Vale la pena utilizzare una pompa di calore per riscaldare la casa?

L’industria del pompaggio non sta ferma e stanno emergendo nuove soluzioni ingegneristiche basate su tecnologie già note. I responsabili del marketing, interessati a realizzare profitti e ad aumentare le vendite, spesso nascondono i dati relativi a un prodotto e lo promuovono come rivoluzionario e ineguagliabile. Le pompe di calore sono l’esempio più evidente. Il materiale pubblicitario non descrive il principio di funzionamento di tali dispositivi, né il livello di efficienza per il riscaldamento domestico. Tuttavia, per capire come funzionano le cose e quanto può essere utile questo o quel sistema, si può fare riferimento a questo materiale.

Cos’è una pompa di calore e quali sono le sue applicazioni

La definizione tecnica di pompa di calore è quella di un dispositivo che consente di trasferire energia da un’area a un’altra migliorandone le prestazioni. Questa meccanica è facile da illustrare. Immaginate un secchio di acqua fredda e un bicchiere di acqua calda. la stessa quantità di energia viene utilizzata per riscaldarli a partire da un determinato punto di calore. Tuttavia, l’efficienza della sua applicazione varia. Se contemporaneamente si abbassa la temperatura di un secchio d’acqua di 1 grado, l’energia termica ricevuta può portare il liquido in un bicchiere praticamente all’ebollizione.

Di conseguenza, l’utente riceve due fonti di calore, una delle quali (l’energia ricavata dai prodotti) è completamente gratuita.

Questo è il principio di funzionamento di una pompa di calore. L’apparecchio ha uno schema funzionale opposto rispetto al frigorifero – in esso utile e responsabile del nodo dell’efficienza finale è lo scambiatore di calore. Tutto funziona nel modo seguente:

• il circuito di estrazione del calore si trova all’esterno del locale, circondato da un ambiente a temperatura stabile;
• Durante il funzionamento della pompa di calore, la temperatura del corpo di lavoro viene abbassata da processi fisici naturali al di sotto della temperatura ambiente;
• si verifica un’estrazione di calore da parte del corpo di lavoro, la cui intensità dipende dalla differenza di temperatura creata
• il fluido di lavoro entra nel circuito di conversione di stato e nello scambiatore di calore del locale;
• l’energia viene rilasciata nell’aria o in un altro mezzo;
• il fluido di lavoro allo stato iniziale viene alimentato all’inizio del ciclo (circuito di estrazione del calore).

Un tale schema di riscaldamento presenta una serie di vantaggi e svantaggi. Tuttavia, in condizioni ottimali una pompa di calore mostra Risparmi significativi. Il riscaldamento di una casa costa il 70-80% in meno rispetto a un classico sistema di caldaie a gas o a combustibile solido.

L’efficienza finale di una pompa di calore dipende da molti fattori. Alcune soluzioni tecnologiche possono fare molto solo per un numero limitato di applicazioni. Altri prevedono la complessa installazione di una pompa di calore.

Oggi esistono numerosi elettrodomestici i cui proprietari non sanno che utilizzano idee innovative e rivoluzionarie per estrarre calore dall’ambiente. Ciò può verificarsi anche a temperature esterne inferiori allo zero. Questi sono condizionatori d’aria con funzione di riscaldamento, che, di fatto, si basa sulla meccanica di una pompa di calore. I principi di funzionamento di tali dispositivi di classe aria-aria saranno considerati in seguito.

Schema di riscaldamento per una casa privata con pompa di calore

L’applicazione ottimale di una pompa di calore per il riscaldamento di un’abitazione comprende serbatoio di stoccaggio. Semplificando, il risultato è questo:

Classificazione delle pompe di calore in base alle caratteristiche del mezzo

La classificazione delle pompe di calore è piuttosto ampia. I dispositivi sono suddivisi in base al tipo di corpo di lavoro, al principio di cambiamento del suo stato fisico, all’uso di dispositivi di trasformazione, alla natura del vettore energetico necessario per il lavoro. Se si considera che sul mercato esistono modelli con diverse combinazioni di criteri di classificazione, diventa chiaro che è piuttosto difficile elencare tutti i criteri di classificazione. Tuttavia, è possibile considerare i principi di base della scissione di gruppo.

L’installazione, la progettazione e le prestazioni finali della pompa di calore dipendono dai parametri della fonte di calore e del mezzo di ricezione. Oggi sono disponibili diversi tipi di soluzioni ingegneristiche.

Aria-aria

Pompe di calore aria-aria i dispositivi più comuni. Sono compatti e relativamente semplici. I condizionatori d’aria domestici con modalità di riscaldamento funzionano sulla base di una meccanica di questo tipo. Il principio di funzionamento è semplice:

• lo scambiatore di calore esterno viene raffreddato al di sotto della temperatura dell’aria ed estrae il calore
• dopo aver compresso il freon in ingresso nel radiatore, la sua temperatura aumenta notevolmente;
• un ventilatore all’interno del locale, che soffia sullo scambiatore di calore, riscalda l’ambiente.

L’estrazione di energia dall’ambiente non avviene necessariamente tramite uno scambiatore di calore esterno. L’aria può essere soffiata in un’apposita unità situata nella stanza. Ecco come alcuni sistemi di condotti.

Le pompe di calore acqua-acqua si distinguono per la loro maggiore potenza e per l’efficienza della produzione di calore. Il motivo è la maggiore capacità termica del liquido. Lo strato d’acqua, in cui si trova la sonda o lo scambiatore di calore, cede rapidamente energia e grazie all’enorme volume cede solo una piccola quantità di energia, consentendo così al sistema di funzionare in modo stabile. Anche le attrezzature per il collegamento acqua-acqua sono diverse maggiore efficienza.

Suggerimento! In determinate condizioni, un sistema acqua-acqua può fare a meno di componenti intermedi sotto forma di serbatoi di accumulo della rete di riscaldamento. Valutando correttamente le condizioni climatiche esistenti e selezionando la capacità dell’impianto, si installa in casa uno scaldacqua con pompa di calore e si organizza un efficiente sistema di riscaldamento a pavimento.

Acqua-aria, aria-acqua

I sistemi combinati devono essere scelti con particolare attenzione. Le condizioni climatiche esistenti vengono valutate attentamente. Per esempio, un ciclo a pompa di calore acqua-aria ha una buona efficienza per riscaldare Nelle regioni con forti gelate. Un sistema aria-acqua combinato con il riscaldamento a pavimento e un serbatoio secondario per l’acqua calda permette di ottenere il massimo risparmio, Nelle zone in cui le temperature scendono raramente sotto i -5…-10 gradi.

Sistemi evaporativi con soluzione di ammoniaca, hanno un ciclo di funzionamento basato sul processo di evaporazione a bassi punti di ebollizione. La liquefazione avviene dopo che lo scambiatore di calore esterno è passato attraverso. È un bruciatore di calore. È possibile utilizzare praticamente qualsiasi combustibile: combustibile solido, benzina, gasolio, gas, paraffina e, in alcuni casi, alcool metilico. Ecco perché le pompe di calore evaporative sono interessanti in luoghi privi di elettricità. Inoltre, il basso costo del carburante di un certo tipo nella regione può spingere a scegliere questo tipo di attrezzatura.

Un sistema che si adatta alle caratteristiche dell’ambiente è basato su termopompa, ventilconvettore, pistola termica di qualsiasi classe. A temperature esterne sufficientemente elevate (fino a -5° C), lo scambiatore di calore è in grado di convogliare il calore dall’esterno…-10 gradi Celsius), la pompa di calore funziona in modalità normale, fornendo una potenza sufficiente per il riscaldamento. Una caratteristica particolare del design del sistema è l’ubicazione dello scambiatore di calore esterno in un condotto di ventilazione separato. Se la temperatura esterna scende al di sotto di un livello ottimale, l’aria convogliata può essere riscaldata con una pistola termica (diesel, elettrica o a gas).

Nota speciale: la maggior parte dei circuiti che si adattano alla temperatura dell’aria o stabilizzano i parametri di funzionamento della pompa di calore sono unità di classe aria-aria e aria-acqua. Altri sistemi, a causa degli scambiatori di calore esterni isolati nel terreno o nell’acqua, non consentono di creare condizioni di lavoro simili a quelle di una “serra”.

Caratteristiche principali e calcolo della capacità della pompa di calore

Si valuta innanzitutto la razionalità complessiva dell’installazione di una pompa di calore per il riscaldamento domestico, le spese finanziarie. Questi includono:

• prezzo di acquisto dell’apparecchiatura;
• Costo dell’installazione, che può includere i lavori al suolo;
• i costi di manutenzione periodica;
• il costo approssimativo dell’eliminazione dei malfunzionamenti frequenti.

Scelta del modello in base alla capacità, come già detto, in base al fabbisogno termico totale. Un calcolo approssimativo per una casa a un piano di 10×10 metri (300 metri cubi di volume) è simile a questo

• si tiene conto della massima temperatura invernale negativa (-20);
• si determina la differenza tra la stanza e l’ambiente (20 -20 = 40);
• Le perdite di calore delle pareti sono calcolate in base ai dati di riferimento del loro materiale (per i mattoni il valore della tabella è 1, le perdite di calore – 1x300x40 – 12000 chilocalorie all’ora o 13,5 kW).

Il dato ricevuto è l’indice della capacità minima della pompa di calore sufficiente a riscaldare la casa. Per selezionare il modello migliore, la caratteristica deve essere aumentata di almeno il 50%. Questo è dovuto al fatto che la pompa di calore dovrà lavorare in condizioni non ottimali in inverno, vicino al punto più basso dell’efficienza della temperatura ambiente zero. Il valore ottenuto per l’esempio in questione è di circa 20 kW.

La seconda parte del calcolo è la scelta della capacità del serbatoio di stoccaggio. Si raccomanda che questa parte del sistema sia progettata per un numero limitato di cicli della pompa di calore al giorno. La documentazione dell’apparecchiatura fornisce raccomandazioni sul volume dell’accumulatore di calore per un determinato tasso di ciclaggio. La media è di 30 litri per kilowatt per 3 avviamenti, 20 litri per 5 avviamenti. Pertanto, per l’abitazione dell’esempio in esame, è necessario un serbatoio di accumulo di almeno 400 litri per cinque cicli di pompa di calore al giorno.

Conclusione

Se, dopo aver analizzato il clima, le fonti energetiche disponibili e la natura del terreno, si è deciso di acquistare una pompa di calore per il riscaldamento, si raccomanda che affidare la progettazione del sistema a professionisti. Non sono solo le caratteristiche tecniche e la meccanica del dispositivo a determinare la scelta del modello ottimale. Gli specialisti prenderanno in considerazione la potenza termica del terreno, selezioneranno uno schema di combinazione con una buona efficienza e calcoleranno l’opzione migliore per le opere a terra. Pertanto, un sistema di riscaldamento a pompa di calore progettato da professionisti non vi farà avere sorprese e non vi farà pentire della vostra scelta.