Raffrescamento a pavimento e comfort

Regolazione estiva Daikin Rotex HPSU Compact per raffrescamento a pavimento e comfort ottimale.

Gli effetti del riscaldamento globale sono sempre più evidenti: inverni asciutti ed estati calde che cominciano sempre prima.

Per chi vive in piena pianura padana come me il tutto si combina ad una umidità a dir poco soffocante. Se avete la ventilazione meccanica controllata raccomando la lettura preliminare di Raffrescamento estivo e VMC: attenzione all’umidità.

Nell’articolo Climatizzazione estiva: too fast too furious, avevo condiviso le mie esperienze di regolazione del raffrescamento a pavimento sul mio impianto, che ricordo essere costituito da pompa di calore con pavimento radiante, UTA per ventilazione meccanica e deumidifica e fotovoltaico.

I dettagli dell’impianto li trovate alla pagina Informazioni.

Comfort estivo

Le necessita’ di comfort interno per l’estate 2017 non sono sostanzialmente cambiate, ma nel corso di questo inverno mi sono dotato di un sistema di monitoraggio e controllo che mi consente di accendere e regolare la mia pompa di calore Daikin HPSU Compact in modo avanzato e sofisticato (ma soprattutto in modo programmabile). Per approfondire potete leggere l’articolo Hack my Daikin HPSU Compact: terza parte.

Per cercare di avere una misura univoca del comfort che tenga conto sia della temperatura che dell’umidità ambientale, ho provato ad adottare il cosiddetto Humidex, che misura fornisce la temperatura percepita rispetto all’umidità relativa dell’aria.

Nel mio sistema di climatizzazione estiva, in cui raffrescamento a pavimento e deumidifica viaggiano sempre in tandem, l’Humidex può essere l’indicatore perfetto da misurare (calcolare) e poi utilizzato per una crono-programmazione con isteresi, cercando di non superare mai in modo significativo il valore di 29 ºC di temperatura percepita.

Convenienza economica

Ripassiamo invece i criteri con cui stabilire la convenienza economica di quando far funzionare la climatizzazione estiva con raffrescamento a pavimento:

  • presenza di impianto fotovoltaico
  • convenzione di SSP (Scambio Sul Posto)
  • tariffa elettrica mono-oraria o bi-oraria

Come sempre, facciamo due calcoli col mio caso concreto: stimiamo il costo economico netto per “sottrarre” 10 kWh termici dall’involucro (e contemporaneamente deumidificare).

Prendo come riferimento i dati del 22 giugno 2017, giornata già particolarmente calda ed umida.

A supporto le caratteristiche nominali di prodotto della pompa di calore Daikin HPSU Compact in caso di funzionamento con raffrescamento a pavimento:

Regolazione estiva Daikin Rotex HPSU Compact per raffrescamento e comfort ottimale.

L’UTA in modalità deumidifica ha un assorbimento sostanzialmente costante di circa 540 W elettrici.

Per semplicità nei calcoli, assumiamo di operare con una temperatura di mandata pari a 15 ºC e di dissipare il calore richiesto in 2 ore di funzionamento.

Io dispongono di una tariffa bi-oraria D1 per pompe di calore, suggerisco a chi fosse interessato la lettura di Tariffa D1 per pompe di calore e riforma tariffe elettriche.

I costi elettrici netti sono i seguenti:

  • F1 = 0,262 Eur / kWh
  • F2+F3 = 0,182 Eur / kWh

Lo SSP nell’ultimo anno (2016) mi ha mediamente restituito 0,208 Eur / kWh scambiato. Potete trovare i dettagli in Scambio Sul Posto: bilancio 2016.
Una precisazione: nella simulazione i dati dello SSP sono relativi al 2016 mentre le tariffe elettriche quelle del 2017. Ritengo che il risultato non cambierà nella sostanza dei fatti.

Funzionamento diurno

In questo caso cerchiamo di massimizzare l’autoconsumo del fotovoltaico mediante l’accensione diurna del raffrescamento a pavimento.

Intervallo di riferimento climatizzazione e fotovoltaico ⇒ 12:30 – 14:30

T Esterna media ⇒ 31 ºC

P FV = 1,65 kW

Vi prego di notare la potenza di picco di produzione del fotovoltaico limitata determinata dalla potenza nominale di 3 kWp e dalla disposizione sulle falde Est ed Ovest del mio tetto.

Dalla tabella di prodotto:

EER = 3,0

Quindi ricaviamo la potenza elettrica assorbita dalla pompa di calore:

P = E termica / (Intervallo * EER) = 10 / (2,0 * 3,0) = 1,67 kW elettrici

Aggiungendo la UTA otteniamo un assorbimento elettrico di 2,21 kW.

Il costo lordo per “sottrarre” 10 kWh termici durante il giorno mediante il raffrescamento a pavimento (inclusa deumidifica), con la tariffa F1, risulta dunque essere:

2,21 * 2 * 0,262 = 1,16 Eur

Ipotizzando di auto-consumare integralmente la produzione del fotovoltaico, dovremo invece assorbire dalla rete per 2 ore:

2,21 – 1,65 = 0,56 kW

Il costo netto per “sottrarre” 10 kWh termici durante il giorno mediante il raffrescamento a pavimento (inclusa deumidifica) risulta dunque essere:

0,56 * 2 * 0,262 = 0,293 Eur

In altre parole l’auto-consumo ci ha fatto risparmiare 0,867 Eur.

Funzionamento notturno

In questo caso cerchiamo di massimizzare l’efficienza della pompa di calore facendo funzionare il raffrescamento a pavimento di notte. Ovviamente la potenza in eccesso del fotovoltaico di verrà restituita mediante lo SSP e deve essere tenuta in conto per avere dati confrontabili.

Intervallo di riferimento FV ⇒ 12:30 – 14:30

P FV = 1,65 kW

Possiamo facilmente calcolare l’energia immessa in rete:

E = 2,0 * 1,65 = 3,3 kWh elettrici

Che lo SSP ci potrebbe restituire integralmente in misura pari a:

3,3 * 0,208 = 0,686 Eur

Intervallo di riferimento climatizzazione ⇒ 04:00 – 06:00

T Esterna media ⇒ 22,5 ºC

Dalla tabella di prodotto:

EER = 4,0 (onestamente per i valori misurati sul campo sarebbe più alto)

Quindi ricaviamo la potenza elettrica assorbita dalla pompa di calore:

P = E termica / (Intervallo * EER) = 10 / (2,0 * 4,0) = 1,25 kW elettrici

Aggiungendo la UTA otteniamo un assorbimento elettrico di 1,79 kW: col semplice spostamento in notturna il consumo elettrico si riduce del 19% !

Dovremo dunque assorbire dalla rete 1,79 kW per 2 ore.

Applicando la tariffa F2+F3, il costo lordo per “sottrarre” 10 kWh termici durante la notte mediante il raffrescamento a pavimento (inclusa deumidifica) risulta dunque essere::

1,79 * 2 * 0,182 = 0,652 Eur

Combinando solamente il miglioramento di efficienza della pompa di calore con miglior tariffa elettrica notturna abbiamo ridotto il costo elettrico lordo del 44% spostando da funzionamento diurno a notturno !

Sottraendo quanto non consumato di giorno e restituito dallo SSP, otteniamo il costo netto per “sottrarre” 10 kWh termici durante la notte mediante il raffrescamento a pavimento (inclusa deumidifica):

0,652 – 0,686 = –0,034 Eur

Conclusioni

Nel mio caso risulta evidente che far funzionare la climatizzazione estiva (raffrescamento a pavimento + deumidifica) di notte rispetto al giorno consente un risparmio economico netto sostanzialmente pari al 100% !!

Ricordo e ribadisco che questo risultato si riferisce al mio caso: raccomando di ripercorrere lo stesso ragionamento col vostro caso specifico.

Ovviamente tutto questo e’ possibile solo se si assicura il livello di comfort atteso, ovvero che nella fascia diurna l’involucro non si riscaldi (e riempia di umidità) troppo rapidamente.

Nel grafico seguente potete leggere facilmente gli orari di funzionamento e le variazioni dei parametri ambientali interni:

Regolazione estiva Daikin Rotex HPSU Compact per raffrescamento e comfort ottimale.

Non dimenticate: una casa fresca ed asciutta d’estate non ha prezzo !

Rotex HPSU Compact: acqua calda sanitaria

Rotex HPSU CompactNonostante sia un argomento in apparenza semplice, e’ da parecchio tempo che avevo intenzione di scrivere un articolo in merito alla programmazione della Rotex HPSU Compact per la produzione di acqua calda sanitaria (ACS).

Serbatoio di accumulo

La prima considerazione e’ che parliamo di una pompa di calore che quindi non fa produzione istantanea di ACS ma bensì riscalda un serbatoio di accumulo pieno di acqua tecnica (ovvero che non andrà mai in circolazione nell’impianto) da quale mediante scambio con una serpentina, viene effettivamente riscaldata l’acqua per la nostra doccia.

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Ovviamente la temperatura effettiva dell’acqua calda non potrà mai superare quella corrente dell’accumulo.

Un altro elemento molto importante in inverno e’ il meccanismo con cui la Rotex HPSU Compact effettua gli sbrinamenti dell’unita’ esterna: l’energia termica viene prelevata dall’accumulo.

Nel caso non lo avessi ancora fatto, puoi leggere Rotex HPSU Compact: come funziona lo sbrinamento ?.

Attenzione

Se la programmazione della produzione di ACS non e’ accorta rischiamo di rimanere addirittura al freddo: il manuale della HPSU indica chiaramente che per ragioni di sicurezza il funzionamento e’ impedito quando la temperatura esterna e’ < 12 °C e contemporaneamente la temperatura del bollitore e’ < 30 ºC. Tenetelo sempre a mente nel caso vogliate avventurarvi in un’ottimizzazione spinta.

Ricordo anche che, per la funzione dell’unita’ esterna, la produzione di ACS ha priorità rispetto al riscaldamento: punto di attenzione in inverno, particolarmente nel caso che pensiate di limitare gli orari di funzionamento del riscaldamento.

Tralascio il caso di utilizzo della resistenza elettrica perché in tutte le mie prove si e’ rivelato uno strumento meno efficiente rispetto all’utilizzo dell’unita’ esterna. Sicuramente e’ utile in caso di dimensionamento troppo risicato della vostra pompa di calore in presenza di freddo estremo: ma finora sono perfettamente sopravvissuto senza !

Tutte queste considerazioni valgono anche nel caso in cui utilizziate la funzionalità Smart Grid (che non fa altro che aumentare i set-point di programmazione). A tal proposito potreste rileggere Integrazione di pompa di calore e fotovoltaico.

Parametri

Veniamo ora a descrivere i (pochi) parametri di programmazione della Rotex HPSU Compact relativi alla produzione di acqua calda sanitaria.

In sostanza e’ possibile definire fino a tre set-point di temperatura dell’accumulo T-ACS nom 1T-ACS nom 2T-ACS nom 3 su tre intervalli temporali.

La HPSU cerca di regolare il valore dell’accumulo sul set-point corrente (T-ACS nom x) con un’isteresi definita dal parametro HP Isteresi TDHW.

Detto in altre parole (sempre nel caso di non utilizzo della resistenza elettrica):

  • fino a quando l’accumulo si trova ad una temperatura superiore a T-ACS nom x – HP Isteresi TDHW non viene fatta nessuna azione sull’unita’ esterna
  • quando la temperature dell’accumulo scende sotto T-ACS nom x – HP Isteresi TDHW l’unita’ esterna si accende (oppure anziché alimentare il circuito di riscaldamento viene deviata e regolata sull’ACS)
  • quando la temperature dell’accumulo raggiunge il set-point corrente T-ACS nom x l’unita’ esterna ritorna nello stato precedente (si spegne oppure ritorna ad alimentare il circuito di riscaldamento)

Esiste anche questi ulteriori parametri ancillari:

  • Max DHW loading time: definisce l’intervallo massimo di funzionamento in produzione di ACS (serve in inverno per evitare di bloccare per troppo tempo il riscaldamento)
  • DHW Off Time: definisce l’intervallo minimo tra due cicli consecutivi di di produzione ACS (serve in inverno per evitare di bloccare per troppo tempo il riscaldamento)

Direi che siamo pronti a ricordare un ultimo aspetto, particolarmente importante d’estate: i limiti di funzionamento della HPSU.

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In buona sostanza in presenza di temperatura esterne anche non particolarmente elevate, la sola unita’ esterna non e’ in grado di raggiungere temperature di accumulo troppo elevate.

In questo caso, in cui magari vogliate fare un auto-consumo spinto del fotovoltaico, potreste attivare la resistenza elettrica. Con lo SSP ed un fotovoltaico sotto-dimensionato come nel mio caso non risulta conveniente.

Nella pagina Configurazione HPSU e LET trovate la mia configurazione corrente aggiornata.

Spero di non essermi dimenticato nulla di importante. Alla prossima !

Rotex HPSU Compact: dispersione termica accumulo

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Una domanda ricorrente sulla pompa di calore Rotex HPSU Compact riguarda le dispersioni termiche del serbatoio ad accumulo, ovvero quanta energia termica accumulata viene dispersa nell’unita’ di tempo dal serbatoio che contiene l’acqua “tecnica” utilizzata per la produzione di acqua calda sanitaria.

Il manuale Rotex, per la versione 508, ci dice questo:

manuale

Come si traduce tutto questo nel comportamento pratico ?

I parametri di funzionamento della HPSU sono i seguenti:

  • T-ACS nom: definisce il set-point di temperatura dell’accumulo
  • HP Isteresi TDHW: definisce l’isteresi per la temperatura dell’accumulo

In pratica vuol dire che la HPSU assicurerà sempre che l’accumulo stia ad una temperatura compresa tra T-ACS nom – HP Isteresi TDHWT-ACS nom.

In questo momento (purtroppo !) si stanno concludendo le mie tre settimane di ferie in cui ho lasciato la mia HPSU 508 in modalità Estate ovvero con la sola produzione di ACS disponibile.

La configurazione attuale prevede 42 ºC per T-ACS nom e 3 ºC per HP Isteresi TDHW.

Dai dati di targa possiamo calcolare la frequenza teorica dei cicli di reintegro dell’accumulo ACS e confrontarli col comportamento pratico.

Prima di tutto convertiamo la dispersione termica da energia termica a differenza di temperatura corrispondente (nelle 24h):

Delta_T@60 = Disp_Termica@60 / (Volume_Acqua * 0,00116) = 1,4 / (500 * 0,00116) = 2,41 ºC/24h

Detto in altre parole la temperatura dell’accumulo da 500 litri della HPSU caricato a 60 ºC scende di 2,41 ºC ogni 24 ore.

Nel mio caso la temperatura dell’accumulo e’ mediamente di 40,5 ºC: poiché la dispersione termica dipende dalla differenza tra accumulo ed ambiente, basta una semplice proporzione per determinare la differenza di temperatura corrispondente.

Le assunzioni per il calcolo sono le seguenti:

  • T_accumulo = 60 ºC ⇒ T_ambiente = 20 ºC (condizioni di targa)
  • T_accumulo = 40,5 ºC ⇒ T_ambiente = 26,2 ºC (mie condizioni effettive)

Delta_T@40.5 = Delta_T@60 * (40,5 – 26,2) / (60 -20) = 0,86 ºC/24h

Qual’e’ la frequenza in ore dei cicli di reintegro dell’accumulo ? Basta dividere l’isteresi per la differenza di temperatura (moltiplicando per le 24 ore):

Frequenza_reintegro = HP Isteresi TDHW / Delta_T * 24h = 3 / 0,86 * 24 = 83 ore

Detto in altre parole, durante le mie vacanze estive, il reintegro dell’accumulo dovrebbe avvenire circa 83 ore dopo la conclusione del precedente.

Vediamo com’è andata effettivamente (nel grafico ci sono anche la produzione del fotovoltaico e la temperatura interna alla casa):

manuale

Estrapolando i dati si vede che la frequenza media di reintegro dell’accumulo e’ stata nella realtà di sole 59 ore (ovvero il 30 % più frequente del dato teorico) ! I singoli cicli duravano mediamente 24 minuti.

Evitando facili accostamenti con i dati di consumo automobilistici, emerge che i dati di targa sono sempre da prendere con le molle.

Spero che questo articolo sia interessante e di riferimento anche per l’inverno (vedi Rotex HPSU Compact: come funziona lo sbrinamento ?), quando i cicli di de-frost possono far salire molto la frequenza dei reintegri dell’accumulo.

Climatizzazione estiva: too fast too furious

ghiaccio

Con lo scoccare della prima accensione del raffrescamento estivo per il 2016, posso sintetizzare i principi con cui ho rivisto le regolazioni (vogliamo dire ribaltato ?) rispetto all’estate precedente.

Se volete, potete rileggere Climatizzazione estiva: alla ricerca della crono-programmazione ideale.

Ricordo che il mio impianto e’ basato su:

  • pompa di calore Rotex HPSU Compact (riscaldamento, ACS, raffrescamento)
  • pavimento radiante
  • Unita’ Trattamento Aria VMC Italia LET (ventilazione meccanica, de-umidifica estiva, integrazione riscaldamento/raffrescamento)

Obiettivi
1) aumentare leggermente la temperatura interna rispetto all’estate precedente (lamentela di mia moglie … non del sottoscritto)
2) ridurre la quantità di umido “tirato dentro” dall’esterno (per approfondimenti leggete Climatizzazione Estiva e VMC: attenzione all’umidità)
3) ridurre i costi elettrici per raffrescamento e deumidifica
4) migliorare il comfort con un comportamento più costante sulle 24 ore

Azioni effettuate

Aumentare leggermente la temperatura interna (lamentela di mia moglie …) ⇒

  • alzare i set-point del crono-termostato a muro di 0,5 gradi C

Ridurre la quantità di umido “tirato dentro” dall’esterno ⇒

  • ridurre la quantità d’aria ricambiata con l’esterno dalla ventilazione (ridurre il set-point “Set Espulsione” della UTA)
  • aumentare la temperatura interna (già fatto con l’obiettivo precedente)

Ridurre i costi elettrici per raffrescamento e deumidifica ⇒

  • alzare la temperatura media di mandata (aumentare i set-point T-manda ini Rafredd e T-manda Rafr Max della HPSU)
  • allungare la finestra di funzionamento giornaliera del crono-termostato in modo da:
    – operare anche in fasce con temperature esterne inferiori (notturne) e quindi rendimento EER maggiore
    – operare nella fascia bi-oraria a tariffa ridotta (notturna)
    – operare comunque di giorno per auto-consumare il fotovoltaico

Migliorare il comfort con un comportamento più costante sulle 24 ore ⇒

  • allungare la finestra di funzionamento giornaliera del crono-termostato
  • ridurre l’intervallo di escursione della temperatura di mandata (differenza tra i set-point T-manda ini Rafredd e T-manda Rafr Max della HPSU)
  • aumentare la velocità di ricircolo della ventilazione per massimizzare la capacita’ di de-umidifica (aumentare il set-point “Set Rinnovo in Deum. o Int.” della UTA)

La crono-programmazione della temperatura risultante, confrontata con quella precedente, e’ la seguente:

tabdiag

La curva di raffrescamento:

tab_mandata

I primissimi risultati paiono in linea con le aspettative:

riso

Come avete notato nei ragionamenti ho sostanzialmente eliminato come fattore principale l’auto-consumo del fotovoltaico.

Come chiarito in Scambio Sul Posto: bilancio 2015, nel mio caso e’ praticamente più conveniente scambiare l’energia prodotta dal fotovoltaico con la rete che auto-consumarla al momento della produzione.

A questo occorre aggiungere che la differenza di rendimento della pompa di calore per raffrescamento e’ drammatica tra notte e giorno.

Per semplificare consideriamo una giornata di fine maggio, assumendo T mandata = 19 °C

Pomeriggio: T esterna = 30 °C ⇒ EER = 19 / (30 – 19) = 1,73

Notte: T esterna = 22 °C ⇒ EER = 19 / (22 – 19) = 6,33

Possiamo ora calcolare quanta energia elettrica ci server per sottrarre 10 kWh termici dall’involucro (E Elettrica = E Termica / EER):

Pomeriggio: 10 kWh termici / 1,73 = 5,78 kWh elettrici

Notte: 10 kWh termici / 6,33 = 1,58 kWh elettrici

Ovvero la notte consumo il 73% di energia elettrica in meno a parità di calore da smaltire !!!

Conviene di gran lunga far girare il raffrescamento di notte: nella pratica questo non e’ ovviamente possibile per ragioni di comfort.

Stay tuned !

Climatizzazione estiva: apporti interni

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Sollecitato da un commento di Andrea ho provato a quantificare in concreto gli apporti termici interni, ovvero quanto l’energia termica prodotta da persone ed elettrodomestici possa accrescere l’energia necessaria al raffrescamento.

Le assunzioni sono le seguenti:

  1. la temperatura interna e’ costante: di fatto lo e’ visto che l’ambiente e’ climatizzato, ovvero presenta un’escursione termica marginale rispetto a quella esterna.
  2. l’energia termica utilizzata per la produzione di ACS sia costante giorno per giorno (sicuramente differente a seconda del numero di persone presenti)
  3. la sottrazione di energia “raffrescante” prodotta dalla PdC da parte della UTA segua l’andamento dei consumi della PdC stessa – e quindi un invariante rispetto a questo ragionamento

Ho dunque confrontato, a partire dal 2 luglio 2015, il consumo elettrico della pompa di calore nei periodi in cui eravamo fuori casa (14 giorni completi) con i giorni in cui eravamo in casa (29 giorni).

I risultati sono particolarmente interessanti (ricordando che il consumo include sia raffrescamento che ACS):

0_Presenti

4_Presenti

E’ visivamente evidente come i consumi siano drasticamente ridotti: proviamo a vederlo in numeri come al solito.

Partiamo dai consumi per ACS.

Storicamente ho osservato che il consumo elettrico medio della PdC per ACS, niente riscaldamento o raffrescamento, e’ di circa 1,8 kWh/day.

Assumiamo che nei giorni senza persone il consumo elettrico medio si riduca al consumo base della PdC (circa 32 W sulle 24 ore) ovvero 0,8 kWh/day. Non e’ esattamente vero perché ci sono comunque i reintegri dell’accumulo ACS.

Ora possiamo esplodere i 2 casi.

Nessuna persona presente

E_PdC = 0,54 * T_out_avg – 7,7 ⇒ E_raffr = 0,54 * T_out_avg – 8,5

4 Persone mediamente presenti

E_PdC = 1,1 * T_out_avg – 17,8 ⇒ E_raffr = 1,1 * T_out_avg – 19,6

Proviamo ora a simulare una giornata molto calda (temperatura media esterna di 31 °C):

Nessuna persona presente ⇒ E_raffr = 0,54 * 31 – 8,5 = 8,2 kWh/day

4 Persone mediamente presenti ⇒ E_raffr = 1,1 * 31 – 19,6 = 14,5 kWh/day

La differenza dei consumi elettrici per raffrescamento e’ di ben 6,3 kWh/day ovvero di 1,6 Eur/day: su un mese potrebbe fare una differenza ben oltre che percepibile.

Proviamo ora a simulare una giornata estiva fresca (temperatura media esterna di 26 °C):

Nessuna persona presente ⇒ E_raffr = 0,54 * 26 – 8,5 = 5,5 kWh/day

4 Persone mediamente presenti ⇒ E_raffr = 1,1 * 26 – 19,6 = 9,0 kWh/day

La differenza dei consumi elettrici per raffrescamento e’ di 3,5 kWh/day ovvero di 0,9 Eur/day: parliamo comunque di 1 caffè al giorno.

Non mi lancio a fare un confronto simile sui consumi della UTA (sostanzialmente per de-umidifica) perché ci sono troppe variabili in relazione tra loro (umidità e temperature interne ed esterne).