Recupero di calore dal compressore: fino all'84 % dell'elettricità riutilizzabile
Un compressore a vite converte l'elettricità in aria compressa… e in calore. Questo calore rappresenta dall'80 al 93 % dell'energia consumata, e dal 50 al 90 % di questo calore può essere recuperato per riscaldare un edificio o un processo. Metodo e calcolo.
Il compressore è innanzitutto un convertitore di energia in calore
A pieno carico, un compressore a vite lubrificato da 75 kW assorbe circa 75 kWh di elettricità all'ora, in realtà un po' di più: 75 kW è la potenza nominale del motore, e le sue perdite vi si aggiungono. Di questa energia, quasi la totalità finisce in calore: il calore di compressione passa negli scambiatori di raffreddamento dell'olio e dell'aria, e l'aria compressa esce raffreddata. È un fatto termodinamico, non un difetto della macchina.
Su un compressore raffreddato ad aria, questo calore viene evacuato dai radiatori verso l'atmosfera. Su uno raffreddato ad acqua, finisce nel circuito di raffreddamento. In entrambi i casi, senza un dispositivo di recupero, è pura dispersione.
La buona notizia: secondo il Sourcebook del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, il calore disponibile rappresenta dall'80 al 93 % dell'elettricità assorbita, e un recuperatore ben progettato ne recupera dal 50 al 90 %, ossia dal 40 all'84 % dell'elettricità assorbita, a un livello di temperatura sfruttabile (tipicamente da 55 a 90 °C all'uscita del recuperatore). È uno dei maggiori potenziali di efficienza energetica dell'industria, ancora ampiamente sottoutilizzato.
Se avete un compressore di oltre 30 kW che lavora più di 4.000 h/anno e un fabbisogno di calore nelle vicinanze (acqua calda sanitaria, riscaldamento dell'officina, preriscaldamento di processo), il recupero di calore merita quasi sempre di essere studiato.
Dove si trova il calore, e a quale temperatura
Il calore di un compressore a vite lubrificato si recupera in tre punti, a livelli di temperatura diversi. Comprenderli permette di scegliere la giusta strategia di recupero.
| Olio di lubrificazione (refrigeratore dell'olio) | Da 70 a 90 °C: la fonte più calda e più densa |
|---|---|
| Aria compressa (refrigeratore finale dell'aria) | Da 30 a 50 °C: utilizzabile solo per il preriscaldamento dell'ACS |
| Aria ambiente del cofano (ventilazione) | Da 10 a 20 °C sopra la temperatura ambiente: riscaldamento diretto dell'officina |
| Energia recuperabile totale (vite lubrificata) | Dal 40 all'84 % dell'elettricità assorbita (dall'80 al 93 % diventa calore, di cui dal 50 al 90 % recuperabile) |
| Energia recuperabile totale (vite oil-free) | Secondo il raffreddamento (aria o acqua): da leggere sul bilancio termico del costruttore |
La fonte principale è l'olio: è l'olio a trasportare la maggior parte del calore del processo di compressione. Uno scambiatore si monta su questo circuito, in fabbrica o in un secondo momento.
Tre tecnologie, tre usi
- Aria-aria (reimmissione dell'aria del cofano verso l'officina): la più semplice e la meno costosa delle tre. In inverno una serranda motorizzata devia l'aria di raffreddamento verso l'officina. Ideale per riscaldare un locale che non è riscaldato, o per compensare una dispersione.
- Aria-acqua (scambiatore sul circuito dell'olio): per produrre acqua calda tra 60 e 80 °C, acqua calda sanitaria, riscaldamento a pavimento, preriscaldamento di processo. La più versatile, e la più diffusa sulle macchine di grande potenza.
- Acqua-acqua (compressore raffreddato ad acqua): integrazione diretta in una rete di acqua industriale. La più costosa delle tre da installare, riservata ai siti con un fabbisogno di acqua calda permanente.
Con un'officina da riscaldare e un compressore > 30 kW, la soluzione aria-acqua sul circuito dell'olio è spesso il miglior compromesso tra investimento e versatilità: serve tanto il riscaldamento quanto l'acqua calda.
Calcolo concreto su un compressore a vite da 75 kW
Prendiamo un compressore da 75 kW che lavora 4.500 h/anno a un carico medio del 65 %. Il calcolo dell'energia recuperabile e del risparmio sul riscaldamento ne deriva direttamente.
| Energia elettrica assorbita annua | 75 × 4.500 × 0,65 = 219.375 kWh |
|---|---|
| Energia termica recuperabile (80 %, ipotesi del calcolo tipo del DOE) | 175.500 kWh |
| Energia effettivamente valorizzata (tasso di utilizzo del 60 %) | 105.300 kWh |
| Gas non bruciato (caldaia al 92 % su PCI) | 105.300 ÷ 0,92 = 114.457 kWh PCI, ossia ≈ 127.000 kWh PCS |
| Da valorizzare alla vostra tariffa | ≈ 127.000 kWh PCS di gas all'anno, l'unità abituale delle bollette del gas in Francia, da moltiplicare per il vostro prezzo del kWh |
Il tasso di utilizzo è il parametro critico. Se il fabbisogno di calore è stagionale (solo riscaldamento dell'officina, da ottobre ad aprile), contate al massimo sul 50 %. Se il fabbisogno è permanente (ACS di processo), si può salire all'80-90 %.
Le tre trappole da evitare
- Sottodimensionare lo scambiatore: un dimensionamento troppo stretto limita il recupero ai picchi. Meglio prevedere un margine del 10-15 % sulla portata nominale.
- Dimenticare la regolazione termostatica: senza bypass, d'estate il compressore può surriscaldarsi se la rete di riscaldamento non richiede calore. Prevedete sempre un bypass automatico o un dissipatore di emergenza.
- Ignorare la qualità dell'acqua: nei siti con acqua dura o aggressiva, lo scambiatore si incrosta o si corrode in 2-3 anni. Addolcitore o scambiatore in acciaio inox da prevedere fin dalla progettazione.
Chiedete sempre al vostro installatore di fornire il bilancio termico con ipotesi quantificate (ore di funzionamento, carico medio, tasso di utilizzo). Una stima commerciale senza bilancio è un guadagno immaginario.
L'argomento carbonio, spesso dimenticato
Oltre al risparmio di energia, il recupero di calore produce una riduzione diretta delle emissioni di CO₂. Sul caso calcolato sopra: 114.457 kWh PCI di gas non bruciato, al fattore della Base Carbone dell'ADEME, l'agenzia francese per la transizione ecologica (gas naturale, mix medio 2022: 0,239 kg CO₂eq per kWh PCI), rappresentano circa 27 tonnellate di CO₂eq evitate all'anno.
Per un sito certificato ISO 14001 o candidato ai CEE (Certificats d'Économies d'Énergie, i certificati francesi di risparmio energetico), questo risparmio alimenta direttamente gli obiettivi CSR.
I CEE finanziano una parte dell'investimento di recupero di calore sul compressore, che dipende dal prezzo del MWh cumac negoziato e dal preventivo. Chiedete al vostro installatore il calcolo della scheda IND-UT-103 («Système de récupération de chaleur sur un compresseur d'air», sistema di recupero di calore su un compressore d'aria): cambia il calcolo.
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