Sta finalmente tornando la primavera che, con le sue temperature più miti, si porta via il freddo ed il gelo invernale. Ed anche gli sbrinamenti Daikin della mia pompa di calore Daikin HPSU Compact, per lo meno fino al prossimo inverno.

Vi racconto gli ultimi aggiornamenti per quanto, purtroppo, non ci sia quasi nulla di sostanziale.

Tutto questo mi ha spinto a realizzare un sistema di monitoraggio estremamente avanzato:

Pompa di calore Daikin HPSU Compact hack: terza parte

La visita fiscale

Il 22 febbraio 2017 Daikin Italia e’ tornata a farmi visita, con forze ancora più numerose della prima volta, mostrando sicuramente estrema attenzione, preparazione e serietà.

L’obiettivo era di raccogliere dati sul mio impianto nella sua interezza, ma abbiamo speso ore a parlare. E’ anche stato fatto anche un intervento sull’impianto stesso (non sulla pompa di calore) che però non ha sortito beneficio alcuno sugli sbrinamenti precoci.

Impianto termico con pompa di calore

Parto da una premessa basata su una coppia di domande in apparenza semplici che mi stavo ponendo da diverse settimane:

• quali sono i valori corretti di portata e salto termico lato acqua  (differenza tra temperatura di mandata e temperatura di ritorno) da utilizzare in un impianto di riscaldamento con pavimento radiante ?
• qual è la corretta regolazione del pavimento radiante con la pompa di calore ?

La risposta è in realtà articolata e dipende dall’interazione di tutte le componenti che costituiscono l’impianto termico:

• involucro:  fabbisogno termico dipendente dalla temperatura esterna
• generatore di calore (pompa di calore): il rendimento dipende dalla temperatura di mandata dell’acqua, dalla temperatura esterna e dal regime di carico (potenza termica erogata rispetto a quella nominale)
• sistema di emissione del calore (pavimento radiante): il rendimento dipende da portata e salto termico dell’acqua

In altre parole il rendimento complessivo e’ la combinazione del rendimento di involucro, pompa di calore e pavimento radiante.

Quindi, se osservate consumi elettrici effettivi non consistenti col vostro attestato di certificazione energetica, la causa e’ da ricercare nell’insieme involucro/generatore di calore/sistema di emissione e non solo nella pompa di calore.

Tutto questo e’ riassunto nella documentazione che dovrebbe accompagnare ogni abitazione:

• attestato di certificazione energetica (obbligatorio in ogni compravendita)
• progetto termico (relazione tecnica ex legge 10)
• progetto del pavimento radiante (contenente portata e salto termico atteso per ogni anello)

E quanto progettato dovrebbe poi essere conformemente realizzato, configurato e verificato.

Per l’utente finale la realtà e’ che quasi certamente si dispone dell’ACE, mentre tutto il resto dovrebbe essere parte di un lavoro fatto a regola d’arte della cui documentazione non si dispone (non essendo obbligatoria come ad esempio la dichiarazione legge 46/90 per l’impianto elettrico).

Giustamente questa e’ la documentazione che Daikin Italia mi ha chiesto durante la sua visita per fare un assessment dell’impianto termico.

Il mio impianto termico

Nella mia realtà:

• il documento legge 10 non era aggiornato: era stata depositato in Comune alla richiesta di autorizzazione alla costruzione fatta dal costruttore quando aveva avviato il cantiere di 3 vilette singole – tutte le variazioni successive specifiche della mia abitazione non erano state registrate
• il progetto del pavimento radiante non era disponibile: richiesta copia al termo-tecnico ma non se sia emersa
• durante la chiamata al termo-tecnico il medesimo ha dichiarato che il mio impianto a pavimento era stato progettato inizialmente per una caldaia a condensazione e che lui non sapeva che era collegata anche una Unita’ Trattamento Aria !
• probabilmente non era mai stata fatta una configurazione iniziale di pompa di calore e pavimento radiante con parametri tra di loro perfettamente consistenti

Gli indizi comuni

Provando a mettere a fattore comune altre segnalazioni simile alle mie, penso che possiamo avere gli elementi seguenti in comune:

• involucro con basso fabbisogno termico
• pompa di calore sovra-dimensionata (leggermente) rispetto al fabbisogno termico
• sistema di emissione (pavimento radiante) sovra-dimensionato rispetto alla potenza termica necessaria alla temperatura di progetto
• caratteristiche particolari / mal regolazione del sistema di emissione (pavimento radiante)
• mancata regolazione iniziale della pompa di calore in coerenza al progetto termo-idraulico

Ahia. Sembra davvero che il mio impianto ne esca con le ossa rotte. Ma manca la relazione di tutto quanto descritto con gli sbrinamenti precoci che determinano un crollo repentino delle prestazioni sotto i 4 ºC circa a causa della frequenza troppo elevata.
Ne riparliamo più tardi.

Pompa di calore sovra-dimensionata ?

Qualche tempo fa avevo pubblicato Dimensionamento pompa di calore aria acqua: calcolo semplificato un metodo semplificato per determinare il taglio della pompa di calore dato il fabbisogno dell’involucro.

Era evidente che per la mia casa una macchina da 4 kW sarebbe stata sufficiente. La scelta era ricaduta sul modello di Daikin HPSU Compact da 6 kW per due ragioni fondamentali:

• il modello di HPSU da 4 kW ha solamente l’accumulo da 300 l insufficiente per le mie esigenze familiari
• il costruttore mi proponeva di montare la 11 kW e dovetti insistere io per avere il taglio inferiore (una sorta di compromesso all’italiana)

La conseguenza di questa scelta ? Che la pompa di calore lavorerà in riscaldamento per la maggior parte del tempo ad un regime di carico inferiore al 100%. Per capire se sia un male od un bene occorre analizzare la documentazione relativa alle prestazioni della pompa di calore nelle differenti condizioni.

Quanto e’ sicuro, in caso di sovradimensionato della pompa di calore, e’ che le temperature esterne di inizio e fine inverno richiedono di lavorare per un numero limitato di ore al giorno (da gestire mediante crono-programmazione). Ma questo accade con qualsiasi generatore di calore che per quanto possa modulare mediante un inverter non avrà mai una gamma di funzionamento in grado di coprire tutta la stagione.

Prestazioni Daikin HPSU Compact ai carichi parziali

Vediamo quindi come variano capacita’ nominale e rendimento in riscaldamento della Daikin HPSU Compact con differenti condizioni per:

• temperatura di mandata
• temperatura esterna
• regime di carico parziale (potenza termica erogata rispetto a quella nominale)

Daikin, come previsto dalla normativa, ci fornisce i dati integrati inclusivi di sbrinamenti Daikin e tutti i consumi elettrici necessari al funzionamento (inclusa la pompa di circolazione integrata). Nella pagina Documentazione pompa di calore Daikin HPSU Compact trovate il documento completo, riporto solo i valori pertinenti al mio caso:

Verifica dimensionamento

Mettiamo ora su un grafico il fabbisogno del mio involucro con le potenze nominali dichiarate da Daikin:

Questi grafici ci dicono che:

• per il fabbisogno termico del mio involucro
• con una temperatura di mandata tra i 30 ºC ed i 35 ºC 
• con una temperatura esterna compresa tra i -5 ºC ed +5 ºC
• il regime di carico della Daikin HPSU Compact sarà sempre compreso tra il 30% ed il 70%

Questo lieve sovra-dimensionamento per una pompa di calore ad inverter e’ un male ? Non necessariamente.

Mettendo su un grafico i rendimenti a carico parziale ci si può dare una risposta:

Con temperature esterna compresa tra i -2 ºC ed i +2 ºC e temperatura di mandata compresa tra i 30 ºC ed i 35 ºC, minore e’ il regime di carico e maggiore e’ il rendimento della Daikin HPSU Compact.

Questo ci dice che sovra-dimensionando leggermente in realtà si e’ migliorato il rendimento medi con cui la pompa di calore opera ! Un apparente problema e’ diventato una opportunità.

Attenzione a non generalizzare troppo pero’: i dati Daikin con una mandata inferiore ai 30 ºC o regime di carico inferiore al 30% non sono disponibili. Non e’ quindi detto che scendendo ulteriormente con la portata e/o col regime di carico si migliori ancora il COP. Osservando il grafico per temperature di mandata superiori il comportamento e’ esattamente l’opposto.

Pompa di calore leggermente sovra-dimensionata !

Mettiamo tutto insieme e traiamo le conclusioni in merito alla congruenza del dimensionamento della mia pompa di calore rispetto al mio impianto:

• per il fabbisogno termico del mio involucro
• con una temperatura di mandata tra i 30 ºC ed i 35 ºC
• con una temperatura esterna compresa tra i -2 ºC ed i +2 ºC
• il regime di carico della HPSU sara’ sempre compreso tra il 30% ed il 70%
• il COP della HPSU sara’ sempre il massimo possibile !

Ottima conclusione per il momento ! Abbiamo eliminato una delle possibile cause di rendimento complessivo dell’impianto termico non in linea con le aspettative.

Se ti interessa capire come calcolare la potenza termina necessaria per la tua casa, puoi leggere Dimensionamento pompa di calore aria acqua.

Pavimento radiante sovra-dimensionato ?

Proviamo a fare due calcoli alquanto semplici.

Il fabbisogno termico del mio involucro alla temperatura di progetto e’ di circa 4 kW, che dividendo per la superficie indica un fabbisogno termico specifico di circa 35 W/m², valore tipico per una qualsiasi casa a basso consumo.

Prendo un prestito dal sito di Eurotherm un sinottico relativo alla norma UNI EN 1264-3 che ci indica la temperatura di mandata necessaria per una determinata potenza termica specifica con diverse combinazioni di passo del pavimento radiante e di materiale superficiale:

La conclusione di massima e’ che:

• per il fabbisogno termico specifico del mio involucro (di circa 35 W/m²)
• con un salto termico pari a 5 ºC con rivestimento in ceramica
• con un passo del pavimento radiante di:
  • 10 cm la temperatura di mandata deve essere intorno ai 28-30 ºC
  • 15 cm la temperatura di mandata deve essere intorno ai 29-32 ºC
  • 20 cm la temperatura di mandata deve essere intorno ai 29-33 ºC

Direi che anche in questo caso ci siamo, anche se al limite. Eliminata anche la seconda causa di rendimento complessivo dell’impianto termico non in linea con le aspettative.

Occorre pero’ riflettere un attimo perché c’e uno spunto estremamente importante: la temperatura di ritorno di un pavimento caldo a regime non può mai scendere sotto un certo limite (altrimenti non scalderebbe l’aria). Nel mio caso ho verificato sperimentalmente intorno ai 26,6 ºC.

Se alla temperatura esterna di progetto, quindi con potenza termica massima, la temperatura di mandata e’ bassa, figuratevi cosa può succedere quando il fabbisogno termico, e quindi la temperatura di mandata, si abbassa. L’impianto dovrebbe funzionare con un salto termico bassissimo. Sicuramente complesso da regolare.

La conclusione e’ con case a basso consumo e’ opportuno operare con passi meno fitti per rendere più facile la gestione di un range di salti termici e massimizzare il rendimento del pavimento. Ma non dimenticavi di non esagerare perché poi andreste a ridurre il COP di funzionamento della pompa di calore.

Insomma serve equilibrio nelle componenti dell’impianto ed e’ proprio il lavoro di un progettista.

Salto termico e portata per Daikin HPSU Compact

Visto che nel sinottico precedente si parlava di salto termico lato acqua, a questo punto e’ interessante comprendere quali siano valori attesi dalla Daikin HPSU Compact in base ai valori di potenza nominale dichiarati.

Sul manuale della mia versione e’ indicato che la portata minima del circuito di riscaldamento per la HSPU Compact 4-8 kW e’ di 720 l/h.

Nel caso di circuito diretto, ovvero in cui la pompa di circolazione integrata alimenta direttamente tutto il pavimento radiante, possiamo ora determinare il salto termico massimo corrispondente alla portata minima ed alle potenze nominali dichiarati ai vari regimi di funzionamento:

Ovviamente alcune di queste combinazioni non sono materialmente raggiungibili perché incompatibili con una temperatura di ritorno che non può scendere sotto un certo limite.
Ho evidenziato in grigio quelle non possibili con una temperatura di ritorno di 26,6 ºC (quella che ho rilevato sperimentale col mio pavimento radiante caldo): in questi casi la portata deve inevitabilmente salire per poter erogare le potenze nominali dichiarate (oppure dobbiamo innalzare la temperatura di mandata).

La conclusione di massima applicata al mio involucro e’ dunque la seguente:

• per il fabbisogno termico del mio involucro
• con una temperatura di mandata tra i 30 ºC ed i 35 ºC
• con una temperatura esterna compresa tra i -2 ºC ed i +2 ºC
• il regime di carico della HPSU sara’ sempre compreso tra il 30% ed il 70%
• il COP della HPSU sara’ sempre il massimo possibile !
• il salto termico massimo lato acqua deve essere compreso tra i 2,5 ºC ed i 5,4 ºC

Direi che i valori di normale funzionamento del mio impianto continuano ad essere assolutamente in linea con quelli nominali. Eliminata anche questa.

Mal regolazione del pavimento radiante

Qui’ invece abbiamo toppato, almeno in apparenza. L’ispezione dell’impianto da parte dei tecnici Daikin ha infatti rilevato che:

• i rubinetti dei termo-arredi dei bagni erano totalmente aperti
• la derivazione che alimenta la UTA era totalmente aperta con flusso effettivamente circolante (nonostante in questa stagione non serva a nulla)

Di fatto era come se ci fossero due by-pass in parallelo agli anelli del pavimento radiante.

Chiusi tutti e tre i rubinetti si e’ ottenuto il risultato seguente sulla portata erogata dalla pompa di circolazione integrata:

• prima: Δ pompa 1% => Δ portata 15,7 l/h
• dopo: Δ pompa 1% => Δ portata 10,0 l/h

Di conseguenza il salto termico, a parità di portata, nel pavimento si e’ innalzato. Migliorando quasi certamente il rendimento del pavimento radiante.

Ottima conclusione per l’ottimizzazione di base dell’impianto nel suo complesso: grazie Daikin !

Ma come si collega tutto questo col mio problema originale (sbrinamenti Daikin troppo frequenti sotto i 4 ºC) e conseguente crollo del rendimento della pompa di calore) ?

Daikin Italia mi ha spiegato (senza riuscirci per i miei limiti di conoscenza nel campo termodinamica applicata) che innalzando in riscaldamento il salto termico lato acqua si innalzerebbe la temperatura media di evaporazione riducendo, a parità di potenza termica erogata e temperatura esterna, la possibilità di sbrinamenti troppo anticipati (secondo l’algoritmo Daikin).
Confrontandomi con esimi frigoristi che frequentano il forum cercaenergia non ho trovato conferma.

Vediamo allora se l’evidenza sperimentale a valle dell’intervento di chiusura rubinetti conferma l’indicazione di Daikin sul salto di temperatura.

Come prima più di prima

Ho sfruttato gli ultimi spruzzi di inverno per monitorare le condizioni “ottimali” per gli sbrinamenti Daikin, facendo una crono-programmazione che facesse lavorare la pompa di calore con le temperatura più fredde.

Purtroppo, pur lavorando con un salto termico lievemente maggiore, la situazione degli sbrinamenti non e’ cambiata (riporto i dati del 01 marzo 2017):

Potenza e salto termico

COP

Reintegri acqua calda sanitaria

Osservazioni sui dati riportati:

• potenza termica erogata in situazione di sbrinamento e non sostanzialmente la medesima (tra i 3,0 ed i 3,5 kW)
• salto termico lato acqua perfettamente in linea con le specifiche nominali (tra i 3,5 ºC ed i 4,5 ºC)
• si nota la sensibilità estrema alla temperatura esterna degli sbrinamenti Daikin
• il COP e’ sensibilmente ridotto nei primi 20 minuti dopo la riaccensione (quindi gli sbrinamenti Daikin da 25 minuti sono deleteri sotto questo punto di vista)
• ci sono i noti impatti sui reintegri dell’accumulo

Sintesi monitoraggio

Ho anche fatto un monitoraggio su una gamma temporale maggiore dei rendimenti sintetizzando i dati disponibili online:

Anche questa vista conferma quanto scrivevo sopra: osservate le perfetta corrispondenza dei pallini rossi ed amber sul numero di defrost ed i corrispondenti COP.

Si vede per bene come i defrost molto numerosi determinino:

• importante riduzione del COP complessivo (Exchanger COP)
• riduzione del COP in riscaldamento (Floor COP)
• drammatica riduzione del COP in ACS (Tank COP)

Ricordo che questi COP sono misurati direttamente sulla macchina e non sono quindi affetti da eventuali inefficienze del pavimento radiante. Quindi l’impianto non c’entra nulla (in modo diretto).

Valvola a 3 vie

Non posso dimenticare che Daikin ha sostituito l’attuatore di una delle valvole a 3 vie: il rumore si e’ drasticamente ridotto. Direi problemi chiuso. Grazie Daikin !

Conclusioni sugli sbrinamenti Daikin

La visita di Daikin Italia mi ha portato diversi elementi:

• ha dimostrato l’impegno di Daikin stessa per definire la natura del problema in senso lato, anche al di fuori delle proprie responsabilità dirette; e’ stata anche garantita una estensione di garanzia fino a marzo 2018 durante l’analisi del mio problema
• per un impianto di climatizzazione invernale/estiva basato su pompa di calore e pavimento radiante, la filiera cliente/impresario/termo-tecnico/idraulico/Daikin e’ troppo lunga:
  • responsabilità/complessità di progettazione e realizzazione
  • ci dovrebbe essere una figura unica chiave competente in grado di supervisionare il tutto (Daikin stessa comincia ad offrire un servizio del genere)
  • commistione di responsabilità per lavori non eseguiti a regola d’arte (il collaudo da parte dei CAT Daikin non prevede controlli sull’avvenuta configurazione della pompa di calore secondo l’impianto)
  • competenza diffusa ancora limitata
  • il cliente finale paga tutte le conseguenze in caso di problemi
• e’ facile additare la pompa di calore perché e’ l’unico elemento misurabile direttamente delle componenti dell’impianto involucro/generatore di calore/sistema di distribuzione
• azioni di ottimizzazione generale del mio impianto non specificamente legati agli sbrinamenti precoci
• la valvola a tre vie non fa + più rumore
• ho acquisito una serie di nozioni che riverserò nel software di controllo automatico della mandata, alternativo alla climatica, per massimizzare comfort e prestazioni
• il problema degli sbrinamenti Daikin troppo frequenti non e’ imputabile direttamente od indirettamente al mio impianto ma al mio esemplare di Daikin HPSU Compact:
  • il problema si manifesta lavorando con valori “normali” di portata, salto termico e potenza termica
  • la misura diretta del COP della HPSU conferma la drastisca riduzione “a scalino” al di sotto dei 4 ºC

Non rimane che aspettare l’esito della visita a tutti gli “utenti sfortunelli”, ma temo che dovremo rimandare al prossimo inverno (finora Daikin non ha ancora catturato dati relativi ad un “pettine” di sbrinamenti ogni 25 minuti).

La mia speranza in un difetto di qualche componente del mio esemplare di HPSU e non un problema di prodotto scarsamente adatto ad operare su abitazioni con basso fabbisogno termico continua.

Per fortuna che la primavera mette di buon umore ma soprattutto allontana gli sbrinamenti precoci:

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