Impianti HVAC oltre i limiti: prestazioni e soluzioni nei climi estremi
Prima di analizzare i limiti operativi, è necessario introdurre un quadro chiaro dei parametri prestazionali utilizzati per caratterizzare l’efficienza degli impianti HVAC. Si tratta di grandezze definite da normative europee e internazionali specifiche, che costituiscono il linguaggio condiviso della progettazione, della verifica e della comparazione tra prodotti e sistemi.
Alla luce di quanto elencato, per il tema della resilienza climatica è fondamentale fare una considerazione riguardo alla validità delle condizioni di prova standard: la EN 14511 definisce il test di riferimento per le pompe di calore aria-acqua alla condizione A7/W35, ovvero temperatura dell’aria esterna di 7°C a bulbo secco e temperatura di mandata acqua di 35°C, per il riscaldamento, e A35/W7 per il raffrescamento. Tuttavia, quando la temperatura esterna si discosta in modo significativo da questi valori, le prestazioni reali possono differire in maniera sostanziale dai valori nominali di catalogo, con conseguenze dirette sulla fattibilità del progetto e sulla sicurezza del funzionamento. Ecco dunque l’importanza di considerare, in fase di progettazione, il contesto ambientale come fattore di calcolo dirimente, affiancato ai valori nominali dichiarati dal costruttore.
Le pompe di calore basate su ciclo aria-aria o aria-acqua incontrano le loro prime difficoltà operative quando la temperatura esterna scende al di sotto dello zero. La combinazione di due fattori, quali la riduzione della differenza di entalpia del refrigerante all’evaporatore e la formazione di ghiaccio sulle superfici di scambio, dà vita a un fenomeno di degrado prestazionale autoalimentato che, se non contrastato con tecnologie appropriate, può portare all’interruzione del funzionamento proprio nelle condizioni in cui l’esigenza di riscaldamento è massima.
Un altro aspetto da considerare nella progettazione è la compatibilità dei nuovi refrigeranti a basso GWP con le condizioni invernali estreme. La transizione dai fluidi HFC verso refrigeranti a ridotto impatto climatico, come R-32, R-454B, R-290 e R-600a, è imposta dal Regolamento UE 2024/573, F-Gas, come si vedrà in seguito, che prevede la riduzione dell’85% delle emissioni di HFC entro il 2050 e il phase-out progressivo dei fluidi ad alto GWP.
Tra i progressi più significativi per l’operatività invernale vi è l’adozione del ciclo a iniezione di vapore, Enhanced Vapour Injection, EVI. In questa configurazione, il ciclo frigorifero standard viene ampliato con un secondo circuito di espansione e un economizzatore, tipicamente uno scambiatore interno a piastre, che preleva una frazione del refrigerante liquido dopo il condensatore, la espande parzialmente, la surriscalda nell’economizzatore raffreddando il liquido principale e, infine, la inietta direttamente nel cilindro del compressore scroll a metà della corsa di compressione. L’effetto è un aumento della portata di massa del refrigerante allo scarico, a parità di cilindrata, con conseguente incremento della capacità termica e del COP a basse temperature.
