Modellazione di un impianto a pompa di calore con refrigerante R-744 per il condizionamento dei veicoli elettrici.

La gestione termica nei veicoli elettrici ricopre un ruolo cruciale nel garantire efficienza energetica, autonomia e affidabilità dei sistemi. In assenza di una sorgente significativa di calore di scarto, a differenza dei motori endotermici, il sistema HVAC assume un’importanza centrale sia per il comfort dell’abitacolo sia per il controllo termico dei componenti critici, in particolare del pacco batterie. In questo contesto, la presente tesi analizza l’impiego di una pompa di calore operante con anidride carbonica (R744) come alternativa ai sistemi tradizionali basati su refrigeranti fluorurati. La scelta della CO₂ è motivata dal suo ridotto impatto ambientale, in termini di ODP (Ozone Depletion Potential) e GWP (Global Warming Potential), parametri regolati dalle normative ambientali vigenti. Lo studio prevede l’analisi del ciclo termodinamico a compressione di vapore, con una prima trattazione del ciclo subcritico e un successivo approfondimento del ciclo transcritico caratteristico del refrigerante R744. Vengono inoltre esaminati i principali componenti del sistema, tra cui compressore, gas cooler, valvole di espansione ed evaporatore, nonché l’integrazione con il sottosistema di gestione termica della batteria mediante chiller. La parte applicativa consiste nello sviluppo di un modello numerico in ambiente Matlab, basato su un approccio semplificato ma rappresentativo del comportamento del sistema. Il modello consente di simulare le prestazioni della pompa di calore in diverse condizioni operative, sia in modalità raffrescamento sia in modalità riscaldamento, analizzando il bilancio energetico del sistema in termini di lavoro del compressore, potenze termiche scambiate nei principali componenti (gas cooler, evaporatore e chiller) e coefficiente di prestazione (COP). I risultati ottenuti evidenziano la coerenza fisica del modello implementato e mostrano prestazioni energetiche complessivamente elevate del sistema, nonostante le criticità legate alle elevate pressioni operative e al funzionamento in regime transcritico.