Clima

Come funzionano le pompe di calore

Le migliori menti dell’umanità stanno sviluppando nuove tecnologie per creare energia al fine di ridurre il consumo di risorse naturali. Un’opzione decente è una pompa di calore. A seconda dell’attrezzatura, il lavoro può richiedere suolo, acqua o aria. L’articolo descriverà il principio di funzionamento delle pompe di calore..

Contenuto:

Di seguito verranno prese in considerazione le seguenti domande:

tipo di aggregati, loro pro e contro;
il principio di funzionamento dell’apparecchiatura;
dispositivo del sistema di riscaldamento.

Cos’è una pompa di calore

La pompa di calore viene utilizzata sia per il riscaldamento completo della casa che per la predisposizione del riscaldamento a pavimento. Il principio di funzionamento è il seguente: il liquido di raffreddamento entra nello scambiatore di calore. Il refrigerante, sotto l’influenza del calore generato, viene generato in un gas riscaldato alle massime temperature. Nel secondo scambiatore cede il suo calore al liquido vettore, quest’ultimo già passa attraverso i tubi dell’impianto di riscaldamento.
I produttori presentano sul mercato diversi tipi di pompe di calore, che possono utilizzare diversi tipi di “combustibile”: suolo, aria e acqua..

Le caldaie geotermiche sono ancora poco utilizzate nel nostro Paese a causa del loro costo elevato. Ma il principio di funzionamento della pompa di calore sta guadagnando sempre più fan e ricevendo feedback positivi..

Il principio di funzionamento di un sistema a pompa di calore “falda-acqua” e “terra-aria”

Le apparecchiature geotermiche, che utilizzano il suolo come combustibile, forniscono aria riscaldata ai locali attraverso tubi dell’acqua o condotti dell’aria, che danno il nome a questi sistemi..
Le proprietà fisiche del suolo gli permettono di immagazzinare il calore ricevuto durante il giorno dal sole. Il collettore è montato in profondità nel terreno, al di sotto della profondità del suo congelamento. Il liquido di raffreddamento, circolando costantemente attraverso i canali del collettore, prende su di sé questo calore dissipato.
L’energia potenziale più bassa non è sufficiente per riscaldare anche un canile. Tuttavia, questo è sufficiente per far bollire il refrigerante, che è la fase successiva del sistema di riscaldamento. Sotto l’influenza della temperatura, il refrigerante assume uno stato gassoso ed entra nel compressore, dove il gas viene compresso.
Con l’aumentare della pressione, la temperatura del gas aumenta e già all’uscita dal compressore è di 70-120 gradi, a volte anche più alta. Il refrigerante nel condensatore trasferisce la temperatura accumulata al mezzo di riscaldamento.

Sulla strada per il dispositivo di riduzione, il gas si trasforma in un liquido, che si muove attraverso l’acceleratore, dove c’è un forte calo di pressione verso l’evaporatore. Un tale schema di funzionamento della pompa di calore, se non si entra nei minimi dettagli, fornisce il riscaldamento dei locali..
È necessaria un’alimentazione per il compressore che sta pompando refrigerante. Al costo di 1 kW in uscita, otteniamo 4 kW di energia termica, dove la differenza di 3 kW si ottiene dal suolo.

Pro e contro dello schema di funzionamento della pompa di calore

Tra le proprietà positive, si può notare la costanza della fonte di calore. Cioè, a una certa profondità, anche nel gelo più intenso, la temperatura del suolo non cambia..

Lo svantaggio del sistema è:

nel prezzo elevato delle attrezzature e nei costosi lavori di installazione: noleggio di attrezzature per scavare una buca e attirare specialisti per la connessione. Anche se qui puoi usare un raccoglitore orizzontale e scavare una trincea da solo;
nell'”occupazione” di un’ampia area destinata all’installazione del collettore. Di norma, questa trama è molto più grande dell’area della casa riscaldata;

in assenza della possibilità di utilizzare il territorio per spazi verdi, perché le temperature negative influenzeranno costantemente le loro radici. Inoltre, in caso di emergenza, potrebbe essere necessario scavare parte del sito per ispezionare il guasto dell’attrezzatura..

Il principio di funzionamento della pompa di calore dei sistemi aria-aria e aria-acqua

La tecnologia implica il funzionamento di apparecchiature che prendono aria dall’atmosfera per il suo ulteriore riscaldamento. Possono essere moderni condizionatori “intelligenti” e pompe di calore per uso industriale..
La configurazione base del sistema prevede ventilatori che lavorano per aspirazione forzata. Il compressore è pressurizzato per far circolare il refrigerante in un circuito chiuso.

Nel condensatore, il freon assume una forma gassosa e si riscalda fino a circa 60 gradi. Passando attraverso l’evaporatore, il gas ritorna al suo stato liquido precedente. La temperatura positiva accumulata si diffonde attraverso i condotti di ventilazione.
La valvola di controllo consente di impostare la modalità comfort nella stanza. L’unità di automazione viene utilizzata per monitorare costantemente l’implementazione dei parametri specificati. In situazioni di emergenza, ricevono un segnale sui guasti esistenti.

Modelli innovativi consentono di gestire le impostazioni da remoto (via Internet). Qui, l’apparecchiatura è programmata tenendo conto dell’ora del giorno, della temperatura esterna e dell’intensità della visita all’ambiente riscaldato..

Professionisti. contro

Va notato subito che questo sistema non viene utilizzato come fonte di riscaldamento indipendente. Più spesso, funge da assistente per ridurre il carico del riscaldatore principale. Il coefficiente termico è di circa 2,5 kW, il che significa che per 1 kW di elettricità otterremo 3,5 kW di energia termica. Gli indicatori possono variare a seconda della temperatura esterna.
Dispositivi simili sono utilizzati per riscaldare l’acqua nelle piscine.

I vantaggi di tali apparecchiature includono:

il riscaldamento dei flussi d’aria avviene all’interno dei locali, il che ridurrà il costo della produzione di calore;
la possibilità di utilizzare periodicamente il riscaldamento, ad esempio una casa di campagna, che viene visitata solo nei fine settimana. Usando il telecomando, puoi accendere il sistema di riscaldamento letteralmente un paio d’ore prima dell’arrivo.

Un unico neo sarà la limitazione del funzionamento di questo sistema, associata alle condizioni climatiche della maggior parte delle regioni del paese. Il riscaldamento efficace è possibile solo a temperature da -15 a + 20 gradi e isolamento termico aggiuntivo dell’edificio. Per alcuni modelli, il limite inferiore è fino a -30 gradi.

Lo scambiatore di calore esterno è montato a parete; apparecchiature più potenti potrebbero richiedere una fondazione. Le unità installate al piano seminterrato, grazie alle loro elevate prestazioni, trasmettono rumori e vibrazioni all’interno.

Il principio di funzionamento della pompa di calore del sistema “acqua-aria” e “acqua-acqua”

Se un serbatoio antigelo con acqua corrente si trova vicino all’abitazione o l’acqua freatica scorre a una profondità ridotta, è più opportuno installare una pompa di calore che funzioni secondo il principio “acqua-aria” e “acqua-acqua”.

Un sistema di tubi dello scambiatore di calore è posato sul fondo del serbatoio. Un carico di 5 kg per ogni metro del manicotto garantirà la sua stabilità – non gli permetterà di muoversi sotto l’influenza della corrente. Per mezzo di una pompa elettrica, il liquido di raffreddamento viene alimentato attraverso il canale all’evaporatore.
Il calore accumulato viene trasferito ad un circuito interno riempito con refrigerante a bassa evaporazione. Sotto l’influenza delle alte temperature, il freon assume una forma gassosa e quindi entra nel condensatore. Il circuito secondario riscalda il liquido di raffreddamento, che passa nell’impianto di riscaldamento dell’aria o dell’acqua della casa.
Il funzionamento di una pompa di tipo chiuso è stato descritto sopra. Qui la circolazione avviene in un cerchio chiuso – alla fine del turnover, il liquido di raffreddamento ritorna nel serbatoio.
Il sistema a circuito aperto prevede la perforazione di due pozzi fino al livello della falda. Una pompa elettrica è installata in una di esse, pompando acqua nello scambiatore di calore e ulteriormente secondo lo schema precedente. Il secondo pozzo, posto ad almeno 5 metri dal precedente, serve per scaricare il liquido di raffreddamento già raffreddato.

Professionisti. contro

A causa della bassa pressione e della temperatura non sufficientemente elevata, il sistema può essere utilizzato con scudi termici e riscaldamento a pavimento.

Tra i vantaggi ci sono:

redditività. Le apparecchiature di alta qualità forniscono 7-8 kW di calore per 1 kW di elettricità;
minimo spazio utilizzato, grazie alle dimensioni compatte dell’unità stessa e alla lontananza del dispositivo di comando.

Beh, il debito è uno svantaggio significativo. Il livello delle acque sotterranee può cambiare con i movimenti del serbatoio. Pertanto, il sistema un giorno diventerà inutile con un forte calo d’acqua..

Con la lontananza dei serbatoi aperti, l’installazione di pompe di calore è considerata non redditizia e inefficace. Inoltre, per elaborare uno schema di posa, perforazione e movimento terra, è necessario attirare specialisti e noleggiare attrezzature.

I migliori produttori

Sul mercato vengono presentate attrezzature di aziende leader e poco conosciute.

Le prime righe sono prese dal produttore NIBE AB (Svezia). La sua attrezzatura è nota per le sue proprietà e caratteristiche tecniche uniche. Il prezzo di una pompa di calore con questo principio di funzionamento è di 500.000 rubli.
HELIOTHERM (Austria) si trova appena sotto. La posizione successiva è assegnata ai prodotti del più antico marchio Viessman (Germania), che da quasi un secolo sviluppa e produce dispositivi per sistemi di riscaldamento..

I principali produttori sono responsabili della qualità, fornendo una garanzia sulla pompa fino a 25 anni di servizio senza problemi. Secondo le loro assicurazioni, alcuni componenti dureranno almeno 100 anni..

Assemblaggio del sistema da solo

Sfortunatamente per gli artigiani domestici, non sarà possibile far fronte alla posa e all’installazione di dispositivi complessi. Questo lavoro consiste in molte fasi dalla progettazione all’assemblaggio di un blocco automatico. Sottigliezze e sfumature accompagnano in ogni fase dell’installazione che una persona impreparata non può conoscere.
Calcolo errato della lunghezza della linea, profondità del serbatoio errata, regolazione e bilanciamento errati possono danneggiare l’intero sistema. Quindi risparmiare è impraticabile, spostare la soluzione di questo difficile compito sulle spalle di aziende specializzate.

Risultato

In conclusione, vorrei considerare in modo imparziale i vantaggi delle pompe di calore, così ampiamente pubblicizzate dai produttori..

L’efficienza è una questione controversa. L’alto costo delle attrezzature, dell’installazione e della successiva manutenzione costerà un bel centesimo. La parsimonia può essere affermata a temperature esterne fino a -5 gradi. Conoscendo i nostri inverni rigidi, il consumo energetico delle unità aumenta automaticamente in modo significativo.
Versatilità. Gli impianti possono essere utilizzati come condizionatori d’aria durante l’estate. Tuttavia, visto il punto precedente, sorge la domanda: non è costoso raffreddare la casa??
Compatibilità ambientale – confermata incondizionatamente, per il mancato utilizzo di risorse naturali e l’assenza di prodotti della combustione nell’atmosfera.

Efficienza di riscaldamento. Questo fattore è confermato solo con l’isolamento di alta qualità e l’isolamento dell’intero edificio. In altre condizioni, l’installazione di una pompa di calore non è pratica..
Il controllo automatico aumenta indubbiamente il comfort a volte. La funzione consente di controllare a distanza il livello della temperatura nei locali da un computer o da un telefono. Tuttavia, non tutti i modelli hanno questo vantaggio..

Il funzionamento sicuro è possibile solo con una selezione di alta qualità di tutti i componenti dell’impianto di riscaldamento e, naturalmente, un’installazione competente.