito caldaia che ha la funzione di completare la fase di riscaldamento.
Le caldaie sono configurate in cascata in modo da poter avere una modulazione della potenza erogata. Essendo al di sopra dei 35 kW di potenza è necessaria l'installazione di tutta la serie di sicurezze previste dalla normativa INAIL. Un separatore idraulico divide il circuito primario da quello secondario costituito da due circolatori di rilancio.
In questa configurazione la funzionalità riscaldamento e la produzione di ACS possono essere mantenute in contemporanea sia per le PDC che per il gruppo caldaie.
SCHEMA 6 - IMPIANTO DI MEDIO-GRANDI DIMENSIONI, RISCALDAMENTO E ACS CON DOPPIO ACCUMULO, RAFFRESCAMENTO CON POMPA DI CALORE.
Lo schema 6 è il più flessibile per impianti medio-grandi di quelli mostrati sino ad ora. Le due pompe di calore sono di tipologia diversa, quella polivalente (evidenziata con la lettera P), è in grado di produrre simultaneamente acqua calda e acqua fredda, quella reversibile (evidenziata con la lettera R) può funzionare per la produzione di acqua calda oppure di acqua fredda.
Il riscaldamento può essere generato con la pompa di calore reversibile, con la caldaia come integrazione.
In fase di riscaldamento la macchina polivalente può essere utilizzata per produrre ACS per riscaldare il primo bollitore mentre la caldaia può riscaldare il secondo.
In fase di raffrescamento la macchina polivalente può produrre acqua fredda per la climatizzazione e in contemporanea produrre acqua calda sanitaria sfruttando il calore di condensazione generato nella prima operazione.
La pompa di calore reversibile può essere utilizzata come produzione di acqua refrigerata in contemporanea oppure in alternativa alla macchina polivalente. Le caldaie possono produrre acqua calda per la climatizzazione ed in contemporanea ACS nella stagione invernale, oppure essere utilizzate per la sola ACS nella stagione estiva. L'impianto così configurato è a 4 tubi; le linee per il riscaldamento e per il raffrescamento risultano separate.
