Una pompa di calore a elevata efficienza
In passato, gli elevati costi iniziali e il lungo periodo di recupero del capitale dovuto a livelli di efficienza insoddisfacenti hanno condotto a un utilizzo limitato delle pompe di calore. Questo problema è stato al centro del progetto EFFIHEAT ("Development of high efficiency Stirling heat pump"), nell'ambito del quale i ricercatori hanno creato pompe di calore geotermiche (GHP) in grado di garantire drastici risparmi energetici. L'utilizzo diffuso della tecnologia GHP concepita nell'ambito dell'iniziativa EFFIHEAT si traduce in risparmi potenziali che ammontano a 0,03 miliardi di euro annui. Le nuove pompe di calore geotermiche, economicamente vantaggiose, si basano su una progettazione innovativa del motore Stirling con un funzionamento a inversione di ciclo e un coefficiente di prestazione superiore del 25 %. Gli scienziati hanno creato una pompa di calore di Stirling oscillante costituita da una macchina elettrica con un motore a pistoni a scorrimento libero e provveduto a migliorare i pistoni, i dislocatori e gli scambiatori di calore allo scopo di ottimizzare il trasferimento di calore e di ridurre al minimo le perdite. La novità del progetto consiste nella concezione di un prodotto più affidabile rispetto alle controparti tradizionali, che richiede un minor numero di interventi di manutenzione ed è caratterizzato da un ciclo di vita più lungo. È stato inoltre realizzato un modello termodinamico in grado di ricevere feedback sulle dinamiche dell'intero sistema. I ricercatori hanno sviluppato un sistema di controllo dinamico delle operazioni, che consiste in un kit software-hardware innovativo in grado di monitorare le prestazioni complessive della macchina elettrica. Per aumentare le prestazioni della macchina di calore Stirling, sono stati realizzati un rigeneratore cilindrico a sandwich e un rigeneratore dotato di rete metallica tessuta che fungono da scambiatori di calore interni. È stato inoltre prodotto un nuovo materiale composito a elevate prestazioni per i rigeneratori costituito da pellicole polimeriche dopate con nanoparticelle e microparticelle ceramiche. Il prototipo della pompa di calore EFFIHEAT è stato integrato nei sistemi esistenti e sottoposto ad attività di test. Per la valutazione dei risultati ottenuti, è stato condotto un sondaggio seguito dalla valutazione di un caso commerciale. Da questi lavori è emersa la capacità della pompa di calore Stirling creata nell'ambito dell'iniziativa EFFIHEAT di soddisfare le aspettative degli utenti. Grazie a un miglioramento dei metodi di conversione energetica reso possibile da un potenziamento tecnologico, il dispositivo garantirà un notevole risparmio energetico negli edifici. I risultati del progetto contribuiranno al raggiungimento degli obiettivi dell'UE in termini di riduzione del consumo energetico e delle emissioni di biossido di carbonio.
Parole chiave
Calore geotermico, gas a effetto serra, geotermico, pompa di calore Stirling, scambiatore di calore interno, polimero, ceramica, prototipo