Pompe di calore: trasformare il panorama energetico mondiale

La tecnologia delle pompe di calore si sta diffondendo in tutto il mondo in numerosi settori per catturare, potenziare e riutilizzare quello che altrimenti sarebbe calore di scarto. Questo riciclo può ridurre significativamente i costi di riscaldamento e la dipendenza dai combustibili fossili. Se applicato su vasta scala, consente di ottenere notevoli vantaggi economici ed ecologici.

Negli ultimi anni, GEA ha installato tecnologie di riscaldamento e refrigerazione a base di ammoniaca in impianti di trasformazione alimentare, per la produzione di bevande e latticini, birrifici, celle frigorifere, sistemi di teleriscaldamento e altri stabilimenti.

Perché l'ammoniaca?

Grazie alla sua efficienza termodinamica l'ammoniaca è una scelta molto economica e i miglioramenti apportati alla tecnologia dei compressori ora consentono alle pompe di calore ad ammoniaca di produrre temperature più elevate che in passato.

In un impianto di grandi dimensioni che richiede sia il riscaldamento che il raffreddamento, come una rete di teleriscaldamento o una fabbrica alimentare, la tecnologia delle pompe di calore ad ammoniaca può garantire il 40% in meno di consumo energetico, fino al 40% in meno di costi e il 40% in meno di emissioni rispetto all'uso di refrigeranti sintetici.

Recupero di calore per riscaldamento e raffreddamento

Per favorire la diffusione di sistemi di riscaldamento e raffreddamento ecologici, un fornitore canadese leader nel settore della refrigerazione e del riscaldamento ha intrapreso un ambizioso progetto che prevede l'utilizzo della tecnologia GEA per dotare di teleriscaldamento e raffreddamento 557.000 metri quadrati (sei milioni di piedi quadrati) di edifici.

Per soddisfare questi ambiziosi requisiti, GEA ha progettato e consegnato due pompe di calore GEA RedGenium al sito in Ontario, ognuna delle quali genera 2 megawatt (569 tonnellate di refrigerazione) di acqua calda a 85°C (185°F), nonché acqua fredda a 4,4°C (40°F) per il raffreddamento.

Mentre i refrigeranti sintetici tradizionali, come gli idrofluorocarburi (HFC), sono noti per essere dannosi per l'ambiente, il nuovo sistema utilizza il refrigerante naturale ammoniaca che ha un potenziale di riduzione dell'ozono pari a zero.

Efficienza sostenibile

Il fulcro di ogni pompa di calore RedGenium è un compressore alternativo GEA V XHP ad altissima pressione. Grazie alla capacità di generare temperature dell'acqua fino a 95°C (203°F) e a un'ampia gamma di capacità con una pressione massima di progetto di 63 bar (914 psi), il sistema basato sull'ammoniaca offre le migliori prestazioni della categoria. Ciò si traduce in un costo totale di proprietà inferiore grazie al consumo energetico notevolmente ridotto e all'ammoniaca relativamente poco costosa da reperire.

Il sistema consuma quindi una piccola quantità di elettricità (idealmente rinnovabile) per aumentare il calore catturato. I motori elettrici sono azionati da inverter a frequenza variabile e gli scambiatori di calore a piastre e fascio tubiero ad alta efficienza consentono all'intero sistema di soddisfare i più elevati standard di sostenibilità.

Le pompe di calore riducono le emissioni di Mars

Mars, produttore leader dell'industria dolciaria, ha installato una soluzione a pompa di calore ad ammoniaca GEA presso il suo stabilimento di Veghel, nei Paesi Bassi, una delle più grandi fabbriche di cioccolato al mondo. Dopo un'analisi delle potenzialità di risparmio e gestione energetica della struttura, si è giunti alla conclusione che l'installazione di sistemi a pompa di calore avrebbe migliorato significativamente l'efficienza energetica di tutte le attività di Mars, sostenendo il suo impegno per la riduzione delle emissioni.

La soluzione personalizzata con pompa di calore GEA, che si basa sul compressore alternativo GEA V HP, estrae dalle unità di refrigerazione il calore a bassa temperatura altrimenti inutilizzato e lo potenzia, sfruttandolo poi per il riscaldamento dell'acqua. Il calore prelevato dalle unità di refrigerazione passa attraverso uno scambiatore di calore, che può riscaldare l'acqua fino a 63°C (145°F).

Quest'acqua viene poi incanalata nella rete di tubature dell'acqua calda sul tetto della fabbrica, appositamente installata, da dove può essere inviata a varie aree all'interno dello stabilimento, tra cui i serbatoi di stoccaggio di cioccolato e sciroppo e le unità di trattamento dell'aria. La quantità di calore risparmiata dalle pompe di calore equivale a circa 26 terajoule di gas e a circa 1.000 tonnellate di emissioni di CO2 all'anno.

Mars prevede di installare più pompe di calore in altri impianti nel mondo, poiché il riutilizzo del calore residuo è uno dei fattori chiave per il raggiungimento della sostenibilità energetica entro il 2040 da parte dell'azienda. 

Rivoluzione nella produzione di succhi

Nell'ambito di un vasto impegno per la costruzione di una fabbrica di succhi di frutta a zero emissioni, il marchio di frullati e succhi di frutta innocent ha affidato a GEA la fornitura di tecnologie di lavorazione, riscaldamento e refrigerazione sostenibili per il suo nuovo sito. Il coinvolgimento tempestivo di GEA nel progetto ha permesso di implementare fin dall'inizio numerosi processi innovativi, favorendo il raggiungimento degli obiettivi di sostenibilità da parte di innocent.

Al centro del sistema di risparmio energetico di innocent ci sono le pompe di calore GEA. Con l'integrazione di più sistemi per la massima efficienza, GEA ha consigliato a innocent di usare due circuiti di riscaldamento separati – uno impostato a 65°C (149°F) per la pulizia e l'altro a 90°C (194°F) per la pastorizzazione e la sterilizzazione. Le pompe di calore sono state integrate per riscaldare l'acqua dal calore di scarto generato nei processi. GEA ha dovuto ridurre al minimo la quantità di vapore in modo da poter utilizzare un generatore di vapore elettrico alimentato a energia verde. 

"Normalmente, nella produzione di bevande come mezzo di trasmissione del calore, che supera ovunque i 100°C (212°F), si utilizza il vapore" afferma Robert Unsworth, Global Technical Sustainability Manager di GEA. "Ma abbiamo riconsiderato questo aspetto. Ora il vapore è richiesto solo per una parte del calore e viene utilizzato per la sterilizzazione". Sfruttando al massimo il principio dello scambiatore di calore, abbiamo aumentato incredibilmente il riutilizzo del calore, riducendo l'enorme quantità di energia che prima andava sprecata per il vapore inutilizzato.

Il progetto ha poi vinto l'oro al People's Choice Award della European Heat Pump Association (EHPA). "Tanto di cappello a GEA perché è stata al nostro fianco in ogni momento, aiutandoci a sfidare gli approcci di progettazione convenzionali ", afferma Andy Joynson, ex direttore operativo di innocent drinks Europe. "A fare il successo è la somma di tanti piccoli dettagli. Stiamo lavorando con circa il 60% dell'energia che sarebbe necessaria per far funzionare un impianto di dimensioni equivalenti, quindi si tratta di una differenza significativa".

Soluzioni combinate nella fabbrica di polli di Wipasz

Per Wipasz SA, uno dei maggiori produttori polacchi di mangimi e leader nella produzione di carne di pollo fresca, è stata necessaria una soluzione vasta e complessa. Per il suo stabilimento avicolo, a Międzyrzec Podlaski in Polonia, l'azienda era alla ricerca di soluzioni per rendere la produzione più sostenibile ed efficiente dal punto di vista energetico.

Andrzej Wachink, direttore tecnico di Wipasz S.A., ha dichiarato: "Il nuovo impianto è molto grande e moderno. Abbiamo posto a GEA tre sfide: raffreddare l'impianto, recuperare calore residuo per ridurre il consumo energetico delle caldaie utilizzate per produrre acqua calda e realizzare un'adeguata ventilazione, soprattutto nell'area di macellazione".

I processi di congelamento e refrigerazione sono estremamente sensibili alla temperatura: il prodotto fresco per la distribuzione viene confezionato a 0°C (32°F) e il rimanente lotto viene congelato a -18°C (0°F) per l'esportazione o per ulteriori lavorazioni, come nel caso delle crocchette di pollo. 

Per soddisfare le diverse esigenze dell'impianto, GEA ha progettato, sviluppato e fornito una capacità di raffreddamento di 5,3 megawatt (1507 tonnellate di refrigerazione) per cinque congelatori a piastre, cinque tunnel di congelamento batch, due celle frigorifere e 64 raffreddatori ad aria. L'apparecchiatura comprende unità con compressore alternativo GEA Grasso V1800 per il condizionamento dell'impianto, un compressore a vite SP1 Grasso che controlla il processo di raffreddamento principale per il pollame e un compressore a vite SP2 per il congelamento e la generazione di calore per l'acqua e il condizionamento dell'aria. 

Inoltre, l'azienda ha installato otto unità di trattamento dell'aria per la ventilazione dei locali di produzione e quattro per la climatizzazione degli uffici, tutte raffreddate dall'impianto centrale ad ammoniaca e riscaldate con il calore recuperato da esso. A Wipasz sono stati inoltre forniti due sistemi di recupero del calore che coprono l'intero fabbisogno di acqua calda dello stabilimento e altre esigenze di riscaldamento, compresi gli uffici e le aree sociali, il che riduce l'impatto ambientale e consente un ritorno sull'investimento molto rapido dal momento che non sono previste caldaie.

La combinazione di una pompa di calore con un'unità di refrigerazione consente sia il raffreddamento che il riscaldamento e crea un ciclo continuo che riduce i costi energetici del 40% o più. Si tratta di un risparmio significativo se si considera che nell'industria alimentare, lattiero-casearia e delle bevande, fino al 60% del consumo di energia è attribuibile ai processi di riscaldamento e raffreddamento. Le fabbriche di pollame come la Wipasz sono consapevoli dei notevoli vantaggi economici ed ambientali derivanti dal recupero del calore e dall'uso di una pompa di calore nei processi produttivi, specialmente quelli che richiedono l'applicazione di calore durante la preparazione, la refrigerazione e il congelamento successivi.

Riscaldamento e raffreddamento a prova di futuro

Le pompe di calore installate da GEA negli impianti di tutto il mondo sono progettate su misura per soddisfare precisi requisiti di temperatura e rimarranno al passo coi tempi per molti anni a venire, grazie alla lunga durata dell'ammoniaca. Rispetto ad altri refrigeranti, che possono durare solo 10 anni o poco più, l'investimento in un sistema ad ammoniaca è sicuro per 30-40 anni, forse di più.

Con la progressiva eliminazione dei gas fluorurati in tutto il mondo per ridurre le emissioni di gas serra, vengono sempre più adottati refrigeranti naturali come l'ammoniaca. Questo ha aperto la strada a un loro più ampio utilizzo e, con l'aumento della domanda di soluzioni energetiche verdi, le pompe di calore ad ammoniaca si stanno diffondendo in tutto il mondo negli impianti di produzione e di energia termica.