Pompe di calore di grande taglia: come il calore residuo dei centri dati arriva nella rete termica

01Calore residuo che nessuno utilizza

Il raffreddamento di un centro dati asporta sotto forma di calore quasi tutta l’elettricità assorbita – tutto l’anno e in modo ben pianificabile. Il livello di temperatura è però troppo basso per una rete di teleriscaldamento classica. Una pompa di calore di grande taglia colma questa lacuna: sottrae calore all’acqua di raffreddamento, lo innalza alla temperatura della rete e restituisce acqua raffreddata al centro dati.

02L’errore di ragionamento: la macchina al centro dell’attenzione

Nelle prime fasi di progetto si discute spesso di produttori, tipo di compressore o refrigerante. L’influenza maggiore sul consumo di elettricità e sul prezzo del calore la hanno però due temperature che sono fissate molto prima della scelta della macchina: la temperatura della fonte proveniente dal centro dati e la temperatura di mandata richiesta dalla rete.

03Il principio: il salto di temperatura determina l’efficienza

Il limite superiore teorico del coefficiente di prestazione (COP) risulta dalla temperatura assoluta di cessione del calore divisa per il salto di temperatura tra fonte e pozzo. Le pompe di calore di grande taglia reali raggiungono una parte di questo limite, il cosiddetto rendimento exergetico, spesso circa la metà. Se il salto si dimezza, il coefficiente di prestazione quasi raddoppia.

Ne consegue che il raffreddamento ad acqua calda nel centro dati e le basse temperature di rete hanno un effetto doppio: riducono il salto da entrambi i lati.

Un secondo vantaggio del calore residuo dei centri dati è la sua costanza. A differenza dell’aria esterna, la fonte è calda e al riparo dal gelo tutto l’anno, e lo sbrinamento non è necessario. Il coefficiente di prestazione stagionale (SPF) è quindi di solito più vicino al valore di progetto rispetto alle pompe di calore aria-acqua. Resta decisivo come varia la temperatura di rete nel corso dell’anno: un abbassamento in funzione delle condizioni meteorologiche in estate migliora sensibilmente il bilancio.

04Un esempio di calcolo

Supponiamo che una pompa di calore debba fornire 1000 kW a una rete con mandata a 65 °C, alimentata da acqua di raffreddamento a 30 °C. Con un rendimento exergetico di 0,5 risulta un coefficiente di prestazione di circa 3,5. La pompa di calore richiede allora circa 290 kW di elettricità; ben 710 kW provengono dal calore residuo.

> 80 %quota dei costi dell’elettricità sui costi annui del calore – ipotesi: 8000 ore a pieno carico, 15 ct./kWh, investimento ammortizzato su 20 anni

Poiché l’elettricità domina i costi del calore, ogni miglioramento del coefficiente di prestazione si ripercuote quasi direttamente sul prezzo del calore. Se la temperatura di rete scorre fortemente tra mandata e ritorno, convengono inoltre circuiti a più stadi in serie o processi che cedono il calore in modo scorrevole.

05Che cosa significa per il Suo progetto

• Chiarisca con il gestore della rete le temperature di mandata e di ritorno nell’arco dell’intero anno, non soltanto il caso di dimensionamento.
• Progetti il raffreddamento del centro dati con acqua di raffreddamento il più calda possibile – ciò riduce contemporaneamente l’onere di raffreddamento e il salto di temperatura.
• Valuti le varianti in base al coefficiente di prestazione stagionale (SPF) e ai costi di produzione del calore, non in base al COP della scheda tecnica.
• Stabilisca per tempo ridondanza, copertura dei picchi di carico e concetto di sicurezza per il refrigerante secondo EN 378. Indicazioni sui refrigeranti naturali si trovano nell’articolo sulla svolta dei refrigeranti.

Da ricordare

Nell'utilizzo del calore residuo con pompe di calore di grande taglia la temperatura di rete è il principale fattore di costo: chi mantiene basso il salto di temperatura riduce il fabbisogno di elettricità – e quindi il prezzo del calore – per l'intera durata d'utilizzo.

SEDC AG · Articolo tratto dalla nostra serie di formazione interna «Technik Praxis», abbreviato per committenti e utenti.