Pompa di calore per il riscaldamento di una casa: principio di funzionamento, revisione dei modelli, loro pro e contro. Principi di funzionamento di una pompa di calore In cosa è composta una pompa di calore?

Molti membri del nostro portale utilizzano le pompe di calore da molto tempo e le prendono in considerazione nel miglior modo possibile riscaldamento. Rimane ancora la pompa di calore dispositivo costoso, e il suo periodo di recupero è lungo. Ma esistono esperienze di successo di pompe di calore autoprodotte: questo permette di evitare eventuali costi irrealistici.

• Principio di funzionamento pompa di calore
• Come realizzare una pompa di calore con le tue mani
• È redditizio realizzare una pompa di calore?

Principio di funzionamento di una pompa di calore

Quando si spiega il principio di funzionamento di una pompa di calore, le persone spesso ricordano un frigorifero, dove si trova il radiatore parete di fondo Il calore “tolto” ai prodotti in camera viene rilasciato.

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Il principio di funzionamento di una pompa di calore, come un frigorifero: la griglia su di essa lato posteriore Si riscalda, il congelatore si raffredda. Se estendiamo i tubi con il freon e li abbassiamo nella vasca da bagno, l'acqua al suo interno si raffredderà e la griglia del frigorifero si scalderà; il frigorifero pomperà il calore dal bagno e riscalderà la stanza.

I condizionatori e le pompe di calore funzionano secondo lo stesso principio. Il funzionamento dei dispositivi si basa sul ciclo di Carnot.

Il liquido refrigerante si muove attraverso il terreno o l’acqua, “rimuovendo” calore e aumentandone la temperatura di diversi gradi. Nello scambiatore di calore, il liquido refrigerante trasferisce il calore accumulato al refrigerante, che diventa vapore ed entra nel compressore, dove aumenta la sua temperatura. In questa forma, viene fornito al condensatore, trasferisce il calore al liquido di raffreddamento del sistema operativo a casa e, dopo essersi raffreddato, si trasforma nuovamente in liquido ed entra nell'evaporatore, dove viene riscaldato da una nuova porzione del liquido di raffreddamento riscaldato. Il ciclo si ripete.

Sebbene una pompa di calore non funzioni senza elettricità, è un dispositivo vantaggioso perché produce 3-7 volte più calore di quanto consuma elettricità.

Lo esamineremo utilizzando un esempio specifico del nostro utente che ha realizzato una pompa di calore con le proprie mani.

Le pompe di calore funzionano con l'energia proveniente dalle fonti naturali del corpo:

• suolo;
• acqua;
• aria.

La raccolta del calore dal suolo (al di sotto dello zero la sua temperatura è sempre di circa +5 - +7 gradi) può essere effettuata in due modi:

• collettore di terreno orizzontale
• posato orizzontalmente in modi diversi tubi.

La "salamoia" scorre attraverso i tubi: in FORUMHOUSE viene spesso utilizzato il glicole propilenico, che prende il calore della terra, lo trasferisce al refrigerante e, una volta raffreddato, viene rimandato al collettore di terra.

Pagare l’elettricità e il riscaldamento diventa ogni anno più difficile. Quando si costruisce o si acquista una nuova casa, il problema dell'approvvigionamento energetico economico diventa particolarmente acuto. A causa delle crisi energetiche che si ripetono periodicamente, è più redditizio aumentare i costi iniziali delle apparecchiature ad alta tecnologia per poi ricevere calore a un costo minimo per decenni.

In alcuni casi l'opzione più economica è una pompa di calore per il riscaldamento di una casa. Il principio di funzionamento di questo dispositivo è abbastanza semplice; È impossibile pompare calore nel senso letterale della parola. Ma la legge di conservazione dell'energia consente ai dispositivi tecnici di abbassare la temperatura di una sostanza in un volume, riscaldando contemporaneamente qualcos'altro.

Cos’è una pompa di calore (HP)

Prendiamo come esempio un normale frigorifero domestico. All'interno del congelatore l'acqua si trasforma rapidamente in ghiaccio. All'esterno c'è una griglia del radiatore calda al tatto. Da lei il calore raccolto dentro congelatore, viene trasmesso all'aria ambiente.

Il TN fa la stessa cosa, ma in ordine inverso. La griglia del radiatore, situata all'esterno dell'edificio, ha molto grandi dimensioni da cui raccogliere abbastanza calore ambiente per il riscaldamento delle case. Il liquido refrigerante all'interno dei tubi del radiatore o del collettore trasferisce energia all'impianto di riscaldamento interno all'abitazione e viene poi nuovamente riscaldato all'esterno dell'abitazione.

Dispositivo

Fornire calore a una casa è un compito tecnico più complesso che raffreddare un piccolo volume di un frigorifero in cui è installato un compressore con circuiti di congelamento e radiatori. Il design di una pompa di calore ad aria è quasi altrettanto semplice: riceve calore dall'atmosfera e riscalda l'aria interna. Vengono aggiunti solo i ventilatori per soffiare i circuiti.

È difficile ottenere un grande effetto economico dall’installazione di un sistema aria-aria a causa del basso peso specifico dei gas atmosferici. Un metro cubo d'aria pesa solo 1,2 kg. L'acqua è circa 800 volte più pesante, quindi anche il potere calorifico presenta una differenza multipla. Da 1kW energia elettrica, speso da un dispositivo aria-aria, è possibile ottenere solo 2 kW di calore e una pompa di calore acqua-acqua fornisce 5-6 kW. TN può garantire un coefficiente di efficienza (efficienza) così elevato.

Composizione dei componenti della pompa:

1. Sistema di riscaldamento domestico, per il quale è meglio utilizzare pavimenti riscaldati.
2. Caldaia per la fornitura di acqua calda.
3. Un condensatore che trasferisce l'energia raccolta esternamente al fluido riscaldante interno.
4. Un evaporatore che prende energia dal liquido refrigerante che circola nel circuito esterno.
5. Un compressore che pompa il refrigerante dall'evaporatore, convertendolo dallo stato gassoso a quello liquido, aumentandone la pressione e raffreddandolo nel condensatore.
6. Una valvola di espansione è installata davanti all'evaporatore per regolare il flusso del refrigerante.
7. Il contorno esterno viene posato sul fondo del serbatoio, sepolto in trincee o calato in pozzi. Per le pompe di calore aria-aria, il circuito è una griglia del radiatore esterna, soffiata da un ventilatore.
8. Le pompe pompano il liquido refrigerante attraverso i tubi all'esterno e all'interno della casa.
9. Automazione per il controllo in base ad un determinato programma di riscaldamento ambientale, che dipende dalle variazioni della temperatura dell'aria esterna.

All'interno dell'evaporatore, il liquido refrigerante del registro tubiero esterno viene raffreddato, cedendo calore al refrigerante del circuito del compressore, e quindi viene pompato attraverso i tubi sul fondo del serbatoio. Lì si riscalda e il ciclo si ripete di nuovo. Il condensatore trasferisce il calore al sistema di riscaldamento del cottage.

Prezzi per diversi modelli di pompe di calore

pompa di calore

Principio di funzionamento

Apri dentro inizio XIX secolo, lo scienziato francese Carnot, il principio termodinamico del trasferimento di calore fu successivamente dettagliato da Lord Kelvin. Ma i benefici pratici del loro lavoro dedicato alla soluzione del problema del riscaldamento delle abitazioni con fonti alternative sono apparsi solo negli ultimi cinquant'anni.

All’inizio degli anni settanta del secolo scorso si verificò la prima crisi energetica globale. La ricerca di metodi di riscaldamento economici ha portato alla realizzazione di dispositivi in ​​grado di raccogliere energia dall'ambiente, concentrarla e convogliarla per riscaldare la casa.

Di conseguenza, è stato sviluppato un progetto HP con diversi processi termodinamici che interagiscono tra loro:

1. Quando il refrigerante proveniente dal circuito del compressore entra nell'evaporatore, la pressione e la temperatura del freon diminuiscono quasi istantaneamente. La differenza di temperatura risultante contribuisce all'estrazione di energia termica dal liquido di raffreddamento del collettore esterno. Questa fase è chiamata espansione isotermica.
2. Quindi si verifica la compressione adiabatica: il compressore aumenta la pressione del refrigerante. Allo stesso tempo, la sua temperatura sale a +70 °C.
3. Passando attraverso il condensatore il freon diventa liquido, poiché all'aumentare della pressione cede calore al circuito di riscaldamento domestico. Questa fase è chiamata compressione isotermica.
4. Quando il freon passa attraverso l'aria, la pressione e la temperatura diminuiscono drasticamente. Si verifica un'espansione adiabatica.

Il riscaldamento del volume interno di una stanza secondo il principio HP è possibile solo con l'uso di apparecchiature ad alta tecnologia dotate di automazione per controllare tutti i processi di cui sopra. Inoltre, i controller programmabili regolano l'intensità della generazione di calore in base alle fluttuazioni della temperatura dell'aria esterna.

Carburante alternativo per pompe

Non è necessario utilizzare combustibile carbonioso sotto forma di legna da ardere, carbone o gas per far funzionare l'HP. La fonte di energia è il calore del pianeta sparso nello spazio circostante, all'interno del quale si trova un reattore nucleare costantemente funzionante.

Il solido guscio delle placche continentali galleggia sulla superficie del magma liquido caldo. A volte scoppia durante le eruzioni vulcaniche. Vicino ai vulcani ci sono sorgenti geotermiche, dove è possibile fare il bagno e prendere il sole anche d'inverno. Una pompa di calore può raccogliere energia quasi ovunque.

Per funzionare con varie fonti di calore dissipato, esistono diversi tipi di pompe di calore:

1. "Aria-aria." Estrae energia dall'atmosfera e riscalda le masse d'aria all'interno.
2. "Acqua-aria". Il calore viene raccolto tramite un circuito esterno dal fondo del serbatoio per il successivo utilizzo in sistemi di ventilazione.
3. "Acque sotterranee". I tubi di raccolta del calore sono posizionati orizzontalmente nel sottosuolo sotto il livello di congelamento, in modo che anche in caso di gelo più intenso possano ricevere energia per riscaldare il liquido di raffreddamento nell'impianto di riscaldamento dell'edificio.
4. "Acqua-acqua." Il collettore è disposto lungo il fondo del serbatoio ad una profondità di tre metri, il calore raccolto riscalda l'acqua che circola nei pavimenti riscaldati all'interno della casa.

Esiste un'opzione con un collettore esterno aperto, quando puoi cavartela con due pozzi: uno per la raccolta delle acque sotterranee e il secondo per il drenaggio nella falda acquifera. Questa opzione è possibile solo se la qualità del liquido è buona, perché i filtri si intasano rapidamente se il liquido refrigerante contiene troppi sali di durezza o microparticelle in sospensione. Prima dell'installazione è necessario effettuare un'analisi dell'acqua.

Se un pozzo trivellato si insabbia rapidamente o se l'acqua contiene molti sali di durezza, la perforazione garantisce un funzionamento stabile dell'HP Di più buchi nel terreno. Gli anelli del contorno esterno sigillato vengono abbassati al loro interno. Successivamente i pozzi vengono tamponati utilizzando un tamponamento costituito da una miscela di argilla e sabbia.

Utilizzo di pompe draganti

Puoi ottenere ulteriori benefici dalle aree occupate da prati o aiuole utilizzando gli HP dalla terra all'acqua. Per fare ciò, è necessario posare i tubi nelle trincee a una profondità inferiore al livello di congelamento per raccogliere il calore sotterraneo. La distanza tra le trincee parallele è di almeno 1,5 m.

Nel sud della Russia, anche in inverni estremamente freddi, il terreno gela fino a un massimo di 0,5 m, quindi è più facile rimuovere completamente lo strato di terra nel luogo di installazione con una livellatrice, posare il collettore e quindi riempire la fossa con un escavatore. In questo luogo non dovrebbero essere piantati arbusti e alberi le cui radici possono danneggiare il contorno esterno.

La quantità di calore ricevuta da ogni metro di tubo dipende dal tipo di terreno:

• sabbia asciutta, argilla - 10–20 W/m;
• argilla bagnata - 25 W/m;
• sabbia e ghiaia inumidite - 35 W/m.

L'area di terreno adiacente all'abitazione potrebbe non essere sufficiente per ospitare un registro tubi esterno. I terreni sabbiosi asciutti non forniscono un flusso di calore sufficiente. Quindi utilizzano pozzi di perforazione fino a 50 metri di profondità per raggiungere la falda acquifera. I circuiti del collettore a forma di U vengono abbassati nei pozzetti.

Maggiore è la profondità, maggiore è l'efficienza termica delle sonde all'interno dei pozzi. La temperatura dell'interno della terra aumenta di 3 gradi ogni 100 m. L'efficienza di rimozione dell'energia da un collettore trivellato può raggiungere i 50 W/m.

L'installazione e la messa in servizio dei sistemi HP sono un insieme di lavori tecnologicamente complessi che possono essere eseguiti solo da specialisti esperti. Il costo totale delle apparecchiature e dei materiali dei componenti è significativamente più elevato rispetto alle apparecchiature di riscaldamento a gas convenzionali. Pertanto, il periodo di rimborso dei costi iniziali si estende negli anni. Ma una casa è costruita per durare decenni e le pompe di calore geotermiche sono il metodo di riscaldamento più redditizio per le case di campagna.

Risparmio annuo rispetto a:

• caldaia a gas - 70%;
• riscaldamento elettrico - 350%;
• caldaia a combustibile solido - 50%.

Quando si calcola il periodo di ammortamento di un HP, vale la pena tenere conto dei costi operativi per l'intera vita utile dell'apparecchiatura - almeno 30 anni, quindi il risparmio supererà molte volte i costi iniziali.

Pompe acqua-acqua

Quasi chiunque può posizionare i tubi collettori in polietilene sul fondo di un serbatoio vicino. Ciò non richiede molte conoscenze, abilità o strumenti professionali. È sufficiente distribuire uniformemente le spire della bobina sulla superficie dell'acqua. Tra le curve deve esserci una distanza di almeno 30 cm e una profondità di allagamento di almeno 3 m. Successivamente è necessario legare i pesi ai tubi in modo che scendano sul fondo. Mattoni scadenti o pietra naturale sono abbastanza adatti qui.

L'installazione di un collettore HP acqua-acqua richiederà molto meno tempo e denaro rispetto allo scavo di trincee o alla perforazione di pozzi. Anche il costo per l'acquisto dei tubi sarà minimo, poiché la rimozione del calore durante lo scambio termico convettivo in un ambiente acquatico raggiunge gli 80 W/m. L’ovvio vantaggio dell’utilizzo dell’HP è che non è necessario bruciare combustibile a base di carbonio per produrre calore.

Un metodo alternativo per riscaldare la casa sta diventando sempre più popolare, poiché presenta numerosi altri vantaggi:

1. Rispettoso dell'ambiente.
2. Utilizza una fonte di energia rinnovabile.
3. Dopo la laurea lavori di messa in servizio Non sono previsti costi regolari per i materiali di consumo.
4. Regola automaticamente il riscaldamento all'interno della casa in base alla temperatura esterna.
5. Il periodo di ammortamento dei costi iniziali è di 5-10 anni.
6. È possibile collegare una caldaia per la fornitura di acqua calda al cottage.
7. In estate funziona come un condizionatore, raffreddando l'aria di mandata.
8. La durata dell'apparecchiatura è di oltre 30 anni.
9. Consumo energetico minimo: genera fino a 6 kW di calore utilizzando 1 kW di elettricità.
10. Completa indipendenza di riscaldamento e condizionamento del rustico in presenza di generatore elettrico di qualsiasi tipo.
11. L'adattamento al sistema è possibile casa intelligente" Per telecomando, ulteriore risparmio energetico.

Per far funzionare un HP acqua-acqua sono necessari tre sistemi indipendenti: circuito esterno, interno e compressore. Sono combinati in un unico circuito da scambiatori di calore in cui circolano vari refrigeranti.

Quando si progetta un sistema di alimentazione, è necessario tenere presente che il pompaggio del liquido refrigerante attraverso il circuito esterno consuma elettricità. Come lunghezza maggiore tubi, curve, svolte, tanto meno redditizia è la TN. Distanza ottimale dalla casa alla riva - 100 m. Può essere allungato del 25% aumentando il diametro dei tubi collettori da 32 a 40 mm.

Aria - split e mono

È più vantaggioso utilizzare l'aria HP nelle regioni meridionali, dove la temperatura raramente scende sotto 0 °C, ma le moderne apparecchiature possono funzionare a -25 °C. Molto spesso vengono installati sistemi split, costituiti da unità interne ed esterne. Il set esterno è costituito da un ventilatore che soffia attraverso la griglia del radiatore, il set interno è costituito da uno scambiatore di calore a condensatore e da un compressore.

La progettazione dei sistemi split prevede la commutazione reversibile delle modalità operative mediante una valvola. D'inverno l'unità esterna è un generatore di calore, d'estate invece lo cede all'aria esterna funzionando come un condizionatore. I VT aerei sono estremamente diversi installazione semplice blocco esterno.

Altri vantaggi:

1. L'elevata efficienza dell'unità esterna è garantita dall'ampia superficie di scambio termico della griglia del radiatore dell'evaporatore.
2. Il funzionamento ininterrotto è possibile a temperature esterne fino a -25 °C.
3. La ventola si trova all'esterno della stanza, quindi il livello di rumore rientra nei limiti accettabili.
4. In estate il sistema split funziona come un condizionatore.
5. La temperatura impostata all'interno della stanza viene mantenuta automaticamente.

Quando si progetta il riscaldamento di edifici situati in regioni con inverni lunghi e gelidi, è necessario tenere conto della bassa efficienza degli aerotermi a temperature inferiori allo zero. Per 1 kW di elettricità consumata ci sono 1,5–2 kW di calore. Pertanto, è necessario fornire ulteriori fonti di approvvigionamento di calore.

L'installazione più semplice di VT è possibile quando si utilizzano sistemi monoblocco. Solo i tubi del liquido di raffreddamento entrano nella stanza e tutti gli altri meccanismi si trovano all'esterno in un unico alloggiamento. Questo design aumenta significativamente l'affidabilità dell'apparecchiatura e riduce anche il rumore a meno di 35 dB, ovvero al livello di una normale conversazione tra due persone.

Quando l'installazione di una pompa non è conveniente

È quasi impossibile trovare appezzamenti di terreno liberi in città per l'ubicazione del contorno esterno di un HP terra-acqua. È più semplice installare una pompa di calore ad aria sulla parete esterna dell'edificio, il che è particolarmente vantaggioso nelle regioni meridionali. Nelle zone più fredde con gelate prolungate esiste la possibilità che si formi ghiaccio sulla griglia del radiatore esterna del sistema split.

L'elevata efficienza di HP è garantita se vengono soddisfatte le seguenti condizioni:

1. Il locale riscaldato deve avere strutture di recinzione esterne isolate. La quantità massima di perdita di calore non può superare i 100 W/m2.
2. TN è in grado di funzionare efficacemente solo con un sistema inerziale “pavimento caldo” a bassa temperatura.
3. Nelle regioni settentrionali l'HP dovrebbe essere utilizzato insieme a fonti di calore aggiuntive.

Quando la temperatura dell'aria esterna scende bruscamente, il circuito inerziale del “pavimento caldo” semplicemente non ha il tempo di riscaldare la stanza. Questo accade spesso in inverno. Durante il giorno il sole era caldo, il termometro segnava -5 °C. Di notte la temperatura può scendere rapidamente fino a -15°C, e se soffia un forte vento il gelo sarà ancora più forte.

Quindi è necessario installare batterie regolari sotto le finestre e lungo le pareti esterne. Ma la temperatura del liquido di raffreddamento al loro interno dovrebbe essere due volte più alta rispetto al circuito del "pavimento caldo". Energia aggiuntiva in entrata casetta di campagna può fornire un camino con circuito idraulico e un appartamento in città - un boiler elettrico.

Resta solo da determinare se la PdC sarà la fonte di calore principale o supplementare. Nel primo caso, deve compensare il 70% della perdita di calore totale della stanza e nel secondo il 30%.

Video

Il video offre un confronto visivo dei vantaggi e degli svantaggi dei vari tipi di pompe di calore e spiega in dettaglio la struttura del sistema aria-acqua.

Evgenij Afanasyevredattore capo

Autore della pubblicazione 05.02.2019

U apparecchiature di riscaldamento, che utilizza tipi piuttosto costosi di vettori energetici, come gas, elettricità, combustibili solidi e liquidi, relativamente recentemente è apparsa una degna alternativa: una pompa di calore acqua-acqua. Per il funzionamento di tali apparecchiature, che stanno appena iniziando a guadagnare popolarità in Russia, sono necessarie fonti energetiche inesauribili caratterizzate da un basso potenziale. In questo caso, l'energia termica può essere estratta da quasi tutte le fonti d'acqua, che possono essere serbatoi naturali e artificiali, pozzi, pozzi, ecc. Se il calcolo e l'installazione sono tali unità di pompaggio Se realizzato correttamente è in grado di fornire riscaldamento sia agli edifici residenziali che a quelli industriali durante tutto il periodo invernale.

Elementi strutturali e principio di funzionamento

Il principio di funzionamento delle pompe di calore considerate per il riscaldamento di una casa assomiglia al principio di funzionamento degli impianti di refrigerazione, solo al contrario. Se unità di refrigerazione rimuove parte del calore dalla sua camera interna verso l'esterno, abbassando così la temperatura al suo interno, quindi il lavoro della pompa di calore è raffreddare l'ambiente e riscaldare il liquido refrigerante che si muove attraverso i tubi dell'impianto di riscaldamento. Secondo lo stesso principio funzionano le pompe di calore aria-acqua e acqua di falda, che utilizzano anche energia proveniente da fonti a basso potenziale per riscaldare locali residenziali e industriali.

Lo schema di progettazione di una pompa di calore acqua-acqua, che è il più produttivo tra i dispositivi che utilizzano fonti energetiche a basso potenziale, presuppone la presenza di elementi come:

• il circuito esterno lungo il quale si muove l'acqua, pompata da una fonte d'acqua;
• un circuito interno attraverso il quale il refrigerante si muove attraverso la tubazione;
• un evaporatore in cui il refrigerante viene convertito in gas;
• un condensatore in cui il refrigerante gassoso ritorna liquido;
• un compressore progettato per aumentare la pressione di un gas refrigerante prima che entri nel condensatore.

Pertanto, non c'è nulla di complicato nella progettazione di una pompa di calore acqua-acqua. Se vicino alla casa è presente un serbatoio naturale o artificiale, per riscaldare l'edificio è meglio utilizzare una pompa di calore acqua-acqua, il cui principio di funzionamento e le caratteristiche di progettazione sono le seguenti.

1. Sul fondo del serbatoio è situato il circuito, che costituisce lo scambiatore di calore primario nel quale circola l'antigelo. In questo caso la profondità alla quale è installato lo scambiatore di calore primario deve essere inferiore al livello di congelamento del serbatoio. L'antigelo, passando attraverso il circuito primario, viene riscaldato ad una temperatura di 6–8°C, quindi fornito allo scambiatore di calore, cedendo calore alle sue pareti. Il compito dell'antigelo che circola nel circuito primario è trasferire l'energia termica dell'acqua al refrigerante (freon).
2. Nel caso in cui lo schema di funzionamento della pompa di calore preveda l'aspirazione e il trasferimento di energia termica da acqua prelevata da un pozzo sotterraneo, il circuito antigelo non viene utilizzato. L'acqua del pozzo viene fatta passare attraverso un tubo speciale attraverso la camera dello scambiatore di calore, dove trasferisce la sua energia termica al refrigerante.
3. Scambiatore di calore per pompe di calore – elemento essenziale i loro disegni. Questo è un dispositivo composto da due moduli: un evaporatore e un condensatore. Nell'evaporatore il freon, fornito attraverso un tubo capillare, inizia ad espandersi e si trasforma in gas. Quando il freon gassoso entra in contatto con le pareti dello scambiatore di calore, l'energia termica di bassa qualità viene trasferita al refrigerante. Il freon caricato con tale energia viene fornito al compressore.
4. Il compressore comprime il gas freon, provocando un aumento della temperatura del refrigerante. Dopo la compressione nella camera del compressore, il freon entra in un altro modulo dello scambiatore di calore: il condensatore.
5. Nel condensatore, il freon gassoso si trasforma nuovamente in liquido e l'energia termica da esso accumulata viene trasferita alle pareti del contenitore in cui si trova il liquido di raffreddamento. Entrando nella camera del secondo modulo scambiatore di calore, il freon, che è allo stato gassoso, si condensa sulle pareti del serbatoio di accumulo, trasmette loro energia termica, che viene poi trasferita all'acqua situata in tale camera. Se all'uscita dell'evaporatore il freon ha una temperatura di 6-8 gradi Celsius, quindi all'ingresso del condensatore di una pompa di calore acqua-acqua, grazie al principio di funzionamento di tale dispositivo sopra descritto , il suo valore raggiunge i 40–70 gradi Celsius.

Pertanto, il principio di funzionamento di una pompa di calore si basa sul fatto che il refrigerante, quando passa allo stato gassoso, assorbe energia termica dall'acqua e quando passa allo stato liquido nel condensatore, rilascia l'energia accumulata al mezzo liquido: il liquido di raffreddamento del sistema di riscaldamento.

Le pompe di calore aria-acqua e acqua di falda funzionano esattamente secondo lo stesso principio, l'unica differenza sta nel tipo di sorgente utilizzata per produrre energia termica a basso potenziale; In altre parole, la pompa di calore ha un principio di funzionamento che non varia a seconda del tipo o del modello dell'apparecchio.

L'efficacia con cui la pompa di calore riscalda il liquido di raffreddamento dell'impianto di riscaldamento è in gran parte determinata dalle fluttuazioni della temperatura dell'acqua, una fonte di energia a basso potenziale. Tali dispositivi dimostrano un'elevata efficienza quando si lavora con l'acqua dei pozzi, dove la temperatura del mezzo liquido durante tutto l'anno è compresa tra 7 e 12 gradi Celsius.

La pompa acqua-acqua è una delle tipologie di pompe di calore geotermiche

Il principio di funzionamento di una pompa di calore acqua-acqua, fornendo alta efficienza Questa apparecchiatura consente l'utilizzo di tali dispositivi per equipaggiare i sistemi di riscaldamento di edifici residenziali e industriali non solo nelle regioni con inverni caldi, ma anche nelle regioni settentrionali.

Affinché la pompa di calore, il cui schema di funzionamento è descritto sopra, possa dimostrare un'elevata efficienza, è necessario sapere come scegliere l'attrezzatura giusta. È altamente consigliabile che la selezione di una pompa di calore acqua-acqua (così come "aria-acqua" e "terra-acqua") venga effettuata con la partecipazione di uno specialista qualificato ed esperto.

Quando si sceglie una pompa di calore per il riscaldamento dell'acqua, vengono presi in considerazione i seguenti parametri di tali apparecchiature:

• produttività, che determina l'area dell'edificio il cui riscaldamento può fornire la pompa;
• il marchio con cui è stata prodotta l'attrezzatura (questo parametro deve essere preso in considerazione perché le aziende serie, i cui prodotti sono già apprezzati da molti consumatori, prestano molta attenzione sia all'affidabilità che alla funzionalità dei modelli che producono);
• il costo sia dell'attrezzatura selezionata che della sua installazione.

Quando si scelgono le pompe di calore acqua-acqua, aria-acqua, terra-acqua, si consiglia di prestare attenzione alla disponibilità di opzioni aggiuntive per tali apparecchiature. Ciò include, in particolare, le seguenti opportunità:

• controllare il funzionamento delle apparecchiature in modalità automatica (le pompe di calore che funzionano in questa modalità grazie a uno speciale controller consentono di creare nell'edificio che servono condizioni confortevoli per l'alloggio; la modifica dei parametri di funzionamento e altre azioni per controllare le pompe di calore dotate di controller possono essere eseguite utilizzando un dispositivo mobile o un telecomando);
• utilizzando apparecchiature per il riscaldamento dell'acqua in un sistema di fornitura di acqua calda (prestare attenzione a questa opzione perché in alcuni modelli (soprattutto vecchi) di pompe di calore, il cui collettore è installato in serbatoi aperti, non è disponibile).

Calcolo della potenza delle apparecchiature: regole di attuazione

Prima di iniziare a scegliere un modello specifico di pompa di calore, è necessario sviluppare un progetto per il sistema di riscaldamento che servirà tale apparecchiatura, nonché calcolarne la potenza. Tali calcoli sono necessari per determinare l'effettivo fabbisogno di energia termica di un edificio con determinati parametri. In questo caso, è necessario tenere conto delle perdite di calore in un edificio di questo tipo, nonché della presenza al suo interno di un circuito di fornitura di acqua calda.

Per una pompa di calore acqua-acqua, il calcolo della potenza viene eseguito utilizzando il seguente metodo.

• Innanzitutto, determinare l'area totale dell'edificio per il riscaldamento in cui verrà utilizzata la pompa di calore acquistata.
• Determinata l'area dell'edificio, è possibile calcolare la potenza della pompa di calore in grado di fornire il riscaldamento. Quando si esegue questo calcolo, aderiscono alla seguente regola: per 10 mq. m di superficie edificabile richiede 0,7 kilowatt di potenza della pompa di calore.
• Se la pompa di calore verrà utilizzata anche per garantire il funzionamento del sistema di acqua calda sanitaria, al valore ottenuto della sua potenza verrà aggiunto il 15-20%.

Il calcolo della potenza della pompa di calore, effettuato secondo il metodo sopra descritto, è rilevante per gli edifici in cui l'altezza del soffitto non supera i 2,7 metri. Calcoli più accurati che tengono conto di tutte le caratteristiche degli edifici che devono essere riscaldati utilizzando una pompa di calore vengono eseguiti da dipendenti di organizzazioni specializzate.

Per una pompa di calore aria-acqua, il calcolo della potenza viene eseguito utilizzando un metodo simile, ma tenendo conto di alcune sfumature.

Come realizzare da soli una pompa di calore

Avendo una buona conoscenza di come funziona una pompa di calore acqua-acqua, puoi realizzare un dispositivo del genere con le tue mani. In effetti, una pompa di calore fatta in casa è un insieme di dispositivi tecnici già pronti, correttamente selezionati e collegati in una determinata sequenza. Affinché una pompa di calore fatta in casa dimostri un'elevata efficienza e non causi problemi durante il funzionamento, è necessario eseguire un calcolo preliminare dei suoi parametri principali. Per fare ciò, è possibile utilizzare i programmi appropriati e i calcolatori online sui siti Web dei produttori di tali apparecchiature o contattare specialisti specializzati.

Quindi, per realizzare una pompa di calore con le proprie mani, è necessario selezionare i suoi elementi dell'apparecchiatura in base a parametri precalcolati ed eseguire la loro corretta installazione.

Compressore

Il compressore per una pompa di calore realizzata da te può essere prelevato da un vecchio frigorifero o da un sistema split, prestando attenzione alla potenza di tale dispositivo. Il vantaggio di utilizzare compressori di sistemi split è il basso livello di rumore creato durante il loro funzionamento.

Condensatore

Come condensatore per una pompa di calore fatta in casa, puoi utilizzare una bobina smontata da un vecchio frigorifero. Alcune persone lo fanno da sole utilizzando un impianto idraulico o uno speciale tubo di refrigerazione. Come contenitore in cui posizionare la batteria del condensatore, si può prendere un serbatoio in acciaio inox con un volume di circa 120 litri. Per posizionare la bobina in un serbatoio di questo tipo, viene prima tagliata in due metà e quindi, una volta completata l'installazione della bobina, viene saldata.

È molto importante calcolarne l'area prima di scegliere o realizzare la propria bobina. Per fare ciò è necessaria la seguente formula:

P3 = MT/0,8PT

I parametri utilizzati in questa formula sono:

• MT – potenza termica generata dalla pompa di calore (kW);
• PT è la differenza tra le temperature all'ingresso e all'uscita della pompa di calore.

Per evitare la creazione di bolle d'aria nel condensatore della pompa di calore del frigorifero, l'ingresso della batteria deve essere posizionato nella parte superiore del serbatoio e l'uscita da essa nella parte inferiore.

Evaporatore

Come contenitore per l'evaporatore, è possibile utilizzare un semplice barile di plastica con una capacità di 127 litri con collo largo. Per creare una bobina, la cui area è determinata come per un condensatore, viene utilizzato anche un tubo di rame. Le pompe di calore fatte in casa utilizzano tipicamente evaporatori sommergibili, nei quali il freon liquefatto entra dal basso e si trasforma in gas nella parte superiore della serpentina.

Con molta attenzione usando la saldatura quando autoproduzione Per una pompa di calore è necessario installare un termostato, poiché questo elemento non può essere riscaldato a temperature superiori a 100 gradi Celsius.

Per fornire acqua agli elementi di una pompa di calore fatta in casa, nonché per scaricarla, vengono utilizzati normali tubi fognari.

Le pompe di calore acqua-acqua, rispetto ai dispositivi aria-acqua e terra-acqua, sono più semplici nel design, ma allo stesso tempo più efficienti, motivo per cui apparecchiature di questo tipo vengono spesso prodotte in modo indipendente.

Assemblare una pompa di calore fatta in casa e metterla in funzione

Per assemblare e mettere in funzione una pompa di calore fatta in casa, avrai bisogno di quanto segue: materiali di consumo e attrezzature:

1. saldatrice;
2. pompa per vuoto (per testare il vuoto dell'intero sistema);
3. una bombola con freon, il cui riempimento viene effettuato tramite un'apposita valvola (l'installazione della valvola nel sistema deve essere prevista in anticipo);
4. sensori di temperatura installati sui tubi capillari all'uscita dell'intero sistema e all'uscita dell'evaporatore;
5. relè di avviamento, fusibile, guida DIN e quadro elettrico.

Tutte le saldature e le connessioni filettate durante l'assemblaggio devono essere eseguite con la massima qualità possibile per garantire l'assoluta tenuta del sistema attraverso il quale si muoverà il freon.

Nel caso in cui l'acqua in un serbatoio aperto funga da fonte di energia a basso potenziale, è inoltre necessario realizzare un collettore, la cui presenza presuppone il principio di funzionamento di pompe di calore di questo tipo. Se si intende utilizzare acqua proveniente da una fonte sotterranea, è necessario perforare due pozzi, in uno dei quali verrà scaricata l'acqua dopo aver attraversato l'intero sistema.

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La situazione è tale che il modo più popolare per riscaldare una casa al momento è l'uso di caldaie per il riscaldamento: gas, combustibile solido, diesel e molto meno spesso elettriche. Ma sistemi così semplici e allo stesso tempo altamente tecnologici come le pompe di calore non sono diventati molto diffusi, e per una buona ragione. Per chi ama e sa calcolare tutto in anticipo, i vantaggi sono evidenti. Le pompe di calore per il riscaldamento non bruciano riserve insostituibili di risorse naturali, il che è estremamente importante non solo dal punto di vista della tutela dell'ambiente, ma consente anche di risparmiare energia, poiché diventano ogni anno più costose. Inoltre, con l'aiuto delle pompe di calore non solo puoi riscaldare la stanza, ma anche riscaldare l'ambiente acqua calda per le necessità domestiche e per climatizzare la stanza nella calura estiva.

Principio di funzionamento di una pompa di calore

Diamo uno sguardo più da vicino al principio di funzionamento di una pompa di calore. Ricorda come funziona un frigorifero. Il calore dei prodotti al suo interno viene pompato e gettato sul radiatore situato sulla parete posteriore. Puoi verificarlo facilmente toccandolo. Quasi lo stesso principio condizionatori domestici: Pompano il calore fuori dalla stanza e lo scaricano su un radiatore situato sulla parete esterna dell'edificio.

Il funzionamento della pompa di calore, del frigorifero e del condizionatore si basa sul ciclo di Carnot.

1. Il liquido di raffreddamento, spostandosi lungo una fonte di calore a bassa temperatura, ad esempio il suolo, si riscalda di diversi gradi.
2. Quindi entra in uno scambiatore di calore chiamato evaporatore. Nell'evaporatore, il liquido refrigerante cede il calore accumulato al refrigerante. Refrigeranteè uno speciale liquido che si trasforma in vapore a basse temperature.
3. Prendendo la temperatura del liquido di raffreddamento, il refrigerante riscaldato si trasforma in vapore ed entra nel compressore. Il compressore comprime il refrigerante, ad es. un aumento della sua pressione, a causa del quale aumenta anche la sua temperatura.
4. Il refrigerante caldo e compresso entra in un altro scambiatore di calore chiamato condensatore. Qui il refrigerante trasferisce il suo calore ad un altro liquido refrigerante, fornito nel sistema di riscaldamento della casa (acqua, antigelo, aria). Questo raffredda il refrigerante e lo trasforma nuovamente in liquido.
5. Successivamente, il refrigerante entra nell'evaporatore, dove viene riscaldato da una nuova porzione del refrigerante riscaldato e il ciclo si ripete.

La pompa di calore necessita di energia elettrica per funzionare. Ma è comunque molto più redditizio rispetto all'utilizzo solo di una stufa elettrica. Poiché una caldaia elettrica o una stufa elettrica consuma esattamente la stessa quantità di elettricità con cui produce calore. Ad esempio, se un riscaldatore ha una potenza nominale di 2 kW, consuma 2 kW all'ora e produce 2 kW di calore. Una pompa di calore produce da 3 a 7 volte più calore di quanto consuma elettricità. Ad esempio, per azionare il compressore e la pompa vengono utilizzati 5,5 kW/ora e il calore prodotto è 17 kW/ora. Esattamente così alta efficienza ed è il vantaggio principale di una pompa di calore.

Vantaggi e svantaggi del sistema di riscaldamento a pompa di calore

Ci sono molte leggende e idee sbagliate che circondano le pompe di calore, nonostante non siano un’invenzione così innovativa o high-tech. Tutti gli stati "caldi" degli Stati Uniti, quasi tutta l'Europa e il Giappone, dove la tecnologia è stata elaborata quasi alla perfezione per molto tempo, vengono riscaldati con l'aiuto delle pompe di calore. A proposito, non dovresti pensare che tali apparecchiature siano una tecnologia puramente estranea e ci siano arrivate abbastanza di recente. Dopotutto, in URSS tali unità venivano utilizzate in strutture sperimentali. Un esempio di ciò è il sanatorio Druzhba nella città di Yalta. Oltre all'architettura futuristica, che ricorda una "capanna su cosce di pollo", questo sanatorio è famoso anche per il fatto che dagli anni '80 del XX secolo utilizza pompe di calore industriali per il riscaldamento. La fonte di calore è il vicino mare e la stazione di pompaggio stessa non solo riscalda tutti i locali del sanatorio, ma fornisce anche acqua calda, riscalda l'acqua della piscina e la raffredda durante la stagione calda. Proviamo quindi a sfatare i miti e a determinare se ha senso riscaldare la propria casa in questo modo.

Vantaggi degli impianti di riscaldamento con pompa di calore:

• Risparmio energetico. In connessione con l’aumento dei prezzi del gas e del gasolio, questo è un vantaggio molto rilevante. Nella colonna “spese mensili” comparirà solo l'energia elettrica che, come abbiamo già scritto, richiede molto meno del calore effettivamente prodotto. Quando si acquista un'unità, è necessario prestare attenzione a un parametro come il coefficiente di trasformazione del calore “ϕ” (può anche essere chiamato coefficiente di conversione del calore, coefficiente di trasformazione della potenza o della temperatura). Mostra il rapporto tra la quantità di calore prodotto e l'energia spesa. Ad esempio, se ϕ=4, allora con un consumo di 1 kW/ora riceveremo 4 kW/ora di energia termica.
• Risparmio di manutenzione. La pompa di calore non necessita di alcun trattamento particolare. I suoi costi di manutenzione sono minimi.
• Può essere installato in qualsiasi luogo. Le fonti di calore a bassa temperatura per il funzionamento di una pompa di calore possono essere il suolo, l'acqua o l'aria. Ovunque costruisci una casa, anche in una zona rocciosa, ci sarà sempre l'opportunità di trovare “cibo” per l'unità. Nelle aree lontane dalla rete del gas, questo è uno dei sistemi di riscaldamento più ottimali. E anche nelle regioni senza linee elettriche è possibile installare un motore a benzina o diesel per garantire il funzionamento del compressore.
• Non è necessario monitorare il funzionamento della pompa, aggiungere carburante, come nel caso di una caldaia a combustibile solido o diesel. L'intero impianto di riscaldamento con pompa di calore è automatizzato.
• Puoi andare via per molto tempo e non aver paura che il sistema si blocchi. Allo stesso tempo, puoi risparmiare denaro installando la pompa per garantire una temperatura di +10°C nel soggiorno.
• Sicuro per l'ambiente. Per fare un confronto, quando si utilizzano caldaie tradizionali che bruciano combustibile, si formano sempre vari ossidi CO, CO2, NOx, SO2, PbO2, di conseguenza fosforo, azoto, acido solforico e composti del benzoino. Quando la pompa di calore è in funzione non viene emesso nulla. E i refrigeranti utilizzati nel sistema sono assolutamente sicuri.
• Si può notare anche qui conservazione delle risorse naturali insostituibili del pianeta.
• Sicurezza per persone e cose. Niente in una pompa di calore diventa abbastanza caldo da causare surriscaldamento o esplosione. Inoltre, semplicemente non c'è nulla che possa esplodere. Può quindi essere classificato come un'unità completamente ignifuga.
• Le pompe di calore funzionano con successo anche a una temperatura ambiente di -15 °C. Quindi, se qualcuno pensa che un tale sistema possa riscaldare una casa solo in regioni con inverni caldi fino a +5 ° C, allora si sbaglia.
• Reversibilità della pompa di calore. Un vantaggio innegabile è la versatilità dell'installazione, con la quale è possibile riscaldare d'inverno e rinfrescare d'estate. Nelle giornate calde la pompa di calore preleva il calore dall'ambiente e lo invia al suolo per l'accumulo, da dove verrà ripreso in inverno. Si prega di notare che non tutte le pompe di calore hanno la capacità di inversione, ma solo alcuni modelli.
• Durabilità. Con la dovuta cura, le pompe di calore in un sistema di riscaldamento possono durare dai 25 ai 50 anni senza riparazioni importanti e solo una volta ogni 15-20 anni sarà necessario sostituire il compressore.

Svantaggi dei sistemi di riscaldamento a pompa di calore:

• Grande investimento iniziale. Oltre al fatto che i prezzi delle pompe di calore per il riscaldamento sono piuttosto alti (da 3.000 a 10.000 dollari), per l'installazione di un sistema geotermico bisognerà spendere non meno che per la pompa stessa. Un'eccezione è la pompa di calore ad aria, che non richiede lavoro aggiuntivo. La pompa di calore non si ripagherà presto (in 5 - 10 anni). Quindi la risposta alla domanda se utilizzare o meno una pompa di calore per il riscaldamento dipende piuttosto dalle preferenze del proprietario, dalle sue capacità finanziarie e dalle condizioni di costruzione. Ad esempio, in una regione in cui l'alimentazione della rete del gas e il collegamento ad essa costano quanto una pompa di calore, è logico privilegiare quest'ultima.

• Nelle regioni in cui le temperature invernali scendono sotto i -15 °C, è necessario utilizzare una fonte di calore aggiuntiva. Si chiama sistema di riscaldamento bivalente, in cui la pompa di calore fornisce calore mentre la strada è fino a -20 ° C e quando non può farcela, ad esempio, è collegata una stufa elettrica o una caldaia a gas o un generatore di calore.

• È consigliabile utilizzare una pompa di calore in sistemi con liquido di raffreddamento a bassa temperatura, ad esempio sistema "pavimento caldo".(+35 °C) e ventilconvettori(+35 - +45 °C). Ventilconvettori Sono dei ventilconvettori in cui il caldo/freddo viene trasferito dall'acqua all'aria. Per installare un tale sistema in una vecchia casa, sarà necessaria una completa riqualificazione e ricostruzione, che comporterà costi aggiuntivi. Questo non è uno svantaggio quando si costruisce una nuova casa.
• Rispetto dell'ambiente delle pompe di calore, prelevando calore dall'acqua e dal suolo, alquanto relativo. Il fatto è che durante il funzionamento lo spazio attorno ai tubi del liquido di raffreddamento si raffredda e ciò interrompe l'ecosistema stabilito. Dopotutto, anche nelle profondità del suolo vivono microrganismi anaerobici, garantendo l'attività vitale di più sistemi complessi. D’altro canto, rispetto alla produzione di gas o petrolio, i danni provocati da una pompa di calore sono minimi.

Fonti di calore per il funzionamento della pompa di calore

Le pompe di calore prelevano il calore da quelle fonti naturali che accumulano la radiazione solare durante il periodo caldo. Le pompe di calore variano a seconda della fonte di calore.

Adescamento

Il suolo è la fonte di calore più stabile che si accumula durante la stagione. A una profondità di 5 - 7 m la temperatura del suolo è quasi sempre costante e pari a circa +5 - +8 °C, mentre a 10 m di profondità è sempre costante a +10 °C. Esistono due modi per raccogliere il calore dal suolo.

Collettore di terra orizzontaleÈ un tubo disposto orizzontalmente attraverso il quale circola il liquido di raffreddamento. La profondità del collettore orizzontale viene calcolata individualmente a seconda delle condizioni, a volte è 1,5 - 1,7 m - la profondità del congelamento del suolo, a volte inferiore - 2 - 3 m per garantire una maggiore stabilità della temperatura e una minore differenza, e talvolta solo 1 - 1,2 m - qui il terreno inizia a riscaldarsi più velocemente in primavera. Ci sono casi in cui è installato un collettore orizzontale a due strati.

I tubi collettori orizzontali possono avere diversi diametri: 25 mm, 32 mm e 40 mm. Anche la forma della loro disposizione può essere diversa: serpente, anello, zigzag, varie spirali. La distanza tra i tubi nel serpente deve essere di almeno 0,6 m e solitamente è compresa tra 0,8 e 1 m.

Rimozione del calore specifico per metro lineare di tubo dipende dalla struttura del terreno:

• Sabbia asciutta - 10 W/m;
• Argilla secca - 20 W/m;
• L'argilla è più umida - 25 W/m;
• Argilla con un contenuto di acqua molto elevato - 35 W/m.

Per riscaldare una casa con una superficie di 100 m2, a condizione che il terreno sia argilloso bagnato, saranno necessari 400 m2 di terreno per il collettore. Questo è parecchio: 4-5 acri. E dato che non dovrebbero esserci edifici su questo sito e sono ammessi solo prati e aiuole con fiori annuali, non tutti possono permettersi di attrezzare un raccoglitore orizzontale.

Attraverso i tubi del collettore scorre un liquido speciale, viene anche chiamato "salamoia" O antigelo, ad esempio, una soluzione al 30% di glicole etilenico o glicole propilenico. La “salamoia” raccoglie il calore del terreno e viene inviato alla pompa di calore, dove lo cede al refrigerante. La “salamoia” raffreddata rifluisce nel collettore interrato.

Sonda verticale del terrenoè un sistema di tubi interrati a 50 - 150 m. Può essere un solo tubo a forma di U, calato ad una profondità maggiore di 80 - 100 me riempito con malta cementizia. O forse un sistema di tubi a forma di U abbassati di 20 m per raccogliere energia da un'area più ampia. L'esecuzione di lavori di perforazione a una profondità di 100 - 150 m non è solo costosa, ma richiede anche l'ottenimento di un permesso speciale, motivo per cui spesso ricorrono all'astuzia e equipaggiano diverse sonde a bassa profondità. La distanza tra tali sonde è di 5 - 7 m.

Rimozione del calore specifico da un collettore verticale dipende anche dalla roccia:

• Rocce sedimentarie secche - 20 W/m;
• Rocce sedimentarie sature d'acqua e terreno roccioso - 50 W/m;
• Terreno roccioso ad alto coefficiente di conducibilità termica - 70 W/m;
• Acqua sotterranea (falda) - 80 W/m.

L'area richiesta per un collettore verticale è molto ridotta, ma il costo della loro installazione è superiore a quello di un collettore orizzontale. Il vantaggio di un collettore verticale è anche una temperatura più stabile e una maggiore rimozione del calore.

Acqua

L’acqua può essere utilizzata come fonte di calore in diversi modi.

Collettore sul fondo di un serbatoio aperto e non ghiacciato- fiumi, laghi, mari - rappresenta tubi con “salamoia”, sommersi con l'aiuto di un peso. A causa dell'elevata temperatura del liquido di raffreddamento, questo metodo è il più redditizio ed economico. Solo chi si trova a non più di 50 m dal serbatoio può installare un collettore d'acqua, altrimenti si perde l'efficienza dell'installazione. Come capisci, non tutti hanno tali condizioni. Ma non utilizzare le pompe di calore per i residenti costieri è semplicemente miope e stupido.

Collettore negli scarichi fognari oppure le acque reflue provenienti da impianti tecnici possono essere utilizzate per il riscaldamento di case e persino di grattacieli e imprese industriali all'interno della città, nonché per la preparazione dell'acqua calda. Ciò che viene fatto con successo in alcune città della nostra Patria.

Pozzo trivellato o acque sotterranee usato meno frequentemente rispetto ad altri collezionisti. Tale sistema prevede la costruzione di due pozzi, da uno viene prelevata l'acqua, che trasferisce il suo calore al refrigerante nella pompa di calore, e l'acqua raffreddata viene scaricata nel secondo. Invece di un pozzo, potrebbe esserci un pozzo di filtrazione. In ogni caso il pozzo di scarico dovrà essere posizionato ad una distanza di 15 - 20 m dal primo, ed anche a valle (anche le acque sotterranee hanno un proprio deflusso). Questo sistema è piuttosto difficile da utilizzare, poiché la qualità dell'acqua in ingresso deve essere monitorata, filtrata e protetta dalla corrosione e dalla contaminazione delle parti della pompa di calore (evaporatore).

Aria

Maggior parte design semplice ha impianto di riscaldamento con pompa di calore ad aria. Non è necessario alcun raccoglitore aggiuntivo. L'aria dell'ambiente entra direttamente nell'evaporatore, dove trasferisce il suo calore al refrigerante, che a sua volta trasferisce il calore al liquido refrigerante all'interno della casa. Può trattarsi di aria per i ventilconvettori o di acqua per pavimenti riscaldati e radiatori.

I costi di installazione di una pompa di calore ad aria sono minimi, ma le prestazioni dell'installazione dipendono fortemente dalla temperatura dell'aria. Nelle regioni con inverni caldi (fino a +5 - 0 °C) questa è una delle fonti di calore più economiche. Ma se la temperatura dell'aria scende sotto i -15 °C, le prestazioni diminuiscono così tanto che non ha senso utilizzare la pompa ed è più vantaggioso accendere un riscaldatore elettrico o una caldaia convenzionale.

Le recensioni sulle pompe di calore ad aria per il riscaldamento sono molto contraddittorie. Tutto dipende dalla regione del loro utilizzo. È vantaggioso utilizzarli in regioni con inverni caldi, ad esempio a Sochi, dove non è necessaria una fonte di calore di riserva in caso di forti gelate. È anche possibile installare pompe di calore ad aria in regioni dove l'aria è relativamente secca e la temperatura in inverno scende fino a -15 °C. Ma nei climi umidi e freddi, tali installazioni soffrono di formazione di ghiaccio e congelamento. I ghiaccioli attaccati alla ventola impediscono il normale funzionamento dell'intero sistema.

Riscaldamento con pompa di calore: costo dell'impianto e costi di esercizio

La potenza della pompa di calore viene scelta in base alle funzioni che le verranno assegnate. Se si tratta solo di riscaldamento, i calcoli possono essere effettuati in un calcolatore speciale che tiene conto delle perdite di calore dell'edificio. A proposito, la prestazione migliore di una pompa di calore si ha quando la perdita di calore dell'edificio non supera gli 80 - 100 W/m2. Per semplicità assumiamo che per riscaldare una casa di 100 m2 con soffitti alti 3 m e una perdita termica di 60 W/m2 sia necessaria una pompa con una potenza di 10 kW. Per riscaldare l'acqua, dovrai prendere un'unità con una riserva di carica: 12 o 16 kW.

Costo della pompa di calore dipende non solo dalla potenza, ma anche dall’affidabilità e dalle richieste del produttore. Ad esempio, un’unità da 16 kW di fabbricazione russa costerà 7.000 dollari, mentre una pompa straniera RFM 17 con una potenza di 17 kW costerà circa 13.200 dollari. con tutte le apparecchiature associate tranne il collettore.

La prossima linea di spesa sarà disposizione del serbatoio. Dipende anche dalla potenza dell'impianto. Ad esempio, per una casa di 100 m2, in cui sono installati ovunque pavimenti riscaldati (100 m2) o radiatori di riscaldamento di 80 m2, nonché per riscaldare l'acqua a +40 °C con un volume di 150 l/ora, sarà necessario necessità di perforare pozzi per i collettori. Un collettore verticale di questo tipo costerà 13.000 dollari.

Un collettore sul fondo di un serbatoio costerà un po' meno. Alle stesse condizioni costerà 11.000 dollari. Ma è meglio verificare il costo di installazione di un impianto geotermico con ditte specializzate: può variare molto; Ad esempio, l'installazione di un collettore orizzontale per una pompa da 17 kW costerà solo 2500 USD. E per una pompa di calore ad aria, non è affatto necessario un collettore.

In totale, il costo della pompa di calore è di 8000 USD. In media, la costruzione di un collezionista costa 6000 USD. in media.

Il costo mensile del riscaldamento con pompa di calore comprende solo costi dell'elettricità. Possono essere calcolati come segue: il consumo energetico deve essere indicato sulla pompa. Ad esempio, per la suddetta pompa da 17 kW, il consumo energetico è di 5,5 kW/h. Complessivamente l'impianto di riscaldamento funziona 225 giorni all'anno, ovvero 5400 ore. Tenendo conto del fatto che la pompa di calore e il compressore al suo interno funzionano ciclicamente, il consumo energetico deve essere dimezzato. Durante la stagione di riscaldamento verranno spesi 5400h*5,5kW/h/2=14850 kW.

Moltiplichiamo il numero di kW spesi per il costo dell'energia nella tua regione. Ad esempio, 0,05 USD per 1 kW/ora. In totale verranno spesi 742,5 USD all'anno. Per ogni mese in cui la pompa di calore ha funzionato per il riscaldamento, il costo è di 100 dollari. costi dell'energia elettrica. Se dividi le spese per 12 mesi, otterrai 60 USD al mese.

Tieni presente che minore è il consumo energetico della pompa di calore, minori saranno i costi mensili. Ad esempio, ci sono pompe da 17 kW che consumano solo 10.000 kW all'anno (costa 500 cu). È anche importante che le prestazioni della pompa di calore siano tanto maggiori quanto minore è la differenza di temperatura tra la fonte di calore e il liquido di raffreddamento nell'impianto di riscaldamento. Ecco perché dicono che è più redditizio installare pavimenti caldi e ventilconvettori. Sebbene sia possibile installare anche radiatori di riscaldamento standard con liquido di raffreddamento ad alta temperatura (+65 - +95 °C), ma con un accumulatore di calore aggiuntivo, ad esempio una caldaia a riscaldamento indiretto. Una caldaia viene utilizzata anche per riscaldare ulteriormente l'acqua calda.

Le pompe di calore sono vantaggiose se utilizzate in sistemi bivalenti. Oltre alla pompa, è possibile installare collettore solare, che sarà in grado di fornire completamente elettricità alla pompa in estate, quando funziona per il raffreddamento. Per l'assicurazione invernale, è possibile aggiungere un generatore di calore che riscalderà l'acqua per la fornitura di acqua calda e radiatori ad alta temperatura.

Proviamo a spiegare nel linguaggio dell'uomo comune cosa" POMPA DI CALORE«:

Pompa di calore - Questo è un dispositivo speciale che combina una caldaia, una fonte di fornitura di acqua calda e un condizionatore d'aria per il raffreddamento. La principale differenza tra una pompa di calore e le altre fonti di calore è la capacità di utilizzare energia rinnovabile a basso potenziale prelevata dall’ambiente (terra, acqua, aria, acque reflue) per coprire il fabbisogno di calore durante la stagione di riscaldamento, riscaldare l'acqua per la fornitura di acqua calda e raffreddare la casa. La pompa di calore fornisce quindi un approvvigionamento energetico altamente efficiente senza gas o altri idrocarburi.

Pompa di calore è un dispositivo che funziona secondo il principio di un refrigeratore inverso, trasferendo il calore da una fonte a bassa temperatura a un ambiente a temperatura più elevata, come l'impianto di riscaldamento della tua casa.

Ogni sistema a pompa di calore è composto dai seguenti componenti principali:

- circuito primario - un sistema di circolazione chiuso che serve a trasferire il calore dal suolo, dall'acqua o dall'aria alla pompa di calore.
- circuito secondario - un sistema chiuso che serve a trasferire il calore dalla pompa di calore all'impianto di riscaldamento, alla fornitura di acqua calda o alla ventilazione (mandata di riscaldamento) nella casa.

Principio di funzionamento di una pompa di calore simile al funzionamento di un normale frigorifero, solo al contrario. Il frigorifero prende il calore dagli alimenti e lo trasferisce all'esterno (ad un radiatore situato sulla parete posteriore). Una pompa di calore trasferisce il calore accumulato nel suolo, nel terreno, nel serbatoio, nelle falde acquifere o nell'aria nella vostra casa. Come un frigorifero, questo generatore di calore ad alta efficienza energetica ha quanto segue elementi principali:

— condensatore (scambiatore di calore in cui il calore viene trasferito dal refrigerante agli elementi del sistema di riscaldamento ambientale: radiatori a bassa temperatura, ventilconvettori, pavimenti riscaldati, pannelli radianti di riscaldamento/raffreddamento);
— strozzatore (dispositivo che serve a ridurre la pressione, la temperatura e, di conseguenza, a chiudere il ciclo di riscaldamento nella pompa di calore);
— evaporatore (scambiatore di calore in cui il calore viene portato da una fonte a bassa temperatura alla pompa di calore);
- compressore (un dispositivo che aumenta la pressione e la temperatura dei vapori refrigeranti).

Pompa di calore disposti in modo tale da far muovere il calore in direzioni diverse. Ad esempio, quando si riscalda una casa, il calore viene prelevato da una fonte esterna fredda (suolo, fiume, lago, aria esterna) e trasferito alla casa. Per raffreddare (condizionare) una casa, il calore viene rimosso dall'aria più calda della casa e trasferito all'esterno (scartato). Sotto questo aspetto, una pompa di calore è simile ad una pompa idraulica convenzionale, che pompa il fluido da un livello inferiore a uno superiore, mentre in in condizioni ordinarie Il fluido si sposta sempre dal livello superiore a quello inferiore.

Oggi le più comuni sono le pompe di calore a compressione di vapore. Il principio della loro azione si basa su due fenomeni: in primo luogo, l'assorbimento e il rilascio di calore da parte di un liquido quando cambia lo stato di aggregazione - rispettivamente evaporazione e condensazione; in secondo luogo, la variazione della temperatura di evaporazione (e condensazione) con una variazione di pressione.

Nell'evaporatore di una pompa di calore, il fluido di lavoro è un refrigerante che non contiene cloro; è a bassa pressione e bolle a bassa temperatura, assorbendo calore da una fonte a basso potenziale (ad esempio il suolo). Quindi il fluido di lavoro viene compresso in un compressore, che è azionato da un motore elettrico o di altro tipo, ed entra in un condensatore, dove ad alta pressione si condensa a più alta temperatura, trasferendo il calore di condensazione ad un ricevitore di calore (ad esempio, il liquido di raffreddamento di un impianto di riscaldamento). Dal condensatore, il fluido di lavoro entra nuovamente nell'evaporatore attraverso la valvola a farfalla, dove la sua pressione diminuisce e ricomincia il processo di ebollizione del refrigerante.

Pompa di calore in grado di rimuovere il calore da varie fonti, ad esempio aria, acqua, suolo. Inoltre, può rilasciare calore nell'aria, nell'acqua o nel terreno. Il mezzo più caldo che riceve calore è chiamato dissipatore di calore.

Pompa di calore X/Y utilizza il mezzo X come fonte di calore e trasportatore di calore Y. Si distinguono le pompe “aria-acqua”, “falda-acqua”, “acqua-acqua”, “aria-aria”, “terra-aria”, “acqua-aria”.

Pompa di calore terra-acqua:

Pompa di calore aria-acqua:

La regolazione del funzionamento di un sistema di riscaldamento che utilizza pompe di calore nella maggior parte dei casi viene effettuata accendendolo e spegnendolo in base a un segnale proveniente da un sensore di temperatura, che è installato nel ricevitore (durante il riscaldamento) o nella fonte (durante il raffreddamento) di Calore. L'impostazione di una pompa di calore viene solitamente effettuata modificando la sezione trasversale della valvola a farfalla (valvola termostatica).

Come una macchina di refrigerazione, una pompa di calore utilizza l'energia meccanica (elettrica o altro) per azionare un ciclo termodinamico. Questa energia viene utilizzata per azionare il compressore (le moderne pompe di calore con una potenza fino a 100 kW sono dotate di compressori scroll ad alta efficienza).

(rapporto di trasformazione o rendimento) di una pompa di calore è il rapporto tra la quantità di energia termica che la pompa di calore produce e la quantità di energia elettrica che consuma.

Fattore di conversione COP dipende dal livello di temperatura nell'evaporatore e nel condensatore della pompa di calore. Questo valore varia per vari sistemi a pompa di calore nell'intervallo da 2,5 a 7, ovvero per 1 kW di energia elettrica consumata, la pompa di calore genera da 2,5 a 7 kW di energia termica, che va oltre la potenza di una caldaia a gas a condensazione o qualsiasi altro generatore di calore.

Pertanto si può sostenere che Le pompe di calore producono calore utilizzando una quantità minima di costosa energia elettrica.

Il risparmio energetico e l'efficienza d'uso di una pompa di calore dipendono principalmente da da dove decidi di ottenere il calore a bassa temperatura, in secondo luogo, dal metodo di riscaldamento della tua casa (acqua o aria) .

Il fatto è che la pompa di calore funziona come una “base di trasferimento” tra due circuiti termici: uno riscaldante in ingresso (lato evaporatore) e il secondo riscaldante in uscita (condensatore).

Tutti i tipi di pompe di calore hanno una serie di caratteristiche che devi tenere a mente quando scegli un modello:

Innanzitutto una pompa di calore è conveniente solo in una casa ben isolata. Di più casa calda, maggiore sarà il vantaggio quando si utilizza questo dispositivo. Come hai capito, riscaldare la strada usando una pompa di calore, raccogliendone le briciole di calore, non è del tutto ragionevole.

In secondo luogo, maggiore è la differenza di temperatura del liquido di raffreddamento nei circuiti di ingresso e di uscita, minore è il coefficiente di conversione del calore (COR), ovvero minore è il risparmio di energia elettrica. Ecco perché collegamento più redditizio di una pompa di calore a sistemi di riscaldamento a bassa temperatura. Prima di tutto, stiamo parlando di riscaldamento con pavimenti riscaldati ad acqua o soffitto ad acqua a infrarossi O pannelli murali. Ma più calda è l'acqua che la pompa di calore prepara per il circuito di uscita (radiatori o doccia), meno potenza sviluppa e più elettricità consuma.

In terzo luogo, per ottenere maggiori benefici, è prassi far funzionare una pompa di calore con un generatore di calore aggiuntivo (in questi casi si parla di utilizzo circuito di riscaldamento bivalente ).

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Pompe di calore per il riscaldamento domestico: pro e contro

1. Caratteristiche delle pompe di calore
2. Tipologie di pompe di calore
3. Pompe di calore geotermiche
4. Vantaggi e svantaggi delle pompe di calore

Uno dei metodi più efficienti per riscaldare una casa di campagna è l'uso delle pompe di calore.

Il principio di funzionamento delle pompe di calore si basa sull'estrazione di energia termica dal suolo, dai serbatoi, dalle falde acquifere e dall'aria. Le pompe di calore per riscaldare la tua casa non hanno un impatto dannoso sull'ambiente. Puoi vedere come appaiono questi sistemi di riscaldamento nella foto.

Tale organizzazione del riscaldamento domestico e della fornitura di acqua calda è possibile da molti anni, ma ha cominciato a diffondersi solo di recente.

Caratteristiche delle pompe di calore

Il principio di funzionamento di tali dispositivi è simile alle apparecchiature di refrigerazione.

Le pompe di calore prendono il calore, lo accumulano e lo arricchiscono, quindi lo trasferiscono al liquido di raffreddamento. Un condensatore viene utilizzato come dispositivo generatore di calore e un evaporatore viene utilizzato per recuperare il calore a basso potenziale.

Il costante aumento del costo dell'elettricità e l'imposizione di severi requisiti di protezione ambientale stanno portando alla ricerca di metodi alternativi per generare calore per riscaldare le case e riscaldare l'acqua.

Uno di questi è l'uso delle pompe di calore, poiché la quantità di energia termica ricevuta è molte volte maggiore dell'elettricità consumata (più dettagli: "Riscaldamento economico con l'elettricità: pro e contro").

Se confrontiamo il riscaldamento con gas, combustibile solido o liquido, con pompe di calore, quest'ultimo risulterà più economico. Tuttavia, l'installazione di un sistema di riscaldamento con tali unità è molto più costosa.

Le pompe di calore consumano l'elettricità necessaria per far funzionare il compressore. Pertanto questo tipo di riscaldamento degli edifici non è adatto se nella zona si verificano frequenti problemi di fornitura elettrica.

Il riscaldamento di una casa privata con una pompa di calore può avere un'efficienza diversa; il suo indicatore principale è la conversione del calore, la differenza tra l'elettricità consumata e il calore ricevuto.

C'è sempre una differenza tra la temperatura dell'evaporatore e quella del condensatore.

Più è alto, minore è l'efficienza del dispositivo. Per questo motivo, quando si utilizza una pompa di calore, è necessario disporre di una notevole fonte di calore a basso potenziale. Ne consegue che maggiore è la dimensione dello scambiatore di calore, minore è il consumo energetico. Ma allo stesso tempo i dispositivi di grandi dimensioni hanno un costo molto più elevato.

Il riscaldamento tramite pompa di calore è presente in molti paesi sviluppati.

Inoltre, vengono utilizzati anche per il riscaldamento di appartamenti ed edifici pubblici: questo è molto più economico del sistema di riscaldamento familiare nel nostro paese.

Tipologie di pompe di calore

Questi dispositivi possono essere utilizzati in un ampio intervallo di temperature. Di solito funzionano normalmente a temperature da – 30 a + 35 gradi.

Le più diffuse sono le pompe di calore ad assorbimento e a compressione.

Questi ultimi utilizzano l'energia meccanica ed elettrica per trasferire il calore. Le pompe ad assorbimento sono più complesse, ma sono in grado di trasferire calore sfruttando la fonte stessa, riducendo notevolmente i costi energetici.

Per quanto riguarda le fonti di calore, queste unità si dividono nelle seguenti tipologie:

• aria;
• geotermico;
• calore secondario.

Le pompe di calore ad aria per il riscaldamento prelevano il calore dall'aria circostante.

La geotermia sfrutta l'energia termica della terra, delle acque sotterranee e superficiali (per maggiori dettagli: “Riscaldamento geotermico: principi di funzionamento con esempi”). Le pompe di calore riciclate ricavano energia dalle acque reflue e dal riscaldamento centralizzato: questi dispositivi vengono utilizzati principalmente per riscaldare gli edifici industriali.

Ciò è particolarmente vantaggioso se ci sono fonti di calore che devono essere riciclate (leggi anche: “Utilizziamo il calore della terra per riscaldare la casa”).

Le pompe di calore sono anche classificate in base al tipo di refrigerante; possono essere aria, suolo, acqua o loro combinazioni.

Pompe di calore geotermiche

Gli impianti di riscaldamento che utilizzano pompe di calore si dividono in due tipologie: aperti e chiusi. Le strutture aperte sono progettate per riscaldare l'acqua che passa attraverso la pompa di calore. Dopo aver attraversato il sistema, il liquido refrigerante viene scaricato nuovamente nel terreno.

Un tale sistema funziona idealmente solo se è disponibile una quantità significativa di acqua pulita, tenendo conto del fatto che il suo consumo non danneggerà l'ambiente e non sarà in conflitto con la legislazione vigente. Pertanto, prima di utilizzare un sistema di riscaldamento che riceve energia dalle acque sotterranee, è necessario consultare le organizzazioni competenti.

I sistemi chiusi sono suddivisi in diversi tipi:

1. La geotermia con disposizione orizzontale prevede la posa del collettore in una trincea al di sotto della profondità di congelamento del terreno.

   Questo è di circa 1,5 metri. Il collettore è disposto ad anelli in modo da ridurre al minimo l'area di scavo e fornire un circuito sufficiente in una piccola area (leggi: “Pompe di calore geotermiche per il riscaldamento: il principio del sistema”).

   Questo metodo è adatto solo se è disponibile sufficiente spazio libero.

2. Le strutture geotermiche a disposizione verticale prevedono l'inserimento del collettore in un pozzo profondo fino a 200 metri. Questo metodo viene utilizzato quando non è possibile posizionare lo scambiatore di calore su una vasta area, necessaria per un pozzo orizzontale.

   Inoltre, gli impianti geotermici con pozzi verticali vengono realizzati in caso di terreno irregolare del sito.

3. Acqua geotermica significa posizionare il collettore in un serbatoio a una profondità inferiore al livello di congelamento. La posa avviene ad anelli. Tali sistemi non possono essere utilizzati se il serbatoio è piccolo o non sufficientemente profondo.

   È necessario tenere presente che se il serbatoio si congela al livello in cui si trova il collettore, la pompa non sarà in grado di funzionare.

Pompa di calore aria acqua - caratteristiche, dettagli nel video:

Vantaggi e svantaggi delle pompe di calore

Riscaldare una casa di campagna con una pompa di calore ha sia lati positivi che negativi. Uno dei principali vantaggi dei sistemi di riscaldamento è il rispetto dell’ambiente.

Le pompe di calore sono anche economiche, a differenza di altri riscaldatori che consumano elettricità. Pertanto, la quantità di energia termica generata è molte volte maggiore dell'elettricità consumata.

Le pompe di calore sono caratterizzate da una maggiore sicurezza antincendio; possono essere utilizzate senza ventilazione aggiuntiva.

Poiché il sistema ha un circuito chiuso, le spese finanziarie durante il funzionamento sono ridotte al minimo: devi pagare solo l'elettricità consumata.

L'utilizzo delle pompe di calore consente anche di rinfrescare l'ambiente in estate: ciò è possibile collegando al collettore dei ventilconvettori e un sistema a “soffitto freddo”.

Questi dispositivi sono affidabili e il controllo dei processi di lavoro è completamente automatico. Pertanto non sono necessarie competenze particolari per il funzionamento delle pompe di calore.

Importante è anche la dimensione compatta dei dispositivi.

Il principale svantaggio delle pompe di calore:

• costi elevati e costi di installazione significativi. È improbabile che tu possa costruire da solo il riscaldamento con una pompa di calore senza conoscenze specifiche. Ci vorrà più di un anno perché l’investimento venga ripagato;
• La durata dei dispositivi è di circa 20 anni, dopodiché è molto probabile che siano necessarie riparazioni importanti.

  Anche questo non sarà economico;

• il prezzo delle pompe di calore è molte volte superiore al costo delle caldaie funzionanti a gas, combustibile solido o liquido. Dovrai pagare un sacco di soldi per perforare i pozzi.

D’altro canto, le pompe di calore non necessitano di manutenzione regolare, come nel caso di molti altri apparecchi di riscaldamento.

Nonostante tutti i vantaggi delle pompe di calore, queste non sono ancora ampiamente utilizzate. Ciò è dovuto, innanzitutto, all'elevato costo dell'apparecchiatura stessa e alla sua installazione. Sarà possibile risparmiare solo se crei un sistema con uno scambiatore di calore orizzontale, se scavi tu stesso le trincee, ma ciò richiederà più di un giorno. Per quanto riguarda il funzionamento, l'attrezzatura risulta essere molto redditizia.

Le pompe di calore rappresentano un modo economico per riscaldare gli edifici nel rispetto dell’ambiente.

Potrebbero non essere ampiamente utilizzati a causa del loro costo elevato, ma la situazione potrebbe cambiare in futuro. Nei paesi sviluppati, molti proprietari di case private utilizzano pompe di calore: lì il governo incoraggia la preoccupazione per l'ambiente e il costo di questo tipo di riscaldamento è basso.

La pompa termica a terra o geotermica è uno dei sistemi energetici alternativi più efficienti dal punto di vista energetico. Il suo funzionamento non dipende dalla stagione e dalla temperatura ambiente, come per una pompa aria-aria, e non è limitato dalla presenza di un serbatoio o di un pozzo con acqua freatica vicino alla casa, come un sistema acqua-acqua.

Una pompa di calore terra-acqua, che utilizza il calore prelevato dal suolo per riscaldare il liquido di raffreddamento nel sistema di riscaldamento, ha l'efficienza più alta e costante, nonché un coefficiente di conversione energetica (ECR).

Il suo valore è 1:3,5-5, cioè ogni kilowatt di elettricità speso per il funzionamento della pompa viene restituito in 3,5-5 kilowatt di energia termica. Pertanto, la potenza di riscaldamento della pompa del suolo consente di utilizzarla come unica fonte di calore anche in una casa di grandi dimensioni, ovviamente quando si installa un'unità di potenza adeguata.

Una pompa sommergibile per il terreno richiede l'attrezzatura in un circuito del terreno con un refrigerante circolante per estrarre il calore dalla terra.

Esistono due opzioni possibili per il suo posizionamento: un collettore di terreno orizzontale (un sistema di tubazioni a una profondità ridotta, ma un'area relativamente ampia) e una sonda verticale posizionata in un pozzo da 50 a 200 m di profondità.

L'efficienza dello scambio termico con il suolo dipende in modo significativo dal tipo di terreno: il terreno pieno di umidità emette molto più calore rispetto, ad esempio, al terreno sabbioso.

Le più comuni sono le pompe che funzionano secondo il principio dell'acqua freatica, in cui il liquido di raffreddamento immagazzina l'energia del suolo e, attraverso il passaggio attraverso un compressore e uno scambiatore di calore, la trasferisce all'acqua come liquido di raffreddamento nel sistema di riscaldamento. I prezzi per questo tipo di pompe per terreno corrispondono alla loro elevata efficienza e produttività.

Pompa sommergibile per terreno

Qualsiasi unità high-tech complessa, come le pompe terrestri GRAT e le pompe di calore del suolo, richiedono l'attenzione dei professionisti.

Pompa di calore

Offriamo una gamma completa di servizi per la vendita, installazione e manutenzione di sistemi di riscaldamento e fornitura di acqua calda basati su pompe di calore.

Oggi, tra i paesi che producono tali unità sul mercato, i paesi europei e la Cina sono particolarmente apprezzati.

I modelli di pompe di calore più famosi: Nibe, Stiebel Eltron, Mitsubishi Zubadan, Waterkotte. Anche la pompa di calore geotermica domestica non è meno richiesta.

La nostra azienda preferisce lavorare solo con apparecchiature di produttori europei affidabili: Viessmann e Nibe.

La pompa di calore estrae l'energia accumulata da varie fonti - acque sotterranee, artesiane e termali - acque di fiumi, laghi, mari; acque reflue industriali e domestiche trattate; emissioni di ventilazione e gas di combustione; suolo e viscere della terra: trasferisce e converte le temperature più elevate in energia.

Pompa di calore: tecnologia di riscaldamento e comfort altamente economica ed ecologica

L’energia termica esiste intorno a noi, il problema è come estrarla senza spendere ingenti risorse energetiche.

Le pompe di calore estraggono l'energia accumulata da varie fonti - acque sotterranee, artesiane e termali - acque di fiumi, laghi, mari; acque reflue industriali e domestiche trattate; emissioni di ventilazione e gas di combustione; suolo e viscere della terra: trasferisce e converte le temperature più elevate in energia.

La scelta della fonte di calore ottimale dipende da molti fattori: l'entità del fabbisogno energetico della vostra casa, il sistema di riscaldamento installato e le condizioni naturali della regione in cui vivete.

Progettazione e principio di funzionamento di una pompa di calore

La pompa di calore funziona come un frigorifero, solo al contrario.

Il frigorifero trasferisce il calore dall'interno all'esterno.

Una pompa di calore trasferisce nella tua casa il calore accumulato nell’aria, nel suolo, nel sottosuolo o nell’acqua.

La pompa di calore è composta da 4 unità principali:

Evaporatore,

Condensatore,

Valvola di espansione (valvola di scarico-
acceleratore, abbassa la pressione),

Compressore (aumenta la pressione).

Queste unità sono collegate da una tubazione chiusa.

Il sistema di tubazioni fa circolare il refrigerante, che è un liquido in una parte del ciclo e un gas nell'altra.

L'interno della Terra come fonte di calore profondo

L'interno della terra è una fonte di calore gratuita che mantiene la stessa temperatura tutto l'anno. L'utilizzo del calore dell'interno della terra è una tecnologia ecologica, affidabile e sicura per fornire calore e acqua calda a tutti i tipi di edifici, grandi e piccoli, pubblici e privati. Il livello di investimento è piuttosto elevato, ma in cambio riceverai un sistema di riscaldamento alternativo sicuro da utilizzare, con requisiti di manutenzione minimi e con la massima durata. Coefficiente di conversione del calore (vedi. pagina 6) di altezza, arriva a 3. L'installazione non richiede molto spazio e può essere installata su un piccolo appezzamento di terreno. La quantità di lavori di ripristino dopo la perforazione è insignificante, l'impatto del pozzo perforato sull'ambiente è minimo. Non vi è alcun impatto sui livelli delle acque sotterranee poiché le acque sotterranee non vengono consumate. L'energia termica viene trasferita al sistema di riscaldamento dell'acqua per convezione e utilizzata per la fornitura di acqua calda.

Calore del terreno: energia vicina

Il calore si accumula nello strato superficiale della terra durante l'estate.

L'utilizzo di questa energia per il riscaldamento è consigliabile per gli edifici ad alto consumo energetico. La maggior quantità di energia viene estratta dal suolo con il più alto contenuto di umidità.

Pompa di calore geotermica

Fonti di calore dell'acqua

Il sole riscalda l'acqua nei mari, nei laghi e in altre fonti d'acqua.

L'energia solare si accumula nell'acqua e negli strati inferiori. Raramente la temperatura scende sotto i +4 °C. Quanto più ci si avvicina alla superficie, tanto più la temperatura varia durante l'anno, ma in profondità è relativamente stabile.

Pompa di calore con fonte di calore ad acqua

Il tubo flessibile per il trasferimento del calore viene posato sul fondo o nel terreno inferiore, dove la temperatura è ancora leggermente più alta,
rispetto alla temperatura dell'acqua.

È importante che il tubo sia zavorrato per evitare
il tubo galleggia in superficie. Più è basso, minore è il rischio di danni.

Una fonte d'acqua come fonte di calore è molto efficace per gli edifici con un fabbisogno di energia termica relativamente elevato.

Calore delle acque sotterranee

Anche l’acqua sotterranea può essere utilizzata per riscaldare gli edifici.

Ciò richiede un pozzo trivellato da cui l'acqua viene pompata nella pompa di calore.

Quando si utilizzano le acque sotterranee, vengono posti requisiti elevati sulla sua qualità.

Pompa di calore con acqua di falda come fonte di calore

Dopo aver attraversato la pompa di calore, l'acqua può essere trasportata in un canale di drenaggio o in un pozzo. Tale soluzione può portare ad una diminuzione indesiderata del livello delle acque sotterranee, nonché a ridurre l'affidabilità operativa dell'impianto e ad avere un impatto negativo sui pozzi vicini.

Al giorno d'oggi questo metodo viene utilizzato sempre meno.

Le acque sotterranee possono anche essere restituite al suolo mediante infiltrazione parziale o totale.

Una pompa di calore così redditizia

Coefficiente di conversione del calore Maggiore è l’efficienza della pompa di calore, maggiore è la redditività. L'efficienza è determinata dal cosiddetto coefficiente di conversione del calore o coefficiente di trasformazione della temperatura, che è il rapporto tra la quantità di energia generata dalla pompa di calore e la quantità di energia spesa nel processo di trasferimento del calore. Ad esempio: il coefficiente di trasformazione della temperatura è 3. Ciò significa che la pompa di calore fornisce 3 volte più energia di quella che consuma. In altre parole, i 2/3 sono stati ricevuti “gratuitamente” dalla fonte di calore. Come realizzare una pompa di calore per riscaldare una casa con le proprie mani: principio di funzionamento e schemi Maggiore è il fabbisogno energetico della tua casa, più soldi risparmierai. Nota Il valore del coefficiente di trasformazione della temperatura è influenzato dalla presenza/ignoranza di parametri di apparecchiature aggiuntive (pompe di circolazione) nei calcoli, nonché da diverse condizioni di temperatura. Quanto più bassa è la distribuzione della temperatura, tanto più alto diventa il coefficiente di trasformazione della temperatura. Le pompe di calore sono più efficaci negli impianti di riscaldamento con caratteristiche di bassa temperatura;

Quando si sceglie una pompa di calore per il proprio impianto di riscaldamento non è vantaggioso orientarsi indicatori di potenza della pompa di calore per il massimo fabbisogno di potenza (per coprire i costi energetici nel circuito di riscaldamento nel giorno più freddo dell'anno). L'esperienza dimostra che la pompa di calore dovrebbe generare circa il 50-70% di questo massimo, la pompa di calore dovrebbe coprire il 70-90% (a seconda della fonte di calore) del fabbisogno energetico annuale totale per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda. A basse temperature esterne, la pompa di calore viene utilizzata con la caldaia esistente o con un picco più vicino, di cui è dotata la pompa di calore.

Confronto dei costi per l'installazione di un sistema di riscaldamento per una casa individuale basato su una pompa di calore e una caldaia a gasolio.

Per l'analisi, prendiamo una casa con una superficie di 150-200 mq.

La versione più comune di una moderna casa di campagna per uso permanente oggi.
L'uso di materiali e tecnologie da costruzione moderni garantisce una perdita di calore dell'edificio pari a 55 W/mq di pavimento.
Per coprire il fabbisogno totale di energia termica spesa per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda di una casa di questo tipo, è necessario installare una pompa di calore o una caldaia con una capacità termica di circa 12 kW/h.
Il costo della pompa di calore o della caldaia a gasolio rappresenta solo una frazione dei costi che devono essere sostenuti per mettere in funzione l'intero sistema di riscaldamento.

Di seguito è riportato un elenco tutt'altro che completo dei principali costi associati all'installazione di un sistema di riscaldamento chiavi in ​​mano basato su una caldaia a combustibile liquido, che sono assenti quando si utilizza una pompa di calore:

filtro di sfogo aria, pacchetto fisso, gruppo di sicurezza, bruciatore, sistema di tubazioni della caldaia, pannello di controllo con automatismi meteorologici, boiler elettrico di emergenza, serbatoio del carburante, camino, caldaia.

Il tutto ammonta ad almeno 8000-9000 euro. Tenendo conto della necessità di installare il locale caldaia stesso, il cui costo, tenendo conto di tutti i requisiti delle autorità di vigilanza, è di diverse migliaia di euro, arriviamo ad una conclusione a prima vista paradossale, vale a dire la comparabilità pratica dei costi di capitale iniziali per l’installazione di un sistema di riscaldamento chiavi in ​​mano basato su una pompa di calore e una caldaia a combustibile liquido.

In entrambi i casi il costo sfiora i 15mila euro.

Considerando i seguenti innegabili vantaggi di una pompa di calore, quali:
Economico. Al costo di 1 kW di elettricità vale 1 rublo 40 kopecks, 1 kW di potenza termica ci costerà non più di 30-45 kopecks, mentre 1 kW di energia termica dalla caldaia costerà già 1 rublo 70 kopecks (al prezzo di gasolio 17 rubli/l);
Ecologia. Un metodo di riscaldamento ecologico sia per l'ambiente che per le persone presenti nella stanza;
Sicurezza. Non ci sono fiamme libere, gas di scarico, fuliggine, odore di gasolio, perdite di gas o fuoriuscite di olio combustibile.

Non sono presenti strutture di stoccaggio pericolose per carbone, legna da ardere, olio combustibile o gasolio;

Affidabilità. Un minimo di parti mobili con una lunga durata. Indipendenza dalla fornitura del materiale combustibile e dalla sua qualità. Praticamente nessuna manutenzione richiesta. La durata della pompa di calore è di 15 – 25 anni;
Comfort. La pompa di calore funziona silenziosamente (non più rumorosa di un frigorifero);
Flessibilità. La pompa di calore è compatibile con qualsiasi sistema di riscaldamento a circolazione, e il suo design moderno ne consente l'installazione in qualsiasi ambiente;

Un numero crescente di proprietari di case sceglie una pompa di calore per il riscaldamento, sia nelle nuove costruzioni che quando si rinnova un impianto di riscaldamento esistente.

Dispositivo a pompa di calore

La tecnologia vicino alla superficie dell'utilizzo di energia termica di bassa qualità mediante una pompa di calore può essere considerata una sorta di fenomeno tecnico ed economico o una vera rivoluzione nel sistema di fornitura di calore.

Dispositivo a pompa di calore. Gli elementi principali di una pompa di calore sono un evaporatore, un compressore, un condensatore e un regolatore di flusso collegati da una tubazione: una valvola a farfalla, un espansore o un tubo a vortice (Fig. 16).

Schematicamente, una pompa di calore può essere rappresentata come un sistema di tre circuiti chiusi: nel primo, esterno, circola un dissipatore di calore (un liquido refrigerante che raccoglie calore dall'ambiente), nel secondo un refrigerante (una sostanza che evapora, prelevando allontana il calore del dissipatore di calore e si condensa, cedendo calore al dissipatore di calore), nel terzo - un ricevitore di calore (acqua nei sistemi di riscaldamento e di fornitura di acqua calda dell'edificio).

16. Dispositivo a pompa di calore

Il circuito esterno (collettore) è una tubazione posata nel terreno o nell'acqua nella quale circola un liquido non gelido, l'antigelo. Va notato che la fonte di energia a basso potenziale può essere sia calore di origine naturale (aria esterna; calore delle acque sotterranee, artesiane e termali; acqua di fiumi, laghi, mari e altri corpi idrici naturali non gelidi) e origine antropica (scarichi industriali, impianti di depurazione, calore proveniente da trasformatori di potenza e qualsiasi altro calore di scarto).

La temperatura richiesta per il funzionamento della pompa è solitamente di 5-15 °C.

Il secondo circuito, dove circola il refrigerante, è dotato di scambiatori di calore - un evaporatore e un condensatore, nonché dispositivi che modificano la pressione del refrigerante - uno starter (uno stretto foro calibrato) che lo spruzza nella fase liquida e un compressore che lo comprime allo stato gassoso.

Ciclo di lavoro. Il refrigerante liquido viene forzato attraverso la farfalla, la sua pressione diminuisce ed entra nell'evaporatore, dove bolle, sottraendo all'ambiente il calore fornito dal collettore.

Successivamente, il gas in cui si è trasformato il refrigerante viene aspirato nel compressore, compresso e, riscaldato, spinto nel condensatore. Il condensatore è l'unità di rilascio del calore della pompa di calore: qui il calore viene ricevuto dall'acqua nel circuito di riscaldamento. In questo caso il gas si raffredda e condensa per essere nuovamente sottoposto a scarico nella valvola di espansione e ritornare all'evaporatore. Successivamente si ripete il ciclo di lavorazione.

Affinché il compressore possa funzionare (mantenere alta pressione e circolazione), deve essere collegato all'elettricità.

Ma per ogni kilowattora di elettricità consumata, la pompa di calore produce 2,5-5 kilowattora di energia termica.

Pompa di calore per riscaldamento: principio di funzionamento e vantaggi di utilizzo

Questo rapporto è chiamato rapporto di trasformazione (o rapporto di conversione del calore) e serve come indicatore dell'efficienza della pompa di calore.

Il valore di questo valore dipende dalla differenza dei livelli di temperatura nell'evaporatore e nel condensatore: maggiore è la differenza, minore è. Per questo motivo, la pompa di calore dovrebbe utilizzare quanto più possibile la fonte di calore di bassa qualità, senza cercare di raffreddarla troppo.

Tipologie di pompe di calore.

Le pompe di calore sono disponibili in due tipologie principali: a circuito chiuso e a circuito aperto.

Pompe a circuito aperto Usano l'acqua proveniente da fonti sotterranee come fonte di calore: viene pompata attraverso un pozzo perforato in una pompa di calore, dove avviene lo scambio di calore, e l'acqua raffreddata viene scaricata nuovamente nell'orizzonte sottomarino attraverso un altro pozzo.

Questo tipo di pompa è vantaggiosa perché l'acqua sotterranea mantiene una temperatura stabile e abbastanza elevata durante tutto l'anno.

Pompe a ciclo chiuso Ne esistono diversi tipi: verticale e g orizzontale(Fig. 17).

Le pompe con scambiatore di calore orizzontale hanno un circuito esterno chiuso, la cui parte principale è interrata orizzontalmente nel terreno o adagiata sul fondo di un lago o stagno vicino.

La profondità dei tubi sotterranei in tali installazioni arriva fino a un metro. Questo metodo per ottenere energia geotermica è il più economico, ma il suo utilizzo richiede una serie di condizioni tecniche che non sono sempre disponibili nell'area in fase di sviluppo.

La cosa principale è che i tubi siano posati in modo tale da non interferire con la crescita degli alberi o con i lavori agricoli, in modo che ci sia una bassa probabilità di danni ai tubi sottomarini durante le attività agricole o di altro tipo.

Riso. 17. Sistema geotermico superficiale con scambio termico

Pompe con scambiatore di calore verticale includere un contorno esterno scavato in profondità nel terreno - 50-200 m.

Questo è il tipo di pompa più efficiente e produce il calore più economico, ma è molto più costoso da installare rispetto ai tipi precedenti. Il vantaggio in questo caso è dovuto al fatto che ad una profondità superiore a 20 metri la temperatura della terra è stabile tutto l'anno e ammonta a 15-20 gradi, ed aumenta solo con l'aumentare della profondità.

Aria condizionata tramite pompe di calore. Una delle qualità importanti delle pompe di calore è la possibilità di passare dalla modalità riscaldamento in inverno alla modalità condizionamento in estate: al posto dei radiatori vengono utilizzati solo ventilconvettori.

Un ventilconvettore è un'unità interna nella quale vengono forniti calore o refrigerante e aria azionata da un ventilatore che, a seconda della temperatura dell'acqua, viene riscaldata o raffreddata.

Include: scambiatore di calore, ventilatore, filtro dell'aria e pannello di controllo.

Poiché i ventilconvettori possono funzionare sia in riscaldamento che in raffreddamento, sono possibili diverse opzioni di tubazioni:
- S2 - tubo - quando il ruolo di calore e refrigerante è svolto dall'acqua e la loro miscelazione è consentita (e, come opzione, un dispositivo con riscaldatore elettrico e scambiatore di calore che funziona solo per il raffreddamento);
- S4 - tubo - quando il liquido refrigerante (ad esempio, glicole etilenico) non può essere miscelato con il liquido refrigerante (acqua).

La potenza dei ventilconvettori per il freddo varia da 0,5 a 8,5 kW e per il caldo da 1,0 a 20,5 kW.

Sono dotati di ventilatori a bassa rumorosità (da 12 a 45 dB) con fino a 7 velocità di rotazione.

Prospettive. L’uso diffuso delle pompe di calore è ostacolato dalla mancanza di consapevolezza pubblica. I potenziali acquirenti sono spaventati dai costi iniziali piuttosto elevati: il costo della pompa e dell'installazione del sistema è di 300-1200 dollari per 1 kW di potenza termica richiesta. Ma un calcolo competente dimostra in modo convincente la fattibilità economica dell'utilizzo di questi impianti: gli investimenti di capitale vengono ripagati, secondo stime approssimative, in 4-9 anni e le pompe di calore durano 15-20 anni prima di importanti riparazioni.