L’industria consuma il 40% di energia nel mondo. Nei processi di trasformazione in energia elettrica almeno il 20 % dell’energia si disperde sotto forma di calore che viene liberato in atmosfera. Il riutilizzo di parte del calore perso può diventare energia pulita attraverso un sistema per il recupero del calore.
Il recupero calore consente un risparmio economico e dei vantaggi ambientali per riduzione dell’inquinamento da CO2.
Lo scambiatore di calore, come l’olio lubrificante, asporta per contatto molto calore, raffredda i macchinari, altrimenti funzionamento e durata verrebbero compromessi, ma a sua volta l’olio deve essere raffreddato.
Recupero di calore nei processi industriali
Il recupero del calore è importante nelle industrie energivore.
Sono energivore l’industria siderurgica, cementiera, petrolifera-raffineria, vetraria, chimica, termoelettrica per la produzione di elettricità
I forni di cottura e di essicamento delle industrie alimentari liberano fumi caldi espulsi dalle cappe di estrazione. Con gli scambiatori il calore viene recuperato per riscaldare ambienti, prodotti, …
Nell’industria tessile il recupero di calore dalle macchine consente di preriscaldare l’acqua per i lavaggi.
In alcuni settori si recupera calore a 70 – 80 °. Con pompe di calore ad elevata resa si riesce a recuperare calore a 40 °.
Sistemi di recupero calore devono essere di facile installazione, bassi costi di installazione e un elevato numero di ore di funzionamento. Il recupero è favorito da processi continui e da temperature elevati del fluido riscaldato.
La macchina che compie il recupero termico è uno scambiatore di calore, è una macchina termica passiva, passiva perché non impiega combustibile.
Com’è fatta una macchina di recupero calore ?
E’ composta da uno scambiatore di calore, da un supporto e carenatura, manometri e termometri, valvole termostatiche. Può esserci una pompa di ricircolo, con termoregolazione delle temperature, una valvola di sicurezza con vaso di espansione. La macchina di recupero calore può essere allestita su misura dei bisogni del cliente. Sul mercato, esistono dei sistemi pre-assemblati, di poco costo e facile manutenzione.
La cogenerazione
La produzione di elettricità a partire dalla combustione di gas petrolio o carbone ha una resa inferiore al 50%, il resto è calore di scarico che si perde in atmosfera, ma grazie alla cogenerazione tramite scambiatori di calore viene riutilizzato per produrre acqua calda, acqua surriscaldata, vapore, aria per l’essiccamento industriale, oppure ancora energia elettrica. La cogenerazione permette di raggiungere una resa del 90%.
Geotermia nelle abitazioni
Le abitazioni possono essere riscaldate o raffreddate sfruttando la differenza di temperatura del terreno e l’ambiente esterno. Nel riscaldamento si sottrae il calore dal terreno, nel raffrescamento si cede calore al terreno. Lo sfruttamento termico del terreno è la geotermia, che può essere superficiale o profonda.
Geotermia superficiale o orizzontale di bassa temperatura
Superficialmente si posano i collettori orizzontalmente in polietilene a 120 centimetri di profondità, vanno posizionati a 80 cm l’uno dall’altro, hanno un rendimento basso per cui è necessario avere un giardino di superficie doppia rispetto alla superficie dell’abitazione da riscaldare, es 300 mq di giardino per 150 mq di abitazione. Questo metodo è valido solo se i fabbisogni energetici sono bassi, come nel caso del riscaldamento a pavimento.
Oppure un edificio che ha bisogno di una caldaia di 7 kW di potenza, per 1000 ore di utilizzo annue, ha un fabbisogno di 7.000 kWh, avrà bisogno di una superficie di 300 mq.
Geotermia profonda o verticale
Fino a 20 metri di profondità, la temperatura è costante, da quì scendendo la temperatura sale di 1°C ogni 33 m. Ogni tipo di rocce del sottosuolo ha la sua conducibilità termica: il granito conduce 3.4, l’arenaria 2.3, la ghiaia satura d’acqua 2.2, la ghiaia e la sabbia secca 0.4.
Le sonde di perforazione giungono fino a 150 metri di profondità, ma la profondità ottimale è di 10-30 metri. Le sonde pescare l’acqua della falda ha una temperatura tra i 15 e i 20°C. Il rischio d’inverno è la formazione di ghiaccio, perciò si usa il glicole.
Se si ha già un pozzo che pesca l’acqua di falda, si può evitare di fare le sonde di perforazione. Per riscaldare una abitazione di 150 mq è necessario che il pozzo abbia una portata di 3 mc/h, o 50 litri al minuto.
Pompe di calore nelle abitazioni
L’acqua calda finalmente giunge alla pompa di calore che trasferisce il calore dalla sonda o dal collettore all’impianto di riscaldamento. Le pompe di calore lavorano con scambiatori a piastre. Le pompe di calore per gli impianti geotermici sono acqua-acqua.
Esistono poi la pompa di calore aria-acqua dove si sottrae il calore dell’aria esterna per donarlo all’acqua dell’impianto, e la pompa di calore aria-aria dove si sfrutta la differenza di temperatura dell’aria esterna e dell’aria interna.
La pompa ha un certo consumo di energia elettrica, per cui bisogna valutare la convenienza con il COP.
Rendimento nominale COP
Il COP è il rapporto tra la potenza termica resa dell’impianto e la potenza elettrica spesa dalla pompa di calore.
Se la pompa di calore fornisce 5 kW all’impianto di riscaldamento, a fronte di un consumo elettrico di 2 kW, il COP= 5/2 = 2,5. Il costruttore dichiara il COP e aiuta a confrontare l’efficienza di diverse pompe di calore.