Le pompe di calore sono il futuro del­l’ef­fi­cienza ener­ge­tica

Lämpöpumput ovat ratkaisu tulevaisuuden energiatehokkuuteen

In futuro, le pompe di calore si occu­pe­ranno del riscal­da­mento degli ambienti. Questa è un’o­pi­nione con­di­visa da molti spe­cia­li­sti del settore e espressa dal­l’am­mi­ni­stra­tore dele­gato di Helen Oy, Juha-​Pekka Weckström, in una recente inter­vi­sta. Oilon ha lavo­rato dura­mente per quasi due decenni per tra­sfor­mare questa visione in realtà e ora, il momento è vicino.

Quando si parla di pompe di calore, l’im­ma­gine che spesso viene in mente è quella di una pompa di calore aria-​aria che spunta dalla parete di una casa. Un’al­tra alter­na­tiva è la pompa di calore a terra, che ricava energia da un pozzo per riscal­dare un’a­bi­ta­zione mono­fa­mi­liare. In questo arti­colo non si parlerà di nessuna delle due. L’ar­go­mento di oggi sono le pompe di calore indu­striali di grandi dimen­sioni e i sistemi a pompa di calore che for­ni­scono calore per i pro­cessi indu­striali e il tele­ri­scal­da­mento o for­ni­scono riscal­da­mento e raf­fred­da­mento a grandi edifici e proprietà. Queste solu­zioni hanno un ruolo cen­trale nella stra­te­gia del Gruppo Oilon.

Da qual­cosa, unito a un pro­dotto indu­striale.

La storia inizia negli anni 2000 con Scan­cool, un’im­presa di refri­ge­ra­zione che for­ni­sce servizi per impianti di refri­ge­ra­zione. I dipen­denti del­l’a­zienda hanno notato la quantità di calore di scarto pro­dotto da questi impianti e, a questo punto, hanno ini­ziato a svi­lup­pare una tec­no­lo­gia per estrarre e uti­liz­zare questo calore di scarto. Si trat­tava di qual­cosa che nessuno aveva mai fatto prima. Oilon aveva già intuito la dire­zione che stava pren­dendo l’in­du­stria del­l’e­ner­gia; ini­ziando, per­tanto, il lavoro pio­nie­ri­stico per l’u­ti­lizzo delle pompe di calore. Le pompe di calore di grandi dimen­sioni su scala indu­striale entra­rono rapi­da­mente nella stra­te­gia di Oilon e presto Scan­cool entrò a far parte del­l’a­zienda.

All’i­ni­zio sono state pro­dotte solo piccole quantità di pompe di calore. Cia­scuna unità era una “mac­china da pro­getto”, con­ce­pita per uno scopo spe­ci­fico. I com­po­nenti sono stati sele­zio­nati in base al caso spe­ci­fico, il che signi­fica che la pro­du­zione su larga scala non era fat­ti­bile. L’a­spetto posi­tivo di questi pro­getti è che hanno per­messo di spe­ri­men­tare diverse solu­zioni e di com­pren­dere i pro­cessi indu­striali, come le tem­pe­ra­ture uti­liz­za­bili, i livelli di tem­pe­ra­tura richie­sti e la varia­zione dei carichi. Questa espe­rienza ser­vi­rebbe come capi­tale per il futuro.

Oilon ha una lunga tra­di­zione nella pro­du­zione di mac­chi­nari e i pro­dut­tori vogliono rea­liz­zare pro­dotti, non mac­chine per­so­na­liz­zate. Inco­rag­giata dalle prime espe­rienze, Oilon ha ini­ziato a inve­stire mas­sic­cia­mente nello svi­luppo del pro­dotto, nella qualità della pro­du­zione e nelle solu­zioni di pro­du­zione.

Prima di essere messo in vendita, un pro­dotto viene sot­to­po­sto a test appro­fon­diti che ne garan­ti­scono l’operatività e le pre­sta­zioni. Se i test rive­lano un anello debole, come un com­po­nente non cor­ret­ta­mente dimen­sio­nato, il com­po­nente verrà sosti­tuito nella mac­china sot­to­po­sta a test e in tutte le mac­chine suc­ces­sive a quella serie di modelli. Saranno messi in vendita solo pro­dotti pronti per l’uso pre­vi­sto. Poiché non esiste un pro­dotto per­fetto, il miglio­ra­mento della qualità è un pro­cesso con­ti­nuo che porta a pro­dotti nuovi e migliori.

Le pompe di calore indu­striali sono una solu­zione col­lau­data e, ben testata

“Negli ultimi anni, le vendite di pompe di calore indu­striali sono cre­sciute rapi­da­mente”, afferma Martti Kukkola, respon­sa­bile com­mer­ciale di Oilon per le pompe di calore e i refri­ge­ra­tori. “Di recente, le nostre vendite annuali sono quasi rad­dop­piate e abbiamo appena qua­dru­pli­cato la super­fi­cie e la capacità pro­dut­tiva”. Le pompe di calore indu­striali del­l’a­zienda sono pro­dotte a Kokkola, in Fin­lan­dia. Le espor­ta­zioni rap­pre­sen­tano due terzi delle vendite.

“I nostri mercati prin­ci­pali sono il Nord Europa, la Gran Bre­ta­gna e la Cina. I mercati del­l’Eu­ropa cen­trale e orien­tale stanno regi­strando una buona cre­scita e, ad esempio, abbiamo otte­nuto un buon risul­tato in Sud America”.

Secondo Kukkola, i clienti fin­lan­desi svol­gono un ruolo fon­da­men­tale nel suc­cesso del­l’a­zienda. Come esempio, cita un sistema a pompa di calore aria-​acqua attual­mente in costru­zione per Fortum. Una volta com­ple­tato, l’im­pianto di Vermo produrrà tele­ri­scal­da­mento e raf­fred­da­mento per la città di Espoo, in Fin­lan­dia. Con una capacità di 11 MW, sarà il più grande del suo genere nel Paese e aiuterà Fortum a sosti­tuire parte della pro­du­zione di energia da carbone. La fase pilota del pro­getto, da 1,3 mega­watt, è già stata com­ple­tata. “Oilon col­la­bora da tempo con tutte le più impor­tanti società ener­ge­ti­che fin­lan­desi”, con­ti­nua Kukkola. “In questo momento, molte aziende possono trarre grandi van­taggi dal riscal­da­mento e dal raf­fred­da­mento com­bi­nati (CHC), ovvero dal­l’u­ti­lizzo di un’u­nica mac­china per pro­durre con­tem­po­ra­nea­mente riscal­da­mento o raf­fred­da­mento”. In passato, i grandi edifici sono stati raf­fred­dati con refri­ge­ra­tori d’acqua e il calore residuo è stato sem­pli­ce­mente sca­ri­cato nel­l’at­mo­sfera. Una mac­china CHC non solo for­ni­sce raf­fred­da­mento, ma tra­sfe­ri­sce anche il calore estratto a una rete di tele­ri­scal­da­mento o al sistema di acqua calda del­l’e­di­fi­cio.

“Tutte le pompe di calore emet­tono calore in un punto e raf­fred­dano un’al­tra zona; poiché così fun­zio­nano le pompe di calore. Grazie alle solu­zioni CHC, met­tiamo sem­pli­ce­mente a frutto sia il riscal­da­mento che il raf­fred­da­mento forniti. Per Helen Oy, abbiamo com­ple­tato circa 20 pro­getti CHC e, solo per fare un esempio, ce ne sono vari in corso”.

Oilon offre una vasta gamma di pompe di calore indu­striali

La gamma di pompe di calore indu­striali Oilon può essere sud­di­visa in tre gruppi di pro­dotti in base alla tec­no­lo­gia dei com­pres­sori. Ogni gruppo è com­po­sto da più mac­chine con capacità diverse.

La fami­glia di pro­dotti Oilon Chil­lHeat RE uti­lizza com­pres­sori scroll. Ogni unità è dotata di 2-4 com­pres­sori e la gamma di capacità dispo­ni­bili è di 100-1.000 kW. Le unità sono par­ti­co­lar­mente adatte per pro­durre tem­pe­ra­ture di flusso fino a +65 °C da un flusso di ingresso freddo, intorno a 0 °C.

Gli otto modelli di pompa di calore Chil­lHeat serie P sono dotati di com­pres­sori da 1 a 6 pistoni. La capacità dispo­ni­bile va da 30 a 1.000 kW. Le mac­chine della serie P si distin­guono per la capacità di rag­giun­gere livelli di tem­pe­ra­tura estre­ma­mente alti, fino a +120 °C. Le unità hanno un buon coef­fi­ciente di pre­sta­zione anche a carico par­ziale e offrono un ampio range di capacità.

Esat­ta­mente come le unità delle serie RE e P, le pompe di calore Chil­lHeat S da 100-1.000 kW sono allog­giate in un invo­lu­cro. L’al­log­gia­mento della pompa di calore non è mai più largo di 911 mm, con­sen­tendo di portare le unità nel luogo di instal­la­zione attra­verso le normali porte.

Oltre a queste unità dotate di allog­gia­mento, la serie S com­prende modelli più grandi fino alla gamma di capacità di 5 MW. Le pompe di calore della serie S uti­liz­zano com­pres­sori a vite e sono adatte per appli­ca­zioni ad alta capacità, con una tem­pe­ra­tura massima di mandata di circa +85 °C. Queste mac­chine con­sen­tono agli ope­ra­tori di uti­liz­zare il calore di scarto indu­striale su larga scala.

Quanto è grande abba­stanza?

“È stato mera­vi­glioso assi­stere in prima persona alla cre­scente domanda di sistemi a pompa di calore ad alta capacità”, afferma Kukkola. “La maggior parte dei pro­getti che abbiamo esa­mi­nato sono rien­trati nel­l’or­dine dei 200 mega­watt. Tut­ta­via, c’è stato un pro­getto da 20 MW in Ger­ma­nia, dove la richie­sta di pre­ven­tivo spe­ci­fi­cava che ogni pompa di calore doveva avere una capacità di almeno 10 MW. Non capisco perché la capacità di una singola pompa di calore sia impor­tante.

“Ciò che conta è il COP, i costi di manu­ten­zione, i requi­siti di spazio, la gamma di capacità par­ziale, la ridon­danza, i tempi di con­se­gna e il prezzo del con­tratto. Se si con­si­de­rano questi fattori, che dif­fe­renza fa se l’im­pianto ha due o 20 pompe di calore? Nei grandi pro­getti, questo è un aspetto su cui è neces­sa­rio tor­narci più volte. Pur­troppo, spesso i pro­getti erano in una fase così avan­zata che il cliente non ha osato mettere in discus­sione i requi­siti di capacità spe­ci­fici della pompa”.

Secondo Kukkola, una pompa di calore di grandi dimen­sioni non sempre è una solu­zione più eco­no­mica. Poiché una pompa di calore di grandi dimen­sioni è sempre un pro­dotto piut­to­sto par­ti­co­lare, i pezzi di ricam­bio possono essere costosi. In entrambi i casi, il cliente dovrà impe­gnarsi con un unico for­ni­tore. Un’in­sieme di pompe di calore più piccole avrà sempre una gamma di capacità più ampia rispetto a una singola pompa di calore di grandi dimen­sioni. Anche i requi­siti di spazio non sono molto diversi, soprat­tutto in termini di volume.

Espe­rienza di sistema e ampie capacità di con­trollo

Uno dei punti di forza di Oilon nel settore delle pompe di calore è la cono­scenza dei diversi sistemi. Questo per­mette a Oilon di col­le­gare più pompe di calore, spesso di tipo diverso, in un sistema eco­no­mico e otti­miz­zato che fun­ziona al livello di tem­pe­ra­tura richie­sto e con la capacità neces­sa­ria. In alcuni casi, l’in­tero sistema è stato inse­rito in un con­tai­ner isolato che può essere con­se­gnato in loco con un camion, con­sen­tendo una rapida instal­la­zione chiavi in mano.

Lo stru­mento fon­da­men­tale per pro­get­tare sistemi com­plessi di più pompe di calore (ossia, “treni”, come vengono chia­mati in azienda) è Oilon Selec­tion Tool (OST). Lo stru­mento soft­ware svi­lup­pato inter­na­mente con­sente agli inge­gneri di esa­mi­nare il fun­zio­na­mento di diverse com­bi­na­zioni di modelli di pompe di calore col­le­gate in serie e in paral­lelo. Lo stru­mento con­sente agli inge­gneri di simu­lare accu­ra­ta­mente il fun­zio­na­mento del sistema con diverse impo­sta­zioni: a diverse tem­pe­ra­ture di ingresso e di flusso per il lato caldo e freddo e a diversi punti di carico. Ad esempio, una pompa di calore della serie S produce calore ad alta capacità e a media tem­pe­ra­tura. La tem­pe­ra­tura può essere aumen­tata con le pompe di calore della serie P, che garan­ti­scono tem­pe­ra­ture più elevate e ampliano il campo di fun­zio­na­mento del sistema.

I sistemi a pompa di calore Oilon Chil­lHeat possono rag­giun­gere capacità di 50 MW o più. Indi­pen­den­te­mente dalle dimen­sioni, il cliente deve fornire solo un singolo punto di con­nes­sione in ingresso e in uscita; ciò che si trova tra questi punti è una solu­zione pro­get­tata da Oilon e costruita dal­l’a­zienda con un partner di instal­la­zione auto­riz­zato Oilon.

Per la gestione di singole pompe di calore e di sistemi estesi di pompe di calore, Oilon ha svi­lup­pato il sistema Oilon Global Moni­to­ring (OGM). In questo sistema, le pompe di calore sono col­le­gate a una rete di dati; e, in questo modo, i dati rela­tivi al fun­zio­na­mento vengono inviati diret­ta­mente in cloud. Gli utenti possono visua­liz­zare rapi­da­mente le infor­ma­zioni sui poten­ziali pro­blemi e i tecnici possono uti­liz­zare i dati, salvati nello storico, per l’as­si­stenza remota.

I clienti possono creare even­tuali report sul­l’u­ti­lizzo dei dispo­si­tivi, sulla pro­du­zione di energia e sui risparmi gene­rati.

I tre prin­ci­pali uti­lizzi delle pompe di calore indu­striali

In base all’e­spe­rienza di Oilon, esi­stono tre appli­ca­zioni prin­ci­pali per le pompe di calore indu­striali, cia­scuna con requi­siti leg­ger­mente diversi. Le appli­ca­zioni sono il riscal­da­mento e il raf­fred­da­mento di grandi edifici e proprietà, l’u­ti­lizzo del calore di scarto indu­striale e la gene­ra­zione di calore di pro­cesso, nonché la pro­du­zione di tele­ri­scal­da­mento e tele­raf­fred­da­mento.

Durante i mesi estivi, i grandi edifici neces­si­tano di raf­fred­da­mento. Il calore recu­pe­rato può essere uti­liz­zato per riscal­dare l’acqua calda sani­ta­ria del­l’e­di­fi­cio. In inverno, lo stesso sistema può essere uti­liz­zato per recu­pe­rare il calore dal­l’a­ria di scarico del­l’e­di­fi­cio e resti­tuirlo al sistema di riscal­da­mento del­l’e­di­fi­cio. Queste appli­ca­zioni non richie­dono tem­pe­ra­ture par­ti­co­lar­mente elevate e la capacità richie­sta è soli­ta­mente di cen­ti­naia di kilo­watt, il che signi­fica che le pompe di calore della serie RE sono adatte a questo scopo. Le pompe di calore RE possono facil­mente pro­durre tem­pe­ra­ture supe­riori a +60 °C anche da un flusso di ingresso freddo.

Il calore di scarto indu­striale può essere uti­liz­zato effi­ca­ce­mente con le pompe di calore della serie S. Se l’ap­pli­ca­zione richiede tem­pe­ra­ture di mandata par­ti­co­lar­mente elevate, le pompe di calore della serie P possono essere usate da sole o col­le­gate in serie con i modelli della serie S. Nelle solu­zioni in cui è pos­si­bile uti­liz­zare una sola pompa di calore, que­st’ul­tima deve essere in grado di fun­zio­nare sia con carichi elevati sia con carichi molto bassi. Le pompe di calore della serie P hanno un’am­pia capacità e un ampio inter­vallo di tem­pe­ra­tura, mentre i modelli della serie S operano in un inter­vallo più ristretto.

La pro­du­zione di tele­ri­scal­da­mento e tele­raf­fred­da­mento con le pompe di calore sta diven­tando sempre più diffusa. Il tele­ri­scal­da­mento ha, di solito, bisogno di una grande “spinta”, il che signi­fica che è neces­sa­rio un elevato aumento della tem­pe­ra­tura. Le pompe di calore della serie P fanno esat­ta­mente al caso nostro, soprat­tutto negli impianti di piccole dimen­sioni. Questi tipi di pro­getti tendono a pre­ve­dere una solu­zione CHC. Nei pro­getti di grandi dimen­sioni che richie­dono molta capacità, è pos­si­bile uti­liz­zare una com­bi­na­zione di pompe di calore della serie S e della serie P.

Le pompe di calore e il futuro del­l’ef­fi­cienza ener­ge­tica

“Le pompe di calore sono una delle solu­zioni migliori per uti­liz­zare le energie rin­no­va­bili in futuro”, afferma Kukkola. “In Europa, il riscal­da­mento e il raf­fred­da­mento degli edifici rap­pre­sen­tano la metà di tutta l’e­ner­gia con­su­mata; in Fin­lan­dia, il solo riscal­da­mento ne rap­pre­senta un quarto”. La maggior parte di questa energia per il riscal­da­mento viene pro­dotta uti­liz­zando un qualche tipo di com­bu­stione. Per rag­giun­gere la neutralità del car­bo­nio, dovremo ridurre sostan­zial­mente la com­bu­stione e uti­liz­zare fonti di energia rin­no­va­bili.

Le tem­pe­ra­ture delle fonti di energia rin­no­va­bili, come il suolo e l’aria, tendono a essere basse. Con una pompa di calore, queste basse tem­pe­ra­ture possono essere innal­zate eco­no­mi­ca­mente fino al livello rela­ti­va­mente alto richie­sto dal riscal­da­mento.

Inoltre, le pompe di calore possono essere uti­liz­zate per rici­clare l’e­ner­gia. Quando un edi­fi­cio ha bisogno di essere raf­fred­dato, viene gene­rato calore da uti­liz­zare altrove. Se l’acqua di lavag­gio o le acque reflue con­ten­gono calore, è pos­si­bile estrarre e uti­liz­zare il calore in eccesso. Nelle ope­ra­zioni indu­striali, la gamma di appli­ca­zioni poten­ziali è enorme.

“Dob­biamo ricor­dare che l’elettricità svolge un ruolo sempre più impor­tante nella nostra società”, con­ti­nua Kukkola. “In molti casi, l’elettricità è la forma più eco­no­mica di energia dispo­ni­bile e le pompe di calore erogano molte volte l’e­ner­gia che con­su­mano. L’ac­cu­mulo di calore è facile ed eco­no­mico.

“Il punto in cui siamo ora è solo l’i­ni­zio! Stiamo per entrare in un decen­nio molto intenso e inte­res­sante: il decen­nio delle pompe di calore”. Le pompe di calore indu­striali sono al centro della stra­te­gia di Oilon e l’attività sta per espan­dersi di un ordine di gran­dezza.