Le pompe di calore industriali migliorano l’efficienza della caldaia a gas presso l’aeroporto di Copenaghen
Il rinnovo delle vecchie caldaie a gas si è ampliato, trasformandosi in un progetto volto a utilizzare in modo attento l’energia dei gas di scarico con una pompa di calore industriale. Il risultato è che l’efficienza della combustione del gas superiore al cento per cento.
Nella parte occidentale Maglebylille dell’aeroporto di Copenaghen (più semplicemente conosciuta come CPH), è presente una rete di riscaldamento interna. All’inizio del 2018, è stata presa la decisione di sostituire le vecchie caldaie a gas risalenti agli anni ’60, data la loro bassa efficienza. Ora il sistema è composto da una caldaia a gas naturale da tre megawatt (3 MW) e da una da 2 MW, insieme a una pompa di calore industriale da 600 kilowatt (kW).
Gli effluenti gassosi sono condensati con una pompa di calore
“Quando abbiamo iniziato a rinnovare l’impianto di riscaldamento, volevamo osservarlo nella sua globalità in modo nuovo”, afferma Klaus Borge, project manager presso l’aeroporto di Copenaghen. “L’energy consultant che ha partecipato alla fase di progettazione ha suggerito il recupero della temperatura dei gas di scarico con una pompa di calore, così da permetterci di migliorare considerevolmente l’efficienza della caldaia. Allo stesso tempo, abbiamo trasferito il focus dell’utilizzo dell’energia dal gas all’elettricità rinnovabile, che è il nostro vero obiettivo”.
Secondo Borge, molti degli stabilimenti nell’area sono relativamente obsoleti e la temperatura dell’acqua di ritorno dalla rete di riscaldamento è piuttosto elevata. Questo perché in passato si tentava di costruire nel modo più economico possibile e gli scambiatori di calore erano pertanto piccoli.
La temperatura dell’acqua erogata in inverno è 85-90 gradi centigradi (°C) mentre quella dell’acqua di ritorno è circa 60°C. In estate, la temperatura di erogazione è di 70°C mentre quella di ritorno è 50-55°C. Con tale ritorno di calore, non sarebbe possibile raffreddare sufficientemente il gas effluente e l’energia in esso contenuta andrebbe per la maggior parte perduta. Con una pompa di calore, è possibile raffreddare il gas a una temperatura inferiore mentre la pompa funziona garantendo un’efficienza eccellente.
“La temperatura degli effluenti gassosi dalla caldaia è di circa 150°C”, prosegue Borge. “Passa attraverso il condensatore, in cui la temperatura scende a circa 30-35°C con la pompa di calore. Grazie alla bassa temperatura, l’umidità del gas viene condensata nell’acqua, che si aggiunge alla quantità di energia recuperata e migliora considerevolmente l’efficienza del sistema”.
Temperatura elevata e controllo ottimale
“Durante le fasi iniziali del progetto, avevamo parlato della pompa di calore di un altro produttore ma non si è trovata una soluzione che avesse le dimensioni adatte alle nostre necessità”, afferma Borge. “Ci siamo quindi confrontati con Søren Gram, direttore di Svedan Industri Køleanlæg A/S, retailer di Oilon. Søren ci ha proposto le pompe di calore Oilon della serie ChillHeat P 300 che avevano le specifiche perfette per noi”.
“La pompa di calore Oilon è in grado di produrre facilmente temperature molto elevate, sufficienti per l’erogazione di acqua nell’impianto di riscaldamento del distretto. Grazie ai quattro compressori e all’inverter, la pompa può essere controllata in modo ottimale con un’elevata efficienza a carichi parziali; inoltre, il suo refrigerante HFO ecocompatibile è approvato anche in Danimarca. In base alle condizioni di design di questo progetto, il consumo di elettricità della pompa è 155 kW e COP 4.0”.
“La nostra esperienza con la qualità della pompa di calore Oilon e l’operatività globale dell’azienda è assolutamente soddisfacente. Durante la fase di installazione e messa in funzione, abbiamo ottenuto dall’azienda servizi di assistenza di alta qualità e competenza, così che il sistema è entrato in funzione giusto con qualche lieve inconveniente. Anche il servizio di Svedan Industry è stato soddisfacente e di grande competenza”.
La pompa di calore utilizza il calore contenuto nell’effluente gassoso
Il centro di riscaldamento dell’aeroporto ora è dotato di due caldaie, una a gas naturale da 3 MW e una caldaia da 2 MW. La caldaia da 3 MW è collegata a un condensatore che raffredda l’effluente gassoso. La seconda caldaia è di riserva per condizioni meteo più rigide. Si avvierà se la temperatura rimane per una settimana al di sotto dei -10°C. La caldaia di riserva effettua il soffiaggio degli effluenti gassosi caldi in atmosfera.
Nel panorama mondiale attuale, le pompe di calore vengono raramente utilizzate per il recupero del calore dagli effluenti gassosi.
Il punto di rugiada degli effluenti gassosi di una caldaia a gas naturale è circa 55°C. Condensando l’effluente gassoso è possibile produrre circa il 10% in più di energia in condizioni ottimali. L’acqua condensata si forma fino a un massimo di 180 litri all’ora. L’acqua condensante assorbe anche le impurità dagli effluenti gassosi, pulendo quindi l’effluente gassoso. La condensa neutralizzata viene scaricata nel sistema fognario.
L’impianto di riscaldamento produce circa 10.000 megawatt ora (MWh) di calore all’anno, pari al consumo di circa 500 case private. Per produrre il calore, si impiega circa un milione di metri cubi di gas naturale e 400 MWh di potenza elettrica. Il risparmio con la pompa di calore è stimato a circa 1.000 MWh all’anno.
Elettricità ed efficienza energetica al posto del gas naturale
“C’è una forte pressione per ridurre le nostre emissioni di gas serra e ciò dimostra che CPH sarà un aeroporto a zero emissioni nel 2030”, afferma Klaus Borge. “La pompa di calore Oilon con la sua capacità di riscaldamento di 600 kW ha una parte di potenza in eccesso per il raffreddamento degli effluenti gassosi. La nostra intenzione è tuttavia di fornire l’impianto con uno scambiatore di calore a circolazione di glicole per impieghi outdoor, in grado di recuperare l’energia dall’aria esterna, dalla primavera all’autunno così da permetterci di chiudere la caldaia del gas per il periodo estivo”.
“Sul tetto della casa accanto a noi ci sono attualmente pannelli solari da 125 kW e, proprio in questo momento, ne vengono installati altri da 250 kW”. Abbiamo perfino preso in considerazione l’ipotesi di acquisire le batterie in maniera tale che la pompa di calore possa funzionare a energia solare anche di notte”.
Secondo Borge, il prezzo dell’elettricità per CPH equivale a circa una corona danese per ogni kilowatt ora (1 DKK/kWh). Il prezzo del gas naturale è di circa 5 DKK/m3 ossia 0,50 DKK/kWh. La pompa di calore produce tuttavia quattro volte di più il calore rispetto al consumo di elettricità; riscaldare con la pompa costa quindi solo la metà del prezzo rispetto al gas. La Danimarca ha alcuni giacimenti di gas nel Mare del Nord, ma l’attuale governo vuole chiuderli. D’altro canto, in Danimarca si producono sempre più biogas.
“CPH è riuscito a ridurre considerevolmente il proprio consumo energetico anno dopo anno, ma c’è ancora molto da fare”, afferma Borge. “È chiaro che arriveremo a usare più elettricità rinnovabile al posto del gas. Tutta l’elettricità in eccesso viene attualmente utilizzata per caricare le auto elettriche e serve tempo per poter rinforzare la rete elettrica. La quantità di energia solare aumenterà in modo considerevole”.
“Stiamo operando ingenti investimenti nel risparmio energetico e le pompe di calore avranno un ruolo importante in tal senso. Una pompa di calore si ripagherà nell’arco di un quadriennio, a dimostrazione che l’investimento sarà anche estremamente redditizio”.