COP reale nelle pompe di calore aria-aria

[Jacko]

Salve, leggendo a proposito delle pompe di calore ho trovato che il COP aumenta tanto più la differenza di temperatura che si ha nel condensatore e nell'evaporatore è piccola.

Andando poi a guardare i valori di COP relativi ad una macchina reale presenti nel datasheet, scopro che invece è il contrario:

copb.jpg (157.41 KiB) Osservato 23626 volte

i dati sono relativi ad una macchina Clivet e relativi ad una temperatura interna di 20°C.
All'aumentare della temperatura esterna, il COP diminuisce!

Non riesco a capire dove si nasconde l'errore...
L'unica idea che mi viene è relativa al fatto che in queste prove l'assorbimento elettrico non è costante ma aumenti con l'aumentare della temperatura, non portando ad un aumento di uguale entità anche sull'energia termica.

[Guerra]

In una pompa di calore il COP è il rapporto tra la potenza termica resa e l'energia elettrica fornita.
Il diagramma riportato non ha molto interesse pratico, in quanto evidenzia un dato del tutto teorico e non reale; ciò che davvero interessa è il COP della macchina nel suo insieme (quindi di molto inferiore al dato riportato in tabella).
Non capisco ciò che ti lascia perplesso, dato che la diminuzione del COP è dovuta all'aumento dell'assorbimento dei compressori in proporzione maggiore all'aumento della potenza termica.
Il Coefficiente di effetto utile (COP) non è un rendimento.

[Jacko]

Quello che mi lascia perplesso è che a -5°C, a parità di potenza elettrica, riesco a estrarre più calore dall'esterno che quando ne ho 15.
Ho sempre trovato scritto che il COP diminuisce con la temperatura, mentre qui diminuisce. O forse il fatto è che ciò vale solo se si considera costante il consumo elettrico, con il conseguente degrado della potenza termica, mentre in questa tabella la potenza elettrica aumenta con la temperatura (in modo non proporzionale a quella termica).

[Guerra]

Non lasciarti ingannare dai dati riportatti, in fin dei conti non ti dicono come riescono ad ottenere una potenza termica maggiore al diminuire della temperatura esterna; si dovrebbe verificare temperature di condensazione ed evaporazione nelle singole condizioni (a -5 °C e a 15°C ad esempio). Non si va contro le leggi della fisica, quindi la tua affermazione: è maggiore la potenza termica resa al condensatore a parità di potenza elettrica assorbita dalla macchina in condizioni di temperatura esterna non è vera. Attento: dalla macchina! perché per ottenere temperature al condensatore e all'evaporatore e di conseguenza i valordi da tabella allegata, probabilmente sei costretto a spendere energia maggiore per i ventilatori di condensazione. Come già detto in precedenza la tabella riportata ha poco senso pratico e soprattutto va letta correttamente.

[Jacko]

Nelle note però c'è scritto che il COP è calcolato solo sulla potenza dei compressori e non considerando i ventilatori.

Il fatto è che sono comuni affermazioni del genere: "Per le pompe di calore che sfruttano l'aria il COP è limitato quando operano in climi molto freddi, dove c'è meno calore all'esterno da trasferire all'interno di un edificio. Tipicamente il COP scade quando fuori la temperatura scende attorno a −5 °C o −10 °C" (wikipedia)

Qua è esattamente il contrario. Dice: la pompa di calore (quella di cui stiamo parlando ovviamente, a cui la tabella è riferita) sfrutta meglio la potenza elettrica quando l'evaporatore si trova a basse temperature.
Intuituivamente viene da pensare che se all'evaporatore c'è una temperatura più alta il refrigerante sarà capace di assorbire più calore rispetto a quando la temperatura è più bassa.

Quello che non riesco a capire è qual è il fenomeno fisico che in questa macchina fa abbassare il COP all'aumentare della temperatura.

[Guerra]

Continui a sbagliare.
Nella tabella è scritto COP riferito ai soli compressori NON alla macchina nel suo complesso (che è il dato reale e di interesse).
Quindi se tu eslcudi i veri carichi energetici colpevoli dell'abbassamento del COP è chiaro che SEMBRA "funzionare meglio" a basse temperature.
Il COP che leggi è semplicemente la potenza termica resa (non sai le temperature dell'evaporatore e condensatore, solo la potenza) in rapporto alla potenza assorbita dei compressori (e basta! è qua il giochetto).
Non c'è nessun fenomeno fisico particolare, solo un "parziale" verità: scrivere in piccolo COP riferito ai soli compressori.

[Jacko]

Quindi se ho ben capito l'assorbimento elettrico a basse temperature, considerando la globalità della macchina, va aumentato di un contributo maggiore rispetto a quello ad alte temperature, dovuto ad un maggiore consumo di elementi diversi dai compressori (per esempio i ventilatori). Considerando questo contributo, il COP complessivo assume un andamento crescente al crescere della temperatura.

[Guerra]

E' tutto un po' più complicato, nel senso che la potenza termica resa dalla macchina è un parametro che si decide a progetto (lo decidi tu). Per ottenere quella potenza termica devi spendere energia elettrica; la quantità di potenza erlettrica assorbita è legata a vari parametri (temperatura/umidità esterna, temperatura condensazione ed evaporazione, etc...).

In questo caso ragionando sulla tabella che tu hai inserito nel post non puoi trarre le conclusioni riportate nei primi post.
L'ultimo tuo post: per ottenere maggior potenza termica hai bisogno di maggior potenza elettrica assorbita e questo fa diminuire il tuo COP (parlo di pdc).
Non è proprio corretto, ma al crescere della temperatura esterna puoi ottenere un COP maggiore in pdc.
In ogni caso tieni presente che il COP varia in funzione delle temperature di condensazione ed evaporazione.

[Jacko]

Ti ringrazio per la disponibilità.

Un'ultima considerazione su queste tabelle, dimmi se sbaglio:
Il consumo elettrico della pdc globale in prima approssimazione lo possiamo considerare come dovuto alla potenza dei compressori e dei ventilatori.
Il COP lo si può calcolare quindi come COP=(kW termici)/(kW compressori + ventilatori)

Nel datasheet di una macchina equivalente vengono indicate le potenze dei ventilatori, che sommate danno 22kW (indicate come costanti).

Con la temperatura di condensazione a 20°C è riportato che:

con temperatura di evaporazione 0°C: kWt=79.9; kWe=14.8 calcolando il COP come sopra, COP=79.9/(14.8+22kW)=2.2
mentre tenendo in considerazione solo i compressori COP=79.9/14.8=5.4

con temperatura di evaporazione 10°C: kWt=91.2; kWe=18.4 calcolando il COP come sopra, COP=91.2/(18.4+22kW)=2.257
mentre tenendo in considerazione solo i compressori COP=91.2/18.4=4.9

Effettivamente considerando compressore+ventilatori il COP aumenta con l'aumentare della temperatura di evaporazione, al contrario di tenere in considerazione solo i compressori.

[Guerra]

In prima approssimazione è corretto: mantenendo costante la temp di condensazione e la potenza elettrica assorbita dai ventilatori all'aumentare della temperatura di evaporazione il COP in pdc aumenta.