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.