L'impianto solare termico e la pompa di calore insieme forniscono una fornitura di calore affidabile
Nel 2006, Friedrich Freß e la sua famiglia hanno realizzato il sogno di possedere una casa unifamiliare a Maroldsweisach, in Franconia. In qualità di libero professionista specializzato in impianti sanitari, di riscaldamento e di condizionamento, attribuisce grande importanza a una fornitura di calore efficiente ed ecologica, adatta alla sua casa a basso consumo energetico. Per questo motivo, ha optato per una pompa di calore in combinazione con un impianto solare termico: "In questo modo, la mia casa è riscaldata completamente con energie rinnovabili", afferma felice Freß. Con l'aiuto dell'esclusivo collettore di miscelazione a più vie rMIX 3 x 3 L 35 di HG Baunach GmbH & Co. KG, entrambi i sistemi, completamente diversi in termini di utilizzo dell'energia, lavorano insieme e si completano a vicenda in modo ottimale.
Fig. 1: Per la sua casa unifamiliare di nuova costruzione, con una superficie di riscaldamento di 410 metri quadrati, il costruttore e specialista in HVAC Friedrich Freß cercava un concetto energetico lungimirante ed ecologico.
Freß ha installato personalmente i due sistemi insieme a due dipendenti della sua azienda. Ernst Freß oHG Ingegneria sanitaria. Fondata nel 1948, l'azienda è specializzata nell'installazione di tutti i tipi di sistemi di riscaldamento e vanta una vasta esperienza nel campo delle energie rinnovabili. "Oltre agli impianti solari e alle pompe di calore, installiamo anche impianti di riscaldamento a pellet, impianti a cippato, impianti di cogenerazione e impianti a biogas", spiega Freß, descrivendo le sue principali aree di competenza. Nonostante il suo elevato livello di competenza in questo settore, Freß è stato felice di avvalersi del supporto di HG Baunach GmbH & Co. KG durante la fase di progettazione. Freß ha conosciuto l'azienda di Hückelhoven grazie a una presentazione specialistica alla corporazione di Schweinfurt, che gli ha offerto la soluzione ideale per combinare una pompa di calore e un sistema solare termico.
Pompa di calore e impianto solare: una buona combinazione?
Fig. 2: Servizio incluso: Hans-Georg Baunach (a sinistra), responsabile dell'omonima azienda e inventore del rendeMIX, controlla il corretto funzionamento del suo concetto di riscaldamento personalizzato per Friedrich Freß (a destra) in loco.
Fig. 3: Il sistema di riscaldamento: un impianto solare termico di oltre 40 metri quadrati con un serbatoio tampone da 2.000 litri e una pompa di calore forniscono alla casa della famiglia Freß il calore necessario in modo affidabile ed ecologico.
"All'inizio era prevista solo la pompa di calore con ventilazione domestica controllata", racconta Freß del suo progetto iniziale. Poi ha deciso di aggiungere un impianto solare termico, in parte per rispetto dell'ambiente e in parte come riferimento per i suoi clienti. La questione principale su cui si è concentrato durante la fase di progettazione è stata come combinare i due sistemi in modo sensato, senza che interferissero l'uno con l'altro e ne compromettessero l'efficacia. Infatti, mentre la pompa di calore ha un flusso di grande volume con uno spread ridotto (5K), il bollitore tampone collegato all'impianto solare termico funziona esattamente al contrario, con un flusso di volume ridotto e uno spread elevato. Il sistema solare termico richiede assolutamente basse temperature di ritorno per una produzione energetica efficiente. Solo così può contribuire in modo significativo al sostegno del riscaldamento in inverno. Il calore generato dal sistema solare termico viene stratificato in un bollitore tampone, in modo che l'acqua più calda sia sempre immagazzinata in alto e quella più fredda in basso. In questo modo, non c'è miscelazione e sono disponibili sia le alte che le basse temperature. Se il calore della pompa di calore venisse immagazzinato anche nel bollitore tampone, nella configurazione prevista da Freß, si distruggerebbe la sensibile stratificazione della temperatura: era quindi necessario evitare che la pompa di calore mescolasse il bollitore tampone, che è supportato da un modulo di carica a strati, a tal punto da non poter più sfruttare l'energia solare. Freß era quindi alla ricerca di un progetto idraulico che eliminasse la contraddizione tra i due principi e li integrasse in un concetto di riscaldamento sovraordinato. Tuttavia, gli schemi idraulici disponibili in commercio non attiravano Freß. Per questo motivo fu ancora più entusiasta quando H.G. Baunach gli presentò il suo collettore di miscelazione multiplo rMIX 3 x 3 L 35, da lui stesso progettato e brevettato.
Il concetto: la separazione come soluzione
Fig. 4: Massa inerte come tampone: l'installatore specializzato Freß ha posato il riscaldamento a pavimento in tutta la casa con una distanza tra gli anelli di 10 cm (7 cm nei bagni). La pompa di calore utilizza il riscaldamento a pavimento come tampone e quindi non mescola la sensibile stratificazione nell'accumulatore.
Inoltre, il capo dell'azienda e l'ingegnere addetto allo sviluppo hanno progettato un concetto di riscaldamento personalizzato per ottenere un elevato sfruttamento del sole e, allo stesso tempo, lunghi tempi di funzionamento della pompa di calore. La soluzione risiedeva nella netta separazione dei due sistemi, l'unico modo per rendere giustizia a entrambi. L'accumulatore tampone esistente da 2.000 litri è stato reso interamente disponibile per l'uso solare e solo nella zona superiore è stata creata una zona calda per la preparazione dell'acqua calda tramite una stazione di acqua dolce. Per quanto riguarda la pompa di calore, il riscaldamento a pavimento è stato progettato come una massa termicamente inerte rispetto all'accumulo. A tal fine, il controllo a compensazione delle condizioni atmosferiche è stato posizionato sul flusso di ritorno dall'edificio, il che comporta tempi di funzionamento notevolmente più lunghi: La pompa di calore funziona sempre finché non si verifica un aumento di temperatura nel flusso di ritorno. "Il vantaggio di combinare una pompa di calore e il riscaldamento a pavimento è che entrambi sono sistemi a bassa temperatura: Entrambi hanno un grande volume di flusso con una bassa diffusione e quindi si adattano perfettamente", spiega Baunach. In questo modo si evita che la pompa di calore si accenda e si spenga continuamente, con un inutile spreco di energia.
Armonia ed efficienza grazie a una chiara divisione dei compiti
Fig. 5: Il cuore del sistema di riscaldamento: il collettore di miscelazione multiplo rMIX 3 x 3 L 35 è il centro di controllo del sistema di riscaldamento: Con il suo aiuto, il sistema solare termico e la pompa di calore si completano a vicenda invece di interferire con le prestazioni reciproche.
Oltre a separare i due sistemi, era importante garantire che non ci fossero interruzioni nella divisione dei compiti. Per evitare che la pompa di calore si accenda quando il calore solare è ancora sufficiente nell'accumulo, la curva di riscaldamento della regolazione del circuito di miscelazione è stata impostata leggermente più alta di quella della pompa di calore. Non appena la pompa di calore si avvia, il miscelatore viene aperto completamente. Un circuito di relè impedisce al miscelatore di chiudersi nuovamente a causa dell'aumento della temperatura di mandata, che porterebbe a una riduzione della portata e quindi a uno spegnimento ad alta pressione. Non appena la pompa di calore si spegne, il controllo del circuito di miscelazione dell'impianto solare termico riprende il controllo del miscelatore. Il miscelatore viene chiuso, impedendo al calore del tampone dell'edificio di raggiungere il tampone solare. Ciò significa che il calore solare può essere accumulato sempre al livello di temperatura più basso, massimizzandone l'utilizzo. Inoltre, nel regolatore di energia è stato installato un circuito di ritardo con un cosiddetto relè a scala, che consente alla pompa di funzionare per tre minuti dopo la preparazione dell'acqua calda. Durante questo lasso di tempo, il miscelatore può aprirsi di nuovo, poiché il controllore di energia cerca sempre di commutare il sistema in modalità di riscaldamento subito dopo una fase di preparazione dell'acqua calda, per ridurre al minimo l'avvio.
Il rendeMIX come mediatore
Fig. 6+7 :Cablaggio intelligente: due circuiti di relè garantiscono l'apertura e la chiusura controllata del miscelatore.
Il collettore di miscelazione multiplo rMIX 3 x 3 L 35 è il centro di controllo dell'impianto di riscaldamento e il mediatore tra l'impianto solare termico e la pompa di calore. Il raccordo è collegato direttamente al bollitore tampone, dove assicura una stratificazione ideale e quindi lo sfruttamento del calore solare. L'ultimo prodotto di Baunach con uscita di carica ha tre ingressi al bollitore tampone, consentendo uno scarico ottimale a due zone. Finché l'attacco centrale è ancora alimentato con una temperatura sufficientemente alta, il miscelatore non accede all'ingresso superiore, dove la pompa di calore è collegata all'accumulo. Non appena il miscelatore si apre all'ingresso superiore, l'ingresso inferiore si chiude e dirige l'intero flusso di ritorno del riscaldamento a pavimento nella parte inferiore del buffer. Se anche la parte centrale del buffer viene scaricata, il miscelatore si apre completamente e convoglia l'intero flusso di ritorno del riscaldamento a pavimento attraverso la pompa di calore, che può quindi avviarsi. Il circuito del relè impedisce che l'eccessiva temperatura di mandata provochi la chiusura del miscelatore. La pompa di calore funziona finché il ritorno a pavimento dall'edificio un temviene misurato l'aumento di temperatura. Quando il miscelatore viene rilasciato, si chiude e mantiene così il calore della pompa di calore nell'edificio. Nella successiva fase di raffreddamento, il miscelatore si riapre lentamente, sfruttando ogni kWh solare, prima di riaprirsi completamente e il ciclo ricomincia.
Una partnership senza problemi
Fig. 8: fornitura sicura di acqua calda sanitaria: Un modulo per l'acqua dolce Sonnenkraft garantisce una fornitura di acqua calda sicura e conveniente. Funziona secondo il principio del flusso continuo: la quantità di acqua fresca desiderata viene riscaldata su richiesta tramite uno scambiatore di calore. La temperatura dell'acqua calda sanitaria corrispondente viene impostata tramite la manopola del termostato. (Tutte le immagini e la grafica: Baunach)
"La soluzione è semplice e geniale", spiega Freß. Il rendeMIX permette di combinare due sistemi qualsiasi e garantisce un sistema di riscaldamento estremamente efficiente. Con l'aiuto di questo collettore di miscelazione multiplo, Freß può far funzionare contemporaneamente la sua pompa di calore Vaillant e l'impianto solare senza alcun problema. In questo modo, l'intera casa, con una superficie riscaldabile di 410 metri quadrati, viene ora alimentata con calore generato in modo rigenerativo. Quando ha pianificato il fabbisogno di acqua calda sanitaria, Freß ha ipotizzato un fabbisogno giornaliero totale di 200 litri, che ora viene riscaldato dal sole dalla primavera all'autunno. Un modulo per l'acqua fresca fornisce sempre acqua calda fresca, evitando così la legionella. In inverno, il sistema solare contribuisce ancora al riscaldamento a bassa temperatura. La pompa di calore interviene solo se il sistema solare termico non è in grado di fornire sufficiente acqua calda sanitaria o temperatura del pavimento. L'area del collettore del sistema solare termico è sufficientemente ampia, con oltre 40 metri quadrati. I collettori sul tetto del produttore austriaco Sonnenkraft sono orientati in modo ottimale verso sud sul tetto inclinato di 45°, garantendo così elevati rendimenti solari. La pompa di calore Vaillant, del tipo VWS 22 /1P, ha una potenza termica di 22,6 kW. Con 25 % di energia motrice, ottiene i restanti 75 % dall'energia solare immagazzinata nell'ambiente. Il suolo, le acque sotterranee e l'aria esterna vengono utilizzati come fonti di calore. In un processo circolare, noto come processo di Carnot, il calore estratto dall'ambiente viene portato a un livello di temperatura più elevato e quindi utilizzato per il riscaldamento. "La mia decisione a favore della pompa di calore è stata chiara fin dall'inizio. A mio avviso, è il modo migliore e più lungimirante per fornire riscaldamento e comfort idrico e consente un riscaldamento ecologico ed economico che mi rende indipendente dai fornitori di energia", afferma Freß, spiegando le sue ragioni.
Il lieto fine
Il proprietario dell'edificio e artigiano specializzato Freß è molto soddisfatto della soluzione per il suo impianto di riscaldamento: "Il rendeMIX ha risolto tutti i miei problemi in un colpo solo, consentendo uno sfruttamento intelligente dei rendimenti solari grazie alla speciale interconnessione idraulica dei percorsi di flusso", riassume Freß. Soprattutto, è rimasto soddisfatto della consulenza completa di Baunach, che, come sa da esperto, purtroppo non è sempre scontata. Gli esperti di Hückelhoven non si sono limitati a consegnare il loro prodotto unico, ma hanno anche sviluppato l'intero concetto di riscaldamento, compreso uno schema idraulico ed elettrico a colori, hanno parlato con il produttore della pompa di calore e si sono convinti in loco del corretto funzionamento del sistema, che da allora funziona senza problemi.
L'impianto solare termico e la pompa di calore insieme forniscono una fornitura di calore affidabile
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