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AZIENDE

Vitosorp 200-F: la pompa di calore ad assorbimento a zeolite di Viessmann

19/06/2012 - Viessmann, tradizionalmente attenta e in prima linea nel seguire l’innovazione e l’importanza del rispetto per l’ambiente e della sostenibilità, esplora continuamente nuove soluzioni che possano rispondere alle esigenze di ecocompatibilità del prossimo futuro.

La nuova soluzione Viessmann
Viessmann
ha messo a punto un nuovo sistema a pompa di calore cosiddetto ad adsorbimento ad azionamento termico.
Questa, anziché basarsi sulla più comune e diffusa tecnologia di pompa di calore a compressione di gas con motore alimentato da energia elettrica, (spesso prodotta da fonti fossili nelle centrali termoelettriche, in particolare in Italia), sfrutta il combustibile gassoso come fonte di alimentazione diretta ottenendo dei risultati di efficienza nettamente superiori a quella dell’attuale tecnologia più performante nell’utilizzo del metano, che sono i generatori di calore a condensazione.

Una caldaia a condensazione riesce a ottenere dei valori di rendimento anche fino al 98% sul pcs, mentre la pompa di calore ad adsorbimento raggiunge valori di efficienza fino al 139%. Il valore di prestazione così elevato è ottenuto sfruttando un principio intrinseco a un minerale naturale scoperto già intorno alla metà del 1700 denominato zeolite che, a contatto con l’acqua, ha la proprietà di sviluppare energia termica.

La zeolite: "la pietra che bolle"
La zeolite, il cui nome deriva dal greco antico (zein “bollire” e lithos “pietra”) significa “pietra che bolle”, è un minerale allumino-silicato presente in diverse forme in natura, ma che può essere prodotto anche sinteticamente. È proprio quest’ultimo tipo che viene normalmente utilizzato nelle applicazioni tecnologiche. Le zeoliti sono costituite da strutture tetraedriche cristalline che hanno un atomo di ossigeno condiviso per formare delle coppie di tetraedri.

Una delle peculiarità di questa struttura, formata da un numero variabile di tetraedri, normalmente 24, è di avere una elevatissima area superficiale grazie alla formazione di cavità interne che danno origine così alla cosiddetta microporosità.

La microporosità offre la possibilità di adsorbire (in gergo “catturare” o “ingabbiare” all’interno della sua struttura stessa) grandi quantità di molecole chimiche, mostrando una particolare affinità per quelle dell’acqua, ed è per questo estremamente igroscopica, attrae cioè le molecole d'acqua e le immagazzina nei suoi pori (si dice che adsorbe le molecole d'acqua).

Queste ultime vengono frenate bruscamente dal loro moto libero trasformando l’energia cinetica in esse contenuta in energia termica e generando quindi il calore che si sfrutta nella pompa di calore ad adsorbimento Vitosorp 200-F. Ovviamente il processo può essere inverso (desorbimento), fornendo infatti energia termica alla zeolite si provoca il distacco delle molecole d’acqua dai cristalli di zeolite sotto forma di vapore, e la si rende nuovamente avida di acqua e quindi pronta a ricominciare il ciclo.

Vitosorp 200-F: principi di funzionamento
La pompa di calore basata su questo principio offre quindi due fasi di funzionamento alternate (adsorbimento e desorbimento) che sono ottenute nel seguente modo:

Fase di desorbimento- il pacco di zeoliti saturo d’acqua (le cavità dei cristalli hanno catturato, bloccandole, le molecole d’acqua) viene riscaldato tramite una fonte termica costituita da un generatore a condensazione abbinato che provoca il rilascio delle molecole d’acqua sotto forma di vapore. Queste, poste a contatto con un fluido termovettore, (normalmente l’acqua dell’impianto utilizzatore) cedono calore; il fluido si riscalda, mentre le molecole raffreddate condensano cadendo nella parte inferiore della macchina (l’evaporatore), costituita da un modulo di raccolta in ambiente sottovuoto. Terminata la fase di desorbimento con la fornitura di calore e “rigenerato” completamente il cosiddetto “pacco di zeoliti” si inverte il ciclo passando alla fase di adsorbimento.

Fase di adsorbimento- la condensa raccolta nella parte inferiore del modulo sottovuoto viene fatta evaporare inviandola sulle superfici di scambio all’interno delle quali circola il fluido termovettore. Questo può derivare da una fonte rinnovabile quale ad esempio una sorgente geotermica o solare, fonti energetiche notoriamente a temperature basse non sfruttabili in condizioni normali per i comuni impieghi. Essendo tuttavia la condensa posta in ambiente sottovuoto, a un minimo rialzo della temperatura l’acqua rievapora portandosi nella zona superiore del modulo (condensatore) sotto forma di vapore. Nella parte superiore del modulo è posizionato lo scambiatore di calore con la zeolite, posta sulle superfici alettate di uno scambiatore di calore percorso da acqua dell’impianto di utenza, che “adsorbe” le molecole facendole condensare e innescando l’effetto esotermico dei cristalli, il cui calore è ceduto al fluido dell’impianto utente che quindi si riscalda.

Le fasi di desorbimento e adsorbimento hanno una durata di circa 6 minuti per arrivare nel primo caso al completo rilascio delle molecole d’acqua e quindi alla rigenerazione completa del potere adsorbente delle stesse, e successivamente alla saturazione della zeolite con la cattura del vapore acqueo e cessione di calore nella seconda fase.

Un bilancio nettamente positivo
Se facciamo un semplice bilancio termico, nella fase di desorbimento a fronte di 1 kWh di energia termica fornita con la combustione di gas si riesce a cedere all’impianto utilizzatore circa 0,4 kWh, mentre nella fase di adsorbimento così attivata si può cedere circa 1 kWh all’utenza grazie alla peculiarità della zeolite, fornendo alla stessa circa 0,4 kWh dalla fonte rinnovabile, quale geotermia o solare termico. Si tratta quindi di energia gratuita che non richiede un’ulteriore fornitura di calore da fonte fossile.

In sintesi, si può affermare che fornendo 1kWh di energia primaria da gas metano si possono utilizzare 1,4 kWh termici all’impianto costituiti da 1 kWh per la proprietà esotermica della zeolite e 0,4 kWh prelevati da fonte rinnovabile gratuita, con un’efficienza quindi che può sfiorare il 140% al netto delle perdite.

Con questi livelli di efficienza si ottiene un notevole abbattimento delle emissioni di CO2 in atmosfera, in quanto permettono di ridurre drasticamente i consumi di gas a parità di energia fornita all’utenza, quantificabili indicativamente intorno al 20%.

I vantaggi in sintesi
Se uniamo alcune considerazioni conclusive, otteniamo i notevoli punti di forza della nuova pompa di calore a gas ad assorbimento zeolite-acqua, di seguito elencati:
- il miglior sfruttamento della fonte fossile di più comune utilizzo nel prossimo futuro, quale il metano,
- una contemporanea riduzione delle emissioni di biossido di carbonio
- rappresenta sicuramente una soluzione interessante e rispettosa dell’ambiente, basata su elementi naturali quali cristalli minerali di zeolite e acqua
- la zeolite è un minerale non tossico, non corrosivo, non combustibile e non perde le proprie caratteristiche chimico-fisiche nel tempo (decadimento stimato in centinaia di anni)
- richiede un’installazione praticamente uguale a quella di un normale generatore di calore a condensazione non comportando quindi una riqualificazione delle figure professionali idonee
- il modulo sottovuoto con la zeolite è ermetico e non richiede operazioni particolari quindi la manutenzione è la stessa che richiede un normale generatore a condensazione.

Vitosorp 200-F
Vitosorp 200-F
è la pompa di calore a zeolite sviluppata da Viessmann che presenta tutti tratti sopra elencati; oltre a questi, presenta delle caratteristiche che la rendono ideale per le abitazioni mono- e bifamiliari, le case a basso consumo energetico e le case passive. Prima fra tutte, l’ampio campo di modulazione 1:10 (1,6-16 kW) che si adatta quindi in maniera ideale alle diverse condizioni di fabbisogno termico e in particolare ai carichi termici minimi dei modermi edifici a basso consumo.

Inoltre, il modulo pompa di Vitosorp 200-F è chiuso ermeticamente e di conseguenza non necessita di alcuna manutenzione; questo assicura al tempo stesso la massima silenziosità di funzionamento. È quindi possibile l’installazione anche nei locali abitativi, anche grazie alle dimensioni particolarmente compatte e al design essenziale. Vitosorp 200-F può essere integrata facilmente in qualsiasi sistema di riscaldamento esistente, dal momento che è possibile utilizzare gli attacchi già presenti; per l‘installazione è necessario soltanto il collegamento gas di scarico (come avviene con le caldaie a condensazione).

La pompa di calore a zeolite di Viessmann Vitosorp 200-F sarà disponibile a partire dal 2013.

Il contesto: aumentare l'efficienza del gas metano
Nonostante i considerevoli sforzi di diversi Paesi del pianeta nella lotta all’inquinamento ambientale, la continua ricerca di nuove fonti energetiche rinnovabili ed ecosostenibili che permettano di garantire il futuro delle generazioni a venire, il prossimo decennio le fonti energetiche fossili saranno tuttavia ancora quelle prioritarie. Fra queste, il gas metano naturale è quella con le maggiori riserve oggi conosciute e con il minore impatto ambientale.

All’orizzonte si ipotizza addirittura di poterlo produrre artificialmente sintetizzando idrogeno e CO2. L’impiego del metano è comunque oggi la fonte energetica per eccellenza, in quanto gli impianti termici e tecnologici oggi esistenti sfruttano questo combustibile e il rinnovamento in termini temporali e di costi di investimento per la loro sostituzione sono tutt’altro che brevi ed economicamente semplici da sostenere su larga scala.

Occorre quindi sfruttare nel modo più razionale ed efficiente possibile questa preziosa risorsa.

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