Il presente rapporto descrive le attività svolte nell’ambito del Sottoprogetto di “Ricerca di Sistema” denominato DEMOELEC finalizzate allo studio e alla dimostrazione dell’efficacia delle tecnologie elettriche per il risparmio energetico, la competitività delle imprese e la mitigazione dell’impatto ambientale delle lavorazioni industriali. Gli aspetti innovativi si concretizzano mediante l’approfondimento del modo con il quale talune tecnologie, oggi conosciute, vengono utilizzate, e l’esame del principio fisico di funzionamento, per individuare varianti costruttive, impiantistiche e di processo. I principali destinatari dei risultati ottenuti saranno: le imprese industriali ed agricole interessate a migliorare il proprio processo produttivo ed ad ottimizzare i costi energetici attraverso un migliore utilizzo della potenza elettrica disponibile, le aziende che desiderano individuare nuovi sbocchi commerciali e la collettività in generale per le ricadute positive sull’ambiente e sulla qualità dei prodotti e servizi utilizzati. Normalmente le pompe di calore sono utilizzate nel settore civile o industriale per la climatizzazione ambientale di edifici o di parti di edifici (stanze climatizzate per lo stoccaggio o il trattamento di prodotti). In questi contesti tecnologici, la tecnologia a pompa di calore è ampiamente collaudata ed utilizzata. Al contrario le analisi di scenario e gli approfondimenti effettuati direttamente presso alcuni stabilimenti di produzione, hanno evidenziato che le attuali tecnologie a pompa di calore male si adattano alle necessità che abitualmente sorgono lungo la catena di produzione industriale. In particolare, si è notato che molti processi di lavorazione richiedono temperature di funzionamento superiori ai 60 – 70 °C (temperatura di condensazione della pompa di calore), avendo a disposizione fluidi di scarto (reflui, vapore o acqua calda) a temperature tali da permettere il trasferimento di calore ad un fluido idoneo ad evaporare. E’ risultato chiaro che le attuali pompe di calore hanno un forte limite tecnologico che ne impedisce, di fatto, l’utilizzo su alcuni dei processi produttivi: grosso limite risulta essere la massima temperatura di condensazione ottenibile, generalmente mai superiore ai 60 °C. Per dare una risposta alle esigenze produttive sopra descritte, si è impostata un’attività di ricerca finalizzata alla realizzazione di una pompa di calore a recupero termico per uso industriale.

In quest’ottica l’attività è articolata secondo i seguenti obiettivi: 1. Analisi dell’applicazione della tecnologia a pompa di calore nei principali settori industriali. 2. Analisi dei differenti fluidi refrigeranti attualmente utilizzati e dei nuovi fluidi che dovranno soddisfare le limitazioni delle normative ambientali in vigore. 3. Progettazione, costruzione, messa a punto e caratterizzazione di una piattaforma sperimentale rappresentativa di varie configurazioni di pompa di calore per uso industriale. 4. Prove sperimentali sulla piattaforma sperimentale a PdC, utilizzando due differenti tipologie di fluidi frigorigeni: R-134a ed R-236fa. La prima fase dell’attività si è conclusa con l’emissione del rapporto CESI – ELTEC/DEMOELEC/2001/04, “Applicazioni della tecnologia a pompa di calore (PdC) nei principali settori industriali”, n° SFR-A1/018331. La seconda fase è stata oggetto di una precedente trattazione, riportata nel rapporto CESI – ELTEC/DEMOELEC/2001/05, “Indagine sui principali fluidi refrigeranti attualmente utilizzati e sui nuovi fluidi, in grado di sostituire gli attuali rispettando le nuove normative ambientali”, n° SFR- A1/018334. La terza fase dell’attività, si è conclusa con l’emissione del rapporto CESI – ELTEC/DEMOELEC/2001/015, “Messa a punto, installazione e collaudo di una piattaforma sperimentale a pompa di calore (PdC) per uso industriale”, n° SFR-A1/036794. La quarta fase dell’attività, oggetto del presente rapporto, prevede una serie di prove sperimentali sull’apparato a PdC utilizzando l’R-134a come fluido frigorigeno. Tali prove sono state utilizzate per verificare gli specifici limiti di utilizzo di una PdC così concepita. Uno dei risultati più significativi della presente attività è dato dalla constatazione che COP maggiori di 2 (valore assunto quale pareggio energetico tra PdC e caldaia) sono effettivamente possibili nelle condizioni di funzionamento di una PdC a recupero termico da reflui caldi di processo (temperatura di condensazione maggiore di 70 °C e temperatura di condensazione superiore a 25 °C). Successivamente alle prove sperimentali effettuate, sulla base dei dati raccolti e dei risultati ottenuti, è prevista la sostituzione dell’R-134a con l’R-236fa, l’esecuzione di nuove prove sperimentali, la valutazione del comportamento energetico dei singoli fluidi e il confronto energetico – economico tra i due fluidi utilizzati.