Progettazione e prima analisi sperimentale di uno scaldacqua a pompa di calore a propano

This thesis project addresses the design and an initial experimental analysis of a propane heat pump water heater. The water heater marketed by Maxa Advantix S.P.A. currently employs R134a as a refrigerant and it was therefore necessary to redesign the entire system to make it suitable for its functioning with propane (R290), a highly flammable refrigerant. The key objectives of this project are the maximization of the system’s efficiency (COP) and the minimization of the refrigerant charge. The components with which to replace the condenser, the evaporator and the compressor have been identified in such a way as to achieve the aforementioned objectives. The first performance tests, carried out only on some of the components selected as the most suitable for replacement, have shown that it is possible to reduce the refrigerant charge to values very close to 150 g (limit value of the charge below which installation of the water heater without any type of restriction is possible) and that it is also possible to improve the system performance, especially with regard to heating time and COP. As for future developments, it is necessary to conclude the performance tests on all the components selected in this thesis project and then define the appropriate configuration capable of achieving the best energy performance levels for charge lower than the abovementioned threshold value inferior to 150 g. This configuration will then be tested according to the European standard UNI EN 16147.

In questo lavoro di tesi si è affrontata la progettazione e una prima analisi sperimentale di uno scaldacqua a pompa di calore a propano. Attualmente, lo scaldacqua commercializzato da Maxa Advantix S.p.A. utilizza come fluido refrigerante il R134a e si è quindi dovuto riprogettare l’intero sistema per renderlo idoneo a funzionare con il propano (R290), fluido refrigerante altamente infiammabile ma con un valore di GWP molto modesto. Gli obiettivi cardine di questa riprogettazione sono la massimizzazione dell’efficienza energetica del sistema (COP) e la minimizzazione della carica di refrigerante. Si sono individuati i componenti con cui andare a sostituire il condensatore, l’evaporatore e il compressore in modo tale da raggiungere gli obiettivi precedentemente citati. I primi test prestazionali, eseguiti solo su alcuni dei componenti selezionati come i più idonei per la sostituzione, hanno dimostrato che è possibile diminuire la carica di refrigerante fino a valori molto vicini ai 150 g, valore limite della carica al di sotto del quale è possibile installare lo scaldacqua senza alcun tipo di restrizione, e che è anche possibile migliorare le prestazioni del sistema, specialmente per quanto riguarda l’heating time e il COP. Per quanto riguarda gli sviluppi futuri, è necessario concludere i test prestazionali su tutti i componenti selezionati in questo lavoro di tesi e definire quindi quale sia la configurazione in grado di avere le prestazioni energetiche migliori per quantitativi di carica inferiori al limite citato. Tale configurazione verrà poi testata secondo la norma europea UNI EN 16147.