Il prototipo di pompa di calore assistita da PV-con doppio condensatore raggiunge un coefficiente di prestazione di 7,59
Mar 03, 2026
I ricercatori dell'Università Miguel Hernández di Elche in Spagna hanno progettato un sistema di pompe di calore aria-acqua- in grado di spostare la produzione di acqua calda sanitaria (ACS) nelle ore centrali del giorno, massimizzando così l'utilizzo della produzione di energia fotovoltaica.
La novità del sistema risiede nell'utilizzo di due condensatori invece di una singola unità.
I ricercatori hanno spiegato che una pompa di calore compatta convenzionale per acqua calda sanitaria (ACS) comprende un compressore, un evaporatore, una valvola di espansione e un condensatore avvolto attorno al fondo del serbatoio di accumulo, che riscalda l’intero volume dell’acqua attraverso la convezione naturale. La configurazione a doppio condensatore proposta-aggiunge un secondo condensatore nella parte superiore del serbatoio, combinato con un sistema di controllo ottimizzato per selezionare la modalità operativa, pur mantenendo i componenti standard.
Sia il condensatore inferiore che quello superiore sono costituiti da tubi a spirale installati tra la parete del serbatoio e lo strato isolante. Quando il condensatore inferiore è in funzione, il calore viene erogato sul fondo del serbatoio da 215 litri, favorendo la stratificazione e riscaldando l'intero volume. Quando il condensatore superiore è attivato, viene riscaldata solo la parte superiore del serbatoio, consentendo un funzionamento più mirato e un minore accumulo di energia.
Il prototipo è stato sviluppato da una pompa di calore commerciale di tipo split-aria-ad-acqua dotata di un compressore scroll da 600 W e refrigerante R134a. La resistenza elettrica originale da 2.400 W è stata scollegata per garantire il funzionamento esclusivamente in modalità pompa di calore. Il sistema aveva un coefficiente di prestazione (COP) valutato dal produttore- di 3,17 a 14 C. Le modifiche includevano l'integrazione del secondo condensatore, la riprogettazione del circuito di refrigerazione e l'aggiornamento del sistema di controllo per i test in condizioni operative realistiche di ACS e fotovoltaico.
La configurazione sperimentale è stata progettata per replicare la domanda reale di acqua calda sanitaria delle famiglie utilizzando un sistema a circuito chiuso-per evitare sprechi d'acqua. Comprendeva due camere climatiche, la pompa di calore a doppio-condensatore, un impianto fotovoltaico da 600 W e un circuito idraulico controllato. La pompa di calore era collegata sia alla rete che all'impianto fotovoltaico, senza alcuna compensazione finanziaria per l'elettricità in eccesso immessa in rete.
Un serbatoio ausiliario, una pompa di circolazione e un refrigeratore d'acqua mantenevano la temperatura dell'acqua in ingresso a 10 C per simulare le condizioni di alimentazione di rete. Un controller Arduino Mega gestiva pompe, valvole, refrigeratore e pompa di calore per consentire test automatizzati. Il sistema era inoltre dotato di 30 sensori di temperatura, misuratori di flusso e dispositivi di monitoraggio elettrico, con dati registrati a intervalli di un-minuto.
I ricercatori hanno valutato tre configurazioni a una temperatura ambiente di 18 C: una pompa di calore convenzionale a singolo-condensatore, lo stesso sistema accoppiato con il fotovoltaico e la pompa di calore a doppio-condensatore con il fotovoltaico. I test hanno seguito un profilo di consumo di ACS basato sulla norma EN 16147, garantendo temperature di fornitura superiori a 45 C.
I risultati hanno mostrato che la configurazione a doppio-condensatore ha migliorato il controllo della stratificazione, ridotto il consumo energetico complessivo e mantenuto la qualità del servizio ACS, aumentando significativamente l'auto-consumo fotovoltaico.
Dall'analisi è emerso che il COP stagionale medio della pompa di calore ha raggiunto 3,55 nella configurazione a-condensatore singolo e 3,65 se combinata con il fotovoltaico.
"Come previsto, entrambi i valori sono simili, poiché non vi è alcuna differenza nella modalità operativa tra loro", ha sottolineato il gruppo di ricerca. "Nel terzo test, con due condensatori e una strategia di controllo migliorata che consente il funzionamento con una temperatura dell'acqua più bassa, questa efficienza sale a 3,71. Questa tendenza è più pronunciata quando si analizza l'efficienza del servizio ACS, dove i risultati sono 3,08 e 3,12 per le prime due modalità di funzionamento e 3,37 per la configurazione con due condensatori e pannelli fotovoltaici. Poiché il serbatoio è più freddo nella configurazione con due condensatori, ci sono meno perdite di calore."
L'autoconsumo di energia solare-con il sistema a doppio-condensatore è invece aumentato dal 9,9% al 55,5%.
"I risultati evidenziano anche la necessità di considerare l'autoconsumo istantaneo, utilizzando una base di calcolo al massimo minuto-per-minuto anziché oraria o giornaliera, poiché quest'ultima si traduce in contributi solari irrealisticamente elevati," hanno concluso gli accademici. "Considerando l'energia fornita dai pannelli fotovoltaici, le prestazioni della HP possono essere rivalutate, portando ad un COP di 3,46 quando si lavora con un condensatore e di 7,59 quando si lavora con la configurazione a doppio condensatore."
Il sistema è stato descritto in "Valutazione sperimentale di un nuovo progetto di pompa di calore fotovoltaica con doppio condensatore", pubblicato su Solar Energy.